Физико – химические основы процесса получения синтетической соляной кислоты

2.4.1 Получение хлористого водорода

Синтез хлороводорода из и – это экзотермический обратимый гомогенный процесс.

 

 

При нагревании смеси хлора и водорода или под действием яркого света происходит взрыв вследствие цепной реакции:

 

 

 

 

 

На состояние равновесия системы заметно влияет температура, выше 1500 ˚С происходит сдвиг вправо .

При сильном нагревании наступает термическая ионизация, при этом молекулы газа разлагаются на составляющие их атомы, которые затем превращаются в ионы. Таким образом, образуется высокотемпературная плазма, представляющая собой частично или полностью ионизированный газ, содержащий заряженные частицы (свободные электроны и газовые ионы) .

На рисунке 3 показана зависимость концентрации в эквимолекулярной смеси с от Т.

 

Рисунок 3 – Влияние температуры на степень диссоциации хлористого водорода

 

Однако в промышленности для достижения высокой скорости синтеза хлористого водорода температуру в реакторе поддерживают в пределах 2300 ˚С, что позволяет получить хлористый водород с высокой концентрацией. Избыток водорода влияет на сдвиг равновесия вправо, также способствует низкому содержанию хлора или полному его отсутствию в отходящих газах, общую экологическую чистоту технологии, безопасную работу со смесью «хлор-водород» и ликвидирует взрыв .

В таблице 8 приведены пределы взрываемости смеси –

 

 

2.4.2 Абсорбция хлороводорода водой – это экзотермический гетерогенный процесс, в результате которого образуются гидраты хлороводорода.

 

 

Теплота, выделяющаяся в процессе растворения HCl, зависит от коэффициента n, то есть от содержания хлористого водорода (об. %) в образующейся кислоте и составляет при бесконечном разбавлении 75,1 кДж/моль.

Концентрация хлороводорода в абсорбируемом газе влияет на состояние равновесия системы. На рисунке 4 показана зависимость концентрации соляной кислоты от концентрации хлористого водорода.

 

Рисунок 4 – Влияние содержания хлористого водорода в газе на концентрацию соляной кислоты

 

Концентрация соляной кислоты, полученной в процессе абсорбции и степень абсорбции возрастает с увеличением концентрации НС1 в газе. Поэтому на абсорбцию подают газ с содержанием НС1не менее 90 % об.

Нельзя получить соляную кислоту с содержанием НСl выше азеотропа (20,2 %), если не отводить теплоту из системы в процессе абсорбции. То есть, чтобы получить кислоту с высокой концентрацией, необходимо осуществлять отвод избыточной теплоты, что может быть достигнуто с помощью изотермической абсорбции; адиабатической абсорбции, когда теплота идет на испарение воды и повышение содержания хлороводорода в кислоте.

На рисунке 5 показана диаграмма кипения системы HCl – H₂O.

 

 

Рисунок 5 – Диаграмма кипения системы «HCl – H₂O»

 

Первый способ сложен в организации, так как требует теплообменного оборудования с большой поверхностью охлаждения, контактирующей с коррозионно-активной жидкостью. Однако концентрация соляной кислоты достигает 39 % – 40 %, но этот метод применяется в ограниченных масштабах.

Поэтому, метод адиабатической абсорбции наиболее востребован .

 

Технологическая часть