Материальный и тепловой баланс производства синтетической соляной кислоты

Цель работы заключается в изучении технологического процесса производства синтетической соляной кислоты. При исследовании производства необходимо охарактеризовать целевой продукт, исходное сырье, рассмотреть и описать технологический процесс получения соляной кислоты, описать основное технологическое оборудование, рассчитать тепловой и материальный балансы, рассмотреть контроль производства, изучить вопросы охраны труда и окружающей среды, проблемы утилизации и обезвреживания отходов.

Характеристика целевого продукта

В проведенной работе дана характеристика процесса производства синтетической соляной кислоты методом растворения газообразного хлороводорода в воде, а хлороводород, в свою очередь, получается путем сжигания водорода в хлоре.

Произведена характеристика целевого продукта, соляной кислоты. Соляная кислота (также хлороводородная, хлористоводородная кислота, хлористый водород) — раствор хлороводорода (HCl) в воде, сильная одноосновная кислота. Бесцветная, прозрачная, едкая жидкость, «дымящаяся» на воздухе (техническая соляная кислота желтоватого цвета из-за примесей железа, хлора и пр.). Молярная масса 36,46 г/моль. Соли соляной кислоты называются хлоридами.

Соляная кислота представляет собой раствор газообразного хлористого водорода HCl в воде. Последний представляет собой гигроскопичный бесцветный газ с резким запахом. Обычно употребляемая концентрированная соляная кислота содержит 36 – 38% хлористого водорода и имеет плотность 1,19 г/см3. Такая кислота дымит на воздухе, так как из неё выделяется газообразный хлороводород; при соединении с влагой воздуха образуются мельчайшие капельки соляной кислоты. Она является сильной кислотой и энергично взаимодействует с большинством металлов. Однако такие металлы, как золото, платина, серебро, вольфрам свинец, соляной кислотой практически не травятся.

Охарактеризовано исходное сырье. Исходным сырьем является водород и газообразный хлор. Водород - является одним из наиболее распространенных химических элементов. Основное количество этого элемента находится в связанном состоянии. В виде соединений с углеродом, водород входит в состав нефти, горючих природных газов и всех организмов. Водород представляет собой газ без цвета и запаха. Характерна для водорода растворимость в некоторых металлах, например, в железе. Хлор - химически активный неметалл. Является типичным представителем галогенов, токсичен, хорошо растворим в воде, при контакте с влажным воздухом начинает дымиться. В природе хлор не встречается в газообразном состоянии, а только в виде соединений с другими газами. В условиях, приближенных к нормальным, это ядовитый едкий газ зеленоватого цвета. Имеет больший вес, чем воздух, поэтому «стелится» по земле. В спокойном состоянии не горит, но при высоких температурах входит во взаимодействие с водородом, после чего возможен взрыв.

Характеристика технологического процесса

Рассмотрено и описано основное технологическое оборудование, и технологический процесс получения соляной кислоты. Метод получения HCl - газа основан на сжигании водорода в хлоре по данной реакции:

Н 2 + Cl 2 = 2НСl (1)

Синтез хлористого водорода происходит из чистого хлора и водорода при очень высокой температуре – более 1500°С в печи с последующей абсорбцией. Теоретическая температура факела пламени равна 2500 °C. Практически, вследствие некоторой диссоциации HCl, температура пламени снижается до 2200-2400 °С. Избыток одного из компонентов газовой смеси (обычно водорода) несколько понижает температуру горения [1].

Хлор и водород подают в печь из отдельных резервуаров. После синтеза образовавшаяся смесь поступает в холодильник где охлаждается до 1500 °С. Из холодильника газ подается в абсорбер где происходит сам процесс превращения газообразного хлороводорода в жидкий. Абсорбция хлористого водорода производится в колоннах при относительно высокой температуре. Затем весь не прореагировавший газ поступает в санитарную башню, которая представляет из себя абсорбционную колону меньших размеров в ней происходит абсорбция оставшегося газообразного хлороводорода. Абсорбция хлористого водорода водой при соблюдении указанных условий проходит почти нацело. Лишь незначительная часть хлористого водорода (около 0,52 %), поступившего на абсорбцию, остается непоглощенной, и ее необходимо обезвреживать. Для получения химически чистой соляной кислоты иногда устанавливают кварцевые абсорберы. Абсорбция хлористого водорода из холодных газов дает более высокую концентрацию получаемой кислоты, так как улучшается тепловой баланс. Полученная соляная кислота собирается в баллоны и отвозится на склад.

Произвели практический расчет материального баланса производства соляной кислоты [2,3]. По следующим исходным данным: масса начального продукта, концентрация готового продукта, процент чистоты поступающего в печь хлора и водорода, избыток подаваемого водорода в печь синтеза.

Расчет материального баланса был произведен по следующим формулам:

m HCl = m ∙ ω (2) m H2O = m - m HCl (3)

Таблица 1. Материальный баланс печи синтеза хлороводорода

Невязка баланса 0,94%

Таблица 2. Материальный баланс абсорбера HCl

Невязка баланса 0,0066%

Изучили охрану труда и окружающей среды. Все работы с соляной кислотой должны проводиться в спецодежде и оч- ках, так же все рабочие должны быть обеспечены промышленными фильтрующими противогазами. В случае разлива ее смывают большим количеством воды или щелочного раствора. Производство синтетической соляной кислоты не влияет на окружающую среду т.к. при производстве не образуется никаких отходов, отсюда следует, что производство синтетической соляной кислоты является экономным и безвредным для окружающей среды методом производства [3].

Таким образом, в работе исследовали технологический процесс производства соляной кислоты, основное технологическое оборудование, рассчитаны материальный и тепловой балансы.