Применение СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ в сфере производства или пот­ребления

 

Соляная кислота. Хлористоводородная кислота по масштабам получения и использования далеко уступает серной и азотной. Ниже приводится перечень важнейших областей ее применения в порядке увеличения расхода. 1) получение неорганических солей, в том числе хлоридов цинка иалюминия, используемых в качестве катализаторов; 2) регенерация ионитов; 3) промывка паровых котлов, теплообменников иводопаропроводных коммуникаций; 4) очистка забоев нефтяных скважин от карбонатных инкрустаций; 5) гидрометаллургия цветных и благородных металлов; 6) травление черных и цветных сплавов, главным образом сталей.

Кроме того газообразный хлористый водород используется для производства крупнотоннажных органических материалов – синтетических смол, каучуков, хлорвинила и других продуктов гидрохлорирования органических соединений, и в этих процессах имеет место достаточно высокий уровень рекуперации HCl. Это же можно сказать и о способах получения соляной кислоты – косвенном синтезе из хлористого натрия, прямом синтезе из водорода и хлора и побочном синтезе при производстве хлорорганических соединений.

Помимо всего прочего, соляная кислота применяется и в медицине, ведь не секрет, что она играет довольно таки важную роль в формировании пищеварительных процессов. Дело в том, что соляная кислота, является основным компонентом желудочного сока, и нередко, в случае, когда наблюдается недостаточная кислотность, врачами назначается именно соляная кислота.

 

2. Классификационные признаки СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Соляную кислоту изготовляют двух марок: А и Б.

По физико-химическим показателям техническая синтетическая соляная кислота должна соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1 Нормы для соляной кислоты.

Наименование государства	Норма для марки	Методы анализа
АОКП 21 2211 0100	БОКП21 2211 0200
высшего сорта ОКП 21 2211 0220	первого сорта ОКП 21 2211 0230
1. Внешний вид	Прозрачная бесцветная или желтоватая жидкость	Прозрачная желтая жидкость	По 6.4
2. Массовая доля хлористого водорода, %,не менее			31,5	По 6.5
3. Массовая доля железа (Fe), %, не более	0,001	0,002	0,015	По 6.6
4. Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,010	0,015	0,100	По 6.7
5. Массовая доля свободного хлора, %, не более	0,002	0,002	0,008	По 6.8
6. Массовая доля мышьяка (As), %, не более	0,0001	0,0001	0,0002	По 6.9
7. Массовая доля ртути (Hg), % не более	0,0003	0,0004	0,0005	По 6.10

 

Массовую долю ртути нормируют в кислоте, получаемой из водорода и хлора ртутного электролиза. Допускается для пищевой промышленности по согласованию с потребителем изготовление кислоты с массовой долей хлористого водорода не более 26%.

В кислоте, поставляемой для травления металлов, массовая доля железа и остатка после прокаливания не нормируется.

По согласованию с потребителем допускается в кислоте обеих марок массовая доля хлористого водорода не менее 30%.

Соляная кислота выпускается следующих сортов: техническая (27,5% НС1); синтетическая (31% НС1), ингибиторная (20% НС1) и реактивная (35-38% НС1, плотность при 20°С равняется 1,17- 1,19 г/см3).

 

 

3. Технология производства СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Соляная кислота (хлороводородная кислота), по химическому составу отвечающая хлориду водорода находит широкое применение в ряде отраслей народного хозяйства.

В промышленности процесс производства соляной кислоты может осуществляться тремя методами:
- сульфатный метод - метод воздействия концентрированной серной кислоты на хлорид натрия;
- синтетический метод - метод, при котором хлороводород получают путем сжигания водорода в хлоре;
- метод получения из побочных газов.

Производство синтетической соляной кислоты включает две последовательных стадии: синтез хлористого водорода из хлора и водорода и абсорбцию хлористого водорода водой.
Синтез хлористого водорода из хлора и водорода – это обратимый гомогенный экзотермический процесс, протекающий в форме спонтанного (самопроизвольного) невзрывного горения водорода в хлоре, выражаемом уравнением:
H₂+Cl₂«2HCl+183,7кДж

Реакция горения протекает по цепному механизму и инициируется нагреванием или световым облучением высокой мощности. Состояние равновесия системы существенно зависит от температуры, выше 1500⁰С оно сдвигается вправо. Однако на практике для обеспечения достаточно высокой скорости синтеза температуру в реакторе поддерживают в пределах 2300⁰С, что позволяет, однако, обеспечить достаточно высокий выход хлористого водорода. Процесс ведут при избытке водорода в 3 – 10% сверх стехиометрического количества. Это не только способствует сдвигу равновесия вправо, но и обеспечивает отсутствие хлора в отходящих газах, общую экологическую чистоту технологии, работу в безопасных пределах состава смеси «хлор – водород» и позволяет избежать возможность взрыва.

Абсорбция хлористого водорода водой представляет собой гетерогенный обратимый экзотермический процесс образования гидратов хлористого водорода и их растворения в воде.
HCl+nH₂O«HCl+nH₂O DH.

Тепловой эффект абсорбции (растворения) хлористого водорода зависит от значения n, то есть от концентрации образующейся соляной кислоты и составляет при бесконечном разбавлении 75,1 кДж/моль.
Состояние равновесия процесса абсорбции зависит от концентрации хлористого водорода в абсорбируемом газе и температуры. С увеличением концентрации HCl в газе степень абсорбции и концентрация образующейся соляной кислоты возрастает. Поэтому на абсорбцию направляют газ с содержанием хлористого водорода не менее 90% об.

Без отвода теплоты из системы получить при абсорбции соляную кислоту концентрацией выше азеотропа (20,2%) невозможно. Для получения кислоты более высокой концентрации избыточная теплота абсорбции должна отводиться из системы. Это может быть достигнуто:
-отводом тепла в окружающую среду (изотермическая абсорбция);
-проведением процесса в адиабатических условиях, когда теплота используется внутри системы для испарения воды и увеличения концентрации кислоты (адиабатическая абсорбция).

Первый метод сложен в обеспечении, так как требует теплообменной аппаратуры с большой поверхностью охлаждения, работающей в контакте с коррозионно-активной жидкостью. Поэтому, наибольшее распространение получил метод адиабатической абсорбции, разработанный А. М. Гаспаряном. При использовании в качестве сырья 75%-ного хлора и 95%-ного водорода этим методом можно получить соляную кислоту концентрацией до 33%.
Метод изотермической абсорбции используется в ограниченных масштабах для получения соляной кислоты более высокой (39 – 40%) концентрации.
Современные установки по производству соляной кислоты включают, как правило, две технологические линии: одну для производства соляной кислоты и другую – для производства сжиженного хлористого водорода.
Ниже рассмотрены технологические схемы производства соляной кислоты по методам адиабатической и изотермической абсорбции (рис. 1 и 2).
Хлор (рис. 1) из буферной емкости 1, где от него отделяется серная кислота, увлекаемая хлором из сушильной башни, и водород через огневзрывопреградитель 2 подают в горелку печи 3 в соотношении, обеспечивающем избыток водорода. Выходящий из печи газ охлаждается в газовом холодильнике 4, орошаемом водой и разделяется на два потока.

Один поток (линия соляной кислоты) поступает в абсорбционную колонну 5, орошаемую водой. Температура абсорбции составляет 80 – 85⁰С и регулируется испарением воды, подаваемой в колонну. Продукционную соляную кислоту собирают в сборнике 6, а не поглощенные газы, содержащие хлористый водород, водород, азот и пары воды, направляют в санитарную башню 7, орошаемую водой, после чего выбрасывают через эжектор 8 в атмосферу. Второй поток газа (линия жидкого хлористого водорода) дополнительно охлаждается в рассольном холодильнике из тантала или графита 9 и направляется на осушку в башню 10, орошаемую концентрированной серной кислотой. Сухой хлористый водород проходит через конденсатор 11, сжимается компрессором 12 до давления 10 МПа и поступает в сборник жидкого продукта 13, откуда разливается в баллоны или танки.

Газообразный хлористый водород (рис. 2) при температуре 150 – 200⁰С, выходящий из печи, поступает в охлаждаемый водой графитовый абсорбер 1, куда подается также для орошения слабая соляная кислота из абсорбционной башни 2. Продукционная соляная кислота, образующаяся в абсорбере 1, поступает из него в сборник 3 и оттуда на склад. Газы из абсорбера 1 подают в башню 2, где оставшийся не поглощенный хлористый водород абсорбируется водой, образуя слабую соляную кислоту. Хвостовые газы из башни 2 направляются для очистки в санитарную башню 4, пройдя которую выбрасываются в атмосферу.

Основным аппаратом в производстве хлористого водорода и соляной кислоты является печь синтеза (сгорания). Она состоит из стального корпуса, футерованного огнеупором, предохранительной мембраны, разрушающейся при высоких давлениях, и горелки. Горелка выполнена в виде двух концентрически расположенных труб, по внутренней из которых вводится хлор, а по кольцевому пространству – водород. Такая конструкция обеспечивает хорошее смешение компонентов и сводит к минимуму возможность взрыва.
Высокая коррозионная активность соляной кислоты и влажность хлористого водорода предъявляет повышенные требования к конструкционным материалам аппаратуры. Для ее изготовления используются керамика (насадка колонн), тантал и графит, пропитанный фенолформальдегидной смолой (холодильники) и кварц.
Товарными продуктами в производстве являются соляная кислота с содержанием HCl 27,5 и 31%, ингибированная соляная кислота и жидкий хлористый водород с содержанием HCl 99,5%.