Производство соляной кислоты

Методы получения соляной кислоты

Производство соляной кислоты различной квалификации (реактивной, синтетической, абгазной) заключается в синтезе хлористого водорода с последующей его абсорбцией водой. При поглощении хлороводорода водой возникает проблема снятия тепла абсорбции, величина которого значительна и достигает 72,8 кДж/моль хлороводрода. Этого тепла вполне достаточно, чтобы образовавшаяся кислота закипела, так как при теплоемкости 29 кДж/(кг-град) его хватает для повышения температуры до 127 °C.

По способам отвода тепла методы абсорбции хлористого водорода разделяют на изотермический, адиабатический и комбинированный.

Изотермическая абсорбция

При изотермической абсорбции процесс осуществляется с отводом тепла, и температура кислоты поддерживается постоянной за счет непосредственного охлаждения абсорбера либо благодаря охлаждению циркулирующей кислоты в выносном холодильнике. При этом теоретически можно получить соляную кислоту любой концентрации, так как с понижением температуры уменьшается и парциальное давление HCl-над соляной кислотой.

Изотермическую абсорбцию следует применять для получения концентрированной соляной кислоты (35−38%) и для переработки хлористого водорода низкой концентрации. Однако в последнем случае при содержании в реакционных газах свыше 40% примесей азота, водорода, метана и других проведение абсорбции в изотермических условиях нецелесообразно ввиду ухудшения теплопередачи и уменьшения полноты абсорбции. Изотермическую абсорбцию можно проводить в поверхностных абсорберах, где газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно текущей жидкости. Так как поверхность жидкости (а, следовательно, и массообмен) незначительна, то такие абсорберы применяют лишь при небольших масштабах производства. Обычно устанавливают каскад абсорберов.

Ранее поверхностные абсорберы выполняли в виде керамических турилл, деллариусов или горизонтальных цилиндрических аппаратов. В таких аппаратах тепло отводится через стенку аппарата воздухом или водой либо с помощью змеевиков, устанавливаемых в абсорберах, которые охлаждаются водой или другим хладагентом.

К более совершенным типам изотермических поверхностных горизонтальных абсорберов относятся оросительные и пластинчатые аппараты, обладающие большой поверхностью теплопередачи.

Абсорбер оросительного типа (рисунок 2.1) состоит из ряда горизонтальных труб, орошаемых снаружи водой.

Рисунок 2.1- - Оросительный поверхностный aбсорбер с водяным охлаждением.

Пластинчатый абсорбер (рисунок 2.2) состоит из двух систем каналов. Каналы большего сечения предназначены дня прохождения хлористого водорода и абсорбента (воды или разбавленной соляной кислоты), а каналы с меньшим сечением — для охлаждающей воды.

Более перспективны абсорберы, работающие по принципу падающей пленки. В таких абсорберах газ и жидкость соприкасаются на поверхности текущей жидкой пленки. Жидкая пленка течет по вертикальным поверхностям, представляющим собой трубы (в трубчатых абсорберах) или пластины (в абсорберах с листовой или плоскопараллельной насадкой). Эти абсорберы работают при противотоке либо при прямотоке, который может быть и нисходящим, и восходящим.

Рисунок 2.2 — Поверхностный абсорбер из графита (пластинчатый) с водяным охлаждением Принцип действия аппаратов с восходящим движением пленки (рис. 2.3, а) основан на том, что газ, движущийся снизу вверх с большой скоростью (10−40 м/с), увлекает за собой жидкую пленку, создавая, таким образом, восходящий прямоток. При больших скоростях газа (до 40 м/с) достигаются высокие коэффициенты массопередачи, однако, при этом будет возрастать гидравлическое сопротивление. Для осуществления противоточного процесса применяют абсорбер с несколькими соединенными противотоком ступенями, работающими по принципу прямотока (рис 2.3, б) Пленочные абсорберы целесообразно применять для поглощения хлористого водорода из высококонцентрированных газов с получением концентрированной соляной кислоты. Однако в таких абсорберах при производстве концентрированной соляной кислоты происходит недостаточно полное поглощение хлористого водорода, поэтому дополнительно устанавливают хвостовую насадочную колонну.

Рисунок 2.3 — Абсорбер с восходящим движением пленки: а — одноступенчатый; б — двухступенчатый; 1 — трубы; 2 — трубные решетки; 3 — камера; 4 — патрубки; 5 — щели.

На рисунке 2.4 показана принципиальная схема абсорбции в падающей пленке, в котором кожухотрубчатый теплообменник модифицирован таким образом, чтобы в нем одновременно осуществлялся массои теплоперенос. Абсорбер с падающей пленкой снабжен переливной трубкой распределительной системой, обеспечивающей равномерный поток жидкости и газа в каждой трубке. Переливная трубка также должна вызывать вихревое движение жидкости, улучшающего гидродинамическую характеристику пленки.

Рисунок 2.4 — Типичная схема абсорбции в падающей пленке: 1 — холодильник-абсорбер; 2 — хвостовая колонна.

Абсорбер с падающей пленкой рассчитан на извлечение из исходного газа от 65 до 85% HCl. Вода или разбавленная кислота могут использоваться в качестве свежей жидкости, которая подается вверх хвостовой колонны. Она попадает в абсорбер самотеком в виде падающей пленки. Аппарат с падающей пленкой обычно изготовляют из пропитанного графита. Покрытие может быть выполнено из полиэфира, укрепленного стекловолокном.

Наибольшим достоинством абсорбера с падающей пленкой является возможность получения концентрированной кислоты (37−40%) без заметных потерь HCl. Однако это достоинство сохраняется лишь для установок производительностью не выше 500 т/сут. При производительности 500 т/сут и более нужны параллельные установки, что позволяет решить проблему распределения газа и жидкости. Коэффициент возврата для этого оборудования в среднем 5:1. Если вводится разбавленный газ, то коэффициент снижается до 2: 1 и менее.