Производство HF-газа в печах с наружным обогревом

На рис. 1 показана схема производства безводного фториcтого водорода. Плавиковый шпат, содержащий не менее 97% СаF2 и не больше

Производство HF-газа в печах с наружным обогревом

Курсовой проект

Химия

Другие курсовые по предмету

Химия

Сдать работу со 100% гаранией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

Производство HF-газа в печах с наружным обогревом

 

Введение

 

Данная курсовая работа посвящена производству газообразного фтористого водорода. Широкое применение находят плавиковая кислота и газообразный НF как в неорганических, так и в органических синтезах. Плавиковая кислота используется для производства различных фторидов, применяемых в качестве катализаторов (фториды серебра, марганца, цезия, бора и др.); НF является исходным сырьем для получения фторидов урана. Безводный НF - основной реагент при производстве фторорганических соединений (пластмассы, фреоны, теплоносители и т.п.).

В настоящее время фтористый водород в Свердловской области производится на ОАО «Полевском криолитовом заводе». Строительство цеха производства HF осуществлено в 1970-1974 гг. по проекту, разработанному Уралгипрохимом в соответствии с проектным заданием реконструкции и расширения завода, утвержденным Минцветметом 14 июня 1967 года.

Технологическая схема производства разработана Уралгипрохимом совместно со специалистами завода и УНИХИМа.

Генеральный проектировщик - ИФ ВАМИ, проектная мощность цеха - 79800 т в год 100% фтороводородной кислоты-полуфабриката, 4000 т/год 30% технической марки Б (1 сорт), 5000 т/год марки Б (2 сорт).

В основе способа получения фтороводородного газа лежит процесс разложения плавикового шпата серной кислотой.

Целью данной курсовой работы является систематизация и обобщение известных знаний по получению фтороводорода и побочных продуктов из флюоритового концентрата и серной кислоты, используя опыт организации комплексной переработки флюоритового концентрата на Полевском криолитовом заводе. А также изучение влияния одного из параметров процесса на его характеристики и расчёт термодинамики основных и побочных реакций.

В данном курсовом проекте рассмотрено производство газообразного фтористого водорода в печах с наружным обогревом.

 

 

1.Характеристика химического продукта

 

Физические свойства фтористого водорода

Фтористый водород, HF, соединение фтора с водородом. Плотность 0,98 г./см3 (12°С), tпл - 83,37°С, tkип 19,43°С. Выше 19,43°С - бесцветный газ с резким запахом, раздражающим дыхательные пути, ниже этой температуры - бесцветная легкоподвижная жидкость; tkpит 230,2°С, ркрит 94,5 кгс/см2, энтальпия образования - 271 кдж/моль (-64,8 ккал / моль). Критическая температура фтористого водорода равна 188°С, критическое давление 64 атм. Теплота испарения жидкого НF в точке кипения составляет лишь 7,5 кДж/моль. Столь низкое значение (примерно в 6 раз меньшее, чем у воды при 20°С) обусловлено тем, что само по себе испарение мало меняет характер ассоциации фтористого водорода (в отличие от воды). Подобно плотности (0,99 г./см3), диэлектрическая проницаемость жидкого фтористого водорода (84 при 0°С) очень близка к значению ее для воды. Молекулы фтористого водорода ассоциированы, степень ассоциации зависит от агрегатного состояния, температуры и давления. В газообразном фтористом водороде ассоциаты включают три или четыре молекулы HF. Фтористый водород смешивается с водой в любых соотношениях. Его водный раствор - фтористоводородная или плавиковая кислота, которая представляет собой бесцветную, подвижную и легколетучую жидкость.

Содержание HF в газовой фазе для 20%-ной плавиковой кислоты при различных температурах:

 

t,оС205075СHF, мг/л0,54,517,5

Химические свойства фтороводорода.

В водных растворах HF сильно диссоциирован:

Н2О + 2HF = H3O+ + HF2-

HF = H+ + F-

F- + HF = HF2-

 

В отличие от свободного фтора фтористый водород (НF) и многие его производные используются уже с давних пор. Совершенно безводный или близкий к этому состоянию фтористый водород почти мгновенно обугливает фильтровальную бумагу. Этой пробой иногда пользуются для контроля степени его обезвоживания. Более точно такой контроль осуществляется определением электропроводности у безводного фтористого водорода она ничтожно мала, но даже следы воды (как и многих других примесей) резко ее повышают. Многие неорганические соединения хорошо растворимы в жидком НF, причем растворы являются, как правило, проводниками и электрического тока.

Жидкий фтористый водород является лучшим из всех известных растворителем белков. Растворы воды и солей в жидком фтористом водороде хорошо проводят электрический ток. Химическая активность НF существенно зависит от отсутствия или наличия воды. Сухой фтористый водород не действует на большинство металлов. Не реагирует он и с оксидами металлов. Однако если реакция с оксидом начнется хотя бы в ничтожной степени, то дальше она некоторое время идет с самоускорением, так как в результате взаимодействия по схеме МО + 2 НF = МF2 + Н2О количество воды увеличивается.

На взаимодействии НF и SiO2 основано применение фтористого водорода для травления стекла. При этом вследствие удаления частичек SiO2 его поверхность становится матовой, что и используют для нанесения на стекло различных меток, надписей и т.п.

В водном растворе НF ведет себя как одноосновная кислота средней силы. Продажный раствор этой фтористоводородной (иначе, п л а в и к о в о й) кислоты содержит обычно 40% НF. Растворение фтористого водорода в воде сопровождается довольно значительным выделением тепла (59 кДж/моль).

Весьма характерно для фтористого водорода образование продуктов присоединения к фторидам наиболее активных металлов. Соединения эти, как правило, хорошо кристаллизуются и плавятся без разложения. Примером могут служить производные калия - КF·НF (т. пл. 239°С), КF·2НF (62°С), КF·3НF (66°С) и КF·4НF (72°С). Строение этих продуктов присоединения отвечает, вероятно, формулам вида К [F(НF) n] с водородными связями между ионом F- и молекулами HF. Разбавленные растворы гидродифторида калия (КНF2) применяются иногда для удаления пятен от ржавчины. Атом, молекула гидрофторида.

Связь Н-F характеризуется ядерным расстоянием 0,92 А. По отношению к нагреванию фтористый водород очень устойчив: его термическая диссоциация становится заметной лишь около 3500°С. Молекула НF весьма полярна (m = 1,74). С наличием на атомах значительных эффективных зарядов хорошо согласуется резко выраженная склонность фтороводорода к ассоциации путем образования водородных связей по схеме ···Н-F···Н-F···.

Энергия такой связи составляет около 33,4 кДж/моль, т.е. она прочнее, чем водородная связь между молекулами воды. Кристаллы твердого фтористого водорода слагаются из зигзагообразных цепей ···Н-F···Н-F···Н-F···, образованных при посредстве водородных связей.

Фтористый водород ядовит. Хроническое отравление фторидами может быть вызвано как повышенным их содержанием в питьевой воде, так и вдыханием их с воздухом в виде пыли. В результате подобного отравления наблюдается разрушение зубной эмали. Существенно увеличивается также хрупкость костей, что создает предпосылки для их переломов.

Применение фтористого водорода.

Практическое применение НF довольно разнообразно. Безводный используется главным образом при органических синтезах, а плавиковая кислота - для получения фторидов, травления стекла, удаления песка с металлического лития, при анализах минералов и т.д.

Безводный фтористый водород реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода (за исключением Al, Mg, Pb, Fe, Ni). Ф. в. взаимодействует со многими окислами, например SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O (реакция травления стекла). Фтористый водород присоединяется к органическим соединениям по кратной связи, а в ряде случаев вызывает полимеризацию этих соединений. При действии фтористый водород в присутствии катализатора на полигалогеналканы фтор замещает в них галоген. Фтористый водород служит хорошим растворителем неорганических и органических соединений; при этом, в отличие от водных растворов, электролитической диссоциации подвергается сам фтористый водород, а не растворённое вещество.

Фтористый водород токсичен; попадание на кожу вызывает ожоги, пары HF раздражают верхние дыхательные пути. Предельно допустимая концентрация паров Ф. в. в воздухе 0,0005 мг/л. Первая помощь - вдыхание кислорода; при попадании на кожу - погружение обожжённого участка в ледяной насыщенный раствор сернокислой магнезии или 70%-ный этиловый спирт.

 

2. Методы получения

 

.1 Получение HF из плавикового шпата и концентрированной серной кислоты в печи

газ химический сырье технологический

Получение фтористого водорода основано на обработке тонкоизмельченного плавикового шпата 90-92%-ной серной кислотой:

 

СаF2 + H2SO4 = 2НF + СаS04

 

 

Рис. 1. Схема производства безводного фтористого водорода:

- резервуар для серной кислоты; 2 - воздушный клапан; 3 - насос; 4 - вагонетка для плавикового шпата; 5 - элеватор; 6 - печь; 7 - дымовая труба; 8 - шнек; 9 - бункер для шпата; 10 - напорный бак для серной кислоты; 11 - ротаметр; 12 - пылеуловитель; 13 - скруббер для промывки газа серной кислотой; 14 - абсорбционная колонна, выпускающая 80%-ную плавиковую кислоту; 15 - холодильник для кислоты; 16 - абсорбционная колонна, выпускающая 60%-ную плавиковую кислоту;

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>