3. Теоретические основы синтеза хлористого водорода.

Для производства синтетического хлороводорода используют хлор и водород, которые получаются электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов.

Реакция протекает с выделением тепла и без изменения объёма:

H₂ + Cl₂ = 2HCl; ∆Н = –183,7 КДж

При обычных температурах хлор и водород не взаимодействуют. Но на свету или при нагревании происходит реакция, сопровождающаяся взрывом.

Спокойное протекание реакции между хлором и водородом (без взрыва) возможно при непрерывном поступлении газов в реакционную зону и при высокой температуре (2000 –2400ºС), которая поддерживается за счёт тепла реакции. Реагирующие газы образуют светящийся факел бледно–лунного цвета.

Точная дозировка газа невозможна, поэтому один из реагентов подают в избытке. При избытке хлора режим работы называют хлорным, при избытке водорода – водородным.

В реальном производстве применяется преимущественно водородный режим. Избыточное содержание водорода 3 –10 %. Получаются хлороводород и соляная кислота, не содержащие хлора, что способствует уменьшению коррозии аппаратуры, обеспечивает более полное использование хлора, исключает дополнительную очистку от него целевого продукта и упрощает решение экологических проблем.

Процесс проводят в специальных аппаратах – печах синтеза. Конструкция печей зависит от способа отвода тепла. Бывают печи с воздушным охлаждением и печи с водяным охлаждением.

Важен хороший отвод тепла, благодаря чему повышается производительность без увеличения размеров аппарата. Важен подбор материала оборудования – с хорошей теплопроводностью и коррозионной стойкостью.

Хлористый водород при температуре выше 120 – 150 ºС, то есть выше точки росы содержащейся в нём влаги, не оказывает коррозионного действия на сталь.

При водородном режиме, то есть в восстановительной среде, на внутренней стороне стенки печи образуется защитная плёнка хлорида железа(II). Она разрушается при температуре ниже 80 – 100ºС, когда на стенках начинает конденсироваться влага или при температуре 600ºС, когда хлорид железа(II) начинает возгоняться. Поэтому при воздушном охлаждении температура стальных печей не должна превышать 450 – 500ºС, а при водном охлаждении температура стенки печи не должна быть ниже 100 – 120ºС .

В последнее время для получения хлороводорода вместо печей начали применять реакторы, внутренние стенки которого экранированы трубчатым теплообменником с охлаждающей водой. Это позволяет полнее использовать тепло реакции и увеличивает срок службы аппарата.

4. Абсорбция хлороводорода или получение соляной кислоты.

Получение соляной кислоты осуществляется абсорбцией хлористого водорода водой. При абсорбции выделяется значительное количество тепла (73,5 КДж/моль или 2457,3 КДж на 1т 31%-ой соляной кислоты). Этого количества тепла достаточно, чтобы нагреть образующуюся кислоту до кипения. Поэтому в процессе абсорбции необходим отвод тепла. В противном случае не удаётся получить кислоту нужной концентрации.

Процесс абсорбции ведут в абсорберах с отводом тепла. Тепло отводится либо через стенку – это изотермическая абсорбция, либо путём испарения части воды – это адиабатическая абсорбция.

При изотермической абсорбции очень важен подбор конструкционных материалов для аппаратуры, так как соляная кислота имеет коррозионное воздействие. И, кроме того, материал должен обладать достаточно высокой теплопроводностью в сочетании с механической прочностью.

Для проведения адиабатической абсорбции не требуется применения теплопроводных материалов. Процесс ведут в простых аппаратах колонного типа, изготовляемых из фаолита и заполненных цилиндрическими кольцами.