Лабораторная работа № 3 Тема: «Анализ сырьевых материалов для производства карбида кальция»

Изобретение относится к способу получения карбида кальция. Способ включает термическую обработку дробленых известняка и угля с отводом газообразных продуктов, которые используют для производства углекислоты. Термическую обработку ведут в одном реакторе. На первом этапе в процессе ввода сырья в реактор его подвергают нагреву до 1000°-1200°С теплопередачей от конструктивных элементов загрузочного канала и воздействием на сырье плазменного луча в зоне свободного перемещения частиц сырья. Термическую обработку сырья осуществляют в атмосфере диоксида углерода. Последующий синтез карбида кальция осуществляют при температуре как минимум 1700-1800° индукционным нагревом реакционной массы. Полученный расплав карбида кальция отводят. Из верхней части реактора отводят газообразные продукты, из которых выделяют окись углерода и диоксид углерода, причем как минимум часть отводимого диоксида углерода используют для заполнения загрузочного канала. Для производства углекислоты используют объем диоксида углерода, оставшийся после заполнения загрузочного канала, и весь объем окиси углерода. Техническим результатом является повышение выхода целевого продукта и снижение энергоемкости процесса. 1 ил.

Лабораторная работа № 4 Тема: «Получение цианамида кальция»

Получение цианамида кальция основано на взаимодействии карбида кальция с азотом по обратимой реакции: СаС2 + N2 CaCN2 + С + 70 ккал

Реакция азотирования карбида кальция начинается уже при 700-800° и протекает с большой скоростью при 1000-1100° 42>43.

Цианамид кальция (с максимальным содержанием азота, рав­ным 29%) вполне стабилен вплоть до 1120-1130°. В диапазоне 1130-1200° происходит уменьше­ние содержания азота в твердой фазе. Температура 1200° соответ

ствует стабильному существованию цианамида кальция с содер­жанием 21% азота. Обратимость реакции имеет место вплоть до 1400° при уменьшающемся содержании азота в твердой фазе. Выше 1400° цианамид кальция диссоциирует необратимо по реакции:

C + CaCN2 = Ca + 2C + N2

Высокопроцентный цианамид кальция можно получить при тем­пературе не выше 1100°, когда разложение цианамида кальция еще незначительно. Степень азотирования или содержание азота в по­лученном продукте зависит также от чистоты и качества применяе­мых азота и карбида кальция. Последний должен иметь литраж 290-300 л/кг. (Под литражом карбида кальция понимают коли­чество литров ацетилена при 20° и 760 мм рт. ст., выделяемого 1 кг карбида кальция при обработке его водой). Для азотирования при­меняют азот, содержащий 99,8% азота и лишь 0,2% примесей (кислорода, аргона и др.). Скорость реакции возрастает в присут­ствии 10% СаС12 или 2-3% CaF2. В промышленных условиях к карбиду кальция добавляют 2-3% плавикового шпата и процесс ведут при 800-1150°.

Во избежание снижения выхода цианамида содержание в кар­биде кальция примесей SiC>2, глинозема, окиси магния, силикатов и других примесей должно быть минимальным 44.

Получение цианамида кальция в электрических печах

Процесс азотирования карбида кальция — экзотермический при 800—1000° протекает автотермично. Предварительный разогрев шихты до температуры начала реакции осуществляют преимуще­ственно с помощью электрического тока. Применяют также газо­вый обогрев.

Азот Рис. 1. Схема производства цианамида кальции: 1, 15 - дробилки; 2, 9, 16, 23 - элеваторы; 3, 8, 11, 18, 22-шнеки; 4, 7, 10, 19, 24- бун­керы; 5, 20- питатели; 6, 21- трубчатые мельницы; 12 - загрузочный цилиндр; 13 - цианамидные печи; 14 - охладительные стаканы; 17 - шнековый транспортер; 25—барабан для укупорки; 26 - вагонетка

Получение цианамида кальция осуществляют большей частью в печах периодического действия вследствие необходимости дли­тельной обработки материала. Из различных конструкций печей непрерывного действия эксплуатируются преимущественно каналь­ные печи при использовании шихты с добавкой хлористого каль­ция. Возможно использование и вращающихся трубчатых печей.

На рис. 1 показана схема производства цианамида кальция 46. Карбид кальция с размерами кусков до 100 мм вначале дробят, за­тем измельчают в трубчатой мельнице до тонкости, при которой 98,5% материа­ла проходит через сито с 900 отв/см2. В Трубчатую мельницу подают также пла­виковый шпат и около 15% цианамида кальция. Введение в шихту возвратного цианамида кальция позволяет предотвра­тить или уменьшить спекание шихты и снизить температуру процесса, так как CaCN2 является катализатором реакции азотирования. Измельченную шихту по­дают через бункер к загрузочным цилиндрам, служащим для непосредствен­ной загрузки шихты в цианамидные печи и расположенным в печном отделении. В цилиндр загружают автоматически 1200-1300 кг шихты и устанавливают, его при помощи мостового крана на съемную воронку цианамидной печи. За­грузку шихты в печь производят при от­крывании затвора загрузочного цилинд­ра с помощью воронки, снабженной виб­ратором, служащим для уплотнения ших­ты в печи.

Цианамидная печь с непосредствен­ной загрузкой шихты представляет собой стальной цилиндр, футерованный изнут­ри шамотным кирпичом, вы­сотой около 3 м, диаметром вверху 0,8 м и внизу 0,76 м. Сужение шахты печи книзу облегчает выгрузку циан - амидного блока. Печь закрывается крышкой с песочным затвором. В ниж­ней части имеется зольная коробка с Трубопроводом для подачи азота. Рас­пределение азота в шихте производится

По трем вертикальным каналам, образуемым при помощи трех стальных труб, вставляемых в печь перед загрузкой шихты и Удаляемых после загрузки. Таким же образом устроен централь­ный канал, в который вводят нагревательный электрод; с его по­мощью осуществляют начальный подогрев карбида. На дно печи укладывают чугунный конус, который сцепляется с металлической штангой при извлечении цианамидного блока из печи с помощью мостового крана. Выгруженный цианамид помещают в стальные стаканы, где он охлаждается до 40—50° в течение 24—40 ч. Затем его измельчают и основную массу измельченного продукта обраба­тывают водой с целью разложения непрореагировавшего карбида кальция и минеральным маслом для уменьшения пыления. При переработке цианамида кальция в цианплав и другие химические продукты его подвергают более грубому помолу (стр. 1524). В этом случае не производят обработки его водой и маслом.

Процесс азотирования карбида проводят следующим образом. Загрузку шихты в печь производят в течение 10—12 мин. Затем закрывают печь, продувают ее азотом в течение 8—10 мин для удаления воздуха и включают нагрев электрода. Нагревание шихты до температуры интенсивного взаимодействия карбида с азотом продолжается в течение 2—3ч при непрерывной подаче азота под избыточным давлением 5—10 мм вод. ст. После этого прекращают нагрев, электрод удаляют из печи, закрывают элек­тродный канал и увеличивают давление подаваемого азота до 20 мм вод. ст. (сверх атмосферного). Спустя 4 ч начинают удалять из печи выделяющиеся газы (ацетилен и др.) через отвер­стие в крышке, закрывающей электродный канал. Подачу азота  в печь продолжают, пока температура в печи не снизится до 600—700°.

После этого подачу азота прекращают и оставляют цианамид в печи на 1—2 ч для остывания, и затем его выгружают. Весь про­цесс с учетом времени загрузки и выгрузки длится 40—50 ч. Про­изводительность описанной печи за 1 цикл составляет около 1,5 т цианамида кальция. На производство 1 т цианамида кальция (в пересчете на продукт, содержащий 18% „азота) расходуют: 0,785 т карбида кальция, 630 мъ азота, 0,020 т плавикового шпата (85% CaF2) и 90 квт-ч электроэнергии.

Производство цианамида кальция является взрывоопасным вследствие возможности выделения ацетилена при соприкосновении карбида кальция с влагой и образования взрывчатой смеси из аце­тилена и воздуха. Поэтому все аппараты должны быть заполнены азотом (вместо воздуха) и хорошо герметизированы, а производ­ственные помещения должны вентилироваться для предотвращения проникания вредной цианамидной пыли. В присутствии ничтожных количеств спирта в организме (даже от лекарств, приготовленных на спирте) вдыхание цианамидной пыли вызывает приступы уду­шья. Рабочий персонал, обслуживающий производство цианамида кальция, должен быть снабжен защитными средствами — респира­тором, очками и сухой спецодеждой. Перед началом работы надо смазать лицо и руки тонким слоем вазелина.

Получение гранулированного цианамида кальция

Помимо порошкообразного цианамида кальция выпускают гра­нулированный в виде зерен размером 2-5 мм, который не пылит и более удобен при пользовании. Перед грануляцией цианамид кальция увлажняют с целью гашения содержащейся в цианамиде окиси кальция и разложения остатков карбида кальция. Приме­няют разные способы гранулирования цианамида кальция 45>47. Наиболее простой — это грануляция в мешалках непрерывного дей­ствия. Более совершенный гранулятор представляет собой два вальца, из которых один сплошной, другой - полый с дырчатой поверхностью. Массу вводят между цилиндрами - вальцами гранулятора. При вращении полого цилиндра цианамид кальция про­давливается через отверстия внутрь цилиндра и превращается при этом в палочки, которые удаляются из внутренней части цилиндра при его вращении, и ленточным транспортером передаются в су­шильное отделение.

При увлажнении цианамида кальция происходит частичная по­теря азота вследствие взаимодействия CaCN2 с водой: CaCN2 + ЗН20 = 2NH3 + СаСО,

Поэтому более целесообразным, по-видимому, является связы­вание свободной окиси кальция не водой, а двуокисью углерода 43, а также использование для гидратации раствора Са (N03)2 48,49.

Для придания гранулам цианамида кальция большей механиче­ской прочности предложено 50 их дополнительно увлажнять и вы­сушивать нагретым воздухом при 80-90°. При этом 10-15% воды химически связывается с цианамидом кальция, а остальное коли­чество воды удаляется при сушке.