Karbid vápníku je sloučenina vápníku s uhlíkem, což je pevná krystalická látka. Vyrábí se tavením oxidu vápenatého s koksem v elektrických pecích (při teplotách 1900-1950°C) a následným tuhnutím ve speciálních formách (formách), drcením a tříděním na kusy určitých velikostí (malé, střední a velké).
Vzniká tak technický produkt se špinavě tmavě šedou nebo hnědou barvou díky 20-25% obsahu nečistot (uhlí a jiná barviva). Navíc obsahuje sulfid vápenatý a fosfid, díky nimž má materiál nepříjemný zápach.
Dobře absorbuje vodu a při interakci s ní se i při nízkých teplotách rozkládá a prudce uvolňuje plynný acetylen s velkým množstvím tepla. Dokonce i atmosférická vlhkost může vyvolat rozklad látky.
Aplikace
Karbid vápenatý (karbid vápenatý) se používá k výrobě kyanamidu vápenatého (reakcí s dusíkem), ze kterého se syntetizují kyanidové sloučeniny a hnojiva, k výrobě karbid-močovinových regulátorů růstu rostlin a karbidového práškového činidla.
Bez této látky se neobejdou autogenní práce a osvětlení, výroba acetylenové černě a dalších materiálů: syntetický kaučuk, alkonitril, styren, vinylchlorid, kyselina octová, deriváty acetylenchloridu, umělé pryskyřice, etylen, aceton atd. Je používá se také při procesu svařování plynem, výrobě karbidových lamp.
Ze speciální frakce karbidu vápníku (zpracovaného za použití odpadních a nekvalitních surovin) reakcí s vodou se získává plynný acetylén a vedlejší produkt – hašené vápno. Tento postup je doprovázen uvolněním značného množství tepla. Objem vyrobeného plynu závisí na čistotě karbidu vápníku (čím čistší materiál, tím více acetylenu se uvolní) a pohybuje se mezi 235-285 litry z 1 kg karbidu.
K rozkladu 1 kg karbidu vápníku je teoreticky potřeba 0,56 litru vody, ale v praxi se pro lepší chlazení acetylenu a zajištění bezpečnosti procesu spotřebuje 5 až 26 litrů kapaliny. Rychlost rozkladu bude záviset na granulaci a čistotě výchozího materiálu, stejně jako na teplotě a čistotě vody (čím je čistší a menší velikost, čím vyšší je teplota, tím rychlejší je reakční rychlost).
Je možné uhasit karbid vápníku vodou?
Karbid vápníku je nehořlavý produkt, ale acetylen uvolněný při jeho rozkladu je výbušný a nebezpečný pro požár. Snadno se vznítí i při krátkodobém kontaktu se vzduchem a má schopnost samovolného vznícení i v čisté formě. Také snadno reaguje se solemi mědi, stříbra a rtuti za vzniku nestabilních výbušných acetelidů. Má narkotický účinek díky fosforovodíku v jeho složení.
Činidlo v žádném případě nehaste vodou! Pokud se kapalina dostane do nádob obsahujících látku, může dojít k výbuchu. K hašení by měly být použity suché práškové hasicí přístroje, suchý písek, oxid uhličitý a azbestový plech.
Acetylen je lehčí než vzduch, takže se může hromadit v nejvyšších místech špatně větraných místností.
Bezpečnostní opatření a skladování
Karbid vápníku patří do třídy nebezpečnosti 1 podle stupně dopadu na tělo. Jeho prach dráždí kůži, sliznice a dýchací cesty. Činidlo je velmi nebezpečné při vdechnutí (příznaky: přerušované dýchání, kašel, rýma, pocit dušení, plicní edém), při kontaktu s kůží (popáleniny, vředy) a v očích (bolestivost, slzení, otoky očních víček).
Při použití materiálu je nutné používat speciální ochranný oděv, plynovou masku, rukavice a speciální obuv. Pracujte pouze v dobře větraných prostorách. V případě kontaktu s kůží opláchněte zasažené místo velkým množstvím vody, namažte bohatým krémem a přivolejte lékaře.
Skladujte v uzavřených nádobách ve svislé poloze (ne více než 3 řady) v ohnivzdorných, dobře větraných skladech nebo na otevřených prostranstvích pod přístřeškem, chraňte před vlhkostí. Společné skladování s jinými látkami není povoleno. Skladovatelnost – 6 měsíců od data výroby.
Kde koupit?
Nabízíme vysoce kvalitní chemikálie za nejlepší ceny. Pro objednání takových produktů u nás stačí kliknout na příslušné tlačítko u obrázku produktu a zadat své kontakty. Brzy vás budeme kontaktovat.
Karbid vápníku má silný česnekový zápach a vysoce absorbuje vodu. Jeho hustota se zvyšuje s rostoucím množstvím nečistot a pohybuje se v rozmezí 2,22-2,8 g/cm3. Molekulová hmotnost – 64,102. Technický karbid vápníku se vyrábí podle GOST 1460.
Obsah
Karbid vápníku je chemická sloučenina vápníku s uhlíkem, v čisté formě bílá krystalická látka. Chemický vzorec – CaC2 Technický karbid vápníku je tvrdý hrudkovitý materiál, jehož barva lomu se mění v závislosti na obsahu karbidu vápníku. S obsahem 60-75% CaC2 – má šedý zlom, který se při vyšším obsahu CaC zbarví do fialova2. Vysoké procento (80% CaC2 a výše) – má barvu od světle hnědé po modročernou.
Historie výroby karbidu vápníku
Karbid vápníku získal náhodou v roce 1862 německý chemik Friedrich Wühler při pokusu izolovat kovový vápník z vápna (uhličitan vápenatý CaCO3) prodlouženou kalcinací směsi skládající se z vápna a uhlí získal šedavou hmotu, ve které nenašel žádné známky kovu. V důsledku neúspěšného experimentu tuto hmotu odhodil na skládku na dvoře. Během deště si laboratorní technik všiml, že se z vyvržené hmoty uvolňuje trochu plynu. To zaujalo Friedricha Wöhlera, analyzoval plyn a zjistil, že se jedná o acetylen (C2Н2), dříve objevené Edmundem Davym v roce 1836.
Název tohoto plynu však dostal francouzský chemik Pierre Eugene Marcelin Berthelot poté, co v roce 1863 získal acetylen průchodem vodíku přes grafitové elektrody zahřívané elektrickým obloukem.
Thomas Leopold „Carbide“ Willson v roce 1888 a Ferdinand Frederic Henri Moissan v roce 1892 nezávisle objevili způsob výroby karbidu vápníku v elektrické obloukové peci, který posloužil jako impuls pro další rozvoj průmyslové výroby technického karbidu vápníku.
V Rusku byly první závody na výrobu karbidu vápníku vybudovány akciovou společností Perun v roce 1908 v Zemkowicích, v roce 1910 v Petrohradě. V roce 1914 provozoval tento závod dvě karbidové pece o výkonu 500 kW a dvě pece o výkonu 900 kW.
V roce 1917 byla v huti Makeevka postavena instalace s elektrickou pecí o výkonu 1800 kW. Téměř současně byly spuštěny karbidové pece také v závodě Baku pro potřeby ropného průmyslu a v měděné huti Allaverdi.
V roce 1930 byla v Rastyapinu (nyní Dzeržinsk, oblast Nižnij Novgorod) postavena a spuštěna první velká továrna na výrobu karbidu. V tomto závodě se poprvé začal vyrábět karbid vápníku nejen jako komerční produkt, ale také pro výrobu kyanamidu vápenatého.
Příprava karbidu vápníku
Technický karbid vápníku se získává reakcí páleného vápna (CaO) s koksem (3C) nebo antracitem v elektrických pecích při teplotě 1900-2300°C. Vsázka sestávající ze směsi koksu nebo antracitu a vápna v určitém poměru se vloží do elektrické pece, vsázka se roztaví a dojde k endotermické chemické reakci (s absorpcí tepla) podle vzorce:
CaO+3C = CaC2+CO -108 kcal/mol
K získání 1 tuny karbidu vápníku je tedy zapotřebí:
- 4000 kg vápna
- 600 kg koksu
- 1965 kWh elektřiny
V důsledku značných energetických ztrát v karbidových pecích se však prakticky na výrobu 1 tuny technického karbidu vápníku spotřebuje 2800 až 3700 kWh v závislosti na výkonu pece. Pokud je výkon pece menší než 1000 kW, může spotřeba elektřiny dosáhnout 4000 kWh/t nebo více.
Roztavený karbid vápníku se z pece odlévá do speciálních forem, ve kterých se ochlazuje a tvrdne. Po vytvrzení se drtí v čelisťových drtičkách a třídí v příhradových bubnech na kusy různých velikostí od 2 do 80 mm.
Výtěžnost kusů různých velikostí při drcení je uvedena níže:
| Granulace, mm | 25-80 | 15-25 | 8-15 | 2-8 | na 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Konec, % | 66-80 | 8-10 | 6-14 | 4,5-6,5 | 1,5-3,0 |
Předpokládá se, že komerční karbid vápníku má velikost granulí 2 až 100 mm. Karbidový prach produkovaný drcením je nevhodný pro normální generátory acetylenu kvůli jeho příliš prudké reakci s vodou, přehřívání a nebezpečí výbuchu.
Závislost měrné hmotnosti technického karbidu vápníku na obsahu CaC v něm2, je zobrazena v tabulce níže:
| Obsah CaC2 v technickém karbidu,% | 80 | 75 | 70 | 65 | 60 | 55 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Měrná hmotnost technického karbidu | 2,32 | 2,37 | 2,41 | 2.45 | 2,49 | 2,53 |
Technický karbid vápníku vyráběný v elektrických pecích obsahuje řadu nečistot, které se do něj dostávají ze surovin používaných při jeho výrobě. Průměrné chemické složení používané pro svařování:
| Komponenta | Obsah, % (hmotnostní) |
|---|---|
| Karbid vápníku (CaC)2) | 72,5 |
| vápno (CaO) | 17,3 |
| Oxid hořečnatý (MgO) | 0,4 |
| Oxid železitý (Fe2O3) a oxid hlinitý (Al2O3) | 2,5 |
| Oxid křemičitý (SiO2) | 2,0 |
| Síra (S) | 0,3 |
| uhlík (C) | 1,0 |
| Jiné nečistoty | 4,0 |
Jak je z daného složení patrné, hlavní nečistotou je vápno.
Nečistoty obsažené ve výchozích surovinách používaných k výrobě zhoršují její kvalitu. Škodlivými nečistotami jsou zejména fosfor a síra, které přecházejí do karbidu vápníku ve formě sloučenin vápníku, fosforu a síry a při rozkladu karbidu se dostávají do acetylenu ve formě fosforu a sirovodíku.
Hydrolýza nebo karbid vápníku plus voda
Když karbid vápníku interaguje s vodou, dochází k reakci zvané hydrolýza. Hydrolýza karbidu vápníku byla kdysi hlavní průmyslovou metodou pro výrobu acetylenu, hořlavého plynu používaného při svařování a řezání plynem. O jiném způsobu výroby se dozvíte z článku o výrobě acetylenu.
Když karbid vápníku (CaC) reaguje2) s vodou (H2O) výsledným plynem je acetylen (C2H2) a hašené vápno (Ca(OH)2), což je odpadní produkt. Chemická aktivita karbidu vápníku ve vztahu k vodě je tak velká, že se rozkládá i krystalizační vodou obsaženou v solích.
Exotermická reakce (tj. s uvolňováním tepla) interakce karbidu vápníku s vodou probíhá rychle podle rovnice:
Tepelný účinek reakce se skládá z tepla uvolněného při reakci karbidu vápníku a páleného vápna s vodou. Interakce vápna s vodou probíhá podle rovnice:
Výtěžnost acetylenu je objem acetylenu v litrech uvolněný při rozkladu 1 kg karbidu, snížený na 20° a 760 mm Hg. Umění.
K rozkladu 1 kg chemicky čistého karbidu vápníku je teoreticky potřeba 0,562 kg vody, čímž vznikne 0,406 kg acetylenu (285 l) a 1,156 kg hašeného vápna.
Značný tepelný účinek reakce karbidu vápníku a nebezpečí přehřátí acetylenu nutí proces provádět s velkým přebytkem vody pro chlazení. Díky tomu je proces bezpečnější. Teplota acetylenu opouštějícího generátor převyšuje okolní teplotu pouze o 10-15°C.
Množství vody potřebné k reakci s karbidem vápníku
Minimální množství vody potřebné k ochlazení reakce 1 kg karbidu vápníku lze vypočítat následovně.
Při rozkladu 1 kg 70% karbidu vápníku vznikne 0,284 kg acetylenu a 1,127 kg hydrátu oxidu vápenatého, tzn. hašené vápno (za předpokladu, že obsah oxidu vápenatého v karbidu vápníku je 24 %).
Předpokládáme, že počáteční teplota vody je 15 °C a teplota v generátoru během provozu je 60 °C. Rovnice tepelné bilance pro 1 kg karbidu vápníku je vyjádřena takto:
kde q je množství tepla uvolněného během rozkladu 1 kg 70% karbidu vápníku, což se rovná 397 kcal/kg
q1 – množství tepla vynaloženého na ohřev výsledného hašeného vápna z 15 na 60 °C:
q1= 1,127?(60-15)-0,23= 11,7 kcal
0,23 – průměrná tepelná kapacita hydrátu oxidu vápenatého v kcal/kg
q2 – množství tepla vynaloženého na zahřátí výsledného acetylenu z 15 na 60 °C:
q2=0,284?(60-15)-0,336 = 4,3 kcal
0,336 – průměrná tepelná kapacita 1 kg acetylenu v kcal ve stanoveném teplotním rozsahu
q3 – teplo vynaložené na odpařování vody v množství 0,034 kg (při 60 °C je obsah vodní páry nasycený acetylenem získaný z 1 kg karbidu vápníku 34 g) latentní teplo vypařování vody – 539 kcal/kg
q3 = 0,034?539+0,034?1?(60-15) -19,9 ккал
q4 – tepelné ztráty do okolí a na ohřev stěn generátoru jsou přibližně 7 % z celkového množství vyrobeného tepla:
q4= 397-7/100 = 27,8 kcal
q5 – množství tepla vynaloženého na ohřev vody na teplotu 60°C:
q5=q? (q1+q2+q3+q4)=397?(11,7+4,3+19,9+27,8) = 336,3 kcal
Požadovaný minimální bezpečný objem vody je:
Protože 1 m 3 acetylenu při absolutním tlaku 1 kgf/mm 2 a 20 °C váží 1,09 kg, je tedy z 1 kg chemicky čistého karbidu vápníku teoreticky možné získat 0,406/1,09 = 0,3725 m 3, neboli 372,5 .XNUMX litrů acetylenu.
Jak bylo uvedeno výše, technický karbid vápníku obvykle neobsahuje více než 70-80 % CaC2. Z 1 kg technického karbidu vápníku tedy můžete získat od 230 do 280 litrů acetylenu.
Vezmeme-li v úvahu ztráty acetylenu rozpuštěním ve vodě a propláchnutím generátoru acetylenu, pak je pro získání 1 m 3 (1000 dm 3 ) acetylenu prakticky nutné spotřebovat 4,3-4,5 kg karbidu vápníku. Přesnější údaje o skutečném výtěžku acetylenu v závislosti na množství nečistot (stupeň) a velikosti „kusů“ (granulace) jsou uvedeny v GOST 1460.
Parametry ovlivňující rychlost reakce s vodou
Čím jsou kousky menší, tím rychleji probíhá reakce karbidu vápníku s vodou.
Karbid vápníku o velikosti 50×80 mm se zcela rozloží do 13 minut, u velikosti 8×15 mm – do 6,5 minuty.
Když je velikost kusů menší než 2 mm, karbid vápníku je považován za odpad a nazývá se karbidový prach. Karbidový prach se rozkládá téměř okamžitě. Při interakci s vodou dochází k reakci karbidového prachu na povrchu vody a vzniklé teplo nelze rychle odvést. To vede ke zvýšení teploty v reakční zóně a přehřátí karbidových částic a uvolněného acetylenu. V tomto případě je přítomnost vzduchu obzvláště nebezpečná, protože se rychle dosáhne zápalné teploty směsi acetylenu a vzduchu. Proto karbidový prach nelze použít v konvenčních generátorech acetylenu navržených pro provoz s kusovým karbidem vápníku, protože to může způsobit explozi acetylenu v generátoru. K rozkladu karbidového prachu se používají speciálně navržené generátory.
Čím vyšší je teplota vody, tím rychleji probíhá reakce karbidu vápníku. Pokud je voda silně znečištěna hašeným vápnem vznikajícím při reakci karbidu vápníku, reakce se zpomalí.
Když se nepohyblivý karbid vápníku rozloží v nedostatečném množství vody, mohou se jeho kousky pokrýt krustou hašeného vápna a velmi se přehřát a může dojít k následující reakci:
V tomto případě dochází k reakci karbidu vápníku v důsledku odstranění vlhkosti obsažené v hašeném vápně. V důsledku toho se zvyšuje hustota kůry, což vede k ještě většímu přehřívání. Proto je kontinuální odstraňování vápna z reakční zóny velmi důležité, protože přehřátí může vést k explozi směsi acetylenu a vzduchu nebo způsobit explozivní rozklad acetylenu.
Jestliže se stejná množství karbidu vápníku rozloží s různými postupně klesajícími množstvími vody, pak se teplota výsledné směsi acetylen-vodní pára odpovídajícím způsobem zvýší. Při teplotě asi 90°C se téměř všechno teplo (s výjimkou tepla vynaloženého na ohřev acetylenu a karbidového kalu) spotřebuje na tvorbu vodní páry. Tyto reakční podmínky odpovídají procesu, kterým se získává suchý hydrát oxidu vápenatého, protože veškerá voda zaváděná do reakce se spotřebuje na rozklad karbidu a tvorbu vodní páry.
Při ponoření karbidu vápníku do vody probíhá také proces rozkladu velmi nerovnoměrně: nejprve je reakce velmi aktivní s rychlým uvolňováním acetylenu a poté se rychlost reakce snižuje. To se vysvětluje zmenšením povrchu kusů a skutečností, že jsou pokryty vápennou krustou, která brání volnému přístupu vody.
Když se voda smíchá s karbidem vápníku v ní, reakce probíhá rychleji a rovnoměrněji.
Rychlost reakce karbidu vápníku ve vodě závisí na čistotě karbidu vápníku a kontaktním povrchu kousků karbidu vápníku s vodou.
Rychlost reakce karbidu vápníku ve vodě je velmi důležitým prvkem, který charakterizuje kvalitu karbidu vápníku. Pro praktické účely se používá pojem trvání rozkladu.
Za dobu rozkladu se považuje doba, za kterou se uvolní 98 % celkového množství acetylenu, který lze oddělit od karbidu vápníku, protože zbytek se rozkládá velmi pomalu a nevyznačuje rozkladný proces ve vztahu k provozním podmínkám generátorů acetylenu.
Níže uvedená tabulka ukazuje experimentální údaje o době trvání rozkladu karbidu vápníku v závislosti na velikosti jeho kousků.
| Velikosti kusů, mm | Prach | 2/4 | 5/8 | 8/15 | 15/25 | 25/50 | 50/80 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Doba rozkladu, min. | Pár sekund | 1,17 | 1,65 | 1,82 | 4,23 | 13,5 | 16,6 |
Je třeba poznamenat, že tyto tabulky charakterizují pouze ty vzorky karbidu vápníku, se kterými byly provedeny experimenty. V praxi může docházet k výrazným odchylkám, především ve směru snižování reakční rychlosti.
Rychlost rozkladu do značné míry závisí na výtěžku acetylenu z karbidu vápníku. Čím nižší je výtěžek, tím pomalejší je reakční rychlost.
Níže uvedený graf ukazuje změny v rychlosti rozkladu dvou druhů karbidu vápníku se stejnou velikostí hrudek (25/50).
Při rozkladu 1 kg karbidu vápníku s výtěžností acetylenu 263 l/kg se v prvních 3 minutách uvolní 220 l acetylenu a podle toho při výtěžnosti 226 l/kg pouze 150 l.
Karbid vápníku plus dusík
Při teplotě 1000 °C karbid vápníku reaguje s dusíkem za vzniku kyanamidu vápenatého. Reakční rovnice je následující:
Tato reakce se používá pro průmyslovou výrobu kyanamidu vápenatého. Kyanamid vápenatý se používá jako hnojivo a jako výchozí produkt pro výrobu kyanidu.
Karbid vápníku plus vodík
Karbid vápníku reaguje s vodíkem při teplotách nad 2200 °C za vzniku acetylenu a kovového vápníku. Při vysokých teplotách karbid vápníku redukuje většinu oxidů kovů.
Skladování karbidu vápníku
Po získání karbidu vápníku je povoleno jeho skladování ve speciálních utěsněných sudech a speciálně vybavených místnostech, ale o tom všem již bylo pojednáno v článku o tom, kde a jak karbid vápníku skladovat.
