Получение соляной кислоты

         Сгущение HCl в глиняных баллонах распространено главным образом в Германии, Франции, Австрии, Бельгии, в Англии же почти не применяется.

         На фиг. 1 представлен баллон, наиболее употребительный в Германии; высота его доходит до 1 м и емкость до 175 — 300 л.

         1. Баллоны для  поглощения хлористого водорода.

         В одно широкое  горло (около 150 — 200 мм в  диам.) входит глиняная труба, по которой притекает газ, а в другое вставлена труба, по которой он уходит; среднее горло (50 мм) служит для наполнения баллона водой; наконец, внизу имеется кран для выпуска кислоты. Ряд баллонов ставится на горизонтальную поверхность, и каждый из них наполняется водой до известного уровня. При пропускании через всю эту систему газа из сульфатной печи главное количество HCl остается в первых же баллонах, и получается кислота летом 18 — 19°Б., а зимой 21 — 22°Б.; в остальных баллонах поглощаются следы HCl и образуется очень слабая кислота. Чтобы не ждать долго, когда и в этих баллонах получится кислота большей крепости (тем более, что тогда часть HCl будет проходить непоглощенной), поступают следующим образом: опоражнивают в приемники кислоту из первых баллонов для продажи, и в них переливают слабую кисл. из остальных баллонов. В последние в ряду опорожнившиеся баллоны наливают свежей воды.

         Иногда у баллонов (фиг. 2) крана внизу не бывает, а с боков у них делаются два тубуса, при помощи которых баллоны соединяются между собой, образуя одну непрерывную цепь.

         2. Баллоны для  поглощения хлористого водорода.

         Баллоны ставят  тогда один немного выше другого,  и пускают воду в верхний  баллон; ток же газа идет в  обратном направлении; тогда из  нижнего баллона будет непрерывно  вытекать крепкая кислота. Благодаря  такому устройству устраняется  довольно мешкотная работа наполнения  и опоражнивания баллонов. Наиболее  рационально соединять баллоны  так, чтобы из верхнего баллона  вытекала в рядом стоящий нижний  жидкость, более богатая кислотой, которая, именно, как более тяжелая,  собирается на дне баллона.  Для этой цели служит трубка, идущая до дна баллона и  выходящая в один из тубусов  (фиг. 2). Баллоны соединяются между  собой при помощи стеклянных  трубок и резиновых пробок. Чтобы  дать достаточную скорость течения  кислоте, делают разницу в уровнях  между двумя рядом стоящими  баллонами в 2 см. Трубы, по которым  идет газ из одного баллона  к другому, делаются из глины  и вставляются в горло баллона  на замазке из смеси глины  с каменноугольным дегтем. Для  приготовления ее берут густой  каменноугольный деготь и прибавляют  к нему тонко измолотой огнеупорной  глины, сколько влезет; затем ее  колотят деревянными колотушками,  пока не получится пластичная  масса, которую формуют в кирпичики; при употреблении ее слабо разогревают и забивают железным инструментом в щели, которые нужно заполнить. Получается плотное кислотоупорное соединение, которое от нагревания со временем делается еще тверже. Иногда трубы не вмазываются в горло баллона, а в месте соединения их устраивается водяной запор; но это неудобно, так как вода насыщается HCl и выделяет его в окружающую атмосферу. Обыкновенно, для поглощения HCl как из чаши, так и из печи, баллоны располагаются в два ряда, так как все соединения баллонов все же недостаточно хороши, чтобы можно было устроить сразу одну тягу через непрерывный ряд их.

        Чтобы предохранить баллоны от растрескивания вследствие резких изменений в нагреве, газы из чаши или муфеля иногда сначала  поступают в небольшую каменную камеру, в которую впрыскивают  немного воды; благодаря этому  не только получается значительное охлаждение газов, но из них выделяются также  следы унесенной серной кислоты. К этой камере уже присоединяют два  ряда баллонов. Если такой камеры нет, то серная кислота сгущается в  первых баллонах; поэтому рационально  уединять их от общей циркуляционной системы жидкости и наполнять  и опоражнивать отдельно. Из последних  баллонов газ идет в дымовую трубу  или, еще лучше, пропускается через  коксовую башню. Газ из чаши содержит около 600 г HCl на 1 кб. м. Для обыкновенной чаши на суточную переработку 1000 — 1500 кг поваренной соли требуется 35 — 50 баллонов; такое же примерно количество баллонов требуется и для муфеля, хотя в его газах находится меньше HCl, но зато он более нагрет.

        Что касается количества воды, которая идет для поглощении HCl, то примерно считают, что на каждые 100 кг разложенной поваренной соли нужно пропустить через поглотительные приборы 140 — 146 литров воды, если хотят вырабатывать исключительно крепкую кислоту; на практике обыкновенно получают и много слабой кислоты; тогда расход воды увеличивается вдвое. Конденсация соляной кислоты при помощи одних только баллонов возможна на небольших заводах, когда, в особенности, хотят получить крепкую и чистую кислоту. На больших заводах удобнее комбинировать их с коксовыми башнями (см. ниже), так как одних баллонов пришлось бы брать громадное количество, что очень дорого по сравнению с тем, сколько стоят коксовые башни. К невыгодам применения баллонов относится то, что они занимают много места и часто трескаются; кроме того, тяга газов через баллоны сильно затруднена и плохо регулируется. Но самым главным недостатком баллонов является малая поверхность соприкосновения газов с жидкостью; к тому же, если случается, что на поверхности жидкости появляется тонкий слой масла из замазки, то тогда в таком баллоне почти совсем не происходит поглощения HCl (такой баллон узнается на ощупь, так как он холоднее других). В России кислотоупорные глиняные баллоны и трубы готовятся, на заводе Вахтера и Ко в Боровичах и Ушкова и Ко в Елабуге. В Германии на заводах Fikentscher в Цвикау и Рормана в Краушвице при производстве баллонов выбирается самый лучший сорт кислотоупорной глины, не содержащей извести; глину подвергают тщательному отмучиванию. Самый обжиг ведется при такой температуре, что масса начинает сплавляться, так что затем не требуется глазуровать их, чтобы сделать непроницаемыми для жидкости. Шаффнер ввел формовку баллонов не на вращающемся столе, как это делается обыкновенно, а в гипсовых составных формах.

         Одним из важнейших  моментов в деле фабрикации  соляной кислоты было введение  Госсэджем в 1836 г. коксовых башен; это — высокие и узкие постройки из камня, кирпича и пр., наполненные коксом или другим пористым материалом, который орошается сверху водой; через них пропускается газ из сульфатных печей снизу вверх, навстречу току воды. Главное преимущество таких башен перед другими поглотительными аппаратами состоит в том, что поверхность соприкосновения здесь между водой и газом очень велика; кроме того, проходя через пористый кокс и пр., газ механически освобождается от мелкораздробленных капель кислоты; вследствие всего этого он выходит из башни совершенно прозрачным, тогда как при содержании уже 0,003% HCl в нем заметен туман.

        Коксовые башни  делаются, обыкновенно, четырехугольными, 1 — 6 кв. м в осн. и до 36 м выс. Большие башни делают 6- или 8-угольными. В зависимости от обстоятельств, каждая башня действует самостоятельно или соединяют их в группы; при этом башни или находятся в соединении с вытяжной трубой, или проходящий через них газ прямо выходит наружу. Газ из сульфатной печи сперва проходит, обыкновенно, по длинному трубопроводу, где он предварительно охлаждается. Иногда между башней и сульфатной печью ставят каменные резервуары (от 3 до 6) или глиняные баллоны; при этом, если газ идет из чаши, в первых резервуарах или баллонах оседают пары серной кисл., унесенной током газа; для газа из печи такого выделения серной кислоты не происходит. Так как при одной башне трудно достигнуть полного поглощения HCl, то иногда ставят 2 башни, причем в первой получается крепкая кислота, а во второй, где поглощаются лишь следы HCl, — слабая. При постройке башни особую важность составляет устройство ее фундамента, так как вполне снаряженная башня имеет большой вес, а в то же время, кислота, попадающая в почву, может ослаблять фундамент. Если нельзя найти для башни прочный грунт, то его укрепляют забивкой свай, как при постройке высоких заводских труб; на грунт кладется слой асфальта или смесь песка с каменноугольным дегтем, и затем возводится фундамент. Для постройки его берется кислотоупорный песчаник, обтесанный в виде плит или параллелепипедов, для соединения которых служит замазка из смеси каменноугольного дегтя с песком. На поверхности земли на фундамент опять кладут слой асфальта с некоторым уклоном от башни, чтобы защитить фундамент от кислоты и дождевой воды. На фундамент, на известной высоте над землей ставится деревянная клетка (помост), которая служит для поддержки башенной кладки; а кроме того на ней помещается бак с водой для питания башни. На фундамент (часто еще до установки деревянного помоста) кладется толстая плита (до 30 см), которая будет служить дном башни; в ней предварительно делается углубление или отверстие, куда должна стекать кислота, и на ней устанавливаются 4 других плиты, образующих первое звено стенок, если башня четырехугольная; затем ставится другое звено из 4-х плит, и т. д. до самого верха. Соединение плит между собой производится теми же способами, которые применяются для устройства каменных резервуаров (фиг. 3 и 4).

        Толщина плит внизу  башни доходит до 12,5 — 18 см, а кверху постепенно уменьшается до 10 см; при  этом мягкие песчаники берутся более  толстые. Для предохранения железных скреплений от действия кислоты они  покрываются дегтем. В некоторых  случаях (в особенности при получении  слабой кислоты) башни строят из кислотоупорного  кирпича на глиняно-смоляной замазке, а иногда применяют и обыкновенный кирпич, предварительно выварив его  в каменноугольном дегте. Кокс в  башне размещается на решетке, которая  бывает плоская или в виде свода  и устраивается из камня или кислотоупорного  кирпича; под решеткой оканчивается труба, приводящая газ. Чаще всего решетку  делают следующим образом. На дно  башни ставят на ребро, параллельно  газовой трубе, 3 плиты высотой  около 1 м; у средней, приходящейся как раз против трубы, сделан вырез, так что газ проникает между всеми тремя плитами. На эти плиты кладут горизонтальные плиты в 10 см толщиной и 30 см шириной, оставляя промежутки между ними в 65 см. Если башня очень высока, то, чтобы избежать большого давления на одну решетку, делают их несколько из кирпича, располагая через каждые 10 м. Решетка из кирпича выводится аркой, верх которой выравнивается в плоскость. Если в башне несколько решеток, то в ней устраивают соответственные лазы, чтобы можно было каждую решетку отдельно загружать и разгружать.

        Кокс, который идет для наполнения башни, должен быть наилучшего качества, крепкий, серебристый. Газовый  кокс совсем не годится, так как он мягок и крошится. Укладка кокса требует особой внимательности, чтобы получить в башне правильный ток газа и воды. На решетку сначала кладут более длинные куски так, чтобы они легли поперек промежутков между плитами; на этот слой кладут другой, располагая куски по длине, параллельно промежуткам, затем третий слой — опять перпендикулярно, и т. д.; при этом с каждым слоем размеры кусков все более и более уменьшаются, доходя до 12 — 15 см длиной при толщине в 5 см, однако, с перемежкой больших кусков. Когда таким образом наполнена 1/3 башни, остальное пространство до трубы для выхода газа засыпают отсеянным коксом (при отверстиях решетки в 5 см). В первое время кислота извлекает из кокса немного железа и органических веществ, и кокс немного оседает. Меняют кокс в башне через несколько лет, когда замечают, что тяга уменьшается. Иногда вместо кокса для заполнения внутренности башни берут кислотоупорные кирпичи с дырочками или глиняные цилиндры (стаканы), но это стоит дороже. После наполнения башни коксом закрывают ее одной или двумя плитами, которые образуют потолок. Плиты эти продырявлены во многих местах, и в отверстия (сделанные немного на конус) вставлены чашки с водяным запором, наподобие тех. которые употребляются на Гей-Люссаковой или Гловеровой башне. Чашки наполняются водой из сегнерова колеса или качающегося корыта и правильно распределяют воду по поверхности кокса. Вместо таких чашек иногда устраивают нечто вроде лейки и пр. На дне башни имеется кран, из которого вытекает крепкая кислота. На фиг. 6 видно соединение башни, с каменными резервуарами.

         6. Разрез нижней  части каменной башни для поглощения (в сочетании с каменными резервуарами).

А —  фундамент; башни, В — нижняя часть  ее; r r — решетки, С — камера, куда входит газ по трубе a'; сгустившаяся в башне кислота вытекает через трубки I' в резервуар D и затем по трубке b в другой резервуар E; ток газа идет обратно из E по трубе А в D. Кроме описанной системы устройства башен, на небольших и средней величины заводах, в большом ходу керамиковые башни для сгущения газов из чаши и муфеля (фиг. 7 и 8).

         7. Глиняная башня  для поглощения HСl в сочетании с баллонами.

         Они делаются  из широких (до 0,9 м) цилиндрических  труб из кислотоупорной глины,  иногда пропитанных дегтем; трубы  соединены на замазке. Довольно  значительно распространена система  Шаффнера в Ауссиге (для заводов, делающих 12 операций в сутки, при загрузке соли в 400 кг).

         8. Разрез глиняной  башни.

         Здесь отдельно  сгущается HCl из чаши и муфеля с той целью, чтобы получить соляную кислоту, наиболее свободную от серной кислоты, так как в газе из муфеля, где температура выше, ее больше, чем в газе из чаши. Газ из чаши по глиняному трубопроводу идет прежде всего в небольшую башенку, наполненную вместо кокса глиняными плошками, которые 3 — 4 раза в день поливаются водой; газ здесь охлаждается и в значительной мере освобождается от серной кислоты; затем он проходит через ряд глиняных баллонов (53 шт.), причем первые баллоны сообщаются между собой длинными трубами, чтобы полнее охладить газ. Из баллонов газ идет в глиняную башню, которая до 2/3 заполнена глиняными плошками и на 1/3 коксом. Орошение башни производится при помощи сегнерова колеса из бака, установленного на верху башни. То же самое устраивается и для газа из муфеля. Из каждой башни газ идет по трубе вниз; здесь обе трубы входят в трехгорлый баллон и затем выходят в вытяжную трубу. Кислота вытекает из башни с уд. в. 1,0597 и течет через ряд баллонов навстречу току газа, выходя из последнего баллона с уд. в. 1,1782. Для наблюдения за ходом производства в разных местах поставлены стеклянные цилиндры, через которые протекает кислота, и делаются определения ее уд. в. ареометром. Кислота из башенок собирается отдельно. Из других систем, применяемых для устройства башен, можно указать еще способ Лунге и Рормана. Для поглощения HCl служит глиняная цилиндрическая башня. Внутри ее находится ряд выступов, на которые кладутся глиняные полки с отверстиями (фиг. 9).