Полное сгорание ацетилена происходит по реакции

Ацетилен, его свойства и получение

Горючие газы для газопламенной обработки

Ацетилен представляет собой углеводород ненасыщенного ряда его химическая формула С₂Н₂. При атмосферном давлении и нормальной температуре ацетилен — бесцветный газ. Технический ацетилен вследствие присутствия в нем примесей, например фосфористого водорода и сероводорода, имеет резкий специфический запах. При 20 °С и 760 мм рт. ст. плотность ацетилена р = 1,091 кг/м³.

С₂Н₂+ 2,5О₂ = 2CO₂+H₂0 + Q. (I)

Из уравнения реакции (1) следует, что для полного сгорания одного объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Высшая теплотворная способность ацетилена при 0 ⁰С п 760 мм рт. ст. равна Q_B =58 660 кДж/м³, низшая теплотворная способность при тех же условиях может быть принята Q_H = 55890 кДж/м³.

Ацетилен — универсальное и самое распространенное горючее, используемое в процессах газопламенной обработки. При сгорании с кислородом он дает пламя с наиболее высокой температурой, равной 3150°С. Достигнуть столь высокой температуры пламени при использовании других горючих не удается.

При использовании ацетилена необходимо учитывать его взрывные свойства, для того чтобы обеспечить полную безопасность работ. Следует всегда иметь в виду, что ацетилен (как и водород) относится к наиболее взрывоопасным газам. Температура самовоспламенения ацетилена находится в пределах 240—630°С и зависит от давления и присутствия в нем различных веществ. Повышение давления существенно снижает температуру самовоспламенения ацетилена. Присутствие в ацетилене частиц других веществ увеличивает поверхность контакта и тем понижает температуру самовоспламенения.

Основной способ получения ацетилена основан на реакции взаимодействия карбида кальция с водой. Карбид кальция CaC₂ — твердое вещество кристаллического строения, имеющее в изломе темно-серый или коричневый цвет. Плотность химически чистого CaО при температуре 18°С равна 2,22 г/см³. Реакция образования карбида кальция из окиси кальция и углерода является эндотермической и протекает при температуре 1900—2300°С по уравнению СаО + ЗС = СаС₂, + СО —452,5 кДж/моль.

Технический карбид кальция содержит 70—75% химически чистого CaС₂, 17—24% СаО и различные примеси: окислы магния, алюминия, железа, соединения серы, фосфора, ферросилиций, углерод и др.

Карбид кальция чрезвычайно активно вступает во взаимодействие с водой, разлагаясь при этом с образованием газообразного ацетилена и гидрата окиси кальция (гашеной извести). Разложение карбида кальция водой протекает экзотермически: СаС₂ + 2Н₂О = С₂Н₂ + Са(ОН}₂+127,4 кДж/моль.

Следовательно, для разложения 1 кг химически чистого CaC₂ требуется затратить 0,562 кг воды. При этом получается 0,406 кг С₂Н₂ и 1,156 кг Са(ОН)₂. Плотность ацетилена при 20° С и 760 мм рт. ст. равна 1.09 кг/м³; следовательно, количество ацетилена (выход ацетилена), получаемое при разложении I кг CaC₂, равно 372,5 дм³/кг.

Экзотермичность реакции разложения карбида кальция создает опасность перегрева в зоне реакции. В связи с этим необходимо осуществлять ее при избытке воды и обеспечивать отвод теплоты реакции. Особенно опасны местные перегревы карбида кальция, так как при этом температура в месте его разложения может достигать 700—800° С.. При такой температуре возможна полимеризация, разложение и взрыв ацетилена, особенно при попадании воздуха в зону реакции. Поэтому необходимо в месте разложения карбида кальция поддерживать температуру не выше 150⁰С.

Скорость разложения карбида кальция — важный показатель для его использования в ацетиленовых генераторах — измеряется количеством ацетилена, выделившимся за время разложения 1 кг карбида кальция в течение 1 мин. Скорость разложения (л/кг-мин) зависит от сорта и грануляции карбида кальция, а также от температуры воды. Поскольку карбид кальция жадно поглощает атмосферную влагу и при этом разлагается с выделением ацетилена, его хранят и транспортируют в герметически закрытой таре: барабанах из кровельной стали или контейнерах.

Способ получения ацетилена из карбида кальция довольно громоздкий, дорогой и требующий затрат большого количества электроэнергии. За последние годы разработаны и быстро внедряются в промышленность более экономичные и высокопроизводительные способы получения ацетилена: из природного газа термо-окислительным пиролизом метана в смеси с кислородом (так называемый пиролизный ацетилен) и разложением жидких горючих {нефти, керосина) действием электродугового разряда (так называемый электропиролиз). Получение ацетилена из природного газа па 30—40% дешевле, чем из карбида кальция. Этот ацетилен по своим свойствам не отличается от ацетилена, получаемого из карбида кальция.

Хранение и транспортировка ацетилена осуществляются под давлением в баллонах, заполненных специальной пористой массой, пропитанной ацетоном — хорошим растворителем ацетилена, что позволяет существенно увеличить количество ацетилена, накачиваемого в баллон. Кроме того, ацетон снижает взрывоопасность ацетилена. Ацетон удерживается в порах массы и распределяется по всему объему баллона, это увеличивает поверхность его контакта с ацетиленом при растворении и выделении из раствора.

Ацетилен, отпускаемый потребителям в баллонах, называется растворенным ацетиленом. Максимальное давление ацетилена при заполнении баллона составляет 2,5 МПа, при отстое и охлаждении баллона до 20⁰ С оно снижается до 1,9 МПа. При этом давлении в 40-литровый баллон вмещается 5—5,8 кг ацетилена по массе (4,6—5,3 м³ газа при 20° С и 760 мм рт. ст.). Периодически в баллон добавляют ацетон для возмещения потерь растворителя.

При производстве газопламенных работ и децентрализованном потреблении ацетилена растворенный ацетилен имеет ряд существенных преимуществ перед ацетиленом, получаемым из карбида кальций в переносных генераторах непосредственно на месте работ. При использовании баллонов взамен переносных генераторов производительность труда сварщика повышается на 20%, на 15—25% снижаются потери ацетилена, повышается оперативность и маневренность сварочного поста, удобство работы, безопасность. Кроме того, растворенный ацетилен—высококачественное горючее, содержащее минимальные количества посторонних примесей, поэтому его можно применять при выполнении особо ответственных сварочных работ.

Пористые массы для ацетиленовых баллонов должны удовлетворять следующим требованиям: надежно локализовать взрывной распад ацетилена в баллоне при давлении до 3 МПа (30 кгс'см²); не взаимодействовать с ацетиленом, ацетоном и металлом баллона; обладать достаточной механической прочностью и не разрушаться при толчках и ударах, не оседать и не образовывать пустот в баллоне; масса должна быть легкой и пористой, чтобы не уменьшать полезного объема и не увеличивать веса тары, не должна выгорать и осмоляться при обратном ударе пламени, должна обеспечивать равномерное распределение ацетона по всему объему баллона и предотвращать стекание раствора на дно балона; обеспечивать быстрое выделение ацетилена из раствора для возможности отбора газа без сильного охлаждения баллона.

В качестве пористых масс применяют такие высокопористые вещества, как: инфузорную землю, (кизельгур, диатомит), пемзу, асбест, древесный и активированный уголь, силикат кальция, углекислый магнии и др. Наибольшее применение имеют зернистые трамбованные массы и монолитные.

Дата добавления: 2014-01-04