Карбид кальция для чего
Что такое карбид кальция для сварки
Многие люди не понаслышке знают, что такое карбид натрия или кальция. В 80-х годах даже крохотный кусок этой твердой коричневатой или серой субстанции считался огромным богатством, особенно для маленьких детей, которые так любили с ним играться. Все дело в том, что при контакте с водой вещество вступает в термическую реакцию, выделяя дым. Запах карбида напоминает аромат чеснока.
Карбид кальция в сварке
Для сварочных работ карбид является чуть ли не идеальным веществом, потому что при взаимодействии с водой выделяет в окружающее пространство летучий газ ацетилен, который служит основой металлизации, напайки, кислородной сварки и множества иных процессов, относящихся к обработке металлических сплавов.
Создается этот состав при очень высокой температуре (до 2400 градусов) посредством расплавления негашеной извести и кокса внутри электродуговой печки. Затем раскаленное жидкое вещество помещается в специальные формы (изложницы), где оно застывает и твердеет. Затем карбид раскалывают на кусочки размером не более 8 см. В итоге полученная субстанция будет состоять примерно на 78% из карбида кальция, а остальные 22% — это известковые окиси, примеси и иные вещества.
Так как при воздействии воды карбид выделяет большое количество ацетиленового газа и тепловой энергии, это существенно затрудняет его хранение. Чтобы избежать порчи вещества, его нередко укладывают в герметичные стальные резервуары. При открытии этих металлических сосудов необходимо избегать открытого пламени и искр, иначе могут быть печальные последствия.
Карбидная пыль (частички до 2 мм) непригодна для применения, потому что растворяется в воде практически моментально. Кроме того, при хранении большого количества пыли увеличивается риск, что применение состава в итоге приведет к взрыву резервуара. Специалисты отмечают, что килограмм рассматриваемого вещества способен выделить при взаимодействии с водой более 260 кубических дюймов ацетилена.
Карбид часто используется для газовой резки и сварки. При горении ацетилен контактирует с кислородом и достигает температуры 3150, что делает этот газ совершенно незаменимым при обработке тугоплавких металлических сплавов. В целях безопасности ацетилен делают в особых генераторах на основе угля, нефти, природного газа или карбида кальция.
Особенности применения
В сварке это вещество используют везде. Делают это по следующей схеме:
Карбид при сварочных работах выполняет функции топлива, насыщающего генератор газа. И без его применения будет трудно применять ацетиленовую горелку. Ведь газовый баллон очень нелегко перемещать. А карбидные кусочки достаточно положить в герметичный сосуд и транспортировать на совершенно любые расстояния, предотвратив появление влаги.
Требования безопасности
В связи с тем, что это опасный материал, работать с ним нужно, строго соблюдая правила безопасности. Основные правила, которые обязательно должны выполнять при сварке с помощью карбида:
Соблюдая эти правила, можно безопасно пользоваться карбидом для сварки. Кроме того, это вещество позволяет сэкономить и сократить расход ацетилена.
Как применяется карбид кальция для сварки, из чего он сделан
Карбид кальция CaC2– один из символов детства советских хулиганов. Данное вещество применяется в газовой сварке, поскольку обеспечивает выделение огромного количества горючего газа ацетилена.
При погружении в воду карбид выделяет ацетилен, который является горючим компонентом при газовой сварке. Ацетилен в смеси с кислородом горит при температуре 3150°C градусов, что выше температуры плавления большинства металлов и сплавов. Использование такой технологии позволяет сваривать простую и нержавеющую сталь, цветные металлы, для сварки которых электродуговой сваркой потребовались бы специальные электроды с высокой стоимостью. Ацетилен позволяет производить резку металла, особенно толстостенного листа и фасонного проката, который невозможно разрезать болгаркой.
Впервые карбид кальция был изготовлен немецким химиком Фридрихом Велером в 1862 году путем нагревания кальций-цинкового сплава в угольной среде.
При помещении карбида в воду происходит образование гашеной извести и газа ацетилена. Реакция 1 кг чистого карбида с 0,56 л. воды образуется 1,16 кг извести и 372 л. ацетилена.
В виде химической формулы реакция записывается так: СаС2 + Н2О = С2Н2 + Ca(ОН).
Теоретически, карбид разводится водой в соотношении 2:1, однако на практике используется 1 кг карбида заливается 2-4 литрами воды, чтобы избежать взрыва.
Метод производства
Карбид производится в электропечах путем сплавления (прокаливания) смеси кокса и оксида кальция (негашеной извести) при температуре от 1900°C до 2300°C. Резкий и неприятный чесночный запах карбида и вырабатываемого ацетилена вызван содержанием в карбидной смеси примесей фосфидов и сульфатов кальция.
Процесс осуществляется в несколько этапов:
Конечный продукт состоит из 75-78% CaC2, остальное составляет известь и примеси. Гранулы карбида существуют разных размеров: 2×8; 8×15; 15×25; 25×80 мм. Большие гранулы обеспечивают получение большего количества ацетилена, но увеличивают время реакции. Если гранулы 8х15 и 15х25 мм разлагаются за 5-6 минут, то для разложения гранул 25х80 мм требуется более 10 минут.
Применение при сварочных работах
Хранение карбида осуществляется в специальных стальных баках объемом 100 или 130 литров. Открытие этих баков должно производиться только при отсутствии огня или искр в близости от них деревянным молотком и латунным зубилом. Неиспользованный карбид в банке закрывается водонепроницаемой крышкой.
Ацетилен для сварочных работ вырабатывается из карбида в генераторе стационарного или мобильного типа и разного объема. Средний объем ацетиленовых генераторов рассчитан на прием от 5 до 15 литров воды и, соответственно, 2-5 килограммов карбида. Выход ацетилена считается несколько ниже теоретического и принимается равным 260-280 литров с одного килограмма CaC2. Рекомендуется использовать карбид крупной фракции – 80 мм
Принцип использования ацетилена для сварочной работы таков:
В газовой сварке главным плюсом применения карбида является его низкий вес и небольшой вес применяемого оборудования. Газовые баллоны для ацетилена очень тяжелые, их необходимо перемещать на специальной тележке или в 2-3 пары рук. Средний же генератор весит 15-20 кг, что позволяет без особых усилий перемещать его в одиночку или с одним помощников. При перемещении сухого карбида достаточно соблюдать элементарные правила хранения – избегать попадания влаги на вещество и попадание мелкой карбидной пыли на кожу и в глаза.
Техника безопасности
Карбид для сварки относится к классу взрывоопасных веществ. Безопасное применение карбида обеспечивается учетом ряда условий:
Соблюдение этих простых правил позволит обеспечить собственную безопасность и безопасность людей, находящихся вблизи объекта работ.
Карбид следует покупать в проверенных магазинах сварочного оборудования, поскольку приобретение некачественного карбида может затруднить проведение сварочных работ. Можно также заказать его в интернет-магазинах. Цена карбида варьируется от 75 до 190 рублей за килограмм, в зависимости от производителя.
Если имеется необходимость в регулярном использовании оборудования для газовой сварки и резки, лучше купить профессиональное оборудование, изготовленное на промышленном предприятии. Применение самодельных генераторов чревато получением тяжелых травм и угрозой для жизни.
Карбид кальция: свойства и применение. Получение ацетилена
Карбиды – это группа неорганических соединений углерода с металлами, а также с кремнием или бором (поскольку эти элементы проявляют металлические свойства). Карбид кальция – одно из наиболее востребованных веществ этой группы. О свойствах и применении соединения читайте ниже.
История получения
Карбид кальция – соединение, получившее широкое применение в современной промышленности. В 1862 году немецкий химик Фридрих Велер впервые синтезировал молекулу этого вещества. Получение карбида кальция он осуществил следующим образом. Ученый приготовил расплав кальция с цинком, а затем нагрел его с углем. В результате получился карбид. Химическая формула соединения – CaC2. Промышленный способ получения карбида предложил ученый Муассан в 1892 году. Другие названия вещества – ацетиленид кальция, или углеродистый кальций. Кристаллическая решетка соединения выглядит следующим образом:
Физические свойства
По своим физическим свойствам карбид кальция является кристаллическим веществом с температурой плавления 2300 о С. Эта цифра является справедливой лишь для чистого соединения. Карбид, содержащий примеси, может иметь другие показатели температуры плавления. Основное агрегатное состояние вещества – твердое, а цвет варьирует от серого до коричневого.
Химические свойства
Карбид кальция хорошо впитывает воду. Этот процесс сопровождается химической реакцией разложения. Важно, что карбидная пыль обладает раздражающим действием на слизистые оболочки, кожу и органы дыхания. Поэтому во время работы с соединением необходимо использовать противогазы либо противопылевые респираторы. С кислородом карбид кальция взаимодействует при высокой температуре с образованием карбоната кальция. Реакция с азотом приводит к синтезу цианамида кальция. Также при высоких температурах карбид кальция вступает в реакции соединения с хлором, фосфором, мышьяком. Но все-таки одним из важнейших свойств соединения считается разложение водой.
Получение
Производство карбида кальция заключается в следующем. Негашеную известь и предварительно измельченный кокс смешивают. Полученную смесь подвергают расплавлению в электрических печах. Кокс и оксид кальция берутся в равных по массе частях. Процесс происходит при температуре 1900 о С. Расплав выходит из печи и в дальнейшем разливается по специальным формам. Затем уже затвердевший карбид кальция дробят и сортируют по размеру кусков. Гранулы вещества разделяются на четыре фракции в соответствии с их размерами: 25×80, 15×25, 8×15, 2×8, которые определяются ГОСТом 1460-56. По своему составу технический карбид кальция содержит 75-80% основного вещества. На долю примесей, таких, как углерод, известь и других, приходится до 25% от общей массы полученной смеси. Кроме того, содержащийся в техническом карбиде сульфид и фосфид кальция обусловливают довольно неприятный его запах. Представим реакцию получения СаС2: СаО + 3С → СаС2 + СО↑. Образование ацетиленида кальция сопровождается поглощением тепла. Поэтому логично предположить, что реакция его разложения, напротив, идет с выделением энергии.
Транспортировка и хранение
По причине того, что влага моментально разлагает карбид с выделением большого количества тепла и образованием взрывоопасного газа ацетилена, хранить вещество необходимо в герметично закупоренных барабанах или бидонах. Следует помнить, что ацетилен легче воздуха и способен скапливаться в верхних зонах помещения. Этот газ, помимо наркотического действия, обладает способностью к самовоспламенению. Поэтому использовать карбид кальция необходимо с большой осторожностью. Расфасовке на производстве уделяется особое внимание. Готовое вещество помещается в специальные барабаны (тара, напоминающая консервные банки). Такая упаковка требует аккуратного вскрытия. При этом должен использоваться инструмент, не приводящий к образованию искр (молоток или специальный нож). В случае попадания карбида на кожу или слизистые оболочки необходимо немедленно промыть пораженный участок водой и обработать место вазелином или жирным кремом. Транспортировка соединения осуществляется с использованием только крытых видов транспорта. Воздушная доставка карбида запрещена. Помещения, где хранится СаС2, должны быть хорошо проветриваемыми. Также не разрешается хранить карбид совместно с другими химическими веществами. Это может привести к нежелательным, а, возможно, и опасным, реакциям. Срок хранения карбида составляет полгода.
Применение
Область применения карбида кальция чрезвычайно широка. В первую очередь это промышленный синтез. Карбид кальция используется для производства синтетического каучука, уксусной кислоты, ацетона, этилена, винилхлорида, стирола. Также он находит применение в получении цианамида кальция. Это вещество ценно своим использованием в синтезе различных удобрений и цианистых веществ. В сельском хозяйстве любому агроному известно такое название, как карбидно-карбамидный регулятор. Он применяется для регуляции роста растений. А для его получения также используется карбид кальция. Кроме того, это соединение находит применение в процессе производства цианамида кальция. Эта реакция основана на нагревании карбида кальция с азотом. Восстановление щелочных металлов также не обходится без применения описываемого нами вещества. Карбид кальция применяется и в процессе газосварки. Например, широко используются карбидные лампы. Принцип их работы основан на взаимодействии в специальной емкости карбида с водой и сгорании на выходе из аппарата конечного вещества реакции – ацетилена. Посмотрите на фото карбидной лампы.
Производство ацетилена
Одной из важнейших областей применения карбида кальция является его использование в получении ацетилена. Заслуга в открытии этого способа также принадлежит немецкому ученому-химику Фридриху Велеру. В основе этого промышленного процесса лежит реакция разложения карбида под воздействием воды. СаС2 + 2 Н2О → С2Н2 + Са(ОН)2↓. На выходе образуется газ ацетилен и гашеная известь, выпадающая в осадок. Процесс сопровождается выделением большого количества тепла. Объем газа на выходе зависит от того, насколько чистый используется для реакции карбид кальция. Ацетилен, образующийся в результате, может иметь различный объем – 1 кг исходного вещества может дать от 235 до 290 литров газа. Что касается скорости протекания реакции, то она зависит как от малого процента примесей в карбиде кальция, так и от температуры воды, а также ее чистоты. Если рассматривать теоретическую реакцию производства ацетилена из карбида, то в ней на 1 кг карбида достаточно 560 мл воды. Однако на практике объем воды для проведения реакции увеличивается. На 1 кг карбида кальция в условиях промышленного синтеза требуется от 5 до 20 литров воды. Такое количество необходимо для того, чтобы ацетилен лучше охлаждался, а также для обеспечения оптимальной безопасности при работе. Ниже изображен немецкий химик Фридрих Велер.
Лабораторный опыт получения ацетилена
Многим из школьных уроков химии знакома реакция взаимодействия карбида с водой. Обычно этот опыт позволяет продемонстрировать реакцию получения ацетилена, а также физические и химические его свойства. Процесс выделения газа при этом происходит достаточно бурно, поэтому трубка, отводящая ацетилен из колбы с действующими веществами, помещается в чашу с водой. Это обеспечивает менее активное и стремительное движение газа. Кроме того, в лабораторных условиях можно использовать и другой способ, чтобы сделать не слишком бурной реакцию разложения такого соединения, как карбид. Ацетилен при этом идет равномерно и спокойно. Для этого вместо воды необходимо взять насыщенный раствор поваренной соли. Также в лаборатории при проведении этой реакции следует осторожно добавлять воду в карбид, помещенный в объемную колбу, а не наоборот.
Карбид кальция для чего
Ваша корзина пуста, для оформления заказа выберите товар в каталоге
Доставка продукции осуществляется компанией ХИМОПТТОРГ во все регионы Центральной России:
Карбид кальция: применение и меры безопасности
Определение
– химические соединения которые получаеются в результате щелочных реакций углерода с металлами. В большинстве случаев получаются сверхтвердые сплавы, сравнимые по своим твердостным характеристикам с алмазом.
Сейчас небольшой экскурс в историю возникновения этого химического соединения.
Коротко об истории
Томас Уилсон и Фердинанд Муассан, действуя обособленно, практически единовременно разработали способ выпуска карбида кальция в электрической плавильной печи. Это открытие стало толчком для запуска индустрии получения технического карбида кальция.
Технология
В производстве карбида кальция участвуют два элемента: оксид кальция (CaO) известный также как негашеная известь и углеродные соединения в виде кокса (антрацита, каменного угля):
CaO + 3C = CaC2 +CO
Оба компонента подвергаются измельчению и последующему обжигу и расплавлению посредством электродугового способа.
Готовый раствор доходит до твердого состояния в специальных формах, а впоследствии подвергается дроблению и сортировке.
| Содержание СаС2 в техническом карбиде, % | 78 | 74 | 69 | 63 | 60 | 56 |
| Н/м³(Удельный вес) технического карбида | 2,3 | 2,35 | 2,4 | 2,43 | 2,48 | 2,5/td> |
| Элемент | Процентное содержание от массы |
| Карбид кальция | 72 |
| Известь | 17 |
| Углерод | 1 |
| Окись магния | 0,3 |
| Сера | 0,3 |
| Железо и аллюминий | 2,6 |
| Кремний | 2 |
| Другие компоненты | 4 |
Минимальный температурный порог образования карбида кальция 1619°С. Как правило, процесс производства ведется при 1900-1950°С. Температурный рост приведет к распаду карбида кальция на металл и углерод.
При наличии небольшой электродуговой печи и источника тока можно воспроизвести процесс образования карбида кальция:
Можно выделить ряд факторов, влияющих на быстроту формирования и качественные характеристики конечного продукта:
Несмотря на модернизацию промышленных процессов, производство карбида кальция остается трудозатратным, требующим больших площадей и финансовых вложений.
Особенности
Складирование и перевозка
Карбид кальция нужно фасовать во влагозащищенных емкостях, резервуарах, чтобы исключить доступ влаги и не допустить процесса распада. Процедуре расфасовки и распаковки стоит уделить особое внимание
Полезные стороны
Агрегация карбида кальция и азота используется в получении цианамида кальция.
Он относится к нитратным стимуляторам, активно используемым в агрономии. Эта соль становится исходным компонентом при синтезе мочевины, гуанидина.
В металлургии служит для раскисления металлов и десульфурации (понижение содержания кислорода и серы соответственно).
А какую забаву вызывало у детей похитить со стройки камушек карбида и бросать в лужи, любуясь шипением и бурлением. А особо смелые подносили спичку к исходившему газу, и загоралось голубое пламя.
Полезный газ
Изначально карбид кальция применялся исключительно для получения ацетилена. Это органическое соединение использовали для создания карбидных ламп, применяемых для освещения улиц. Такие источники света используют и сегодня в спелеологии, как походное снаряжение, на маяках.
Ацетилен – полупрозрачный, водорастворимый газ используется для получения таких органических соединений, как хлорэтан, поливинилхлорид, стирол.
Существует ряд синтетических продуктов, производных ацетилена. Например, комбинации с хлором дают продукты, превосходно растворяющие органические соединения, а также неорганические: серу, фосфор. Поскольку такие продукты являются негорючими, они успешно используются при вытяжке жиров. Ацетилениды кальция (соли ацетилена) с ионами серебра, меди и ртути используются в создании взрывчатых веществ. Особенно сильной разрушающей взрывной силой обладает соединение с золотом.
В функционировании реактивных двигателей участвует коктейль ацетилена и аммиака.
Ацетилен в соединении с H2O образует ацетальдегид, из которого изготавливается синтетическая уксусная кислота, ацетон, искусственные смолы и этиловый или водочный спирт
Всем известные клей ПВА, грампластинки, рекламные баннеры также являются производными этого газа.
Техника безопасности
Как уже отмечалось ранее, карбид кальций – это взрывоопасное вещество и для соблюдения безопасности в работе с ним нужно следовать нескольким обязательным условиям:
– источник производства многих органических и неорганических соединений, которые широко используются в разных сферах жизни человека. Многие из них не имеют аналогов. Но, наряду с неисчерпаемой пользой этого вещества, не стоит забывать и о вреде, который он может нанести человечеству и экологии, ведь он относится к первому классу опасности, обладает взрыво и пожароопасными действиями.
Содержание
История получения карбида кальция
Карбид кальция был получен случайно в 1862 г. Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich W?hler) при попытке выделения металлического кальция из извести (карбоната кальция СаСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля, получил массу сероватого цвета, в которой не обнаружил признаков металла. Как результат неудавшегося эксперимента он выбросил эту массу на свалку во дворе. Во время дождя лаборант заметил выделение какого-то газа из выброшенной массы. Это заинтересовало Фридриха Вёлера, он провел анализ газа и установил, что это ацетилен (С2Н2), ранее открытый Эдмундом Дэви (Edmund Davy), в 1836 г.
Однако имя этому газу присвоил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (Marcellin Berthelot) после того, как в 1863 году получил ацетилен, пропуская водород над раскалёнными электрической дугой графитовыми электродами.
Томас Уилсон (Thomas Leopold «Carbide» Willson) в 1888 году и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frederic Henri Moissan) в 1892 независимо друг от друга открыли метод получения карбида кальция в дуговой электропечи, что послужило толчком для дальнейшего развития промышленного получения технического карбида кальция.
В России первые заводы по изготовлению карбида кальция были построены акционерным обществом «Перун» в 1908 г. в Земковицах, а в 1910 г. в Петербурге. В 1914 г. на этом заводе работали две карбидные печи мощностью по 500 кВт и две печи по 900 кВт.
В 1917 г. при Макеевском металлургическом заводе была построена установка с электропечью мощностью 1800 кВт. Почти одновременно на заводе в Баку для нужд нефтепромышленности и на Аллавердском медеплавильном заводе также были пущены карбидные печи.
В 1930 г. был построен и пущен первый большой карбидный завод в Растяпино (ныне г. Дзержинск Нижегородской области). На этом заводе карбид кальция впервые стал выпускаться не только как товарный продукт, но и для получения цианамида кальция.
Получение карбида кальция
Технический карбид кальция получают в результате взаимодействия обожженной извести (СаО) с коксом (3С) или антрацитом в электрических печах при температуре 1900-2300°С. Шихту, состоящую из смеси кокса или антрацита и извести в определенной пропорции, загружают в электропечь, шихта расплавляется, при этом происходит эндотермическая химическая реакция (с поглощением тепла) по формуле:
Таким образом, для получения 1 т карбида кальция требуется:
Однако вследствие значительных потерь энергии в карбидных печах практически для получения 1 т технического карбида кальция расходуется от 2800 до 3700 кВт·ч в зависимости от мощности печи. Если мощность печи меньше 1000 кВт, то расход электроэнергии может достичь 4000 кВт·ч/т и более.
Расплавленный карбид кальция сливают из печи в специальные изложницы, в которых он остывает и затвердевает. После затвердевания его дробят в щековых дробилках и сортируют в решетчатых барабанах на куски различной величины от 2 до 80 мм.
Выход кусков различных размеров при дроблении приведен ниже:
| Грануляция, мм | 25-80 | 15-25 | 8-15 | 2-8 | до 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Выход, % | 66-80 | 8-10 | 6-14 | 4,5-6,5 | 1,5-3,0 |
Товарным карбидом кальция считается грануляцией от 2 до 100 мм. Карбидная пыль, получающаяся при дроблении, непригодна для нормальных ацетиленовых генераторов из-за слишком энергической реакции с водой, перегрева и опасности взрыва.
Зависимость удельного веса технического карбида кальция от содержания в нем СаС2, приведена в таблице ниже:
| Содержание СаС2 в техническом карбиде, % | 80 | 75 | 70 | 65 | 60 | 55 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Удельный вес технического карбида | 2,32 | 2,37 | 2,41 | 2.45 | 2,49 | 2,53 |
Технический карбид кальция, получаемый в электропечах, содержит ряд примесей, попадающих в него из исходных материалов, которыми пользуются при его производстве. Средний химический состав применяемого для сварки:
| Компонент | Содержание, % (по массе) |
|---|---|
| Карбид кальция (СаС2) | 72,5 |
| Известь (СаО) | 17,3 |
| Окись магния (MgO) | 0,4 |
| Окись железа (Fe2O3) и окись алюминия (Al2O3) | 2,5 |
| Окись кремния (SiO2) | 2,0 |
| Сера (S) | 0,3 |
| Углерод (С) | 1,0 |
| Другие примеси | 4,0 |
Как видно из приведенного состава, основной примесью является известь.
Примеси, содержащиеся в исходных материалах, применяемых для производства, ухудшают его качество. Особенно вредными примесями являются фосфор и сера, которые переходят в карбид кальция в виде фосфористых и сернистых соединений кальция, а при разложении карбида попадают в ацетилен в виде фосфористого водорода и сероводорода.
Гидролиз или карбид кальция плюс вода
Экзотермическая реакция (т.е. с выделением тепла) взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно по уравнению:
Тепловой эффект реакции слагается из тепла, выделяемого при взаимодействии с водой карбида кальция и негашеной извести. Взаимодействие извести с водой протекает по уравнению:
Выход ацетилена объем ацетилена в литрах, выделяемый при разложении 1 кг карбида, приведенный к 20° и 760 мм рт. ст.
Для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически необходимо 0,562 кг воды, при этом получается 0,406 кг ацетилена (285 л) и 1,156 кг гашеной извести.
Значительный тепловой эффект реакции карбида кальция и опасность перегрева ацетилена заставляют вести процесс с большим избытком воды для охлаждения. Это делает процесс более безопасным. Температура выходящего из генератора ацетилена при этом превышает температуру окружающей среды всего на 10-15°С.
Количество воды необходимое для реакции с карбидом кальция
Минимальное количество воды, необходимое для охлаждения при реакции 1 кг карбида кальция, может быть рассчитано следующим образом.
При разложении 1 кг 70%-го карбида кальция образуется 0,284 кг ацетилена и 1,127 кг гидрата окиси кальция т.е. гашеной извести (принимая содержание окиси кальция в карбиде кальция равным 24%).
Принимаем, что начальная температура воды равна 15° С, а температура в генераторе во время работы равна 60° С. Уравнение теплового баланса для 1 кг карбида кальция выражается следующим образом:
Искомый минимальный безопасный объем воды равен:
Как уже говорилось выше, технический карбид кальция обычно содержит не более 70-80% CaC2. Поэтому из 1 кг технического карбида кальция можно получить от 230 до 280 л ацетилена.
Если учесть потери ацетилена на растворение в воде и продувку ацетиленового генератора, то для получения 1 м 3 (1000 дм 3 ) ацетилена практически приходится расходовать 4,3-4,5 кг карбида кальция. Более точные данные о фактическом выходе ацетилена в зависимости от количества примесей (сорта) и размеров «кусков» (грануляции) указаны в ГОСТ 1460.
Параметры влияющие на скорость реакции с водой
Чем меньше размеры кусков, тем быстрее происходит реакция карбида кальция с водой.
Чем выше температура воды, тем быстрее идет реакция карбида кальция. Если вода сильно загрязнена гашеной известью, образующейся при реакции карбида кальция, то реакция замедляется.
При разложении неподвижного карбида кальция в недостаточном количестве воды куски его могут покрываться коркой гашеной извести и сильно перегреваться, при этом может иметь место реакция:
В этом случае реакция карбида кальция происходит за счет отнятия влаги, содержащейся в гашеной извести. В результате повышается плотность корки, что приводит к еще большему перегреву. Поэтому непрерывное удаление извести из зоны реакции имеет большое значение, так как перегрев может привести к взрыву ацетилено-воздушной смеси или вызвать взрывчатый распад ацетилена.
При погружении карбида кальция в воду процесс разложения протекает также весьма неравномерно: вначале реакция идет очень активно с бурным выделением ацетилена, а затем скорость реакции уменьшается. Это объясняется уменьшением поверхности кусков и тем, что они покрываются коркой извести, препятствующей свободному доступу воды.
При перемешивании воды с находящимся в ней карбидом кальция реакция происходит быстрее и равномернее.
Скорость реакции карбида кальция в воде зависит от чистоты карбида кальция и поверхности соприкосновения кусков карбида кальция с водой.
Скорость реакции карбида кальция в воде является весьма важным элементом, характеризующим качество карбида кальция. Для практических целей пользуются понятием продолжительности разложения.
Продолжительностью разложения считают время, в течение которого выделяется 98% от всего количества ацетилена, который может быть выделенным из карбида кальция, так как остаток разлагается очень медленно и не характеризует процесс разложения применительно к условиям работы ацетиленовых генераторов.
В таблице ниже приведены экспериментальные данные о продолжительности разложения карбида кальция в зависимости от размеров его кусков.
| Размеры кусков, мм | Пыль | 2/4 | 5/8 | 8/15 | 15/25 | 25/50 | 50/80 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Продолжительность разложения, мин. | Несколько секунд | 1,17 | 1,65 | 1,82 | 4,23 | 13,5 | 16,6 |
Следует, оговорить, что данные таблицы характеризуют лишь те образцы карбида кальция, с которыми были проведены опыты. Практически могут иметь место значительные отклонения, главным образом в сторону уменьшения скорости реакции.
Скорость разложения в значительной степени зависит от выхода ацетилена из карбида кальция. Чем ниже выход, тем меньше скорость реакции.
На диаграмме ниже показаны изменения в скорости разложения карбида кальция двух сортов с одинаковыми размерами кусков (25/50).
Карбид кальция плюс азот
При температуре 1000°С карбид кальция, взаимодействуя с азотом, образует цианамид кальция. Уравнение реакции имеет следующий вид:
Эта реакция используется для промышленного производства цианамида кальция. Цианамид кальция применяется в качестве удобрения и как исходный продукт для получения цианидов.
Карбид кальция плюс водород
С водородом карбид кальция вступает в реакцию при температуре выше 2200°С с образованием ацетилена и металлического кальция. При высокой температуре карбид кальция восстанавливает большинство окислов металлов.
Хранение карбида кальция
После того как был получен карбид кальция хранение его допускается в специальных герметичных барабанах и специально оборудованных помещениях, но все это уже рассмотрено в статье о том, где и как хранить карбид кальция.