实验室氯化氢气体制备工艺探讨

作者简介:
侯文杰 ( 1977 ), 男 , 硕 士 , 山 东 郯 城人 , 工程 师 , 主 要从事煤化 工技 术及精 细化 深加工 方面 的研 究 , T e: l 021 26648755 , E m a i: l houw enjie @ bao stee l co m。
讨论了工业氯化氢气体生 产的基本原理
[ 2]
及其工业生产操作。李 秀华 等探 讨了合成法与 解吸法生产氯化氢的工艺流程 , 并对其产品进行了 比较。张英民 用 应用。刘启照 及利用。
[ 2]
等在
氯化氢生产中新技术的应
中讲述了合成法 生产氯化氢中 各种新技术的
[ 4]
等综述了副产氯化 氢气体的精制
[ 5]
Na2 SO4 ( s) + HC l( g)
非常坚硬的硫酸钠块状物在反应器冷却后 , 需 用大量热水和搅拌才能去除。而且整个制备过程如 加热混合反应、 反应后的冷却过程、 从反应器去除块 状物, 都需要大量时间 , 因此该法不可能大规模生产 氯化氢气体。 此方法缺点如下 : 反应温度必须到达 250 反 应才能开始。产量远低于理论量, 因为即使两种固 体粉末在装入反应器之前已混匀, 两种固体化合物 也不可能充分接触。 1 4 加热浓盐酸
500~ 600
通过加热盐酸 , 产生的 H C l气体通过浓硫酸干 燥后就可以获得氯化氢气体。 然而 , 氯化氢与水可形成一个恒沸混合物, 这样 加热时很多水蒸气与 H C l气体同时冒出 , 将鼓泡器 中的硫酸迅速稀释, 使得产出量比较差。虽然反应 器中废液可以抽出和再装, 但剩余的液体中仍然含 有很多的氯化氢, 非常不容易处理。 1 5 盐酸滴入无水氯化钙 无水氯化钙可以形成 CaC l2 2H 2O ( 150 下也 稳定 ) , 超过它本身重量的 30 % , 这种固水能力使 得当浓盐酸滴入无水氯化钙中时有大量氯化氢气体 放出。一个典型的制备过程中 , 室温下 100 g 35 % 的盐酸加入到 100 g 氯化钙颗粒中, 可以获得 15 g 氯化氢, 产率超过 40% 。 C aC 2 l 2 H 2 O 废液易 于处理, 只 需加入少 量的 碱中和即可。或者将废液加热到 200 , 形成蜡状 的混合物无水氯化钙, 可以继续使用, 其中形成的 氯氧化钙可以忽略不计。该法的优点: 氯化钙易于 安全处理 , 成本低。
目前商业 上的氯化 氢气体钢 瓶
规 格有 5 5
N、 5 0 N、 4 8 N、 3 0 N 和 2 8 N。气体钢瓶给使 用带来了方便, 但是对于氯化氢气体钢瓶的储存、 使用都有严格的规定 , 以确保安全。大多数化学工 作者, 在实验室使用时, 为降低费用、避免使用压 缩气体带来的危险和手续的繁琐, 他们都采用实验 室制备的方法。下面分别探讨了不同的制备工艺 ,
Study on The P reparation of Hydrogen Ch loride Gas in L aboratories
HOU W en jie
( R &D Center , Shangha i Baostee l Chem ical Co . , L td . , Shanghai 200942, China) Abstrac t : P repara tion m ethods o fHC l gas in laborator ies w ere studied separa tely . T heo ry , equipm ent and prac tica l exa m p le o f each me thod we re investig ated . A rationa l and applicab le m ethod o f dropping concentra ted hydrochlor ic acid into su l fur ic acid w as obta ined co m pa red w ith the advantages and disadvantages o f other m ethods . In add ition the using m ethod o f hydrogen chlor ide gas cylinder w as discussed. K ey W ords : labo ra to ry ; hydrogen ch lo ride gas ; prepa ration
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低温与特气
第 26 卷
有减压阀、截止阀、调节阀、止回阀和不同规格的 流量计来显示和控制气体流量。此外装置中还带有 氮气钢瓶, 用于反应前后吹扫管路, 目的是检测反
应前管路的气性和反应后排除体系中多余的氯化 氢气体以保证管路的清洁干燥, 起到维护作用。
表 1 制备氯化氢气体方法一览表
方法种类 浓盐酸滴入浓硫酸 浓硫酸滴入氯化钠 氯化钠与硫酸氢钠混合 加热浓盐酸 浓盐酸滴入无水氯化钙 用料 浓盐酸 浓硫酸 浓硫酸 氯化钠 氯化钠 硫酸氢钠 浓盐酸 浓盐酸 无水氯化钙 优点 产率高、易控制、反应器 易清洗和拆装 / / 反应器易清洗、拆装 副产物易于处理 缺点 产生废酸 产率低、不易控制、反应器 难于清洗和拆装 难于反应、产率低 , 反应器 难于清洗和拆装 产率最低 产率低
[ 1]
并确定了最好的方法。 基于实验室制备氯化氢气体为出发点的制备方 法有 : 盐酸滴入硫酸、硫酸滴入氯化钠、混合氯化 钠与硫酸氢钠并加热、加热浓盐酸、盐酸滴入无水 氯化钙, 硫酸滴入氯化铵
[ 6]
等。
1 氯化氢气体制备工艺
1 1 盐酸滴入硫酸 用该方法生产 H C l 气体要求使用的盐酸浓度 为 31 % 以上 , 浓硫酸 98 % 。使用的设备见图 1。
收稿日期 : 2007 02 22 图 1 用浓硫酸和浓盐酸制备氯化氢气体装置
1. 聚四氟乙烯节门加料漏斗 ; 2 . 反应器 ; 3. 鼓泡器
盐酸慢慢滴入一个装有硫酸 的被搅动的烧瓶
第 2期
侯文杰 : 实验室氯化氢气体制备工艺探讨
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中 , 释放的 H C l以鼓泡形式通过少 量硫酸去除水 蒸气, 即得到干燥的氯化氢气体。 实际应用使用时 2 份硫酸对应 1 份盐酸, 当盐 酸滴下时要恒定搅动硫酸。鼓泡器的作用有: 气体 发生器将要充满气体、停止或者泄漏 , 也可以看到 多少气体产生并且它可去除 HC l气体夹带的所有 水蒸气 , 产生无水 HC l气体。氯化 氢的产量接近 于理论量, 如 900 mL 盐酸慢慢滴加大约 2 个小时 将产生 300 g H C l 气 体。一 旦气体 产生量 开始减 少 , 在反应器中的硫酸可以继续加热 , 可得到更多 的 HC l气体。当产生的气体数量不 能克服吸收速 率时, 容易发生倒吸。为防止和控制倒吸 , 在气体 发生器和接收器之间安置缓冲井作为安全预防措施 来收集所有倒吸的溶液。 清洗和再装方面 , 该法的最重要的好处是不用 拆开器皿, 耗尽的硫酸可以抽出或虹吸在反应器外 面 , 然后倾入冷却的塑料桶, 再装也一样简单。 1 2 硫酸滴入氯化钠 用 N aC l和 H 2 SO4 制备氯化氢气体的原理 : 质 子从强的非挥发性酸转移到带有氯离子的弱碱中。 实验时 , 把氯化钠放在烧瓶里 , 通过分液漏斗注入 浓硫酸 , 同时加热。 由于氯化钠和浓硫酸产生的混合物坚硬, 在没 有拆开仪器时不可能从反应器中取出 , 如果拆开仪 器则导致 H C l蒸气充满 区域。所以 , 此法中仪器 不可能很快地被拆卸并且再装 , 这限制了产生的氯 化氢数量。该法缺点如下 : 氯化钠 /硫酸氢钠固体 在反应器底部不容易搅动均匀 , 因此反应慢且产出 量远低于理论量, 且 HC l气体的产 生不可能通过 控制硫酸的滴加控制。 1 3 混合氯化钠与硫酸氢钠并加热 加热氯化钠和硫酸氢钠盐 , 反应机理是: NaHSO4 ( s) + N aC l( s)
氯化氢气体可用作催化剂、有机合成原料和超 纯试剂的原料, 还可用纯水吸收制得高纯度盐酸 , 应用于试剂、食品工业、精细化工、医药等, 具有 广阔的应用前景。其中电子级氯化氢 H C l ( 纯度 99 995 % ) 用于 医药、化工、半导体 行业 , 需求 量越来越大。 工业上生产氯化氢的方法有合成法与解吸法 , 孔祥芝
2 结果与讨论
一个方法的好坏不但要根据反应的产率、反应 速度 , 更重要的是要考虑反应器的清洁和重新组装 的难易。实际上, 有价值的方法是此法的设备可以 容易地清洗、拆卸和重装, 并且试剂可以用环境友 好的方式进行处理。表 1 为不同方法用料、优点、 缺点一览。 由表 1 可知除方法一 ( 浓盐酸滴入浓硫酸法 ) 以外其他的方法卸载、再装都不简单, 它们的产量 达不到理论量 , 不适合大规模生产, 综合考虑后方 法一 ( 即浓盐酸滴入浓硫酸中 ) 为最佳的实验室制 备氯化氢的实用方法。这个方法的优越之处在于: 氯化氢 气 体理 论 产率 在 90 % 之上 , 实 际也 可 达 80 % 以上 , 气体产生的速度可以精确地受控 , 产生 的气流比较稳定; 避免了过热或其他危险情况; 反 应器可以在几分钟内在原处被清洗和重新安装, 尤 其当需要较大量的气体时, 既节约时间 , 又方便。 如果实验室需要的氯化氢用量很大且要求非常 纯净的氯化氢气体 , 现在市场上有氯化氢气体钢瓶 出售 , 一般都是压缩气体钢瓶。我们也进行了在实 验室使用商品氯化氢钢瓶供给氯化氢气体的技术探 讨, 并设计了一套通用装置如图 2 , 使用时可根据 对气体流量的要求将钢瓶并排成多个钢瓶组 , 并配
图 2 氯化氢钢瓶供气装置
钢瓶供气方式在各行业中已经广泛使用。钢瓶 供气方式的优点 是节约 场地、 移动方 便、压力 稳 定 , 气体纯度较高且品质稳定 , 安装容易 , 更换也 方便。缺点是运输、保存、使用必须建立一套安全 措施, 以防止发生事故, 另外, 特别是高纯气体价 格较贵。
参考文献:
[ 1] 孔 祥芝 . 工 业氯 化 氢 气 体的 生 产 [ J]. 低 温 与 特 气 , 2002 , 20( 1) : 14 16. [ 2] 李秀华 , 宋明霞 , 代 罡 . 氯化氢 生产 工艺 探讨 [ J]. 中国氯碱 , 2004( 8): 15 16. [ 3] 张英民 , 郎需霞 , 吴雅娟 . 氯化氢生产中新技术的应用 [ J]. 聚氯乙烯 , 2003( 2) : 50 55. [ 4] 刘启照 , 张国杰 , 张文勤 . 副产氯化氢气体的精制及利 用 [ J]. 氯碱工业 , 2002( 4) : 1 7. [ 5] 原材料 . 新材料产业 [ J], 2003( 11) : 68. [ 6] 宋德锦 , 张茂斌 . 联合生产盐酸、氯化钙及硫酸铵的实 验 [ J]. 四川轻化工学院学报 , 2002, 15( 1): 58 63.