Властивості діоксиду вуглецю; області застосування.

СО₂ має назви: діоксид вуглецю (двоокис вуглецю), вугільний ангідрид.

Назва "сухий лід" привласнене в техніку СО₂ в твердому стані, основна властивість якого полягає в тому, що він здатний сублімувати при атмосферному тиску, тобто переходити з твердого стану в газ минувши рідку фазу.

Рідку фазу СО₂ називають вуглекислотою.

Властивості сухого льоду:

r = (1,3...1,6) кг/дм³;

r = 573 кДж/кг при температурі –78,9°С (у середовищі СО₂).

Q₀ = 646 кДж/кг (віднесене до 0°С)» 1,9 разу більше льоду Н₂О.

У суміші з ефіром або при обдуві температуру сухого льоду можна понизити до –100°С і нижче.

Мал. 15. Діаграма фазових станів СО2

 

[Пояснити діаграму]

3.2. Отримання СО₂

Джерела сировини для отримання СО₂:

1. Димові гази (зміст (10...18)% СО₂);
2. Гази спиртного і метанового бродіння (містять майже 100% СО₂)
3. Експанзерні гази при виробництві аміаку (містять близько 88% СО₂)
4. Гази, що утворюються при випаленні карбонатів СаСО₃, MgCO₃ при отриманні нелюсованого вапна, цементу, магнезії (містять» 40% СО₂).
5. Вуглекислота природних джерел (»100% СО₂) та ін.

При виборі джерела сировини для отримання СО₂ слід враховувати:

• домішки в газі % СО₂, витрата палива і т.п.;
• вартість апаратури, будівельні витрати;
• вартість води і електроенергії;
• відстань до пунктів споживання СО₂.

[Пояснити, чому для отримання СО₂ широко використовують димові гази].

Основні стадії процесу виробництва СО₂ при використанні димових газів:

1. Спалювання палива з метою отримання димових газів і пари.
2. Охолоджування димових газів, очищення їх від механічних домішок і сульфідних з'єднань.
3. Поглинання (абсорбція) СО₂ з димових газів.
4. Виділення (десорбція) СО₂ з насиченого розчину абсорбенту.
5. Охолоджування, попереднє осушення і очищення СО₂.
6. Стиснення, очищення, осушення і зріджування СО₂.
7. Перетворення рідкого СО₂ в твердий стан.

Процеси 1…5 відбуваються в так званій "газовій частині" заводу.

Процеси 3 і 4 ґрунтуються на здатності деяких речовин поглинати СО₂ з газових сумішей за певних умов, а потім виділяти СО₂ з розчину при зміні цих умов.

Раніше для цих цілей застосовували поташ (КСО₃).

У сучасних установках застосовують моноетаноламін (МЕА):

або NH₂(CH₂CH₂OH).

Технічний МЕА є прозорою, в'язкою, маслянисту, злегка жовтувату рідину з температурою кипіння 170°С при 760 мм рт. стовпа.

r_{при 20°С} = 1,02 кг/л.

МЕА одержують взаємодією NH₃ у водному розчині з окислом етилену. В результаті виходить суміш з трьох амінів (МЕА, ДЕА і ТЕА). З суміші МЕА виділяють сублімацією під вакуумом, причому у кубі залишається ТЕА з домішкою ДЕА.

МЕА легко окислюється киснем і полімеризується, стаючи при цьому непридатним.

МЕА є сильнішим лугом, ніж NH₃, тому дуже сильно діє на кольорові метали і сплави (мідь, бронзу, латунь, олово, свинець). Застосовується МЕА у вигляді водних розчинів різної концентрації.

Мал. 16. Схема отримання СО2 з димових газів.[Пояснити роботу схеми]: 1 – паровий котел; 2 – димар; 3 – холодний скрубер (скрубер – башта з насадкою); 4 попїлоуловник; 5 – ексгаустер (димотяг високого тиску); 6 – содовий скрубер; 7 – теплий скрубер; 8 – насос для перекачування содового розчину; 9 – абсорбер (Н» 25м); 10 – водяний охолоджувач розчину МЕА; 11 – насос для перекачування МЕА; 12 – теплообмінник МЕА; 13 – десорбер (Н» 25м); 14 – охолоджувач газу СО2; 15 – газгольдер (місткість для газу); 16 – промивна колона з KMnO4; 17 – відцентровий вологовіддільник (або два осушувачі газу, що перемикаються).