کاربید کلسیم بلافاصله در تماس با آب واکنش نشان می دهد و گاز استیلن و هیدروکسید کلسیم آزاد می کند. این واکنش، روش کاربید، منبع صنعتی اولیه استیلن بود و هنوز هم برای جوشکاری گاز، سنتز شیمیایی و به عنوان منبع میدان قابل حمل گاز استفاده می شود.
معادله واکنش و محصولات
تبدیل به صورت CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2 نوشته می‌شود. یک مول کاربید کلسیم دو مول آب مصرف می کند و یک مول استیلن به اضافه هیدروکسید کلسیم تولید می کند، بنابراین بازده استیلن در هر تن کاربید عمدتاً به محتوای CaC2 درجه شارژ شده بستگی دارد.
واکنش به شدت گرمازا و سریع است. توده بزرگی که در آب ریخته می‌شود، در عرض چند ثانیه گاز می‌دهد، کف می‌کند و گاز آزاد می‌کند و گرمای تولید شده در داخل یک ظرف بسته قابل توجه است. بنابراین طراحی راکتور به جای اضافه کردن کاربید به آب، باید گرما را حذف کرده و نرخ تغذیه را کنترل کند.
چرا استیلن کاربید کلسیم بوی مشخصی دارد؟
کاربید کلسیم فنی خالص نیست. ترکیبات گوگرد و فسفر موجود در بار کک و آهک از کوره عبور می کنند و به کاربید ختم می شوند، بنابراین استیلن آزاد شده حاوی مقادیر کمی سولفید هیدروژن و فسفین است. این ناخالصی ها به گاز بوی نامطبوع می دهد. در قطارهای تصفیه، گاز خام برای حذف آنها پاک می شود و جریان تصفیه شده در جایی که به استیلن آزاد-آلاینده نیاز است استفاده می شود.
نحوه تولید کاربید کلسیم
روش احیای کوره الکتریکی تنها راه در استفاده تجاری است. کک و آهک خرد می شوند، با نسبت کنترل شده ای مخلوط می شوند و به کوره بسته کاربید کلسیم وارد می شوند، جایی که شارژ به صورت الکتریکی گرم می شود و مرحله کاهش CaO + 3C=CaC2 + CO انجام می شود. دمای منطقه واکنش در حدود 2000-2200 درجه است، به همین دلیل است که فرآیند بسیار پرقدرت است. نیروگاه های اولیه به نیروی برق آبی ارزانی نیاز داشتند که این روش را پس از اولین صنعتی شدن در سال 1895 قابل دوام ساخت.
کاربید کلسیم مذاب که از کوره استخراج می شود برای خنک شدن به یک دیگ کاربید می ریزد و سپس خرد می شود، غربال می شود و در بشکه های مهر و موم شده بسته بندی می شود. گاز خاموش-غنی از مونوکسید کربن است و به عنوان سوخت در کارخانه های مدرن بازیافت می شود. کوره های بسته با توان بالاتر ترجیح داده می شوند زیرا شرایط عملیاتی را بهبود می بخشند، تلفات حرارتی را کاهش می دهند و بازیابی مونوکسید کربن را افزایش می دهند، در حالی که استخراج گرد و غبار در طول خرد کردن و غربالگری مورد نیاز است.
آماده سازی آزمایشگاهی و کنترل نرخ
در آزمایشگاه، ریختن کاربید کلسیم مستقیماً در آب یک واکنش شدید و یک جریان گاز کنترل نشده ایجاد می کند. به جای آب از آب نمک کلرید سدیم اشباع استفاده می شود. آب نمک واکنش را کند می کند، بنابراین استیلن به عنوان یک جریان ثابت تحویل داده می شود، و کلرید سدیم خود با کاربید کلسیم واکنش نمی دهد، که گاز را تا حد معقولی خالص نگه می دارد. همین اصل توضیح می دهد که چرا رطوبت باید از ذخیره سازی حذف شود: هر آبی که به کاربید برسد بلافاصله شروع به تولید گاز می کند.
خطرات، ذخیره سازی و آتش نشانی
واکنش پذیری آب:این ماده در تماس با آب استیلن ساطع می کند و گاز به راحتی مشتعل می شود.
خطر اکسید کننده:استیلن در صورت مخلوط شدن با عوامل اکسید کننده می تواند منفجر شود و در محدوده وسیعی با هوا مخلوط های انفجاری تشکیل می دهد.
سمیت ناخالصی:مقدار کمی از سولفید هیدروژن و فسفین با گاز آزاد شده و سمی هستند.
ذخیره سازی:انبارهای تهویه‌شده، خنک و خشک، جدا از اکسیدکننده‌ها و اسیدهای قوی و محافظت شده از رطوبت، نشت و خطوط بخار.
آتش نشانی:پودر خشک، ماسه خشک و پودر سنگ خشک. آب نباید روی کاربیدهای در حال سوختن یا روی کاربیدهایی که ممکن است در آتش سوزی درگیر شوند استفاده شود.
درام‌ها را باید فقط در یک{0}}منطقه با تهویه خوب و دور از منابع اشتعال باز کنید و باقیمانده‌ها هرگز نباید در فاضلاب شسته شوند. تجهیزات الکتریکی ضد انفجار و تشخیص گاز{2}}از الزامات استاندارد در مناطق نگهداری و جابجایی کاربید هستند.
سوالات متداول
س: واکنش بین کاربید کلسیم و آب چیست؟
کاربید کلسیم و آب واکنش نشان می‌دهند تا استیلن و هیدروکسید کلسیم تولید کنند که به صورت CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2 نوشته می‌شود. واکنش سریع و به شدت گرمازا است.
س: چرا استیلن کاربید بوی بدی می دهد؟
گوگرد و فسفر موجود در کک و بار آهک به کاربید ختم می شود، بنابراین گاز خام حامل سولفید هیدروژن و فسفین است که بوی نامطبوع استیلن را می دهد.
س: کاربید کلسیم در چه دمایی ساخته می شود؟
آهک و کربن تقریباً در 2000-2200 درجه در ناحیه واکنش یک کوره بسته به صورت الکتریکی کاهش می یابد و کاربید مذاب تولید می کند که ضربه زده، خنک و خرد می شود.
س: چرا از آب نمک اشباع برای تولید استیلن در آزمایشگاه استفاده می شود؟
آب نمک واکنش به جریان گاز ثابت را کند می کند و کلرید سدیم با کاربید کلسیم واکنش نمی دهد، بنابراین استیلن تولید شده پایدار و نسبتاً خالص است.
س: خطرات اصلی کاربید کلسیم چیست؟
در تماس با آب استیلن قابل اشتعال آزاد می کند، در صورت مخلوط شدن با اکسید کننده ها می تواند منفجر شود و مقادیر کمی سولفید هیدروژن و فسفین سمی را با گاز منتشر می کند.
س: کاربید کلسیم چگونه باید ذخیره و خاموش شود؟
آن را خشک، خنک و تهویه شده، دور از اکسید کننده ها و اسیدهای قوی نگهداری کنید. از پودر خشک، ماسه خشک یا پودر سنگ خشک در آتش استفاده کنید. هرگز آب را به کاربید نزنید.