Свежие комментарии

Карбид кальция

Что такое «карбид», знает любой мальчишка. Если бросить кусочек карбида в лужу, то кроме дикого шипения получается еще дичайшая вонь. А как получается сам карбид?

Вообще карбидов существует множество, как и применений ему. Но нас пока интересует карбид кальция CaC2 — то есть тот, который используют для получения ацетилена при соединении карбида с водой.

Слишком сложного в получении карбида кальция нет. Сейчас для этого в электропечах пережигают негашеную известь с коксом. При всей этой простоте — впервые карбид кальция был получен в лаборатории в 1836-м году, а промышленно его начали получать в 1892 году. Для попаданца — широчайшее поле для внедрения!

Все реакция — CaO + 3C = CaC2 + CO
Негашеная известь соединяется с углеродом. Негашеную известь получали с древних времен, пережигая известняк, ну и древесный уголь тоже дефицитом не был никогда. Полученный попутно угарный газ (СО) окисляется до углекислого газа прямо при выходе из печи, хотя сейчас часто печи делают закрытыми для сбора угарного газа.
На 100 весовых частей негашеной извести нужно 70-80 весовых частей углерода.
При производстве лучше иметь избыток угля, чем извести — такой карбид отдает больше ацетилена.
Готовый карбид кальция технического качества почти на 80% состоит из самого карбида кальция, 17% — известь, остальное примеси.
Карбид выходит в виде расплава, который после затвердевания измельчают.

Но, несмотря на простоту реакции получения, есть некоторые неприятные нюансы.
Главное — процесс этот эндотермический, он поглощает дикое количество тепла в процессе производства — 3000 кВт на тонну продукта. Именно из-за этого его делают электродуговым способом. При этом сам процесс идет в жидкой фазе — то есть расплавленная известь постепенно реагирует с кусками углерода. При этом нужна температура примерно 2000°С, что совсем немало. И что совсем неприятно — при перегреве до 2200-2400°С карбид кальция распадается на составляющие.

Поэтому, если нам не доступно электричество в больших объемах, у нас есть два выхода.

Первый — это плавить в тигле. Проблема в том, что тигель должен выдержать эти самые 2000°С, а в древние времена ни графитовый, ни вольфрамовый тигель нам будут недоступны.

Второй — построить небольшую доменную печь. Требуемое тепло даст избыточное количество угля. Уголь и известь насыпаются туда слоями и печь поддувается большим количеством воздуха. Такие печи пытались строить и главная проблема — поддержка точных условий реакции, что регулируется силой поддува.
С одной стороны — такую печь можно построить только когда уже работают доменные печи для железа. А с другой стороны — а нам точно нужен карбид, если нет даже железа?

Трудность вызовет хранение карбида. Он должен быть абсолютно изолирован от воды — много лучше, чем порох. Потому что если порох намокнет, то он не взорвется, а если намокнет карбид — то взрыв обеспечено. И что хуже всего — при хранении не должна использоваться медь, серебро или золото.

Проблем с производством карбида будет немало. Но при каком производстве их будет мало?
Зато все проблемы — решаемые чуть ли не с технологиями Древнего Египта.
А пользы от карбида будет много…

И последнее — ацетилен, который получается после контакта карбида с водой — ничем не пахнет, человек просто не имеет обонятельных рецепторов для него. Та вонь, по которой мы безошибочно определяем карбид — это примеси, которых в техническом карбиде несколько процентов.

24 комментария Карбид кальция

  • vashu1

    >> Слишком сложного в получении карбида кальция нет. Сейчас для этого в электропечах пережигают негашеную известь с коксом. При всей этой простоте — впервые карбид кальция был получен в лаборатории в 1836-м году, а промышленно его начали получать в 1892 году.

    — Вася, чтобы разбогатеть, мы будем продавать в Америку то, чего там нет. Чего там нет?
    — Негашенной извести, по-моему.
    — Вася, если у них нет извести, значит она им на?%й не нужна. )

    Почему применяют дорогие электропечи? Потому что получить почти две тысячи градусов в обычной печи это еще больше геморроя с поддувкой кислорода и углеводородного топлива.

    Почему электропечь дорогая? Получение 1 килограмма карбида при идеальных энергозатратах это порядка часа работы электрогенератора в одну лошадиную силу(а в такой маленькой печи потери будут очень большими).

    В общем, без полноценной паровой или гидроэлектростанции хотя бы на 500 кВт, о массовом производстве лучше не задуматься. В дереве технологий место достаточно высокое.

    • kraz

      Несомненно, великолепно, когда под кроватью стоит установка холодного термояда. Но когда нет гербовой бумаги — на чем пишем? 😀
      Про то, что получение геморройно — я уже писал. Но это делалось. И в отсутствии электроэнергии это единственный способ.
      Геморроя с поддувкой не будет — просто объем поддувки немаленький, нужно от водяного колеса. Будет геморрой с самой печью, чтобы она длительно работала на таких температурах. А длительно нам нужно потому, что карбида желательно много. Пользы с него можно получить горы — даже удивительно. Об этом будет далеко не одна статья. Поинтересуйтесь историей, что ли, вместо того чтобы анекдоты писать.

      И последнее — температура в печи для карбида примерно равна температуре получения стекла.
      Может нам еще от стекла отказаться, если так геморройно? Ведь стекло кроме этой температуры еще и чистоты требует…

      Далее — генератор в 1 лошадиную силу — это 746 ватт. Потребление энергии будет у нас не 2500 кВт на тонну (как сейчас), а как и было в 18-м веке — 4500 кВт на тонну. Энергия нашего генератор сможет за час произвести 165 грамм карбида! Бада-а-а-м! Правда, там за час не получится — печь нужно разогреть до этих 2 тыс градусов. С генератором в 1 лошадиную силу не всякую печь можно раскочегарить. И разогревают печь дуговым разрядом — не каждый генератор не сгорит при этом (с бензиновым я бы такое рискнул далеко не с каждым). Но, несомненно, для получения в печи за раз 1 кг карбида можно попробовать. Часов за 12 может и удастся. С таким раскладом, это действительно нафиг надо — тут вы правы.

      • o.volya

        Исторически карбид кальция всегда получали с помощью электричества. Вот цитата из технической энциклопедии Мартенса 1936 года (том 19 стр 758):
        «Впервые К. к. был получен Геру в 1840 г. при опытах с электрич. печью; Вёлер, получивший более значительное количество К. к. в 1862 г’, при сплавлении кальция с углем, имел возможность изучить его свайства. В 1890 г. Муасеан получил К. к. при плавлении в электрич. печи негашеной извести, к-рая давала упомянутый продукт, вступая во взаимодействие с углем электродов печи. В 1894 г. сотрудником Муассана, Бюлъе, был заявлен во Франции первый патент на промышленный способ получения К. к., который в основе и до сих пор остается тем же. В том те году была построена первая электрическая карбидная печь, и тем положено начало производству карбида кальция, которое в настоящее время выражается в млн. т. »

        Но тем не менее получение Карбида Кальция в шахтных печах возможно при горячем дутье на 70% обогащенным кислородом.

        Ни первая ни вторая технология попаданцам не будет доступна. Так что рекомендую сосредоточиться на дистиляции продуктов пиролиза древесины и получения из них светильных масел — аналогов керосина.

        • kraz

          Ну, я надеюсь что электричество все же будет доступно попаданцу. Электрические генераторы будут расписываться отдельно, там вопрос в точности изготовления и в электрической обвязке.

          Но откуда данные про 70% обогащенного кислорода?
          В книге Л.Кузнецова «Производство карбида кальция», 1954:
          «Карбид кальция может быть получен путем сжигания смеси, состоящей из карбоната кальция и древесного угля в графитовом тигле. Для достижения необходимой температуры (примерно 2200 градусов) на дно тигля подавался подогретый воздух, седержащий 50-60% кислорода. Проводились также опыты по получению карбида кальция в домне. В этом случае необходимое для реакции тепло получалось при сгорании находящегося в шихте избыточного количества кокса. Шихта загружалась в шахту, а затем в нее вдували кислород и обогащенный кислородом воздух. Но эти методы не получили технического применения»

          Здесь главная проблема — получение требуемой температуры. В реальном мире с этим заморачиваться не стали, да и температуру повышали «в лоб» — наддувом кислорода. Просто потому, что кислород был доступен. При этом даже оттачивать технологию не стали — посчитали эффективность и забили на метод из-за наличию дешевого электричества.
          Мне кажется, что при отсутствии этого всего попаданцу все же можно извернутся и добиться этих 2 тыс. градусов. Хотя в данном случае желательно хотя бы посчитать.

      • Taras

        «Несомненно, великолепно, когда под кроватью стоит установка холодного термояда. Но когда нет гербовой бумаги — на чем пишем?» Когда нет гербовой, пишем без карбида. Карбид нам нужен, чтоб получить ацетилен, ацетилен — чтоб получить высокую температуру пламени, причём, в относительно чистом кислороде, но при этом сам карбид зачем то предлагают получать на ещё более горячем пламени, продувая печь воздухом. Вам не кажется, что если уж есть возможность надёжно получать такое пламя, то карбид и ацетилен можно пропустить и юзать его напрямую? Если есть термояд в каждой домне, то ацетилен придётся искать в музее и гадать, получил ли его в первые человек умелый, или уже разумный.

  • vashu1

    >> И последнее — температура в печи для карбида примерно равна температуре получения стекла.
    Может нам еще от стекла отказаться, если так геморройно? Ведь стекло кроме этой температуры еще и чистоты требует…

    Меня сильно напрягает, что его получают именно в электропечах. Почему? Такой процесс дороже обычной печи. У этого должна быть причина, нет?

    Для получения карбида нужно 1900 градусов. В печи с поддувкой горячего воздуха вроде можно получать до 2300. Почему не применяют ее?

    Тут http://emchezgia.ru/plavkavotkrytyh/7_vosstanovitelnyi_period.php пишут, что образование карбида может происходить при обычной выплавке стали, но в виде шлака с 20% карбида. Можно ли получить чистый карбид или использовать шлак? Не знаю. Но факт использования электропечей подсказывает, что тут должны быть проблемы.

    >> равна температуре получения стекла.

    Большинство сортов стекла плавятся при температуре 1600 и ниже. Вроде мелочь, 300 градусов разницы, а достичь не так просто.

    • kraz

      >>Меня сильно напрягает, что его получают именно в электропечах. Почему?

      Да потому, что на сегодняшний день так получается дешевле! Экономия рулит!!

      И зеркала сейчас так не зеркалят, как я описывал.
      Серную кислоту тоже получают сейчас по-другому.
      И порох сейчас не такой, в нем селитры совсем нет.
      Да и парусников в коммерческом флоте незаметно! Удивительно, правда?

      Этот сайт придумывался именно для того, чтобы показать как развивались технологии. Чтобы поломать привычный взгляд на мир, чтобы люди поняли, что раньше все делалось по-другому и по каким именно причинам.

      А проблемы в получении карбида я указал явно в статье.
      Про «большинство сортов стекла» — это сильно. Вы опять смотрите что есть сейчас. Тогда таких легкоплавких сортов стекла получить было трудно, если вообще возможно. А карбид — возможно.
      Весь смысл в том, что люди не знали, что таким методом получится карбид. И что с ним делать тоже.
      Но карбид — это мини-революция, подождите следующих статей.

  • vashu1

    >> процесс этот эндотермический, он поглощает дикое количество тепла в процессе производства — 3000 кВт на тонну продукта

    Ага. Ну да, это резко снижает КПД печи, если реакция идет рядом с максимально возможной температурой. Электричество сейчас относительно дешевое, потому и юзают электропечи.

    Учитывая что карбидные лампы производились в самом конце 19, готов поспорить в те времена карбид готовили в обычных печах, так как электричество было куда дороже.

    >> печь поддувается большим количеством воздуха

    Прогретым воздухом(http://en.wikipedia.org/wiki/Hot_blast). С таким и обычная доменная печь выдаст 2300 без обогащения кислородом, да и при обычной выплавке стали дико экономит топливо. Еще одно простое, но эффективное изобретение. Остается только удивляться, что его изобрели только в 1828.

  • dan14444

    Если кто-нить предложит вменяемую печь с дутьём воздухом для получения хоть нескольких кг плохонького карбида — мы имеем ацетиленид меди как потенциальное инициирующее и бризантное ВВ. Без нитры.

    • Igord

      Ай хав а дрим, сдетонировать перхлорат калия с бронзовым пигментом ( сплав) для красок, не путать с бронзовой пудрой для красок (сульфид олова).
      Спрессовать в керосине брусок.

      Известно так же много органических перхлоратов.

      • dan14444

        На хлорате тогда уж. С красным фосфором. В детстве развлекался ))
        (Но фосфор попаданцу сделать — не проще, чем карбид.)

        Простых (для попаданца) и надёжных инициирующих на хлоратах/перхлоратах не знаю…

  • letbur

    А почему бы не получать карбид с помощью солнечной печи?

    • kraz

      А какую мощность можно получить от такой печи?
      Именно мощность, потому что карбид в себе запасает море энергии, там реакция эндотермичная по самое «не хочу».

      • dan14444

        Мощность вменяемая, порядка киловатта с м2 зеркала. Проблема в том, что сначала придётся промышленное производство зеркал наладить 🙂

        Хотя особо свирепый попаданец может ледяную линзу в несколько метров затехноложить 🙂

        • Taras

          Энто что за извращение?

        • Taras

          Кстати, знаете, почему все большие и даже средние телескопы — или рефлекторы, или минисковые, а на маяках юзаются линцы Френеля? Да просто толстая линза ладе диаметром даже 150 мм будет прилично гнуться. Крепится то она за тонкий край, а зеркало — за толстый, или вообще по всей площади, но при этом мениск и зеркало Френеля тонкие целиком, а любая не френелевая линза и любое криволинейное зеркало толстое. И это стекло, лёд добавит своих проблем.

        • Taras

          А надо вроде как три мегаватта на тонну. Почему нельзя два раза получить по полтонны при меньшей мощность только не понятно. Или это связь мощности с разовым выходом? Почему она линейна не понятно всё равно.

  • Taras

    «Главное — процесс этот эндотермический, он поглощает дикое количество тепла в процессе производства — 3000 кВт на тонну продукта.» А каким боком мощность к тоннам и почему они вдруг оказались связаны именно при эндотермии?

  • Kate

    Скажите. пожалуйста, сколько сейчас примерно стоит руднотермическая печь для производства карбида кальция

  • Yrt

    Есть схема огневой печи, все работает но проблема в том что карбид выходит грязный загрязненный углем, на выходе максимум 50 %, в то время как в электропечах его выход 80% и выше, то бишь придется все равно его очищать.

  • Yrt

    Ацитилен очищать, там целая эпопея.

  • dan14444

    А зачем чистый ацетилен попаданцу? Ацетилениды, лампа и резак — замечательно и на грязном получатся.

Leave a Reply to Igord Cancel reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>