Kalsiumkarbid reagerer umiddelbart ved kontakt med vann og frigjør acetylengass og kalsiumhydroksid. Denne reaksjonen, karbidmetoden, var den opprinnelige industrielle kilden til acetylen og brukes fortsatt til sveisegass, kjemisk syntese og som en bærbar feltkilde for gassen.
Reaksjonsligning og produkter
Konverteringen skrives som CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2. En mol kalsiumkarbid forbruker to mol vann og gir én mol acetylen pluss kalsiumhydroksid, så acetylenutbyttet per tonn karbid avhenger hovedsakelig av CaC2-innholdet i den ladede kvaliteten.
Reaksjonen er sterkt eksoterm og rask. En stor klump som faller ned i vann suser, skummer og frigjør gass i løpet av sekunder, og varmen som produseres er betydelig inne i et lukket kar. Reaktordesign må derfor fjerne varme og kontrollere matehastigheten i stedet for bare å tilsette karbid til vann.
Hvorfor kalsiumkarbidacetylen har en distinkt lukt
Teknisk kalsiumkarbid er ikke rent. Svovel- og fosforforbindelser som er tilstede i koks- og kalkladningen passerer gjennom ovnen og havner i karbidet, så acetylenet som frigjøres frakter med seg små mengder hydrogensulfid og fosfin. Disse urenhetene gir gassen dens karakteristiske ubehagelige lukt. I rensetog skrubbes rågassen for å fjerne dem, og den rensede strømmen brukes der det kreves forurensningsfritt-acetylen.
Hvordan kalsiumkarbid produseres
Den elektriske ovnsreduksjonsmetoden er den eneste ruten i kommersiell bruk. Koks og kalk knuses, blandes i et kontrollert forhold og føres til en lukket kalsiumkarbidovn, hvor ladningen varmes opp elektrisk og reduksjonstrinnet CaO + 3C=CaC2 + CO finner sted. Reaksjonssonetemperaturene er rundt 2000-2200 grader, som er grunnen til at prosessen er så kraftkrevende; tidlige anlegg trengte den billige vannkraften som gjorde metoden levedyktig etter at den først ble industrialisert i 1895.
Smeltet kalsiumkarbid tappet fra ovnen strømmer inn i en karbidgryte for å avkjøles, og blir deretter knust, siktet og pakket i forseglede fat. Avgassen- er rik på karbonmonoksid og gjenvinnes som drivstoff i moderne anlegg. Lukkede ovner med høyere effekt er foretrukket fordi de forbedrer driftsforholdene, reduserer varmetapet og øker karbonmonoksidgjenvinningen, mens støvavsug er nødvendig under knusing og sikting.
Laboratorieforberedelse og ratekontroll
I laboratoriet gir det å slippe kalsiumkarbid rett i vann en voldsom reaksjon og en ukontrollert gasstrøm. Mettet natriumkloridlake brukes i stedet for vann. Saltlaken bremser reaksjonen, så acetylen leveres som en jevn strøm, og natriumklorid i seg selv reagerer ikke med kalsiumkarbid, som holder gassen rimelig ren. Det samme prinsippet forklarer hvorfor fuktighet må utelukkes fra lagring: alt vann som når karbiden begynner å generere gass umiddelbart.
Farer, lagring og brannslukking
Vannreaktivitet:materialet avgir acetylen ved kontakt med vann, og gassen antennes lett.
Risiko for oksidasjonsmidler:acetylen kan eksplodere når det blandes med oksidasjonsmidler, og det danner eksplosive blandinger med luft over et bredt område.
Forurensningstoksisitet:små mengder hydrogensulfid og fosfin frigjøres med gassen og er giftige.
Lagring:ventilerte, kjølige og tørre varehus, holdt adskilt fra oksidasjonsmidler og sterke syrer, og beskyttet mot fuktighet, lekkasjer og dampledninger.
Brannslukking:tørt pulver, tørt sand og tørt steinpulver. Vann må ikke brukes på brennende karbid eller på karbid som kan være involvert i brann.
Fat skal bare åpnes i et godt-ventilert område vekk fra antennelseskilder, og rester må aldri skylles i avløp. Gassdeteksjon og-eksplosjonssikkert elektrisk utstyr er standardkrav i områder for lagring og håndtering av karbid.
Ofte stilte spørsmål
Spørsmål: Hva er reaksjonen mellom kalsiumkarbid og vann?
Kalsiumkarbid og vann reagerer og gir acetylen og kalsiumhydroksid, skrevet som CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2. Reaksjonen er rask og sterkt eksoterm.
Spørsmål: Hvorfor lukter karbidacetylen vondt?
Svovel og fosfor i koks- og kalkladningen havner i karbidet, så rågassen frakter hydrogensulfid og fosfin, som gir acetylen dens ubehagelige lukt.
Spørsmål: Ved hvilken temperatur lages kalsiumkarbid?
Kalk og karbon reduseres elektrisk ved omtrent 2000-2200 grader i reaksjonssonen til en lukket ovn, og produserer smeltet karbid som tappes, avkjøles og knuses.
Spørsmål: Hvorfor brukes mettet saltlake for å generere acetylen i laboratoriet?
Saltlake bremser reaksjonen til en jevn gasstrøm, og natriumklorid reagerer ikke med kalsiumkarbid, så acetylenet som produseres er stabilt og rimelig rent.
Spørsmål: Hva er de viktigste farene ved kalsiumkarbid?
Den frigjør brannfarlig acetylen ved kontakt med vann, kan eksplodere når den blandes med oksidasjonsmidler, og avgir små mengder giftig hydrogensulfid og fosfin med gassen.
Spørsmål: Hvordan skal kalsiumkarbid lagres og slukkes?
Oppbevar det tørt, kjølig og ventilert, vekk fra oksidasjonsmidler og sterke syrer. Bruk tørt pulver, tørr sand eller tørt steinpulver på branner; aldri påfør vann på karbid.