El carburo de calcio reacciona inmediatamente al contacto con el agua para liberar gas acetileno e hidróxido de calcio. Esta reacción, el método del carburo, fue la fuente industrial original de acetileno y todavía se utiliza para soldar gas, síntesis química y como fuente portátil de gas en el campo.
Ecuación de reacción y productos.
La conversión se escribe como CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2. Un mol de carburo de calcio consume dos moles de agua y produce un mol de acetileno más hidróxido de calcio, por lo que el rendimiento de acetileno por tonelada de carburo depende principalmente del contenido de CaC2 del grado cargado.
La reacción es fuertemente exotérmica y rápida. Un gran trozo de agua que se deja caer en el agua silba, hace espuma y libera gas en cuestión de segundos, y el calor producido es significativo dentro de un recipiente cerrado. Por lo tanto, el diseño del reactor tiene que eliminar el calor y controlar la velocidad de alimentación en lugar de simplemente agregar carburo al agua.
Por qué el acetileno y el carburo de calcio tiene un olor distinto
El carburo de calcio técnico no es puro. Los compuestos de azufre y fósforo presentes en la carga de coque y cal pasan a través del horno y terminan en el carburo, por lo que el acetileno liberado transporta pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno y fosfina. Estas impurezas confieren al gas su característico olor desagradable. En los trenes de purificación, el gas bruto se lava para eliminarlo y la corriente purificada se utiliza cuando se requiere acetileno libre de contaminantes-.
Cómo se produce el carburo de calcio
El método de reducción del horno eléctrico es la única vía de uso comercial. El coque y la cal se trituran, se mezclan en una proporción controlada y se alimentan a un horno cerrado de carburo de calcio, donde la carga se calienta eléctricamente y se lleva a cabo el paso de reducción CaO + 3C=CaC2 + CO. Las temperaturas de la zona de reacción rondan los 2000-2200 grados, razón por la cual el proceso consume tanta energía; Las primeras plantas necesitaban la energía hidroeléctrica barata que hizo viable el método después de su industrialización por primera vez en 1895.
El carburo de calcio fundido extraído del horno fluye hacia un recipiente de carburo para enfriarse y luego se tritura, tamiza y empaqueta en tambores sellados. El gas-liberado es rico en monóxido de carbono y se recupera como combustible en plantas modernas. Se prefieren los hornos cerrados con potencias nominales más altas porque mejoran las condiciones operativas, reducen la pérdida de calor y aumentan la recuperación de monóxido de carbono, mientras que se requiere extracción de polvo durante la trituración y el cribado.
Preparación de laboratorio y control de velocidad.
En el laboratorio, dejar caer carburo de calcio directamente en agua produce una reacción violenta y una corriente de gas incontrolada. Se utiliza salmuera saturada de cloruro de sodio en lugar de agua. La salmuera ralentiza la reacción, por lo que el acetileno se suministra como un flujo constante y el cloruro de sodio en sí no reacciona con el carburo de calcio, lo que mantiene el gas razonablemente puro. El mismo principio explica por qué se debe excluir la humedad del almacenamiento: el agua que llega al carburo comienza a generar gas inmediatamente.
Peligros, almacenamiento y extinción de incendios
Reactividad del agua:el material emite acetileno al entrar en contacto con el agua y el gas se enciende fácilmente.
Riesgo de comburente:El acetileno puede explotar cuando se mezcla con agentes oxidantes y forma mezclas explosivas con el aire en un amplio rango.
Toxicidad por impurezas:Con el gas se liberan pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno y fosfina que son tóxicas.
Almacenamiento:Almacenes ventilados, frescos y secos, alejados de oxidantes y ácidos fuertes, y protegidos de la humedad, fugas y líneas de vapor.
Extinción de incendios:polvo seco, arena seca y polvo de piedra seca. No se debe utilizar agua sobre carburo quemado o sobre carburo que pueda estar involucrado en un incendio.
Los tambores deben abrirse únicamente en un área bien-ventilada y alejada de fuentes de ignición, y los residuos nunca deben arrojarse a los desagües. La detección de gases y los equipos eléctricos-a prueba de explosiones son requisitos estándar en las áreas de almacenamiento y manipulación de carburo.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la reacción entre el carburo de calcio y el agua?
El carburo de calcio y el agua reaccionan para dar acetileno e hidróxido de calcio, escrito como CaC2 + 2H2O=C2H2 + Ca(OH)2. La reacción es rápida y fuertemente exotérmica.
P: ¿Por qué el carburo de acetileno huele mal?
El azufre y el fósforo de la carga de coque y cal acaban en el carburo, por lo que el gas bruto transporta sulfuro de hidrógeno y fosfina, que dan al acetileno su olor desagradable.
P: ¿A qué temperatura se produce el carburo de calcio?
La cal y el carbón se reducen eléctricamente a aproximadamente 2000-2200 grados en la zona de reacción de un horno cerrado, produciendo carburo fundido que se extrae, se enfría y se tritura.
P: ¿Por qué se utiliza salmuera saturada para generar acetileno en el laboratorio?
La salmuera ralentiza la reacción hasta obtener un flujo de gas constante y el cloruro de sodio no reacciona con el carburo de calcio, por lo que el acetileno producido es estable y razonablemente puro.
P: ¿Cuáles son los principales peligros del carburo de calcio?
Libera acetileno inflamable al contacto con el agua, puede explotar cuando se mezcla con oxidantes y emite pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno tóxico y fosfina con el gas.
P: ¿Cómo se debe almacenar y extinguir el carburo de calcio?
Guárdelo seco, fresco y ventilado, lejos de oxidantes y ácidos fuertes. Utilice polvo seco, arena seca o polvo de piedra seco en los incendios; nunca aplique agua al carburo.