Đồ án nhập môn kĩ thuật hóa học tên đề tài tìm hiểu quá trình sản xuất acid phosphoric từ quặng apatit

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN NHẬP MƠN Kĩ Thuật Hóa Học Tên đề tài : TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC TỪ QUẶNG APATIT Nhóm LÊ HUY HOÀNG hoang.lh221481@sis.hust.edu.vn TRẦN THỊ HỒNG hong.tt221488@sis.hust.edu.vn NGUYỄN TIẾN HÙNG hung.nt221495@sis.hust.edu.vn LẠI QUỐC HUY huy.lq221501@sis.hust.edu.vn ĐINH HOÀNG KIÊN kien.dh221513@sis.hust.edu.vn Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Công Bằng Bộ Môn: Nhập môn Kĩ Thuật Hóa Học Viện : Kĩ Thuật Hóa Học Hà Nội, 3/2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Lời cho nhóm em xin cảm ơn Thầy truyền tải kiến thức đến chúng em khoảng thời gian học tập Học phần “Nhập môn Kĩ thuật Hóa học” học phần quan trọng sinh viên năm Viện Kĩ thuật Hóa học chúng em Qua việc làm đồ án môn học chúng em có hiểu biết rõ về chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Hóa học; có số hiểu biết trình thuộc lĩnh vực khác ngành Kỹ thuật Hóa học, nắm mối liên kết, giao thoa khoa học kỹ thuật công nghệ Chúng em làm quen với phương pháp làm việc khoa học, tra cứu tài liệu, kỹ làm việc nhóm, kỹ trình bày, thuyết trình vấn đề kĩ làm việc cần thiết cho chúng em sau Ngày với phát triển cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước, thị hóa cách nhanh chóng với phát triển ngành công – nông nghiệp phục vụ đời sống người Acid Phosphoric hóa chất phổ biển quan trọng ngành hóa ngành công nghiệp, nông nghiệp khác Hay số lĩnh vực y tế - sức khỏe, thực phẩm … cần đến lượng lớn acid phosphoric để tạo sản phẩm phục vụ sống người Nhận thấy vai trò to lớn loại acid này, nhà máy hóa chất đâu tư công nghệ, áp dụng tiến khoa học kĩ thuật vào sản xuất nhằm tạo sản phẩm tinh khiết đáp ứng nhu cầu thị hiếu xã hội Với đề số giao, nhóm chúng em tìm hiểu vể Q trình sản xuất Acid Phosphoric từ quặng apatit Và trình tìm hiểu tham khảo số tài liệu nghiên cứu khoa học, nhóm chúng em xin phép đề cập đến phương pháp sản xuất phổ biến acid phosphoric công nghiệp là: – Phương pháp ướt ( phương pháp trao đổi ) – Phương pháp pháp khô ( phương pháp nhiệt ) Và cịn số phương pháp khác Bên cạnh báo cáo chúng em trình bày số vấn đề khác tính chất, cấu tạo, đặc điểm acid photphosphoric, ứng dụng thiết yếu acid phosphoric đời sống sản xuất CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC I TỔNG QUAN VỀ ACID PHOSPHORIC Tên gọi khoa học, đặc điểm cấu tạo - Danh pháp khoa học ( Danh pháp IUPAC) H3PO4 Phosphoric acid Ngồi ra, cịn mang tên gọi khác trihiđroxiđioxiđophotpho, Acid orthophosphoric Nó diện xương giúp ích q trình trao đổi chất Ở dạng lỏng, xuất dạng dung dịch suốt, không màu dạng rắn, xuất dạng chất rắn kết tinh, suốt - Cơng thức hóa học : H3PO4 - Cơng thức cấu tạo + Là liên kết cộng hóa trị phân cực + Phopho có hóa trị V số oxi hóa +5 + Là acid nấc : K a = 7,5.10 = 6,2.10-8 Ka K a = 4.8.10-13 Hình1.1 Công thức cấu tạo Acid Phosphoric Hình 1.2 Mơ hình cấu tạo Acid Phosphoric -3 - Trong cấu trúc tinh thể H3PO4 gồm có nhóm tứ diện PO4 liên kết với liên kết hidro Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể Acid Phosphoric - Phân tử phosphoric có dạng tứ diện lệch  Độ dài d (P – O) = 1,52 Å, d (P – OH) = 1,57 Å  Số đo số góc khơng giống : góc ( O = P – OH ) = 1120 góc ( HO – P – OH ) = 1600 - Số CAS: 7664-38-2 - Số EINECS: 231-633-2 - Số RTECS TB6300000 - MSDS: 1008 - Phân loại EU: Chất ăn mòn (C) - Chỉ mục EU: 015-011-00-6 - Chỉ dẫn R: R34 - Chỉ dẫn S: (S1/2) S26 S45 - Điểm bắt lửa: Khơng gây cháy nổ Tính chất vật lý Acid Phosphoric Acid Phosphoric có dạng tồn tại, kết tinh dạng tinh thể không màu, chất lỏng đặc ( > 42 0C ) suốt khơng màu.; mang vị chua; có khối lượng mol 98,00g/mol Khối lượng riêng theo dạng khác : 1.885 g/mL ( lỏng ); 1.685 g/mL ( 85% đậm đặc ); 2.030 g/ml ( tinh thể 25 0C ) Có nhiệt độ nóng chảy 42,35 0C ( dạng H3PO4.H2O có nhiệt độ nóng chảy 29,320C ); Nhiệt độ sôi 154 0C bị phân hủy 213 0C Tan nước với độ tan 548 g/100 mL nước Trong cấu trúc tinh thể gồm có nhóm tứ diện PO 4, liên kết với liên kết hidro Cấu trúc cịn giữ lại dung dịch đậm đặc acid nước làm cho dung dịch sánh giống nước đường Tính chất hóa học Acid Phosphoric Với tính chất acid trung bình, Acid Phosphoric mang đặc điểm acid điển chất chung acid đổi mà quỳ tím thành đỏ, tác dụng với oxit bazơ, bazơ, muối, kim loại Khi tác dụng với oxit bazơ bazơ, tùy theo lượng chất tác dụng mà sản phẩm muối trung hòa, muối acid hỗn hợp muối… Bên cạnh có vài tính chất riêng : - Trong phân tử acid phosphoric P mức oxy hóa +5 bền nên acid phosphoric khó bị khử, khơng có tính oxy hóa acid nitric Khi đun nóng dần đến 260oC, acid orthophosphoric bớt nước, biến thành acid điphosphoric (H4P2O7); 3000C, biến thành acid metaphosphoric (HPO3) Acid phosphoric acid ba nấc có độ mạnh trung bình, số acid 250C có giá trị :  H3PO4 ⇆ H2PO4- + H+ K1 = 7.10-3  H2PO4- ⇆ HPO42- + H+ K2 = 8.10-6  HPO42- ⇆ PO43- + H+ K3 = 4.10-13 - Dưới tác dụng nhiệt, xảy phản ứng nhiệt phân cho sản phẩm theo nhiệt độ Trong phân tử acid phosphoric P mức oxi hóa +5 bền nên acid phosphoric khó bị khử, khơng có tính oxi hóa acid nitric, nguyên tử P có bán kính lớn nguyên tử N, dẫn mật độ điện dương P nhỏ nên khả nhận e Khi đun nóng dần đến khoảng 200 – 250 C acid orthophosphoric bớt nước, biến thành acid điphosphoric (H4P2O7) Ở 400 – 500 0C, biến thành acid metaphosphoric (HPO3) Lưu ý sử dụng Acid Phosphoric Acid Phosphoric có tính ứng dụng lớn đời sống, tiếp xúc với người thơng qua nhiều đường khác Ví dụ sản phẩm phục vụ nhu cầu ngày thức ăn, đồ uống… có lượng Acid Phosphoric Acid Phosphoric có khả gây hại nhiều trường hợp a) Ảnh hưởng acid Phosphoric đến thể người - Giảm mật độ xương người, gây bệnh loãng xương sử dụng sản phẩm có chưa acid Phosphoric thời gian dài - Ảnh hưởng đến thận sử dụng nhiều sản phẩm đồ uống chứa acid Phosphoric, dẫn đến thay đổi tiết niệu, bệnh thận mãn tính, sỏi thận… - Gây tải Phospho thể, làm tăng độ acid thể làm giảm khả sử dụng chất dinh dưỡng khác Fe, Mg, Zn,… Sự thiếu hụt chất khác dẫn đến vấn đề sức khỏe - Gây bỏng hóa học, thiệt hại mô tiếp xúc trực tiếp với da, có tính ăn mịn Cũng gây kích ứng mũi, họng phổi, dẫn đến thở khị khè ho b) Lưu ý bảo quản Phosphoric - Ln bảo quản nơi khơ ráo, thống mát, tránh tiếp xúc trực tiếp với ảnh nắng loại tia lửa, chất có tính oxi hóa, kim loại, kiềm,… - Bảo quản vật dụng bảo quản chuyên dụng, sau sử dụng cần đậy nắp kín - Thường xuyên kiểm tra vệ sinh nơi bảo quản để kịp thời phát xử lý tình trạng rị rỉ hóa chất, hạn chế tối đa thiệt hại xảy cố - Trang bị hệ thống chống cháy chữa cháy nơi bảo quản c) Lưu ý sử dụng Phosphoric - Sử dụng điều kiện thống gió, cần mặc quần 1.4 Aicd Phosphoric bảo quản lọ thủy tinh áo bảo hộ , đeo trang, mắt kính bảo hộ chuyên dụng trình sử dụng acid - Tuyệt đối khơng nếm, ăn, ngửi hóa chất, khơng đổ thêm nước trình sử dụng - Các trường hợp vô ý tiếp xúc trực tiếp với acid Phosphoric cần rửa với nước, xà phòng ấm đưa đến sở y tế gần để kiểm tra xử lý kịp thời Thị trường tiêu thụ Acid Phosphoric - Với tính ứng dụng cao, acid Phosphoric hóa chất quan trọng, sản xuất tiêu thụ toàn giới Hàng năm có hàng triệu acid Phosphoric tiêu thụ để sản xuất sản phẩm phục vụ người - Ở Việt Nam, acid Phosphoric thành phần quan trọng dùng để sản xuất nhiều loại phân bón, dược liệu, … có nhu cầu sử dụng lớn Tuy nhiên, hạn chế mặt thiết bị sản xuất, ngành công nghiệp sản xuất chưa đủ khả đáp ứng nhu cầu ngành kinh tế khác - Những năm gần đây, nhu cầu để xử lý kim loại giảm năm khoảng 3-5% vật liệu kim loại ngày thay chất dẻo, công nghiệp sản xuất ơtơ Ngồi ra, lượng axit dùng để sản xuất natri tripolyphotphat giảm vấn đề nhiễm nước thải Trong nhu cầu axit phosphoric cho xử lý nước công nghiệp thực phẩm lại tăng đáng kể Ngoài ra, lĩnh vực sử dụng nhiều axit phosphoric sản xuất thức ăn khoáng cho chăn ni lĩnh vực sản xuất phân bón - Có thể lấy ví dụ Trung Quốc, liên quan đến sản xuất axit phosphoric phải kể đến 400 nhà máy sản xuất MAP, DAP, TSP quy mô nhỏ từ 30 nghìn đến 60 nghìn tấn/năm khoảng 10 nhà máy DAP cơng suất từ 150 nghìn đến 450 nghìn tấn/năm sở nhập cơng nghệ cơng ty nước ngồi Tỷ lệ sản phẩm (%) EU Nhật Bản Mỹ Xử lí kim loại - - 25 Xử lí nước - - 20 Sản xuất Natri Tripolyphotphat 40 32 - Công nghiệp thực phẩm - - 15 Sản xuất thức ăn khoáng cho gia súc 22 13 - Các ngành khác 38 55 40 Bảng : Tỷ lệ sử dụng axit phosphoric số quốc gia khu vực ... hiểu vể Quá trình sản xuất Acid Phosphoric từ quặng apatit Và trình tìm hiểu tham khảo số tài liệu nghiên cứu khoa học, nhóm chúng em xin phép đề cập đến phương pháp sản xuất phổ biến acid phosphoric. .. thời gian học tập Học phần ? ?Nhập mơn Kĩ thuật Hóa học? ?? học phần quan trọng sinh viên năm Viện Kĩ thuật Hóa học chúng em Qua việc làm đồ án mơn học chúng em có hiểu biết rõ về chương trình đào... II : SẢN XUẤT ACID PHOSPHORIC TỪ QUẶNG APATIT I TỔNG QUAN VỀ QUẶNG APATIT Giới thiệu quặng apatit Ở Việt Nam nói đến quặng apatit thường tập chung chủ yếu Lào Cai Quặng apatit Lào Cai loại quặng