Chuyên Đề sản xuất Điện hóa dũng

Xút là một nguồn nguyên liệu quan trọng của các ngành công nghiệp cơ bản như: sản xuất giấy, sản xuất chất tẩy rửa, sản xuất nhôm, ngành công nghiệp dệt nhuộm,… Tuy nhiên ngành sản xuất xút ở Việt Nam còn nhiều hạn chế. Xút ở Việt Nam thường được sản xuất bằng cách điện phân dung dịch muối. Khi đó, cùng với lượng xút thu được ta sẽ có kèm theo một lượng Clo và Hydro. Khí Clo dư thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa dầu. Ở Việt Nam, ngành công nghiệp hóa dầu chưa thể hấp thụ hết lượng khí Clo này.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

CHUYÊN ĐỀ SẢN XUẤT ĐIỆN HÓA ( SẢN XUẤT CLO VÀ XÚT )

MỤC LỤC MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH 4

DANH MỤC BẢNG 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA 6

1.1 Giới thiệu về công nghệ điện hóa 6

1.1.1 Định nghĩa 6

1.1.2 Phân tích điện hóa 7

1.1.3 Các lĩnh vực ứng dụng quan trọng 7

1.1.4 Nhu cầu tiêu thụ sản phẩm 8

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỤ THỂ 9

2.1 Nguyên liệu sản xuất 9

2.2 Quá trình điên phân 13

2.2.1.Công nghệ điện phân điều chế xút – clo 14

2.2.1.1 Muối điều chế nước muối 14

2.2.1.2 Điện phân 15

2.2.1.3 Thùng điện phân 16

2.2.1.4.Lưu trình công nghệ điện phân 17

2.2.2 Cô đặc xút điều chế xút – xút vảy 18

2.3.2 Các công nghệ điện phân 22

2.3.2.1 Công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân 22

2.3.2.2 Công nghệ điện phân với màng ngăn (diaphragm) 23

2.2.3.3 Công nghệ điện phân với màng trao đổi ion (membrane) 24

2.4 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất điện hóa 26

2.5 Thuyết minh quy trình công nghệ 26

2.5.1 Công đoạn xử lý nước muối sơ cấp và thứ cấp 26

2.5.2 Công đoạn điện phân 27

2.5.3 Công đoạn xử lý nước muối nghèo 27

2.5.4 Công đoạn điều dụng xút 28

2.5.5 Công đoạn điều đụng khí Clo và Hydro 28

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN 30

3.1 Vai trò của Clo và Xút 30

3.1.1 Công dụng và lợi ích của hóa chất Clo 30

3.1.1.1 Clo giúp khử trùng nước 30

3.1.1.2 Thuốc khử trùng cho các hộ gia đình 30

3.1.1.3 Chăm sóc sức khỏe 31

3.1.1.4 Năng lượng và môi trường 31

3.1.1.5 Clo là nguyên liệu sản xuất vật liệu các công nghệ tiên tiến 32

3.1.1.6 Ứng dụng hóa chất Clo trong xây dựng 32

3.1.1.7 Ứng dụng hóa chất Clo trong an ninh quốc phòng 33

3.1.2 Công dụng của xút 33

3.1.2.1.Xử lý nước 33

3.1.2.2 Trong nghành chế biến thực phẩm 33

3.1.2.3 Công nghiệp dầu khí 33

3.2 Nhận xét những hướng phát triển sản phẩm và đề xuất cải tiến công nghệ 34

3.2.1 Xu hướng sản xuất NaoH trên thế giới đã thay đổi 34

3.2.2 Triển vọng phát triển 34

3.2.2 Triển vọng nguồn cung nghành xút 34

3.2.3 Triển vọng nhu cầu nghành xút : 34

3.2.4 Triển vọng lợi nhuận cho nhà sản xuất nghành xút 34

3.2.3 Hướng đi bền vững cho nghành xút Việt Nam 35

3.1.3.1 Áp dụng công nghệ vào sản xuất 35

3.1.3.2 Hướng tới công nghiệp xanh 35

3.3.3 Đề xuất cải tiến công nghệ : 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

Hình 2.10 Mô tả quá trình màng trao đổi ion 22

Hình 2.11 Minh họa quá trình điện phân màng trao đổi ion 22

Hình 2.12 Các nhà máy sử dụng công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân được xây dựng đầu tiên 24

Hình 2.13 Công nghệ điện phân với màng ngăn 25

Hình 2.14 Sơ đồ một bình điện phân 26

Hình 2.15 Sơ đồ quy trình công nghệ điện phân 27

Hình 3.1 Clo khử trùng nước 31

Hình 3.2 Clo khử trùng, giặt tẩy quần áo 31

Hình 3.3 Ứng dụng hóa chất Clo trong sản xuất thuốc 32

Hình 3.4 Ứng dụng Clo trong các ngành công nghiệp 32

Hình 3.5 Ứng dụng Clo trong sản xuất công nghệ tiên tiến 33

Hình 3.6 Ứng dụng hóa chất Clo trong xây dựng 33

Hình 3.7 Ứng dụng Clo trong An nhinh quốc phòng 34

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 So sánh độ bền của một số bộ phận chính của 2 loại thùng điện phân.30

Bảng 2.2: Định mức tiêu hao một số vật tư chủ yếu S30

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN HÓA 1.1 Giới thiệu về công nghệ điện hóa

1.1.1 Định nghĩa

Là một phạm trù được xem xét bao hàm từ các cơ sở lý thuyết, các kỹ thuật thực hành, các trang thiết bị, máy móc và lĩnh vực ứng dụng rộng rãi để sản xuất tạo ra của cải vật chất cho xã hội Công nghệ điện hóa cũng được hình thành và phát triển từ cơ sở lý thuyết về các quy luật điện hóa, các kỹ thuật và những trang thiết bị cũng như các lĩnh vực ứng dụng rộng rãi để tạo ra của cải vật chất đóng góp vào sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kinh tế xã hội cho nhân loại đặc biệt từ thế kỉ XVIII đến nay

Cùng với quá trình hoàn thiện dần các lý thuyết điện hóa về sự điện li cà dung dịch điện li, thế điện cực và động học điện hóa các quá trình điện cực các hướng nghiên cứu công nghệ hóa và phát triển ứng dụng cũng đã được đẩy mạnh nghiên cứu tạo nên các ngành công nghiệp có tác động thúc đẩy sự phát triển của kinh tế xã hội Những phát minh các loại nguồn điện pin và ắc quy đã cung cấp năng lượng độc lập với mạng điện làm cơ sở cho sự phát triển vũ bão của công nghiệp điện tử cũng như ngành giao thông vận tải

Các linh kiện điện hóa (Chemotronik) được hình thành và phát triển khi ứng dụng các quy luật điện hóa của quá trình điện cực và ion còn làm phong phú hơn cho công nghiệp điện tử và y sinh điện tử

Tương tự dựa vào quá trình điện phân muối nóng chảy hoặc dung dịch điện li nước công nghiệp luyện kim sản xuất các kim loại màu, công nghiệp điện phân, tổng hợp điện hóa sản xuất nhiều hóa chất cơ bản cho các ngành công nghiệp Công nghệ điện hóa bề mặt như mạ, biến tính cũng như chống ăn mòn kim loại cũng đã đóng góp to lớn làm đẹp, làm bền và làm tăng chất lượng các dạng sản phẩm của nhiều ngành công nghiệp khác nhau Phân tích định tính cũng như định lượng thành phần và tính chất của các chất và các vật liệu cũng được dựa trên cơ sở của lí thuyết điện hóa Ngày nay kỉ nguyên của vật liệu và công nghệ nano, sự đóng góp của công nghệ điện hóa cũng tỏ rõ những lợi thế để chế tạo các dạng vật liệu nano phục vụ cho các ngành khoa học và công nghệ

1.1.2 Phân tích điện hóa

Các thiết bị phân tích điện hóa nhằm phân tích định tính hoặc định lượng thành phần và các chất đã đóng góp cho sự phát triển của hóa học phân tích cũng như cho quá trình công nghệ Các phương pháp phân tích điện hóa thường được hình thành theo các nhóm

Sự phụ thuộc cần phải xác định của các phương pháp trên là: thế điện cưc vào nồng độ E = f(c), hoặc logarit nồng độ E = f(lgc), vào thể tích dung dịch E = f(V), vào thời gian E = f(t), hoặc vi phân thế điện cực vào thời gian f (t), vi phân điện thế vào thể tích f (V ) hoặc vi phân điện thế hai lần vào thể tích Sự phụ thuộc của dòng hoặc mật độ dòng vào nồng độ i = f(c), vào thể tích i = f(V), vào thời gian vào điện thế i = f(E) cũng được chú ý khảo sát Ngoài ra sự phụ thuộc độ dẫn điện vào nồng độ æ = f(c) vào thể tích æ = f(V) hoặc sự phụ thuộc của điện lượng, điện dung, tổng trở và lượng chất vào quá trình phản ứng điện cực cũng được khai thác Các phương pháp phân tích điện hóa luôn được chú ý nghiên cứu cải tiến nhằm tăng độ nhạy, độ chọn lọc, tốc độ và đồng thời nhiều chất, nhiều mẫu bằng các kĩ thuật điện hóa, cơ học và đặc biệt là điện tử và tin học

Phương pháp phân tích cực phổ cổ điển do J Heyrovski đã được phát triển nhờ quá trình kết hợp với cơ, điện tử và tin học để hình thành hàng loạt các phương pháp cực phổ hiện đại nhằm tăng tốc độ, độ chính xác và đặt biệt tăng độ nhạy đến hàng triệu lần nhờ ứng dụng kĩ thuật dòng xung để loại bỏ được dòng điện dung khỏi dòng Faraday trong phân tích động học phản ứng Các thiết bị phân tích điện hóa cũng được sử dụng để phục vụ đắc lực cho các quá trình điều khiển và tự động hóa trong công nghệ điện hóa nhằm kiểm soát và điều chỉnh: pH môi trường, độ dẫn điện, điện áp và nồng độ các chất tham gia vào các phản ứng điện cực

• Hóa chất cơ bản thông thường sẽ không được sử dụng trực tiếp Hóa chất cơ bản sẽ trở thành nguyên liệu đầu vào của các ngành công nghiệp khác nhau Vì thế nó có sức ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của các ngành công nghiệp

• Có 3 loại hóa chất cơ bản nổi bật nhất là: khí công nghiệp, xút, acid sulfuric, phốt pho vàng Trong đó ngành xút là một ngành quan trọng và cung cấp đầu vào cho nhiều ngành công nghiệp khác

1.1.4 Nhu cầu tiêu thụ sản phẩm

Ngành hóa chất cơ bản ở Việt Nam mới chỉ cung cấp được 50% nhu cầu sử dụng trong nước Để đạt được kế hoạch phát triển đến năm 2025, hóa chất cơ bản là nhóm ngành được quy hoạch Trong đó nhấn mạnh việc phát triển sản xuất một số ngành hóa chất cơ bản trọng yếu như xút Sản xuất xút-clo được đầu tư sản xuất với tổng công suất 900.000 tấn/năm

Xút là một nguồn nguyên liệu quan trọng của các ngành công nghiệp cơ bản như: sản xuất giấy, sản xuất chất tẩy rửa, sản xuất nhôm, ngành công nghiệp dệt nhuộm,…

Tuy nhiên ngành sản xuất xút ở Việt Nam còn nhiều hạn chế Xút ở Việt Nam thường được sản xuất bằng cách điện phân dung dịch muối Khi đó, cùng với lượng xút thu được ta sẽ có kèm theo một lượng Clo và Hydro Khí Clo dư thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa dầu Ở Việt Nam, ngành công nghiệp hóa dầu chưa thể hấp thụ hết lượng khí Clo này

Một số nhà máy sử dụng các cách khác để trung hòa lượng khí Clo dư như sử dụng canxi Mặc dù vậy, các nhà máy sản xuất xút ở Việt Nam vẫn đạt sản lượng khiêm tốn Nguồn cung xút tại Việt Nam vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng trong nước Nước ta vẫn phải nhập khẩu một lượng lớn xút lỏng từ nước ngoài Nhưng vì xút là một ngành công nghiệp quan trọng nên hiện nay xút vẫn được bảo hộ công nghiệp Xút được đánh thuế nhập khẩu từ 5-20% để ưu tiên sử dụng xút sản xuất trong nước

Với yêu cầu phát triển các ngành công nghiệp sản xuất khác như sản xuất nhôm, sản xuất nhựa PVC, sản xuất giấy,…Ngành công nghiệp hóa dầu cũng đang được chú trọng phát triển Tiêu biểu là các nhà máy được đưa vào vận hành như Liên Hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn, nhà máy lọc dầu Dung Quất Song song với đó thì việc sản xuất xút-clo cũng sẽ được đầu tư phát triển

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỤ THỂ 2.1 Nguyên liệu sản xuất

Các thiết bị của công nghệ điện hóa đơn giản hơn nhiều so với các công nghệ hóa học do các quá trình phản ứng điện cực được thực hiện chủ yếu ở áp suất thường và phần lớn ở nhiệt độ không cao Cấu hình của loại thiết bị điện hóa cũng đơn giản, chủ yếu là khối hộp chữ nhật dễ kết cấu dạng môdul Các thiết bị cung cấp năng lượng điện cho công nghệ điện hóa cũng như cho phân tích dựa trên cơ sở lí thuyết điện hóa cũng rất thuận lợi để điện tử hóa và tin học hóa vì có quan hệ đến các thông số điện và điện tử như dòng, thế, điện trở, điện dung Các dạng nguồn điện chủ yếu là dòng 1 chiều, hoặc các dạng dòng xung vuông, tam giác đối xứng hoặc bất đối xứng cũng như phối hợp các dạng dòng Vì vậy công nghệ điện hóa cũng như phân tích điện hóa có thể dễ dàng tự động hóa

Các vật liệu được sử dụng trong công nghệ điện hóa rất đa dạng tương ứng với các mục đích và yêu cầu khác nhau Yêu cầu chung với các dạng vật liệu là phải bền hóa học, điện hóa, bền ăn mòn, bền nhiệt và bền cơ nhưng dễ gia công, dễ tạo hình và giá hợp lí Đối với các vật liệu làm điện cực yêu cầu quan trọng là phải dẫn điện tử tốt, có khả năng xúc tác các phản ứng điện hóa anốt hoặc catốt Vật liệu anốt hòa tan được sử dụng phố biến trong công nghệ mạ, sản xuất pin, ắc quy, luyện kim, tinh luyên kim loại Vật liệu anốt trơ trơ được đặc biệt chú ý nghiên cứu, cải tiến và hoàn thiện nhằm tăng hiệu quả và hiệu suất các quá trình công nghiệp điện phân, phân tích Vật liệu mang các chất xúc tác điện hóa cũng được nghiên cứu sử dụng đề làm tăng hiệu quả các quá trình điện cực và giảm giá thành của vật liệu điện cực Vật liệu chế tạo các thiết bị phản ứng điện hóa ngược lại phải cách điện tốt vì vậy khi sử dụng các vật liệu kim loại có độ bền cơ học cao thì phải phủ bằng các vậ liệu cách điện Vật liệu làm màng ngăn cách giữa anốt và catốt phải dẫn điện ion tốt hoặc dẫn ion chọn lọc nhưng tuyệt đối không dẫn electron Vật liệu dùng làm dung dịch điện li dạng lỏng, nóng chảy hoặc rắn cũng phải dẫn điện ion tốt, có nhiệt độ nóng chảy thấp và không tương tác với các chất trong hệ điện hóa

Nguyên liệu sản xuất điện hóa bao gồm các chất hóa học và các thành phần khác để tạo ra điện trong các ứng dụng điện gia đình, công nghiệp và công suất lớn Dưới đây là một số nguyên liệu thông thường được sử dụng trong quá trình sản xuất điện hóa:

• Hydro (H2): Hydrogen thường được sử dụng trong việc sản xuất điện qua phản ứng cháy hoặc tạo năng lượng điện từ pin nhiên liệu

Hình 2.3 Than đá

• Các chất điện phân: Được sử dụng trong quá trình điện phân để tạo ra các ion dương và ion âm, ví dụ như axit sunfuric (H2SO4), chất lỏng điện phân (NH4OH), natri hydroxit (NAOH),

Hình 2.4 Chất điện phân

• Pin nhiên liệu: Được sử dụng hydrogen hay các chất khác (như metan, etanol) để tạo điện thông qua quá trình oxi hóa hoặc phản ứng điện hóa

Hình 2.5 Pin điện hóa

Điện giải dung dịch muối: Sử dụng các dung dịch muối như dung dịch muối (NaCl) để tạo điện thông qua quá trình điện ly Đây chỉ là một số nguyên liệu thông thường trong quá trình sản xuất điện hóa Sản xuất điện hóa còn liên quan đến nhiều yếu tố khác như điện cực, điện giải, nhiệt độ, áp suất, pH và các chất xúc tác khác

Ngày nay, nhiều nỗ lực nghiên cứu tập trung phát triển các chất xúc tác điện hoá không chứa kim loại quý dùng cho phản ứng điện hoá để khử proton thành hydrogen (hydrogen evolution reaction – HER) nhằm mục đích sản xuất hydrogen có độ tinh khiết cao Đây là nhiên liệu hiệu quả và thân thiện với môi trường để đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu trong tương lai.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã tổng hợp thành công một chất xúc tác điện hoá HER được hoạt hóa dựa trên mảng nano hình kim Zn-Co-P được phủ trực tiếp lên bề mặt bọt niken ba chiều (Zn-Co-P NNs / 3D-NF) bằng các phương pháp đơn giản với chi phí thấp Ở đây, chúng tôi kết hợp của chất xúc tác điện hoá với những đặc tính mong muốn có cấu trúc nano phân cấp 3D với diện tích bề mặt lớn và vị trí điện động dồi dào để khuếch tán nhanh và chuyển khối lượng chất phản ứng /chất điện phân, khả năng xúc tác mạnh, kéo dài với độ bền cơ học cao cùng với tính năng nổi bật của cấu trúc xốp 1D của Zn-Co-P NN Sự kết hợp này cung cấp các vị trí hoạt động phong phú cho HER tạo nên khả năng xúc tác điện hoá cao Điều đáng quan tâm là khi thêm Zn

vào, vật liệu Zn-Co-P NNs / 3D-NF có nhiều các vị trí bờ và góc khuyết tạo ra các bề mặt linh hoạt hơn, tăng cường diện tích bề mặt hoạt động và từ đó cải thiện khả năng xúc tác HER

Hình 2.6 Vật liệu Zn – Co – P / 3D NF

Chất xúc tác Zn – Co - P NN / 3D - NF thu được có hiệu năng xúc tác điện hóa cao đối với HER với yêu cầu về mức quá điện áp là 138 mV và 210 mV để đạt mật độ dòng lần lượt là 10 và 50 mA cm−2 trong môi trường kiềm cùng với động học nhanh ở hệ số góc Tafel nhỏ 81,9 mV dec-1 Ngoài khả năng xúc tác điện hoá cao, chất xúc tác Zn-Co-P NNs / 3D-NF cũng cho thấy độ bền vượt trội ở −0.138 V, điều này cho phép quá trình sản xuất H2 diễn ra liên tục ít nhất 12 giờ với mật độ không đổi là 10 mA cm−2 Quan trọng hơn, nghiên cứu của chúng tôi đưa ra một cách tiếp cận đầy hứa hẹn để thiết kế các chất xúc tác điện hoá không chứa kim loại quý với yêu cầu chi phí thấp, khả năng xúc tác cao và ổn định mạnh cho ứng dụng HER trong thực tế

2.2 Quá trình điên phân

Thùng điện phân: Chứa dung dịch điện ly

- Cực Catot: Khi dòng điện một chiều đi qua dung dịch điện li các Cation chạy đến Catot

- Cực Anot: Khi có dòng điện một chiều thì các Anion chạy đến Anot sẽ phóng điện trên các điên cưc này cho nên thế Catot và thế Anot gọi là thế phóng điện của Cation và Anion

Trong công nghiệp hóa học công nghệ điện hóa được áp dụng để điều chế, tổng hợp nhiều hóa chất cơ bản, chất hữu cơ, luyện kim như:

- Điều chế H2, O2, NaOH, Cl2 để tổng hợp các hợp chất vô cơ và muối - Dùng để tổng hợp các chất hữu cơ

- Dùng để thủy luyện các kim loại như: Cu, Ni, Zn, Co, Cd, Na, K, các kim loại quí và đất hiếm

- Dùng để sản xuất các nguồn điện hóa (pin , Acquy ) và mạ điện

Phương pháp điện hóa có nhiều ưu điểm như công nghệ đơn giản nhưng nhược điểm là tiêu tốn nhiều điện năng do hiệu suất thấp Nhưng qua thời gian các phương pháp điện phân có nhiều cải tiến và ngày càng đạt hiệu suất cao hơn, tiết kiệm năng lượng, và ít tạp chất hơn Một trong những quá trình điện hóa phổ biến nhất là quá trình điện hóa sản xuất Xút – Clo

2.2.1.Công nghệ điện phân điều chế xút – clo

Trong công nghiệp, người ta dùng phổ biến 2 phương pháp sản xuất xút - clo: - Phương pháp Catôt rắn sử dụng màng ngăn Trong phương pháp này có hai công nghệ sử dụng là màng ngăn amiăng hoặc màng trao đổi ion

- Phương pháp Catôt thủy ngân

2.2.1.1 Muối điều chế nước muối

NaCl là nguyên liệu chính để sản xuất xút và Clo bằng phương pháp điện phân (NaCl có trong nước biển, mỏ muối) Muối dùng làm nguyên liệu sản xuất xút - Clo phải theo các tiêu chuẩn NaCl > 97,5%; chất tan < 0,5%; Ca2+ < 0,4%; Mg2+ < 0,05%; K+ <0,002%; SO42- < 0,84%, Ca2+, Mg2+ là những ion có hại cho quá trình điện phân, vì Ca, Mg tác dụng với kiềm tạo thành hyđrôxit khó tan , kết tủa trên màng cách , bịt kín các lỗ màng , gây cản trở quá trình điện phân

Trong công nghiệp thường kết tủa Mg bằng cách trộn nước muối mới điều chế với nước muối hồi lưu từ công đoạn điện phân sang vì trong đó có chứa NaOH Ca được kết tủa bằng xôđa

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3- + 2NaCl

Muốn kết tủa hoàn toàn Ca,Mg thì cần dùng dư xút và xôđa để tiết kiệm axit (để trung hòa) và xôđa Người ta áp dụng biện pháp Cacbon hóa nước hồi lưu bằng cách thổi CO2 vào, xút sẽ chuyển thành xôđa

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

2.2.1.2 Điện phân

Sau khi tinh chế các tạp chất , nước muối được đưa sang công đoạn điện phân

a) Cơ sở lý thuyết của quá trình điện phân

Dung dịch ở điện phân không gian anốt gọi là anolit Dung dịch ở điện phân không gian gọi là Catolit

Khi cho dòng điện một chiều qua thùng phân các anion OH-, Cl- về anột , còn cation H+, Na+ về catot để phóng điện

Những ion nào có thể phóng điện thấp hơn thì phóng điện trước Trên Catot điện

H+ + e+ → H2 H + H → H2

Do H2 phóng điện, nên H2O tiếp tục điện ly , tạo thêm ion OH Cl- + e+ → Cl2

Cl + Cl = Cl2

Ngoài ra ,trong quá trình điện phân còn xảy ra các quá trình phụ để hạn chế các phản ứng cần phải dùng màng cách ngăn không cho các1 sản phẩm chủ yếu OH (Catolit) trộn lẫn với anolit

Dung dịch NaCl liên tục chảy từ không gian anot sang không gian catot ,màng cách ngăn còn có tác dụng giử cho H2 và Cl2 không tác dụng được với nhau tạo thanh hỗn hợp nổ

b) Điều kiện điện phân

Ðể thực hiên tốt quá trình điện phân ,cần phải bảo đảm các điều kiện dưới đây: - Duy trì mức độ phân hủy muối ăn khoảng 45 - 55%

- Muối không bị phân hủy sẽ theo dung dịch xút ra ngoài thùng điện phân - Nồng độ muối ăn trong dung dịch gần như bão hòa (khoảng 310 - 315 g/l) vì dung dịch càng đậm đặc thì dộ tan của Cl càng thấp

- Nhiệt độ điện phân tương đối cao, khoảng 85 – 97oC,nhiệt độ cao cũng có tác dụng hạn chế các quá trình điện phân như dung dịch muối đậm đặc

2.2.1.4.Lưu trình công nghệ điện phân

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý lưu trình công nghệ điện phân NaCl theo phương pháp Catot rắn

1 Thùng chứa nước muối 6,7 Tháp sấy khô Clo 11 Thùng chứa axit H2SO42 Thùng điện phân 8 Thùng chứa axit H2SO4 12 Thùng lọc

3,5 Tháp làm lạnh 9 Thiết bị làm lạnh axit 14 Thùng chứa axit

Dung dịch NaCl sau khi tinh chế và gia nhiệt 80oC, được đưa vào thùng chứa rồi từ đó phân phối vào các thùng điện phân (2) Từ thùng điện phân ra, khí H2 đưa vào tháp làm lạnh (3) Từ tháp ra khí H2 được máy nén (4) đưa đến nơi tiêu thụ Còn khí Cl2được đưa vào tháp đệm làm lạnh (5), từ (5) ra khí Cl2 có nhiệt độ khoảng 15 – 20oC và độ ẩm 90%

Sau đó được đưa vào 2 tháp sấy khô (6) và (7) để loại nước bằng axit H2SO4(96%); đưa vào thùng cao vê (10); rồi đưa vào tháp chứa (11) Sau đó đưa lên đỉnh tháp sấy khô (7), môt phần axit ra khỏi tháp được đưa sang thùng chứa (8) , rồi bơm sang thiết bị làm lạnh (9) lên đỉnh tháp (6) Tại đây axit lên đến 74% đem đi xử lý

Khí CO2 sau khi sấy khô ở tháp (7) có độ ẩm không quá 1,5 g/m3, qua thùng lọc(12) để loại axit H2SO4

Còn dung dịch xút, từ thùng điện phân ra ,chảy vào thùng chứa (14), rồi đưa sang bộ phận cô đặc và điều chế xút rắn

2.2.2 Cô đặc xút điều chế xút – xút vảy

2.2.2.1 Cô đặc xút

Xút điều chế thành phần chủ yếu là: NaOH 100 -140g/l NaCl

160 - 200g/l Nước ~ 900g/ml

Ta thấy hàm lượng NaOH thấp, lẫn nhiều muối, nên không thể sử dụng trực tiếp được, nên phải cô đặc Ta biết rằng độ tan của muối giảm khi nồng độ xút tăng, do vậy bằng phương pháp cô đặc ta nâng cao nồng độ của NaOH, đồng thời loại được muối ăn trong dung dịch Sau khi cô đặc đem làm lạnh, sẽ tách thêm được muối

Trong công nghiệp cô đặc NaOH theo 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1 : cô đặc qua 3 nồi liên tiếp cho tới nồng độ 25 - 26% NaOH (khoảng 340g/l)

- Giai đoạn 2 : dùng hơi để cô đặc tiếp dung dịch xút đến nồng độ 42 - 50%

2.2.2.2 Sản xuất NaOH tinh thể :

Sản xuất xút tinh thể giúp dễ dàng bảo quản và vận chuyển Dung dịch xút lỏng được bơm vào thiết bị truyền nhiệt Nhiệt được tận dụng nhiệt thừa bằng hơi thứ của các thiết bị cô đặc dung dịch xút được cô đặng qua các bước sau:

Bước 1: Cô đặc dung dịch xút tới nồng độ 65% Tăng nhiệt bằng hơi thues của thiết bị cô đặc

Bước 2: Cô đặc đưa nồng độ xút lên 70 - 80%, thực hiện ở áp suất 8atm, và nhiệt độ khảng 380oC

Bước 3: Ở điều kiện áp suất thấp, tại đây dung dịch Xút được cô đặc hết nước hàm lượng chất rắn xút thu được đạt 99% Xút nóng được đưa vào thiết biji kết tinh liên tục kiểu trống quay Trong lòng trống chia thày các khu vực có nhiệt độ riêng biệt khác nhau Xút kết tinh trên ngoài của trống được dao gạt rơi xuống máy nghiền (do đó xút có dạng vảy) rồi đóng thùng

Ta có thể vận chuyển Clo đi xa trong các bể chứa

- Ðể hóa lỏng Clo , người ta có thể dùng 1 trong 3 phương pháp làm lạnh sâu: nén cho áp suất lên tới 0,8 atm rồi làm lạnh tới -35oC, -45oC Nén tới áp suất cao -12atm mà không cần phải làm lạnh Hỗn hợp : Kết hợp 2 phương pháp trên, nén Clo tới áp suất thấp khoảng 5atm, đồng thời làm lạnh ở mức độ thấp hơn (không quá -18oC)

2.3 Quy trình sản xuất xút ăn da và clo bằng điện phân

2.3.1 Cơ sở lý thuyết

Việc xử lý điện phân nước muối để sản xuất soda ăn da, clo và hydro được gọi là quá trình điện phân hay Chloralkali Hiện nay trên thế giới có 3 công nghệ thực hiện việc điện phân này: Quy trình màng trao đổi ion (membrane), màng ngăn (diaphragm) và thủy ngân (mercury) Công nghệ màng trao đổi ion (membrane) là công nghệ hiện đại nhất và là tiêu chuẩn cho ngành công nghiệp xút tại Nhật Bản và các nước Châu Âu, Mỹ

Muối đầu tiên được hòa tan trong bể tan Nước muối bão hòa thu được sau đó được gửi đến một bể lọc để loại bỏ các tạp chất, và một tháp nhựa để làm sạch trước khi đưa vào các tế bào điện phân (electrolytic cell) Nước công nghiệp cũng được tinh chế trước khi đi vào tế bào điện phân

Buồng cực dương của pin điện phân chứa đầy nước muối, và buồng âm cực với nước tinh khiết (xút loãng) Khi dòng điện trực tiếp đi qua các tế bào tạo ra khí Clo ở cực dương, và xút ăn da cộng với hydro tại cực âm Sau đó xút sẽ được tách để tạo ra dung dịch Xút với nồng độ khoảng 30%

Clo được rửa và làm mát để loại bỏ muối, và mất nước thêm nữa trước khi được lưu trữ dưới dạng khí hoặc hoá lỏng Hydro được rửa và làm mát, như clo, trước khi được lưu trữ