Đồ Án Nhập Môn Kỹ Thuật Hoá Học Dây Chuyền Sản Xuất Axit H2So4 Công Ty Cổ Phần Super Photphat Và Hoá Chất Lâm Thảo.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG HOÁ VÀ KHOA HỌC CUỘC SỐNG

ĐỒ ÁN NHẬP MÔNKỸ THUẬT HOÁ HỌC

Tên đề tài: Dây chuyền sản xuất axit H2SO4: Công ty cổ phần Super Photphatvà Hoá Chất Lâm Thảo

Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 3 Ngành: Kỹ thuật hoá học – K68 GVHD: Vũ Hồng Thái Email: thai.vuhong@hust.edu.vn

Hà Nội, 12/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG HOÁ VÀ KHOA HỌC CUỘC SỐNG

ĐỒ ÁN NHẬP MÔNKỸ THUẬT HOÁ HỌC

Tên đề tài: Dây chuyền sản xuất axit H2SO4: Công ty cổ phần Super Photphatvà Hoá Chất Lâm Thảo

Nhóm 3

Nguyễn Chí Quyết 20231126Trịnh Xuân Quyết 20231127Phạm Trường Sơn 20231138

GVHD: PGS Vũ Hồng Thái

Hà Nội, 12/2023

Mục lục

I Mở đầu………5

1 Khái niệm kĩ thuật hoá học……… 5

2 Tầm quan trọng của kĩ thuật hoá học……… 5

3 Phẩm chất của một kỹ sư hoá học………5

4 Cơ hội nghề nghiệp……… 5

II.Nội dung chính………6

1 Tổng quan về H2SO ……… 64 1.1 Đặc điểm cấu tạo H2SO4 ……….6

1.1.1 Công thức cấu tạo………6

2.2 Dây chuyền sản xuất……….12

2.2.1 Một số nhà máy sản xuất H2SO4 trong nước……… 13

2.2.1.1 Nhà máy Super Lâm Thao………13

2.2.1.2 Nhà máy hoá chất Tân Bình……….13

2.2.2 Công nghệ sản xuất H2SO4 ………14

2.2.3 Quy trình sản xuất H2SO4 ……… 15

2.2.3.1 Nguồn nguyên liệu sản xuất……….15

2.2.3.2 Các giai đoạn sản xuất ……….15

2.3 Các sự cải tiến trong công nghệ sản suất H2SO4 ……… 16

2.4 Các vấn đề cần sự cải tiến trong công nghệ sản xuất H2SO4 ………17

3 Công ty cổ phần Super Photphat và hoá chất Lâm Thảo………18

3.1 Giới thiệu chung……….18

3.2 Thành tích……… 19

3.3 Hệ thống nhà phân phối……… 19

3.4 Công nghiệp sạch sản xuất H2SO4 ……… 19

III Tài liệu tham khảo………20

IV Phân công công việc……… 22

1 Khái niệm kĩ thuật hoá học

Kĩ thuật hoá học là một lĩnh vực khoa học và công nghệ nghiên cứu và ứng dụng những kiến thức hoá học và kĩ thuật vào quá trình sản xuất các sản phẩm hoá học phục vụ công nghiệp và đời sống Kĩ thuật hoá học bao gồm các quá trình chuyển hóa, vận chuyển, tạo ra, và sử dụng hoá chất, vật liệu và năng lượng đúng cách Các kĩ sư hoá học thiết kế, vậnhành, kiểm soát, và đánh giá các quy trình quy mô lớn để tạo ra các sản phẩm có giá trị cao, như phân bón, dầu mỏ, hóa mỹ phẩm, dược phẩm, vật liệu mới, v.v

2 Tầm quan trọng của kĩ thuật hoá học

Kĩ thuật hoá học là một ngành học quan trọng và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất và đời sống Kĩ thuật hoá học giúp biến đổi và tạo ra các sản phẩm có giá trị từ những nguyên liệu thô, như phân bón, dầu mỏ, hóa mỹ phẩm, dược phẩm, vật liệu mới, v.v Kĩ thuật hoá học cũng giúp giải quyết những vấn đề cấp bách của thế giới, như ô nhiễm môi trường, năng lượng tái tạo, an toàn thực phẩm, sức khỏe con người, v.v

3 Phẩm chất của một kỹ sư hoá học

Một kỹ sư hoá học cần có những phẩm chất sau:

Có kiến thức vững chắc về các nguyên lý, công thức và phản ứng hoá học, cũng như các ngành kỹ thuật liên quan.

Có khả năng sáng tạo, tư duy phân tích và giải quyết vấn đề trong quá trình nghiêncứu, thiết kế, sản xuất và kiểm tra các sản phẩm hoá học.

Có kỹ năng làm việc nhóm, giao tiếp và thuyết trình, để phối hợp với các bộ phận khác trong dây chuyền sản xuất, trình bày kết quả nghiên cứu và thuyết phục khách hàng.

Có kỹ năng công nghệ thông tin và khả năng tính toán, để sử dụng các phần mềm, máy móc, thiết bị và công cụ liên quan đến quy trình nghiên cứu, chế tạo, sản xuất và kiểm tra các sản phẩm hoá học.

Có ý thức trách nhiệm, đạo đức và an toàn, để tuân thủ các quy định, tiêu chuẩn vàquy trình liên quan đến môi trường, sức khỏe và an toàn lao động.

4 Cơ hội nghề nghiệp

Kỹ sư hoá học là một ngành nghề có nhiều cơ hội nghề nghiệp trong nhiều lĩnh vực khác nhau, như dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm, năng lượng, môi trường, v.v Các kỹ sư hoá học có thể làm việc tại các nhà máy, xí nghiệp, viện nghiên cứu, trường đại học, cơ quan nhà nước, hoặc các công ty tư nhân Một số vị trí việc làm phổ biến của kỹ sư hoá học là:

Kỹ sư kinh doanh: Tư vấn, bán hàng, chăm sóc khách hàng, thương mại hóa các sản phẩm hoá chất, nắm bắt nhu cầu và xu hướng thị trường, xây dựng mối quan hệ với các đối tác.

Giảng viên, nghiên cứu viên: Giảng dạy, hướng dẫn, nghiên cứu khoa học, tham gia các dự án, đề tài, công bố các bài báo, sách, báo cáo liên quan đến hoá học và kỹ thuật hoá học.

II Nội dung chính1 Tổng quan về H2SO4

Axit sulfuric là một axit vô cơ gồm các nguyên tố lưu huỳnh, oxi và hidro với công thức hóa học là H2SO4 Bạn có thể dễ dàng tìm được loại axit này ở bất kỳ đâu nơi đâu và ngaytrong những hiện tượng thiên nhiên cũng có thể xuất hiện H2SO4 qua nước mưa axit Cụ thể thì điều này được minh chứng qua việc qua dòng khí SO2 được thải ra ở nhà máy luyện kim, lọc dầu, nhiệt điện hoặc oto sẽ kết hợp với không khí và hơi ẩm để tạo ra các hạt mưa chứa phân tử của chính nó Nếu dính nước mưa mà cảm thấy rát, khó chịu thì đó là do nước mưa khi này đang có độ pH<4 sau khi được axit hòa từ những khí thải.

Cấu tạo phân tử:

Như đã thấy, hình ảnh trên minh họa phân tử H2SO4 dưới dạng cấu tạo hình tứ diện lệch với nguyên tử S ở vị trí trung tâm và được bao quanh với các nguyên tử oxi dưới 2 dạng liên kết.

Hình 2-1 Hình minh hoạ phân tử H2SO4 trong không gian

Khi tìm hiểu về H2SO4 thì ra nhận ra rằng độ dài của liên kết S-OH là 1,53Å của liên kết S-O là 1,46Å Điều này được giải thích dựa vào bán kính nguyên tử khi bán kính của H bé hơn so với nguyên tử S đối với liên kết đơn và với liên kết đôi thì là do sự hình thành liên kết p-d khiến cho độ dài liên kết giữa S-O bị giảm đi.

Hình 2-2 Hình minh hoạ phân tử H2SO4trong mặt phẳng

1.1.2 Các dạng H2SO4

H2SO4 có 2 dạng chính là loãng và đặc mà trong đó mỗi loại sẽ có tính chất vật lí riêng Để nhận biết được 2 dạng đó ta dựa vào tính chất nổi bật của H2SO4 đặc là khả năng hút nước mạnh và tỏa nhiệt lượng lớn cùng với khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ.

1.2 Tính chất vật lí1.2.1 Tính chất vật lí chung

- Axit sulfuric tinh khiết là một chất lỏng nặng (M=98 dvc), không màu, không mùi.- Mật độ 1,84g/cm³ và nhiệt độ sôi là 336°C.

- Nhiệt độ nóng chảy ( chuyển từ rắn sang lỏng và ngược lại): 10.371°C

- Khi đun sôi tinh khiết tại nhiệt độ nóng chảy: 296 độ C có phân hủy thì mới đầu axit cho hơi có giàu khí SO3 đến khi dung dịch có nồng độ: 98,2% thì xuất hiện hỗn hợp đồngsôi của axit sulfuric và nước.

- Độ nhớt động học: 0,021 Pas (25°C), để có thể giải thích cho việc này thì các nhà khoa học đã cho rằng trong phân tử axit sulfuric có liên kết hydro mạnh hơn các chất khác như nước hay ancol.

- Axit sulfuric có thể tan vô hạn trong nước (lớn hơn là các dung môi phân cực) và quá trình tan đó sẽ tỏa ra rất nhiều nhiệt khi eltanphy được ước tính là 81.59 KJ/mol Do đó một phần lưu ý trong phòng thí nghiệm là nếu muốn pha loãng dạng đặc của nó thì nên đổ dần dần H2SO4 vào nước vì theo chiều hướng ngược lại sẽ làm bắn axit ra khắp nơi hoặc có thể gây nổ, bỏng cho người làm thí nghiệm.

Phương trình phản ứng phân cực H2SO4 (pKa nấc 1: rất lớn, pKa nấc 2: 2)(1)2 H2SO4→ H3SO4+ + HSO4-

(2)CH3COOH + H2SO4→ CH3COOH2+ + HSO (2 chiều)4

-(3)HCLO4 + H2SO4→ CLO + H4- 3SO4+

Trong đó (1) là phản ứng chính và thường được sử dụng trong quá trình tính toán Không chỉ có vậy, H2SO4 và H3PO4 cũng giống nhau ở 1 điểm là chúng đều có thể tách nước hoặc thêm các oxit của bọn chúng vào để tạo thành những phân tử lớn hơn.

Cụ thể như hòa tan khí SO theo bất cứ tỉ lệ cũng sẽ tạo ra các axit polisulfuric: H32S2O7hay H3S3O10 Hỗn hợp những axit như trên sẽ có tên gọi là “oleum”

1.3 Tính chất hóa học

- Axit sulfuric là một axit mạnh và có tính ion hóa cao.

- Hóa chất này có tính ăn mòn cao, phản ứng và hòa tan trong nước Nó có khả năng oxi hóa rất cao và do đó, hoạt động như một tác nhân oxi hóa mạnh.

- Nó có độ bền rất thấp Vì lý do này, nó đóng một phần trong việc điều chế các axit dễ bay hơi hơn từ các muối axit khác.

- Axit sulfuric đậm đặc là một chất khử nước rất mạnh Do đó, hóa chất này được sử dụngđể làm khô nhiều loại khí không phản ứng với axit.

- Nó có khả năng làm mất nước các chất hữu cơ nhưu tinh bột.- Nó có thể oxi hóa cả phi kim cũng như kim loại.

1.3.2 Tính chất hóa học của H2SO4 đặc

- Như đã đề cập đến ở phía trên, để phân biệt giữa 2 loại H2SO4 thì ta dựa vào quá trình axit sunfuric đậm đặc loại bỏ các phân tử nước không tự do hoặc loại bỏ các nguyên tố hydro và oxy trong chất hữu cơ theo tỷ lệ thành phần nguyên tử hydro vàoxy của nước.Ví dụ: Phản ứng tỏa nhiệt của Saccarozo dưới tác dụng của H2SO4 khi nó đóng vai trò như là 1 xúc tác để hút nước và để lộ ra cacbon: C12H22O11 -> 12C + 11H2OKhông chỉ có vậy lượng C sinh ra sẽ được tiếp tục phản ứng với H2SO4 có bên trong để tạo thành khí CO2, lưu huỳnh dioxit và nước.

Phương trình hóa học: C + 2(H2SO4) -> CO2 + 2(SO2) + 2(H2O)

Bên cạnh đó, Vì H2SO4 đặc là axit mạnh nên hợp chất có khả năng phản ứng oxi hóa khử với nhiều chất, hợp chất khác nhau bao gồm kim loại, phi kim hoặc muối Tùy vào chất khử, axit sulfuric đậm đặc có thể bị khử thành SO2, S hoặc H2S:

- 2HBr + H2SO4 (đậm đặc) Br2 + SO2 + 2H2O→- 8HI + H2SO4 (đậm đặc) 4I2 + H2S + 4H2O→- Zn + 2 H2SO4 (đậm đặc) ZnSO4 + SO2 ↑ + 2H2O→- 3Zn + 4 H2SO4 (đậm đặc) 3ZnSO4 + S + 4H2O→

Đối với phi kim, Axit sulfuric đậm đặc sẽ ưu tiên oxi hóa những phi kim như carbon, lưu huỳnh, phốt pho…mà ở đó, axit sulfuric đậm đặc đóng vai trò là chất oxy hóa.

- C + 2 H2SO4 (đậm đặc) CO2 + 2SO2 ↑ + 2H2O→

- S + H2SO4 (đậm đặc) 3SO2 ↑ + 2H2O→

- 2P + 5 H2SO4 (đậm đặc) 2H3PO4 + 5SO2 ↑ + 2H2O →

Bên cạnh đó, có 1 vài hợp chất mà ở đó các nguyên tử có thể nhận hoặc cho electron để tạo thành các hóa trị mới Điều này chủ yếu xảy ra ở những hợp chất từ chu kì 3 khi chúng bắt đầu xuất hiện Obitan 3d để nhận thêm e ở trong trạng thái cơ bản cũng nhưkíchthích Ta có 1 vài phản ứng của hydro sunfua (H2S), hydro bromua (HBr), vàhydro iodua(HI).

· H2S + H2SO4 (đậm đặc) S ↓ + SO2 + 2H2O→· 2HBr + H2SO4 (đậm đặc) Br2 + SO2 + 2H2O→· 8HI + H2SO4 (đậm đặc) 4I2 + H2S + 4H2O→· CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF

1.3.3 Tính chất hóa học của H2SO4 loãng

- Nó hoạt động với vai trò là 1 axit mạnh nên đối với những chất chỉ thị để nhận biết axit như quỳ tím thì giấy thử sẽ đổi màu mà ở đây que thử quỳ tím có màu đỏ và trongkhi đó, đối với dung dịch thử bazo như phenolphthalein thì sẽ không xuất hiện hiện tượng và chất chị thị không màu không bị đổi màu.

Hình 2-4 Giấy quỳ tím phản ứng với dung dịch axit

Do là 1 axit giống HCL nên H2SO4 có thể phản ứng được với hầu hết các kim loại(mạnh hơn đồng trong dãy điện hóa) và hầu hết các oxit kim loại để xuất hiện sản phẩm muối sunfat của kim loại tương ứng và có thể là khí H2 hoặc H2O tùy vào chất ban đầu Ta có ví dụ sau:

-MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O-Fe + H2SO4 FeSO4 + H→

Hơn thế nữa, đối với những hợp chất cụ thể như muối (BaCL2) hoặc bazo (NaOH), axit sẽ thực hiện phản ứng trao đổi và trung hòa để tạo ra muối chứa ion axit tương ứng với độ axit yếu hơn ion sulfat để tạo ra sunfat và axit yếu tương ứng hoặc nước Ta cócác ví dụ sau:

-BaCl2 + H2SO4 → BaSO4 + 2HCl

-NaOH + H2SO4→ Na2SO4 + H2O

Trong phản ứng hữu cơ, dưới điều kiện đun nóng, nó có thể là chất xúc tác cho quá trình thủy phân protein, disacarit và polysacarit hoặc là chất xúc tác cho quá trình nối các polime cũng như các polisacarit hoặc amino axit.

1.4 Ứng dụng

Hình 2-5 Sơ đồ ứng dụng của H2SO4

Bức ảnh trên đã khái quát lại vai trò của H2SO4 trong cuộc sống của loài người hiện nay khi nó là 1 thành phần không thiếu trong dây chuyền sản xuất các sản phẩm phục vụ đời sống ngày nay mà 3 ứng dụng dưới đây là tiêu biểu nhất:

Điều chế: Phương pháp Nitro hóa:

Ta dùng khí NO làm xúc tác cho quá trình oxi hoá SO2, sản phẩm thu được không tạora SO3 thuần túy mà sẽ ở dạng axit nitrozosulfuric NOHSO4 để rồi từ đó axit này bị thủy phân để tạo ra H2SO4 theo chu trình sau:

- Ban đầu cho HNO3 oxit SO2 (thu được từ lò nung pyrit):

- Khí NO thoát ra cùng với khí thải gồm O2 + N2 tạo ra NO2:

- Hỗn hợp Khí NO + NO2 được điều chỉnh để có tỷ lệ mol: 1:1 tạo ra N2O3:

N2O3 + H2SO4 đặc →2NOHSO4 + H2O

- Khi pha loãng ra bằng nước, axit chuyển thành H2SO4 (nồng độ: 60-70%) và hỗn hợp NO + NO2

1.4.1 Sản xuất hóa chất

Là một hợp chất hóa học rất quan trọng, axit sulfuric được sử dụng trong quá trình sảnxuất một số hóa chất nổi tiếng bao gồm axit hydrochloric, axit nitric, axit photphoric và nhiều hóa chất công nghiệp khác.

1.4.2 Lọc dầu

Quá trình tinh chế dầu thô đòi hỏi phải sử dụng một axit làm chất xúc tác và axitsulfuric thường được sử dụng cho mục đích này Nó loại bỏ các hợp chất lưu huỳnh và hydrocacbon không bão hòa có trong dầu thô.

1.4.3 Luyện kim

‘Pickling’ là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả việc xử lý kim loại để loại bỏ tạp chất, rỉ sét hoặc cặn trên bề mặt, chẳng hạn như trong sản xuất thép Ngày nay, việc sử dụng axit sulfuric cho mục đích này đã giảm đi một chút vì ngành công nghiệp hiện nay sử dụng axit hydrochloric Mặc dù axit hydrochloric đắt hơn axit sulfuric, nhưng nó tạo ra kết quả nhanh hơn và giảm thiểu việc mất kim loại cơ bản trong quá trình.

2 Quá trình sản xuất H2SO4 nói chung

- Nguyên liệu sản xuất H2SO4 trong công nghiệp là quặng pirit sắt (FeS ) hoặc lưu huỳnh,2không khí và nước.

- Các giai đoạn sản xuất axit sunfuric:

+ Giai đoạn 1: Sản xuất SO bằng cách đốt FeS hoặc S:224FeS2 + 11O 2 2Fe2O3 + 8SO 2

Hình 2-6 Sơ đồ quy trình sản xuất H2SO4

2.2.1.1 nhà máy Super lân lông thành thuộc Công ty phân bón miền Nam

Sản xuất axít sulfuric 80.000 tấn/năm, giúp nhà máy chủ động nguyên liệu để đưa sản lượng phân lân các loại từ 100.000 tấn trước đây lên 200.000 tấn Nguồn nguyên liệu sản xuất axít sulfuric là các quặng sunfua sắt.

2.2.1.2 Nhà máy Supe Lâm Thao:

Hình 2-7 Hình ảnh nhà máy Supe Phốt phát và hoá chất Lâm Thao

Đã biến một công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 chưa từng có, tận dụng được nguyên liệu pyrit trong nước và giảm triệt để chất thải gây ô nhiễm (như khói bụi, SO và axít) chỉ bằng việc thay đổi tỷ lệ nguyên liệu, kết hợp với cải tiến các 2công nghệ đốt lò.

Nguồn nguyên liệu là quặng pyrit (của công ty Giáp Lai, Việt Nam) phối trộn lưu huỳnh hóa lỏng nhập khẩu Đây là một giải pháp công nghệ chưa từng có (trên thế giới hiện thịnh hành hai loại công nghệ sản xuất axít sunfuric: hoặc chỉ đốt pyrit hoặc chỉ đốt lưu huỳnh trong lò tiêu chuẩn), trong khi dây chuyền sản xuất của nhà máy sử dụng lò phi tiêu chuẩn và nguyên liệu hỗn hợp Để thực hiện giải pháp này, nhà máy đã nghiên cứu,

lắp đặt hệ thống thiết bị trộn pyrit với lưu huỳnh theo những tỷ lệ khác nhau, nhằm tìm ratỷ lệ ưu việt nhất; tính toán các thông số kỹ thuật như lưu lượng khí thổi vào lò, chiều caolớp sôi hợp lý, nhiệt độ lớp sôi, nồng độ khí SO ra khỏi lò, thay thế xúc tác…2

2.2.1.2 Nhà máy hoá chất Tân Bình

Axít Sunfuric kỹ thuật: được sản xuất từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc.

Dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác: từ axit sunfuric sản xuất phèn lọc nước, nước đổ bình ắcquy, sản xuất phân bón, thuốc nhuộm, sơn, dược phẩm, chất dẻo, các sản phẩm gốc sunfat, ….

Axít Sunfuric tinh khiết: được sản xuất theo phương pháp chưng cất Axit Sunfuric kỹ thuật.

Dùng trong phòng thí nghiệm, công nghệ điện tử và sản xuất các sản phẩm chất lượng cao.

Có ba công nghệ thông dụng để sản xuất axit sunphuric là công nghệ tiếp xúc, công nghệ NOx và công nghệ CaSO4 Nguyên lý chung của các công nghệ này đều là thu SO2 từ các nguyên liệu đầu vào khác nhau như lưu huỳnh, pyrit, chalkopyrit, sphalerit, galenit, CaSO4, các loại khí rửa, khí thải chứa lưu huỳnh oxit Tiếp theo, SO2 được oxy hóa thành SO3 trong các thiết bị tiếp xúc có sử dụng xúc tác Cuối cùng, SO3 được hấp thụ trong axit loãng để thành H2SO 4

Trên thế giới, công nghệ tiếp xúc là công nghệ hiện đại và được áp dụng phổ biến nhất Về nguyên liệu, ở Mỹ người ta chủ yếu sử dụng nguyên liệu lưu huỳnh, còn các nước khác phần lớn đều sử dụng quặng pyrit để sản xuất axit sunphuric Những nguồn nguyên liệu khác cũng có những ý nghĩa nhất định, ví dụ trước đây ở CHDC Đức người ta sử dụng khá nhiều nguyên liệu CaSO4 (anhydrit) cho sản xuất axit sunphuric, do không có quặng pyrit trong khi có nhiều nguyên liệu CaSO4 và sản xuất axit sunphuric theo phương pháp này được tiến hành song song với sản xuất xi măng để đạt hiệu quả kinh tế cao hơn.

Theo phương pháp tiếp xúc, có 2 loại dây chuyền sau:* Dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 1 lần (tiếp xúc đơn):

Dây chuyền tiếp xúc đơn được áp dụng phổ biến trước năm 1970 với hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 chỉ đạt 98% Lượng SO2 không chuyển hóa bị thải vào khí quyển, gây ô nhiễm môi trường.

* Dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 2 lần (tiếp xúc kép):

Từ năm 1970 đến nay, do những quy định nghiêm ngặt của quốc tế về bảo vệ môi trường,dây chuyền tiếp xúc đơn dần dần bị loại bỏ và thay vào đó là dây chuyền tiếp xúc kép với