Tiểu luận : Sản xuất Sô Đa

Mục Lục:Chương 1:Tổng Quan Về Soda31.1.Khái niệm31.2.Lịch sử hình thành và phát triển41.3.Các nguồn soda trong tự nhiên.61.4.Tính chất của sô đa71.4.1.Tính Chất Vật Lý71.4.2. Tính chất hóa học:8Chương 2: Sản xuất sôđa92.1.Sản xuất theo phương pháp hóa học92.2.Khai thác sô đa thiên nhiên.92.3.Phương pháp Leslanc102.4.Phương pháp Solvay hay phương pháp ammoniac :102.4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất:102.4.2.Ðiều chế muối amôn hóa: 102.4.3.Cacbon hóa nước muối amôn hóa : 112.4.4.Tái sinh amôniac : 122.5. Phương pháp Solvay cải tiến142.6.Phương pháp cacbonat hóa xút.162.7.Phương pháp LeBlanc:16Chương 3: Ứng dụng183.1.Ứng dụng trong thủy tinh183.2. Ứng dụng trong chất tẩy rửa193.3. Ứng dụng trong hóa chất203.4. Các ứng dụng khác21

   o0o Môn Học !"#$%&'(%&)** " )+ Thạc sĩ. Trần Văn Hòa ,-&./$0$1 Trần Thị Mai Hiên 2004110056 Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trần Văn Trường 2004110201 Nguyễn Công Trứ 2004110204 Nguyễn Văn Tuấn 2004110211 23 45+6 TIỂU LUẬN: !7#89! Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2014 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa :(2:( 2;<8 Sô đa là mặt hàng hóa chất mà lượng tiêu thụ có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ tăng dân số và tốc độ tăng trưởng sản phẩm quốc dân của các nước. Nhu cầu sô đa ngày càng tăng khi nền công nghiệp ngày càng phát triển. vì vậy sản lượng sô đa tăng liên tục trong vòng 100 năm nay. Trên thế giới hiện có 9 nước có công suất sản xuất sô đa trên 1 triệu tấn/ năm đó là: Mỹ, Trung Quốc, Nga, Ấn Độ, Đức, Pháp, Italia, Ba Lan và Anh. Phần lớn các nước sản xuất sô đa hàng đầu thế giới đều có dân số lớn và nhu cầu cao đối với các sản phẩm tiêu dùng được sản xuất từ nguyên liệu sô đa. Nhìn chung, so với các nước công nghiệp phát triển, các nước kém phát triển hơn có xu hướng có tốc độ gia tăng nhu cầu sô đa cao hơn và nghành sản xuất sô đa tại các nước này cũng thường đạt tốc độ tăng trưởng cao hơn. Trong hơn mười năm qua, vai trò của Trung Quốc trên thị trường sô đa thế giới đã thay đổi mạnh. Đầu thập niên 1990 Trung Quốc còn phải nhập nhiều sô đa để cung cấp cho các ngành sản xuất thủy tinh, hoá chất và chất tẩy rửa. Nhưng từ giữa đến cuối thập niên 1990, ngành sản xuất sô đa của Trung Quốc đã phát triển nhanh đến mức có lúc trở thành nguồn cung ứng sô đa lớn nhất cho các ngành sản xuất nội địa, vượt qua nguồn nhập khẩu từ Mỹ. Năm 2002, sản lượng sô đa của Trung Quốc đạt 8,2 triệu tấn. Dự kiến năm 2003 sản lượng sô đa tại nước này sẽ tăng 5,7%, đạt 8,7 triệu tấn. Có Sản Xuất Soda Trang 2 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa nhiều khả năng là Trung Quốc sẽ sớm vượt Mỹ để trở thành nước sản xuất sô đa lớn nhất thế giới. Chính vì nhu cầu cao nên sô đa được các nước trên thế giới tập trung phát triển không ngừng nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Chính vì vậy nhóm chúng em đã tìm hiểu cách điều chế sô đa cơ bản. Một cách nhìn tổng quát về sô đa để mọi người có thể hiểu về nó một cách đơn giản nhất. Sản Xuất Soda Trang 3 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa =*6>?$@)A!BC@ 6D6D'.. - Natri cacbonat, hay còn gọi là sôđa, là một sản phẩm khoáng chất tồn tại tự nhiên ở quặng trona, nacolit và trong nước khoáng giàu natri cacbonat hoặc nước biển. Sôđa được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất. Ngoài sản xuất từ các loại quặng tự nhiên, sôđa còn được sản xuất tổng hợp từ nguyên liệu đá vôi, muối và amoniac.Quặng sôđa được tìm thấy với số lượng lớn ở Botswana, Trung Quốc (TQ), Ai Cập, Ấn Độ, Kenia, Mêxicô, Pêru, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ và Mỹ. Hơn 60 loại quặng sôđa đã được phát hiện trên toàn thế giới, và những loại quặng này đã chiếm 1/3 sản lượng toàn cầu (35 triệu tấn/năm). Còn 2/3 sản lượng là được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp.Sôđa có dạng nặng và dạng nhẹ. Sôđa nặng, với khối lượng riêng là 1 kg/dm 3 , được sử dụng cho sản xuất thủy tinh. Còn sôđa nhẹ, với khối lượng riêng là 0,5kg/dm 3 , được sử dụng để sản xuất các loại hóa chất, xà phòng, chất tẩy rửa. Sôđa cũng được sử dụng trong các ứng dụng: loại bỏ lưu huỳnh từ khí thải của các ống khói, xử lý nước, tinh chế dầu, sản xuất chất nổ và cao su tổng hợp. Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, soda có một vị trí rất quan trọng. Nó len lỏi vào hầu hết quá trình công nghiệp từ các ngành công nghiệp hoá chất đến công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ…đều cần sự có mặt của soda. Nhu cầu soda đứng thứ 11 tính về sản lượng khi so với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hóa dầu. Bởi tầm quan trọng của mình, soda được đề cập sản xuất từ những năm 1775. Năm 1775, Viện Hàn lâm khoa học Pháp nêu giải thưởng cho phát minh tìm kiếm phương pháp sản xuất soda trong công nghiệp. Natri bicacbonat NaHCO 3 ; Xô Ða tinh thể (Na 2 CO 3 .10H 2 O và Na 2 CO 3 .H 2 O) Natricacbonat rất quan trọng thường dùng trong công nghiệp xà bông giấy xenlulozo, dệt,thủy tinh , luyện kim và nhiều nghành khác. Sản Xuất Soda Trang 4 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sodium carbonate (Cacbonat natri) 6D5D2E(FGH&IJIK'&&L./ Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, soda có một vị trí rất quan trọng. Nó len lỏi vào hầu hết quá trình công nghiệp từ các ngành công nghiệp hoá chất đến công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ…đều cần sự có mặt của soda. Nhu cầu soda đứng thứ 11 tính về sản lượng khi so với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hoá dầu. Bởi tầm quan trọng của mình, soda được đề cập sản xuất từ những năm 1775. Năm 1775, Viện Hàn lâm khoa học Pháp nêu giải thưởng cho phát minh tìm kiếm phương pháp sản xuất soda trong công nghiệp. Năm 1773 Va-lơ đã đề ra phương pháp sản xuất xút bằng cách cho acid chì vào dung dịch muối ăn đặc, theo phản ứng: Sản Xuất Soda Trang 5 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa 2NaCl + H 2 O + xPbO = 2NaO[(x-1)PbO].PbCl 2 Phương pháp này không được ứng dụng trong công nghiệp vì nồng độ xút tạo thành trong dung dịch rất nhỏ, mức độ chuyển hoá của phản ứng rất chậm, acid chì lại rất độc, hại cho sức khoẻ. Vì vậy phương pháp này chỉ mang tính chất lịch sử chứ không có tác dụng thực tế sản xuất Sau đó, Lê-bơ-lan đưa ra phương pháp chế tạo soda từ muối ăn, acid sulphuric và đá vôi. Năm 1791 Lê-bơ-lan đã xây dựng nhà máy sản xuất soda theo phương pháp của mình ở gần Paris.Từ đó phương pháp Lê-bơ lan ngày càng hoàn chỉnh và chiếm độc quyền trong công nghiệp chế tạo các hợp chất kiềm. Phương pháp Lê-bơ-lan tuy đã giải quyết được nhu cầu công nghiệp ở thế kỷ XVIII tuy vậy vẫn tồn tại nhiều nhược điểm: sản phẩm chưa tinh khiết, quá trình sản xuất phức tạp, nặng nhọc… Năm 1861, Solvay, kỹ sư người Bỉ đã phát minh ra phương pháp amoniac để chế tạo soda. Năm 1865, công suất xưởng chế tạo soda theo phương pháp Solvay đạt 10 tấn/ngày. Phương pháp Solvay lúc đầu bị sự cạnh tranh mạnh bởi phương pháp Lê-bơ- lan. Sau đó, do tính ưu việt về sự tinh khiết của sản phẩm, giá thành thấp, điều kiện làm việc nhẹ nhàng so với phương pháp Lê-bơ-lan, không bao lâu phương pháp Solvay đã chiếm ưu thế và được phát triển mạnh. Cho đến năm 1900, sản xuất soda theo phương pháp này đã chiếm tới 90% tổng sản lượng soda, và cho đến sau chiến tranh thế giới lần I phương pháp Lêbơ- lan thực tế không còn tồn tại trong công nghiệp. Hiện nay trong công nghiệp tồn tại chủ yếu phương pháp amoniac, còn phương pháp Lê-bơ-lan chỉ tồn tại ở một vài khâu trong quá trình cải tiến phương pháp soda từ nguyên liệu natrisunphat. Sản Xuất Soda Trang 6 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa 6DMD'($NFBC@&LB&O.PD Soda hay các hợp chất kiềm nói chung hình thành trong tự nhiên một cách hoàn toàn khách quan. Có thể nói trong thiên nhiên có hai dạng hợp chất kiềm có thể khai thác một cách dễ dàng: - Từ dạng rêu biển ở một số vùng đại dương miền Tây Nam Tây Ban Nha có tới 25– 30% Na 2 CO 3 trong tro. - Từ các hồ hoặc các mỏ ở những miền thung lũng có mưa nhiều, không khíkhô và gần núi đá vôi. Các hợp chất kiềm khi đó nằm ở dạng các muối ngậm nước: Na 2 CO 3 .nH 2 O, Na 2 CO 3 .NaHCO 3 .2H 2 O. Nói chung các dạng hợp chất kiềm này ở dạng không tinh khiết, chứa nhiều hợp chất tan của các muối clorua, Sunphat và các chất không tan. Một số nơi trên thế giới có các hồ và mỏ lớn natricacbonat: Magafdi ở Châu Phi, Bora, Tơ-ron ở châu Mỹ, vùng Cát Biên, Segadin ở Châu Âu, Lu-na ở Ấn Độ. Hiện nay nguồn cacbonat trong thiên nhiên vẫn được sử dụng, khai thác và chế biến để dùng vào các ngành công nghiệp hoá chất và luyện kim. Năm 1926 ở Mỹ xây dựng nhà máy chế biến natricacbonat thiên nhiên theo phương pháp bốc hơi tự nhiên và nhân tạo dung dịch nước hồ chứa natricacbonat tới nồng độ 12-14% rồi đem kết tinh. Những nơi có natricacbonat nằm sâu dưới đất người ta khai thác bằng cách cho nước Sản Xuất Soda Trang 7 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa nóng xuống giếng khoan hoà tan tới nồng độ Na 2 CO 3 đạt 32 độ Bo-mê thì đưa lên mặt đất và đem kết tinh. Muốn được sản phẩm tinh khiết phải hoà tan ra và kết tinh phân đoạn. Nhờ đó soda khai thác ở tự nhiên vẫn có độ tinh khiết cao so với các phương pháp tổng hợp hiện nay. 6DQDR(%&(S@FT@ 6DQD6DR%&)1&2U Natri Cacbonat (Na 2 CO 3 ) khan là chất bột màu trắng, hút ẩm và nóng chảy ở 850 o C. Na 2 CO 3 tan nhiều trong nước, quá trình tan phát ra nhiều nhiệt do sự tạo thành các hidrat. Từ dung dịch ở nhiệt độ dưới 32,5 o C, Na 2 CO 3 kết tinh dưới dạng decacdirat Na 2 CO 3 .10H 2 O. Đây là những tinh thể trong suốt, không màu, dễ tan trong nước. Dạng kết tinh của Na 2 CO 3 Khi tan trong nước, Na 2 CO 3 bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm (làm xanh giấy quỳ tím): Na 2 CO 3 +H 2 O = NaHCO 3 +NaOH -Sôđa có dạng nặng và dạng nhẹ. Sôđa nặng, với khối lượng riêng là 1 kg/dm 3 , được sử dụng cho sản xuất thủy tinh. Còn sôđa nhẹ, với khối lượng riêng là 0,5kg/dm3, được sử dụng để sản xuất các loại hóa chất, xà phòng, chất tẩy rửa Sản Xuất Soda Trang 8 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa -Công thức hóa học là Na 2 CO 3, là muối bền trong tự nhiên thường có trong nước khoáng, nước biển và muối mỏ trong lòng đất -Là thể màu trắng, dễ hoà tan trong nước, để ngoài không khí dễ chảy nước. -Phân tử lượng: 106 g/mol -Có nhiệt độ nóng chảy ở 851 o C (1124 K) và có nhiệt độ sôi ở 1600 o C (2451K) -Độ hòa tan trong nước là 22 g/ 100ml( 20 o C) 6DQD5DR(%&,@V( Vì Na 2 CO 3 là muối của acid yếu nên có các tính chất hóa học sau: Tác dụng với dd axit: Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 + H 2 O - Na 2 CO 3 tác dụng được với nhiều axit giải phóng khí CO 2 Phương trình ion rút gọn của phản ứng: Tác dụng với dd kiềm: Na 2 CO 3 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 ↓ + 2NaOH Dựa theo thuyết Bronsted đã được học, ta thấy ion cabonnat nhận proton, như vậy ion cacbonat có tính chất của một bazơ. Muối Na 2 CO 3 có tính bazơ. Na 2 CO 3 tác dụng được với một số dung dịch bazơ hoặc muối (lưu ý điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion) Tác dụng với dd muối: Na 2 CO 3 + BaCl 2 = BaCO 3 ↓ + 2NaCl Tác dụng với dd muối axit: Sản Xuất Soda Trang 9 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Na 2 CO 3 + Ba(HSO 4 ) 2 = Na 2 SO 4 + BaSO 4 ↓ + H 2 O + CO 2 ↑ Na 2 CO 3 + 2NaHSO 4 = 2Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O Bị phân li trong nước: Na 2 CO 3 + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 O + CO 2 ↑ Na 2 CO 3 dạng dung dịch làm quỳ tím hóa xanh (do bị phân li tạo NaOH) Sản Xuất Soda Trang 10 [...]... giá chỉ khoảng 60.000 – 70.000 đồng/kg Sản Xuất Soda Trang 22 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Kết Luận Trên thế giới, sản xuất sô đa tập trung chủ yếu vào phương pháp Solvay phương pháp này có nhiều ưu thế Và đang hướng sản xuất sô đa liên hợp với sản xuất NH3 để có nguồn CO2 và NH3 bổ sung thường xuyên Khi đó, sản xuất sô đa không tuần hoàn NH3 mà tuần hoàn NaCl...Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Chương 2: Sản xuất sô a 2.1 .Sản xuất theo phương pháp hóa học Khi sản xuất sô a theo phương pháp hóa học, người ta cacbonat hóa dung dịch xút (sản xuất bằng phương pháp điện phân) theo phản ứng hóa học sau: 2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O Sô a được tạo thành trong dung dịch xút, khi đạt nồng độ... ở những vùng ít mưa và không khí khô Trước đây, ở Mỹ người ta sản xuất sô a theo phương pháp khai thác đào lấy quặng, sau đó chở đến nhà máy xử lý để tiến hành chiết, thu được sản phẩm sô a Ngày nay, Sản Xuất Soda Trang 11 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa người ta áp dụng công nghệ hòa tan để sản xuất sô a từ quặng Trước tiên, nước nóng được bơm vào mỏ quặng, sau đó... chi phí đầu tư lớn và làm việc ở nhiệt độ cao Nhưng nhà máy sản xuất sô a theo phương pháp Solvay cải tiến cần phải kết hợp với nhà máy sản xuất NH 3 trong cùng một khu vực để có nguồn CO 2 và NH3 phục vụ cho sản xuất sô a, và cần có nguyên liệu là NaCl sạch bậc công nghiệp Sản Xuất Soda Trang 16 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Với phương pháp tuần hoàn dung dịch... dịch dưới dạng muối ngậm nước, gọi là sô a nặng Na2CO3.xH2O Nếu lọc kết tinh đem khử nước sẽ thu được sô a khan Na2CO3 loại thương phẩm Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ, thiếu clo và thừa xút Hiện nay, sô a sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ chiếm dưới 10% tổng sản lượng sô a tổng hợp trên thế giới 2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên Sô đa thiên nhiên nằm dưới dạng các dung... hơn sô đa do phải qua giai Sản Xuất Soda Trang 17 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa đoạn điện phân, cô đặc dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng nên giá thành của xút cao, chỉ những nước có giá điện năng rẻ mới có thể sử dụng phương pháp này Tỷ lệ sô đa đi từ xút hiện nay trên thế giới chiếm dưới 10% tổng lượng sô đa sản xuất và sức cạnh tranh kém 2.7.Phương pháp LeBlanc:... chưa phản ứng hết và bổ sung thêm lượng NaCl rắn có độ sạch tương đối cao Khi có trong quá trình sản xuất sô đa tạo ra 2 dạng sản phẩm là sô đa và amoni clorua làm phân bón cho các cây trồng vì vậy, phương án này đảm bảo sản xuất không có chất thải và giảm chi phí nguyên liệu tối đa Công nghệ sản xuất sô đa theo phương pháp tuần hoàn NaCl cho phép giảm 30% vốn đầu tư so với phương pháp tuần hoàn NH3... bơm đến nhà máy xử lý để tách nước và lấy sản phẩm sô a khan Một phần sô a khan được chuyển hóa ngược lại thành NaHCO 3 nhờ phản ứng với CO2 đã được tách ra trước đó từ dung dịch ban đầu Phương pháp sản xuất này cho phép giảm nhiều giá thành sản xuất, vì chi phí nhân công chỉ bằng 1/3 so với phương pháp đào lấy quặng trực tiếp từ mặt đất Mặc dù sản xuất sô a từ các khoáng thiên nhiên như trona, nahcolit... vào VD:Thủy tinh Soda lime Thủy tinh Soda lime Sản Xuất Soda Trang 19 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Ưu điểm: - Sản xuất trên lò thủy tinh có công nghệ điện trợ nấu đầu tiên tại Việt Nam - Sản phẩm đạt tiêu chuẩn RoHS, bảo vệ môi trường - Thủy tinh chất lượng cao giúp tăng hiệu suất phát quang của đèn - Có thể sản xuất theo đơn đặt hàng, đáp ứng tiêu chuẩn xuất khẩu... các vùng sản xuất sô đa không có khả năng bố trí bãi thải và thiếu nguồn đá vôi tốt vì vậy, để sản xuất sô đa phục vụ cho các nghành công nghiệp thì việc lựa chọn phương pháp tuần hoàn NH 3 hoặc tuần hoàn NaCl trong giai đoạn hiện nay là thích hợp không chỉ đối với nước ta mà còn thích hợp với nhiều nước trên thế giới để tang sức cạnh tranh cho sản phẩm soda Sản Xuất Soda Trang 23 Công Nghệ Sản Xuất Các . tác dụng với CO2 tạo thành huyền phù Natri cacbonat - Quá trình này được gọi là cacbon hóa . 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4) 2CO3 (4) (NH4) 2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5) Khi lượng HCO3 đủ lớn ,bắt. -Từ NaHCO3 diều chế NaCO3 : Sản Xuất Soda Trang 12 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD Thạc sĩ. Trần Văn Hòa 2NaHCO3 <=> Na 2CO3 + CO2 + H2O (2) Phản ứng (1) tạo thành NaHCO3 có. tạo thành nước muối amôn hóa . Khí NH3 và CO2 tan trong nước sẽ xảy ra các phản ứng : 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4) 2CO3 (4) (NH4) 2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5) Sản Xuất Soda Trang 13 Công Nghệ