BÁO cáo THỰC tập tốt NGHIỆP tìm HIỂU QUY TRÌNH sản XUẤT AXIT SUNFURIC

KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ------BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀITÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC TẠI NHÀ MÁY SUPER PHỐT PHÁT LONG THÀNH Trình độ đào tạo : Đại h

KHOA HOÁ HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

- -BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀITÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC TẠI NHÀ MÁY SUPER PHỐT PHÁT LONG THÀNH

Trình độ đào tạo : Đại học

1 Thái độ tác phong khi tham gia thực tập:

- -

-2 Kiến thức chuyên môn:

- -

-3 Nhận thức thực tế:

- -

-4 Đánh giá khác:

- -

-5 Đánh giá kết quả thực tập:

- -

-Giảng viên hướng dẫn

(Ký tên, đóng dấu)

LỜI MỞ ĐẦU Trang 1

DANH MỤC CÁC HÌNH 2

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1 Giới thiệu chung 4

1.1 Thông tin khái quát 4

1.2 Quá trình hình thành và phát triển 4

1.3 Thành tích nổi bật 5

1.4 Ngành nghề, các sản phẩm chính và địa bàn kinh doanh 5

1.4.1 Ngành nghề chính 5

1.4.2 Các sản phẩm chính 6

1.4.3 Địa bàn kinh doanh 6

1.5 Thông tin về công ty mẹ, công ty liên kết và bộ máy quản lý tổ chức nhân sự .6

1.6 Chính sách với người lao động, mục tiêu và công tác xã hội 9

1.6.1 Đối với người lao động 9

1.6.2 Mục tiêu của Nhà máy 10

1.6.3 Công tác xã hội 11

1.7 Trình độ công nghệ và định hướng phát triển 11

1.7.1 Thực trạng trình độ công nghệ 11

1.7.2 Định hướng phát triển 12

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC 2 Thông tin khái quát phân xưởng axit 13

2.1 Vai trò của Axit sunfuric 13

2.2 Nguyên liệu và nhiên liệu 13

2.3 Cơ sở lý thuyết sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc 21

2.3.1 Chế tạo khí Sunfurơ 21

2.3.2 Oxy hóa SO2 thành SO3 trên xúc tác V2O5 22

2.3.3 Hấp thụ SO3 thành axit Sunfuric 23

2.4 Dây chuyền sản xuất axit số 2 26

2.4.1 Mô tả và thuyết minh quy trình công nghệ 28

2.5 Các thiết bị chính 30

2.5.1 Bể hóa lỏng lưu huỳnh 30

2.5.2 Tháp sấy F-1001 32

2.5.3 Lò đốt lưu huỳnh D-1001 33

2.5.4 Nồi hơi tận dụng nhiệt D-1002 35

2.5.5 Thiết bị lọc khí nóng P-1001 36

2.5.6 Tháp tiếp xúc H-1001 37

2.5.7 Tháp hấp thụ 1 (F-1002) 40

2.5.8 Tháp hấp thụ 2 (F-1003) 41

2.6 Các thiết bị phụ 42

2.6.1 Thiết bị trao đổi nhiệt E-1001 42

2.6.2 Thiết bị trao đổi nhiệt E-1002 44

2.6.3 Thiết bị trao đổi nhiệt E-1003 45

2.6.4 Thiết bị trao đổi nhiệt E-1004 46

2.6.5 Thiết bị làm nguội E-1005 46

2.6.6 Thùng chứa axit tuần hoàn G-1005 47

2.6.7 Các thiết bị làm lạnh axit tuần hoàn (E-1006A, E-1006B, E-1007) 47

2.7 Sản phẩm 48

2.7.1 Sản phẩm chính 48

2.7.2 Chất thải 48

2.8 Nội quy an toàn trong phân xưởng axit 48

3.2 Trong quá trình sản xuất 56 KẾT QUẢ, KIẾN NGHỊ VÀ GIẢI PHÁP 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

-  Lời đầu tiên tôi chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Bà Rịa -Vũng Tàu đã tạo điều kiện cho tôi được tiếp xúc với môi trường làm việc thực

 -tế

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Đốc Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành

Và đặc biệt là anh Nguyễn Thế Anh trưởng phòng Kĩ thuật, cùng với một số anhchị nhân viên khác trong phân xưởng Axit đã tạo điều kiện cho tôi có cơ hội họctập tại đây để tôi có cơ hội áp dụng những kiến thức chuyên môn đã học vàothực tiễn Từ đó, tôi đã có thêm những kiến thức, kĩ năng quý báu từ việc cọ sátvới thực tế Đồng thời phía Nhà máy đã tận tình hỗ trợ khi tôi gặp khó khăntrong công việc, hướng dẫn tôi hoàn thành tốt các công việc được giao, và cungcấp những thông tin về Nhà máy để tôi hoàn thành cuốn báo cáo này

Bên cạnh đó tôi xin chân thành cảm ơn đến Giảng viên Ts.Võ Thị Tiến Thiều đãtận tình hướng dẫn, giải đáp thắc mắc, khó khăn trong thời gian hoàn thành báocáo

Vũng Tàu, tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiệnNgô Văn Mạnh

Báo cáo thực tập này là sự tổng hợp lại những hoạt động cũng như kiếnthức mà tôi đã học hỏi được trong thời gian thực tập tại Nhà máy Super PhốtPhát Long Thành

Báo cáo thực tập bao gồm các phần chính:

 Tổng quan về Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành

 Dây chuyền sản xuất: Axit 2

 Một số thiết bị chính trong dây chuyền công nghệ

 Kiến nghị và giải pháp

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

3 2.2 Tóm tắt ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu tạo

phân tử và tính chất vật lý của lưu huỳnh 17

5 2.4 Nhiệt độ qua mỗi lớp xúc tác và thiết bị trao

8 2.7 Nhiệt độ khí vào, ra (°C) và độ chuyển hóa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1 Giới thiệu chung

1.1 Thông tin khái quát

Tên giao dịch: LONG THANH SUPER PHOT PHAT PLANT

Tên đầy đủ: Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành - Công ty Cổ PhầnPhân Bón Miền Nam

Giấy chứng nhận thành lập nhà máy theo quyết định số: 303/CNNg –TCNS do Bộ Công Nghiệp Nặng nay thuộc Bộ Công Thương cấp ngày17/07/1991

Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành là đơn vị trực thuộc Công ty CổPhần Phân Bón Miền Nam

Địa chỉ: Khu Công Nghiệp Gò Dầu, Xã Phước Thái, Huyện Long Thành,Tỉnh Đồng Nai

Giám đốc/Đại diện pháp luật: Nguyễn Minh Sơn

Toàn bộ dây chuyền sản xuất Axit Sunfuric (số 1) công suất 40.000tấn/năm do Liên Xô thiết kế và xây dựng

Từ năm 2004: Đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất phân hỗn hợp NPKcông suất 35.000 tấn/năm Từ năm 2005, Nhà máy đã đầu tư xây dựng và đưavào hoạt động thêm một dây chuyền sản xuất Axit sunfuric (số 2) công suất40.000 tấn/năm theo công nghệ tiếp xúc kép, hấp thụ 2 lần

tấn/năm lên 200.000 tấn/năm.

Hiện nay: Tiếp tục nghiên cứu và sản xuất phân bón chuyên cây, chuyênvùng, phân bón chức năng cho một số cây trồng chủ lực Phối hợp triển khai các

đề tài, dự án ứng dụng, trình diễn sản phẩm phân bón mới Tập trung đầu tư, ứngdụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật vào phục vụ sản xuất, nghiên cứu thêmcác sản phẩm mới như: Super lân M; lân PA; lân hữu cơ; trung lượng,

Nhà máy còn đầu tư nhiều hệ thống máy móc, thiết bị giúp bảo vệ sức khỏengười lao động và tiết kiệm chi phí sản xuất

Chất lượng sản phẩm của nhà máy ngày một nâng cao

1.3 Thành tích nổi bật

Trải qua hơn 22 năm xây dựng và phát triển, Nhà máy liên tục hoàn thànhxuất sắc nhiệm vụ được giao Từ những kết quả đó, Nhà máy đã vinh dự nhậnđược nhiều phần thưởng cao quý của Đảng và Nhà nước Năm 2002, được nhànước phong tặng huân chương lao động hạng 3; giải thưởng Bông Lúa Vàngnăm 1997 của Bộ Nông Nghiệp Phát Trển Nông Thôn; 3 lần được tặng cờ đơn

vị thi đua tiên tiến vào các năm 1998, 2000, 2001 và nhiều huy chương, phầnthưởng cao quý khác tại các dịp vinh danh bình chọn Huy Chương Vàng sảnphẩm Super lân (1993); sản phẩm PA (1995); Giấy chứng nhận hàng Việt Namchất lượng cao năm 2006,…

Đồng thời Nhà máy đã được cấp chứng chỉ hệ thống quản lý chất lượngtheo tiêu chuẩn ISO 9001-2000 cho 2 sản phẩm chính là super lân và axit sufuricthương phẩm Phần thưởng cao quý nhất mà Nhà máy có được, đó là sự mến

mộ, tin dùng của bà con nông dân, khách hàng trên khắp cả nước đối với các sảnphẩm của Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành

1.4 Ngành nghề, các sản phẩm chính và địa bàn kinh doanh

1.4.1 Ngành nghề chính

1.4.2 Các sản phẩm chính

Super lân các loại: M, PA, Trung Lượng, Hữu Cơ,

Phân NPK: 6-9-3, 5-10-3,

Hình 1.1 Các dòng sản phẩm phân bónPhân bón đặc thù cho các loại cây (cây công nghiệp, cây ăn quả, cây nôngnghiệp, rau màu, )

Axit Sunfuric do Nhà máy sản xuất chủ yếu dùng nội bộ để sản xuất superlân Ngoài ra, Nhà máy còn sản xuất axit Sunfuric tinh khiết, kĩ thuật phục vụcác nghành kinh tế quốc dân khác

1.4.3 Địa bàn kinh doanh

Địa bàn kinh doanh của Nhà máy rộng khắp các vùng miền trong cả nước(tập trung chủ yếu khu vực miền Nam), hầu hết các tỉnh đều có đại lý kinhdoanh phân phối sản phẩm của Nhà máy Ngoài ra các sản phẩm phân bón củaNhà máy còn được xuất khẩu đi các thị trường: Lào, Campuchia, Nam Phi,

1.5 Thông tin về công ty mẹ, công ty liên kết và bộ máy quản lý tổ chức nhân sự

Công ty Cổ phần xuất nhập Khẩu Quảng Bình chuyên cung ứng lưu huỳnhnguyên liệu cho Nhà máy.

Công ty TNHH Hóa chất LG Vina

Ngoài ra, Nhà máy còn có các phòng ban phục vụ cho công tác quản lý vàtiêu thụ sản phẩm như: Phòng Thị trường, Kho vận, Kế toán, Kĩ thuật, Tổnghợp, KCS

Cơ cấu tổ chức bộ máy Nhà máy Super Phốt Phát Long Thành

P Kế hoạch thị trường(KHT)

Ban KCS(KCS)Phó giám

đốc

Tổ chức nhân sự:

Bảng 1.1 Số lượng cán bộ, nhân viênCán bộ công nhân viên Số lượng

Phân loại theo đối tượng phục vụ sản xuất Phân loại theo giới tính

Bộ phận trực tiếp + phục vụ 224

1.6 Chính sách với người lao động, mục tiêu và công tác xã hội

1.6.1 Đối với người lao động

Nhà máy luôn chú trọng đầu tư, quan tâm đến người lao động, có nhữngchính sách, cơ chế ưu tiên, tạo điều kiện về mọi mặt cho người lao động nhằmnâng cao đời sống, thu nhập và phát huy được hết hiệu quả công việc và khả

năng của người lao động

Chính sách việc làm và thu nhập:

Tạo đủ công ăn việc làm cho người lao động, không để người lao độngkhông có việc, nghỉ không công làm ảnh hưởng đến đời sống nói chung củangười lao động

Ổn định và nâng cao thu nhập cho người lao động Đảm bảo tổng thu nhậpbình quân đầu người đạt 9 triệu đồng/người/tháng

Đảm bảo các nguồn thưởng để chi thưởng cho CBCNV Nhà máy trong cácdịp lễ tết hàng năm bằng tiền và hiện vật, tiền phụ cấp may đồng phục, đi du lịchhàng năm

Công tác đào tạo:

Cử cán bộ tham gia các lớp, các khóa học chuyên đề nâng cao trình độ vềquản lý, chuyên môn trong và ngoài nước để đáp ứng kịp thời yêu cầu đòi hỏicông việc

Thường xuyên đào tạo nâng cao tay nghề, chuyển đổi nghề kịp thời chocông nhân các ngành đáp ứng yêu cầu chuyển đổi công nghệ tại các dây chuyềnsản xuất trong Nhà máy

Động viên khen thưởng cho các cán bộ công nhân viên có kết quả, thành tíchcao trong lao động sản xuất được đi học tập kết hợp tham quan du lịch tại nướcngoài

Chính sách về bảo hiểm xã hội:

Ngoài việc đảm bảo thực hiện các chế độ chính sách đối với người lao

Nhà máy ký hợp đồng liên kết với các bệnh viện tuyến Tỉnh để khám bệnhđịnh kỳ, khám chữa bệnh chuyên sâu và chăm sóc sức khỏe cho người lao động.Nhà máy tham gia mua bảo hiểm con người, bảo hiểm lao động nghiệpthành công để hỗ trợ cho người lao đông gặp rủi ro như ốm đau, tai nạn, bệnhhiểm nghèo, tử vong.

Duy trì và phát triển các hoạt động tham quan du lịch, phong trào văn hóavăn nghệ thể thao nâng cao đời sống tinh thần của cán bộ công nhân viên chứclao động Nhà máy

1.6.2 Mục tiêu của Nhà máy

Là doanh nghiệp văn hóa và có trách nhiệm xã hội cao

Duy trì chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn ISO 9001-2000

Tổ chức giao lưu trực tiếp với bà con nông dân các tỉnh, tăng cường xâydựng các mô hình bón phân cân đối, đẩy mạnh phong trào lao động sáng tạo, cảitiến, tiết kiệm, nghiên cứu sản xuất các loại phân bón mới, các quy trình bónphân mới nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón Super Long Thành Đổi mớichương trình quảng bá sản phẩm

Bám sát thị trường quốc tế và thị trường trong nước để mua bán, dự trữ vật

tư một cách hợp lý tránh tồn đọng vốn giảm chi phí tài chính nâng cao hiệu quảkinh doanh

Tăng cường dân chủ cơ sở, phát huy phong trào bảo vệ an ninh trật tự, tàisản của Nhà máy

1.6.3 Công tác xã hội

Trong nhiều năm qua Nhà máy Super Phốt phát Long Thành được biết đếnkhông chỉ là một doanh nghiệp có thương hiệu uy tín mà còn là một đơn vị cónhiều hoạt động xã hội, từ thiện Nhà máy đã phát động cán bộ công nhân viêntrong Nhà máy ủng hộ từ hai đến ba ngày lương thu nhập cho các quỹ như: Quỹđền ơn đáp nghĩa, xóa đói giảm nghèo, nạn nhân chất độc da cam, Ngoài ra,Nhà máy còn trú trọng thực hiện các chính sách xã hội: Ủng hộ đồng bào bịthiên tai bão lụt, giúp đỡ trẻ em tật nguyền, mồ côi, gia đình chính sách có côngvới Tổ quốc

1.7 Trình độ công nghệ và định hướng phát triển

1.7.1 Thực trạng trình độ công nghệ

Hiện nay, Nhà máy có 4 dây chuyền sản xuất chính gồm: Hai dây chuyềnsản xuất axit sunfuric, một dây chuyền sản xuất super lân và một dây chuyềnNPK

Dây chuyền sản xuất Axit Sunfuric 1 sử dụng công nghệ tiếp xúc đơn côngsuất 40.000 tấn/năm Công nghệ tiếp xúc đơn được áp dụng phổ biến trước năm

1970 với hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 chỉ đạt 98% Lượng SO2 khôngchuyển hóa bị thải vào khí quyển, gây ô nhiễm môi trường

Dây chuyền Axit Sunfuric số 2 được đầu tư xây dựng mới với công nghệtiên tiến - tiếp xúc kép, hấp thụ 2 lần Cả 2 dây chuyền đều trang bị hệ thống tựđộng hóa điều khiển quá trình công nghệ để các dây chuyền sản xuất hoạt động

ổn định Các dây chuyền axit đều có hiệu suất sử dụng cao (tính theo công suất

sử dụng trung bình trong một năm) là 95 - 100%, đều là dây chuyền sản xuấtđồng bộ, đều có đủ hệ thống xử lý chất thải rắn, chất thải lỏng và xử lý khí thảiđảm bảo chất thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn của tiêu chuẩn môi trường ViệtNam

Dây chuyền sản xuất super phốt phát với công nghệ sản xuất theo phươngpháp hóa học sử dụng axit sunfuric phân hủy quặng apatit Đây là dây chuyềnvới những thiết bị có trình độ công nghệ thấp, nguồn ô nhiễm bụi, khí, tiếng ồn,nước thải chưa được xử lý triệt để Vấn đề an toàn vệ sinh công nghiệp và môitrường sinh thái chưa được đảm bảo

1.7.2 Định hướng phát triển

Chiến lược phát triển trung và dài hạn của Công ty:

Là nhà sản xuất, cung ứng phân bón và hóa chất uy tín trên thị trường.Thiết lập chứng chỉ hệ thống quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn ISO 9001 -2000

Các sản phẩm hóa chất đáp ứng nhu cầu cho các ngành sản xuất côngnghiệp khác của nền kinh tế quốc dân, giữ vững thị phần thị trường, đồng thờinghiên cứu phát triển sản phẩm mới

Đầu tư đổi mới công nghệ sản xuất, tăng giá trị sản lượng đáp ứng nhu cầuthị trường

Cải thiện môi trường làm việc và môi trường sống trong và xung quanhNhà máy

Tập trung nghiên cứu khả thi đề án đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất phân SA

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

2 Thông tin khái quát phân xưởng axit

Hiện tại cả 2 dây chuyền sản xuất Axit Sunfuric của Nhà máy Super PhốtPhát Long Thành đều sử dụng lưu huỳnh nguyên tố (S) làm nguyên liệu

Dây chuyền Axit Sunfuric 1 sử dụng công nghệ tiếp xúc đơn công suất40.000 tấn/năm Dây chuyền tiếp xúc đơn hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3không cao chỉ đạt 98% Lượng SO2 không chuyển hóa bị thải vào khí quyển gây

ô nhiễm môi trường

Dây chuyền Axit Sunfuric 2 được đưa vào hoạt động từ năm 2005 sử dụngcông nghệ tiếp xúc hấp thụ kép công suất 40.000 tấn/năm Với dây chuyền mớitiên tiến này hiệu xuất chuyển hóa SO2 đạt từ 99 - 99.6% đã đáp ứng đượcnhững quy định ngặt nghèo về bảo vệ môi trường

Sản phẩm là H2SO4 98.3%

2.1 Vai trò của Axit sunfuric

Axit sunfuric là một hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tếquốc dân và cũng là một sản phẩm có khối lượng lớn của công nghiệp hóa học

Là một chất lỏng không màu Nó chuyển sang màu vàng đen khi có lẫn tạpchất tan trong nước theo một tỷ lệ bất kỳ và toả nhiệt mạnh tạo ra các hydrat.Axit sunfuric là chất ăn mòn mạnh.

2.2 Nguyên liệu và nhiên liệu

Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric rất phong phú và đa dạng Ngoài lưuhuỳnh nguyên chất các hợp chất chứa lưu huỳnh đều có thể làm nguyên liệu sảnxuất H2SO4: Quặng pyrit sắt, muối sunfat, hydrosunfua (H2S) và một số chất thải

có chứa lưu huỳnh khác

2.2.1 Lưu huỳnh

S rắn mà Nhà máy sử dụng có độ tinh khiết khoảng 99.9%

Việc sử dụng lưu huỳnh thay cho các nguyên liệu khác là do:

Khi đốt lưu huỳnh ta thu được hỗn hợp khí có hàm lượng SO2 cao Điềunày rất quan trọng trong quy trình sản xuất axit Sunfuric theo phương pháp tiếpxúc

Khi sản xuất quy mô lớn và xa vùng nguyên liệu thì lưu huỳnh nguyên tốlại là nguyên liệu rẻ tiền

Lưu huỳnh chứa rất ít tạp chất đặc biệt là Asen và khi cháy không tạo xỉ,không gây ngộ độc xúc tác nên các công đoạn sản xuất được rút ngắn rất nhiều

Sử dụng S sẽ bớt đi một số công đoạn tinh chế khí, dẫn đến bớt đi được cácthiết bị: Lò tầng sôi, lọc điện khô, tháp rửa, lọc điện ướt → giảm chi phí đầu tư

Nếu sử dụng quặng pyrit làm nguyên liệu khi đốt sẽ dẫn đến tạo nhiều chấtthải rắn nhất là xỉ pyrit rất khó xử lý, dẫn đến tăng chi phí đầu tư và thường gây

ô nhiễm môi trường (thực tế thường kết hợp với sản xuất thép, lưu huỳnh là sảnphẩm phụ) Muối Sunfat là nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất AxitSunfuric Trong đó, được dùng nhiều nhất là CaSO4 Tuy nhiên, khi dùng nguồnnguyên liệu này để sản xuất thì tiêu tốn vốn đầu tư cơ bản nên thường kết hợpvới quá trình sản xuất ximăng Trung bình cứ 1 tấn ximăng thì tương ứng sản

xuất được 1 tấn Axit Sunfuric Chính vì những lí do ưu việt không những mang

lại hiệu quả kinh tế mà còn có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ môi trường, Nhàmáy Supe Photphat Long Thành chọn lưu huỳnh nguyên tố làm nguyên liệu sảnxuất Axit Sunfuric

Tính chất của lưu huỳnh

Nguyên tử lưu huỳnh nguyên tử có số hiệu nguyên tử là 16, lưu huỳnh có hai dạng thù hình: Lưu huỳnh tà phương Sα và lưu huỳnh đơn tà Sβ Chúng khácnhau về cấu tạo tinh thể và một số tính chất vật lí, nhưng tính chất hóa học giốngnhau

Bảng 2.1 Tính chất của lưu huỳnhCấu tạo tính chất vật lí Lưu huỳnh tà phương Sα Lưu huỳnh đơn tà Sβ

Cấu trúc tinh thể

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu tạo phân tử và tính chất vật lí của lưu huỳnh

Hình 2.1 Giản đồ pha của lưu huỳnh

Ở nhiệt độ thấp hơn 113oC, lưu huỳnh S và S là một chất rắn xốp màu

Hình 2.2 Mô phỏng cấu tạo vòng của phân tử lưu huỳnh S8

Ở nhiệt độ 119oC, lưu huỳnh nóng chảy thành chất lỏng màu vàng, thể tíchtăng thêm 15% và rất linh động Ở nhiệt độ này, các phân tử S8 chuyển độngtrượt trên nhau rất dễ dàng

Ở nhiệt độ 187oC, lưu huỳnh lỏng trở nên quánh nhớt, có màu nâu đỏ Ởnhiệt độ này, mạch vòng của phân tử S8 bị đứt gẫy tạo thành những chuỗi có 8nguyên tử S Những chuỗi này liên kết với nhau tạo thành phân tử lớn, chứa tớihàng triệu nguyên tử (Sn) Những phân tử Sn chuyển động rất khó khăn

Hình 2.3 Sự biến đổi S8 thành Sn

Ở nhiệt độ 445oC, lưu huỳnh sôi Ở nhiệt độ này các phân tử lớn Sn bị đứtgãy thành nhiều phân tử nhỏ bay hơi

Hơi của lưu huỳnh có màu vàng đỏ ở 900oC chỉ có dạng S2 nhưng khi hạ nhiệt

độ xuống còn 800oC thì S2 chuyển thành S8 và S6 Nhiệt độ bốc cháy của lưuhuỳnh là 160 – 260oC nhưng tốc độ cháy nhỏ

Bảng 2.2 Tóm tắt ảnh hưởng của nhiệt độ đến cấu tạo phân tử và tính chất vật lý

của lưu huỳnhNhiệt độ Trạng thái Màu sắc Cấu tạo phân tử

Da cam

S6, S4

S2S

Việc xác định những biến đổi của lưu huỳnh dưới tác động của nhiệt độ có

ý nghĩa quan trọng trong sản xuất, trong công tác thiết kế và vận hành thiết bị.Ngoài ra, lưu huỳnh nguyên liệu còn phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

Hàm lượng Asen không quá 0.0005% Asen gây ngộ độc xúc tác

Hàm lượng Bitum không quá 0.2% Nếu vượt quá 0.2% khi cháy trong lòđốt lưu huỳnh tạo thành CO2 và H2O, khi ở nhiệt độ hơn 270oC, hơi nước sẽ kếthợp với SO3 tạo ra mù axit ở tháp hấp thụ gây ô nhiễm môi trường, gây tổn haonguyên liệu

2.2.2 Chất xúc tác

Từ những năm 1895 Vanadi oxit được phát hiện, có khả năng xúc tác chophản ứng oxi hóa của SO2 Sau đó chúng được tập trung nghiên cứu và đã đưa ramột số kết luận sau:

- Vanadi oxit V2O5 nguyên chất có hoạt tính không cao đối với phản ứngoxi hóa SO2

- V2O5 là thành phần hoạt tính của xúc tác, hàm lượng có trong xúc tác từ 5

÷ 10%

- Muối của kim loại kiềm (Na, K, Li, ) là chất kích động làm tăng hoạttính của xúc tác lên cả trăm lần Tỉ lệ kim loại kiềm (V2O5÷MeO2) càng lớn hoạttính xúc tác càng giảm thông thường tỉ lệ này từ 1÷1 đến 1÷6

Thời kỳ đầu người ta dùng Pt làm chất xúc tác, Pt có hoạt tính cao, nhưngkhông kinh tế Những năm gần đây người ta dùng vanadi oxit V2O5 vì chúngcũng có hoạt tính cao và rẻ hơn Hơn nữa xúc tác còn được trộn thêm Al2O3,SiO2, K2O, CaO, một số nguyên tố khác nhằm tăng hoạt tính, độ bền cơ, bềnnhiệt,

Chất xúc tác được sử dụng vai trò tăng nhanh tốc độ phản ứng oxi hoá SO2thành SO3 trong tháp tiếp xúc Trong dây chuyền sản xuất của Nhà máy sử dụngchất xúc tác vanađi oxit, do các ưu điểm sau:

- Xúc tác V2O5 có hoạt tính mạnh và rẻ hơn các xúc tác khác (khoảng 130triệu/m3)

- Độ nhiễm độc asen V2O5 kém hơn Pt vài ngàn lần

- Độ bền nhiệt, bền cơ học cao

Xúc tác thường được chế tạo dưới dạng viên, hình cầu, hạt, bột

Hình 2.4 Xúc tác V2O5VK-38 và VK-48 là 2 loại xúc tác đang được Nhà máy sử dụng Xúc tác

Thành phần chính của chúng là: V2O5/K/Na/Cs VK-38 là chất xúc tác hiệu quả nhất hiện nay trong việc oxi hóa SO2 Chúng đáp ứng đầy đủ các điều kiệnsản xuất VK-38 có thể hoạt động liên tục trong phạm vi từ 400 - 630oC Xúc tácVK-38 có thể chịu được nhiệt độ tối đa khoảng 650oCvà có thể tham gia phảnứng ở nhiệt độ thấp 360oC

Đối với VK-48 được đặc chế sử dụng trong môi trường SO3 cao Sự có mặtcủa Cs2O trong xúc tác VK-48 làm tăng cường khả năng hoạt động của xúctác và có thể kích hoạt phản ứng ở nhiệt độ thấp Cs2O còn giúp cho hệthống mao quản xúc tác tăng lên nhiều lần, tác chất SO2 và O2 (nồng độthấp)dễ dàng phân phối và tan trên bề mặt của xúc tác khi phản ứng

Đặc tính xúc tác

Xúc tác Vanađi Oxit chứa trung bình 6 - 8% V2O5; chất hoạt hoá là các oxitkim loại kiềm (thường dùng K2O); chất mang thường dùng là alumino silicat(Al2SiO5)

Xúc tác Oxit Vanađi là những hạt xốp, dạng trụ, màu vàng nhạt hoặc xanhnhạt

Khối tiếp xúc Oxit Vanađi làm việc trong khoảng nhiệt độ 400 - 600oC Khi

to > 650 oC, xúc tác giảm hoạt độ do hiện tượng kết khối các cấu tử hoạt động đểtạo thành những hợp chất không hoạt động Khi to < 400 oC, hoạt độ của xúc tácgiảm đột ngột do sự chuyển hoá trị V5+ thành V4+ ít hoạt động

Thích hợp cho lớp 1, lớp 4 tháp tiếp xúc

Cs2O: 5 - 7 %

Thích hợp cho lớp 2, lớp 3 tháp tiếp xúc

2.2.3 Không khí

Không khí chứa 21% O2 và 79% N2

Oxy dùng trong oxy hóa S thành SO2 và oxy hóa SO2 thành SO3 (với sự cómặt của xúc tác V2O5) Nitơ là khí trơ không tham gia phản ứng (tại điều kiệnnhiệt, áp suất của lò) Không khí phải được lọc sạch bụi và sấy khô bằng AxitSunfuric đến độ ẩm ≤ 0.01% hay 0.08 g/cm3 khí Nếu độ ẩm này vượt quá giớicho phép sẽ sinh ra mù axit ngay tại tháp tiếp xúc và tại tháp hấp thụ

2.2.4 Nước

Tại phân xưởng nước được sử dụng vào một số mục đích sau:

Hơi nước bão hoà dùng để hóa lỏng lưu huỳnh

Nước ngưng xả ra từ các giàn gia nhiệt được dẫn về thùng chứa để sử dụnglại

Nước dùng để pha vào axit monohydrat ở thùng tuần hoàn và pha loãngaxit

Nước mềm cấp cho nồi hơi, sản xuất hơi bão hòa cung cấp cho bể hóa lỏng

Nước làm lạnh axit là nước tuần hoàn tưới cho các dàn làm lạnh axit Yêucầu nước làm lạnh phải có độ pH từ 7-7.5, nhiệt độ cao nhất không quá 35 oC.

2.2.5 Dầu DO, FO

Dầu DO và dầu FO là nhiên liệu để phục vụ cho việc khởi động lại

xưởng sau khi đại tu sửa chữa lớn nhằm gia nhiệt cho các thiết bị như lò đốt

lưu huỳnh, tháp tiếp xúc, tháp sấy, …

- Lượng tiêu hao 6 - 8 m3/lần khởi động

- Áp lực cấp dầu 8 kg/cm2

Ngoài ra: Trong quá trình sản xuất điện được dùng để vận hành thiết bị

2.3 Cơ sở lý thuyết sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc

Quá trình gồm ba giai đoạn chính:

ta có thể: Tăng lượng oxy trong không khí vào lò đốt; hoặc giảm nhiệt độ Tuy nhiên, nếu tăng quá nhiều oxy thì nồng độ SO2 sẽ giảm do hỗn hợp

ra lò đốt còn quá nhiều không khí Lưu huỳnh phun vào lò đốt cần duy trì ởnhiệt độ 140oC vì ở nhiệt độ này lưu huỳnh có độ nhớt thấp Để tránh đóngrắn lưu huỳnh (to = 119.3 oC) làm tắc béc phun ta phải gia nhiệt cho dòng lưuhuỳnh bằng hơi nước bão hòa Để tránh tạo mù axit ở các công đoạn sau taphải sấy khô không khí trước khi đưa vào lò đốt

Có thể xảy ra hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa do lưu huỳnh chưa cháyhết Bởi vậy, khi làm nguội khí chứa lưu huỳnh thì lưu huỳnh sẽ bị đóng rắn

trước khi phun lưu huỳnh vào đốt, nhằm sấy hệ thống tạo độ đồng đều trong

hệ thống Đồng thời tránh tình trạng nóng cục bộ khi đốt nóng lưu huỳnh (dolưu huỳnh cháy tỏa nhiệt rất mạnh) Nếu khi đốt thấy lưu huỳnh có màuvàng sáng thì lưu huỳnh cháy hoàn toàn có màu da cam hay tối nâu là lưuhuỳnh chưa cháy hết

Đốt lưu huỳnh trong không khí có thể thu hỗn hợp khí chứa 21% SO2.Trên thực tế sản xuất thường lấy dư không khí nên chỉ thu được hợp khíchứa 9.5% SO2

2.3.2 Oxy hóa SO 2 thành SO 3 trên xúc tác V 2 O 5

Phản ứng chuyển hoá khí SO2 thành SO3:

Nghiên cứu phổ hồng ngoại người ta xác định trong xúc tác có hình tháicủa các hợp chất Kali sunfovanadat (V2O5.K2O.SO3) hay pyrosunfovanadat(V2O5.K2O.2SO3) Ở nhiệt độ làm việc (420℃) các hợp chất này nóng chảytrên bề mặt chất mang của xúc tác SO2 và O2 bị hấp thụ trên bề mặt xúc tác

và hòa tan vào hợp chất nóng chảy đó

V2O5 + SO2 → V2O4 + SO3

V2O4 + 12 O2 → V2O5Quá trình oxy hóa SO2 thành SO3 diễn ra trong tháp tiếp xúc

Hỗn hợp khí SO2 sau lò đốt có nhiệt độ 950 - 1050oC đi qua nồi hơi tậndụng nhiệt, trao đổi nhiệt với nước Tại nồi hơi nhiệt độ hỗn hợp khí giảmxuống còn 420 - 430oC, sau đó tiếp tục qua thiết bị lọc gió nóng đi vào lớp 1của tháp tiếp xúc dạng tầng có trao đổi nhiệt bên ngoài

Đây là quá trình tỏa nhiệt, cân bằng sẽ dịch chuyển về phía thu SO3 khigiảm nhiệt độ và tăng áp suất Tuy nhiên, ở những giai đoạn đầu oxy hoá,thậm chí ngay cả khi có mặt những chất xúc tác mạnh cần phải tăng nhiệt độ

V 2 O 5

t o

- Hấp phụ phân tử SO2 để tạo thành phức [SO2.O.Xt].

- Chuyển nhóm điện tử để tạo thành phức [SO3.Xt]

- Giải hấp phụ SO3 (quá trình nhả hấp thụ)

- Khuếch tán SO3 từ các mao quản của khối tiếp xúc và từ bề mặt củacác hạt ra ngoài

a) Điều kiện oxi hóa SO 2 trên xúc tác V 2 O 5

Để tốc độ phản ứng đạt giá trị cực đại cần giảm nhiệt độ thích hợp (420

- 450oC) Do oxi hóa SO2 là quá trình tỏa nhiệt nên sau mỗi lớp xúc tác nhiệt độ càng tăng cao→ hệ đạt trạng thái cân bằng tốc độ phản ứng vềkhông Cần phải làm nguội hỗn hợp khí sau mỗi lớp xúc tác

Dòng khí đi vào tháp tiếp xúc có tốc độ cao có thể làm vỡ xúc tác người

ta thiết kế cho dòng khí đi qua một lớp đá thạch anh dày khoảng 200 mm đểgiảm vận tốc khí và phân khối khí đều ra toàn bộ bề mặt lớp xúc tác

Ở trên và dưới các lớp xúc tác cũng được rải một lớp đá thạch anhmỏng (50 mm) Ngoài việc bảo vệ xúc tác các lớp thạch anh này còn có tácdụng duy trì nhiệt độ cho lớp xúc tác, tránh không cho nhiệt độ tăng cao cục

bộ hay giảm xuống mức quá thấp

2.3.3 Hấp thụ SO 3 thành axit Sunfuric

Là quá trình tách SO3 ra khỏi hỗn hợp khí và chuyển thành

H2SO4 Tùy theo hỗn hợp khí có chứa hơi nước hay không mà quátrình tách là khác nhau Nếu hỗn hợp khí trước khi vào tháp tiếp xúc

thường sử dụng H2SO4 98.3% để hấp thụ SO3 theo phản ứng:

Đầu tiên SO3 hòa tan vào dung dịch axit sau đó cho phản ứng lạivới nước:

nSO3 + H2SO4 → H2SO4.nSO3nSO3.H2SO4 + nH2O → (n+1) H2SO4Tùy theo tỷ lệ giữa SO3 và H2SO4 mà nồng độ axit thu được sẽkhác nhau:

Khi n > 1 sản phẩm là oleum

Khi n = 1 sản phẩm là monohydrate

Khi n < 1 sản phẩm là dung dịch axit loãng

Trong tháp hấp thụ, quá trình hấp thụ được thực hiện trên bề mặtđệm, mặt đệm càng lớn → đường kính tháp lớn → tăng vốn đầu tư.Khi thiết kế tháp hấp thụ cần được tính toán cẩn thận vừa đảm bảohiệu quả sử dụng vừa tiết kiệm chi phí đầu tư

Vận chuyển khí trong tháp tăng → tăng diện tích tiếp xúc (H2SO4

và SO3) lớn → tăng cường độ hấp thụ

Để bảo vệ môi trường thì lượng SO3 cần phải được hấp thụ hoàntoàn

a) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ

Trong quá trình hấp thụ thì nồng độ và nhiệt độ của axit tướicũng như nồng độ nhiệt độ của pha khí có ảnh hưởng nhiều nhất tớitốc độ cũng như hiệu xuất của quá trình hấp thụ Mối liên hệ đó đượctrình bày như sau:

Nồng độ

Quá trình hấp thụ SO3 xảy ra tốt ở nhiệt độ thấp khi nồng độ axit

là 98,3% H2SO4 Khi đó cả tốc độ hấp thụ và hiệu suất hấp thụ đềuđạt giá trị cực đại

Khi nồng độ axit lớn hơn 98.3% H SO trên bề mặt của nó có cả

hơi bão hòa nhiều hơn trong pha lỏng Vì vậy nồng độ axit tưới càngnhỏ→ hơi axit càng nhiều dẫn đến tạo mù axit, hiệu suất hấp thụ SO3giảm và tổn thất SO3 lớn.

Nhà máy dùng 2 bể chứa axit có nồng độ riêng biệt: Một bể chứaaxit thành phẩm 98.3% một bể chứa axit sấy 95% Axit thành phẩm sẽđược bổ xung cho bể chứa axit sấy sao cho nồng độ axit sấy luôn ởmức ≤ 95%

Nguyên tắc: Làm việc của tấm hấp thụ là khi dòng khí va chạmvới các sợi, do các hạt mù axit có kích thước lớn hơn chúng sẽ bị giữ