Công nghệ sản xuất các chất vô cơ cơ bản

B Ộ CÔNG THƯƠNG TRƯ Ờ NG Đ Ạ I H Ọ C CÔNG NGHI Ệ P TH Ự C PH Ẩ M TP HCM KHOA CÔNG NGH Ệ HÓA H Ọ C o0o Môn H ọ c Công Ngh : ệ S ả n Xu ấ t Các Ch ấ t Vô Cơ Cơ B ả n T i ể u u l ậ n: S ả n x u ấ t sôđ a GVHD: Th ạ c sĩ. Tr ầ n Văn Hòa Nhóm ti ể u lu ậ n: Trần Thị Mai Hiên 2004110056 Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trần Văn T rường 2004110201 Nguyễn Công Trứ 2004110204 Nguyễn Văn Tuấn 2004110211 L Ớ P: 02 DHHH 1 Tp H ồ Chí Minh, tháng 12/2014 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 0 Mục Lục: Chương 1:Tổng Quan Về Soda 2 1.1.Khái niệm 2 1.2.Lịch sử hình thành và phát triển 4 1.3.Các nguồn soda trong tự nhiên. 5 1.4.Tnh chất của sô đa 7 1.4.1.Tnh Chất Vật Lý 7 1.4.2. Tnh chất ha hc: 8 Chương 2: Sản xuất sôđa 9 2.1.Sản xuất theo phương pháp ha hc 9 2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên. 10 2.3.Phương pháp Leslanc 11 2.4.Phương pháp Solvay hay phương pháp ammoniac : 11 2.4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất: 11 2.4.2.Ðiều chế muối amôn ha: 13 2.4.3.Cacbon ha nước muối amôn ha : 13 2.4.4.Tái sinh amôniac : 14 2.5. Phương pháp Solvay cải tiến 16 2.6.Phương pháp cacbonat ha xút. 17 2.7.Phương pháp LeBlanc: 18 Chương 3: ng dụng 19 3.1.ng dụng trong thủy tinh 19 3.2. ng dụng trong chất tẩy rửa 20 3.3. ng dụng trong ha chất 21 3.4. Các ng dụng khác 22 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 1 LỜI MỞ ĐẦU 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 nhiều khả năng là Trung Quốc sẽ sớm vượt Mỹ để trở thành nước sản xuất sô đa lớn nhất thế giới. Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 2 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. Chương 1:Tổng Quan Về Soda 1.1.Khái niệm 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 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 3 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. Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 4 Sodium carbonate (Cacbonat natri) 1.2.Lịch sử hình thành và phát triển 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: 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. Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 5 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- bơlan. 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. 1.3.Các nguồn soda trong tự nhiên. 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: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 6 - 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 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 7 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. 1.4.Tnh chất của sô đa 1.4.1.Tnh Chất Vật Lý Natri Cacbonat (Na 2 CO 3 ) khan là chất bột màu trắng, hút ẩm và nóng chảy ở 850 o C. Na2CO3 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, Na2CO3 kết tinh dưới dạng decacdirat Na2CO3.10H2O. Đây là những tinh thể trong suốt, không màu, dễ tan trong nước. Dạng kết tinh của Na2CO3 Khi tan trong nước, Na2CO3 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 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 8 -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 -Công thức hóa học là Na2CO3, 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) 1.4.2. Tnh chất ha hc: Vì Na2CO3 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: 𝐶𝑂 3 2− + 2𝐻 + = 𝐻 2 𝑂 + 𝐶𝑂 2 ↑ 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 Na2CO3 có tính bazơ. [...]... 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 sôđa từ các khoáng thiên nhiên như trona, nahcolit có nhiều ưu điểm và giá thành hạ hơn, nhưng đối với những quốc gia không có những nguồn tài nguyên Sản Xuất Soda Trang 10 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa đó mà lại có nguồn đá vôi, than đá... thiếu clo và thừa xút Hiện nay, sôđa sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ chiếm dưới 10% tổng sản lượng sôđa tổng hợp trên thế giới Sản Xuất Soda Trang 9 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa 2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên Sô đa thiên nhiên nằm dưới dạng các dung dịch nước có chứa các muối khoáng, trong đó có khoáng Na2CO3 hòa tan Trong các nguồn nước khoáng chứa sô đa thì... 0,19% Tạp chất không tan 0,03% Hiện nay muối NaCl thu từ các đồng muối nói chung không đạt chất lượng này, cần phải có biện pháp xử lý tiếp Dự án của Tổng Công ty Muối Việt Nam đang triển khai ở một vài cơ sở đã cho phép sản xuất NaCl đạt chất lượng này Vì vậy, vấn đề sản xuất muối NaCl rắn đạt chất lượng cho sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến đã có cơ sở để triển khai Nếu dùng NaCl chất lượng... 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 vì không phải đầu tư cho phân xưởng tái sinh NH3 và chế tạo sữa vôi từ đá vôi Sản Xuất Soda Trang 25 GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Do đó phương án tuần hoàn NaCl có thể thích nghi với các vùng sản xuất sô đa không... sử dụng các loại nguyên liệu muối chất lượng khác nhau và CO2 thu hồi khi đốt nhiên liệu hoặc nung đá vôi Sản Xuất Soda Trang 14 GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Các phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ không cao (dưới 1000C) và áp suất gần áp suất khí quyển Quá trình sản xuất được thực hiện liên tục trong dòng nguyên liệu khí lỏng là chủ yếu, do đó dễ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất Quá trình sản xuất được... lime Sản Xuất Soda Trang 19 GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Thủy tinh Soda lime 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 3.2 Ứng dụng trong chất tẩy rửa Sôđa được sử dụng làm chất. .. thu hồi tối đa các khí nguyên liệu NH3, CO2 theo khí phóng không, do đó đảm bảo tổn thất NH3 nhỏ, môi trường sản xuất sạch, điều kiện lao động tốt Công đoạn làm sạch nước muối và amôn hóa nước muối cho phép loại triệt để các tạp chất tan làm bẩn sản phẩm sôđa, do đó chất lượng sôđa của phương pháp Solvay rất cao thỏa mãn yêu cầu sử dụng sôđa cho các ngành công nghệ truyền thống và công nghệ cao Với phương... cải tiến sẽ không có chất thải lỏng như phương pháp Solvay truyền thống Tuy nhiên, phương pháp Solvay cải tiến đòi hỏi phải có nguồn NH3 bổ sung và nguồn CO2 không lấy từ lò vôi Do không dùng sữa vôi cho tái sinh NH3 nên công đoạn nung vôi cũng bỏ qua Như vậy, sản xuất sôđa theo Solvay cải tiến công nghệ sẽ gọn hơn và không phải đầu tư cho công đoạn nung vôi và tái sinh NH3 là hai công đoạn có chi phí... máy sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến cần phải kết hợp với nhà máy sản xuất NH3 trong cùng một khu vực để có nguồn CO2 và NH3 phục vụ cho sản xuất sôđa, và cần có nguyên liệu là NaCl sạch bậc công nghiệp Sản Xuất Soda Trang 16 GVHD: Thạc sĩ Trần Văn Hòa Với phương pháp tuần hoàn dung dịch NaCl, cần phải bổ sung NaCl rắn có độ sạch yêu cầu theo các chỉ số sau: Hàm lượng NaCl ≥ 99,5% Tạp chất. .. Ngoài ra, lượng CaCl2 tạo thành khi tái sinh NH3 bằng sữa vôi cũng bị thải ra ngoài theo dung dịch sau tái sinh Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống (tuần hoàn NH3) cần phải có bãi thải chứa các chất không phản ứng và các chất không sử dụng Do đó, khi xây dựng nhà máy sản xuất sôđa cần phải lưu ý đến diện tích chứa chất thải 2.5 Phương pháp Solvay cải tiến Để khắc phục nhược . trình công nghiệp từ các ngành công nghiệp hoá chất đến công nghiệp Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 3 nặng, công nghiệp nhẹ…đều. thành nước sản xuất sô đa lớn nhất thế giới. Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang 2 Chính vì nhu cầu cao nên sô đa được các nước. ng dụng trong chất tẩy rửa 20 3.3. ng dụng trong ha chất 21 3.4. Các ng dụng khác 22 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sản Xuất Soda Trang