bài tiểu luận sản xuất axit clohidric

ỨNG DỤNG: 1.Tẩy gỉ thép - Một trong những ứng dụng quan trọng của axít clohiđric là dùng để loại bỏ gỉ trên thép, đó là các oxit sắt, trước khi thép được đưa vào sử dụng với những mục đí

BÀI TIỂU LUẬN: SẢN XUẤT AXIT

CLOHYDRIC

I GIỚI THIỆU CHUNG:

- Axit clohiđric được Basil Valentine, thầy tu dòng Be-ne-dict Đức, phát hiện vào thế kỷ 15, bằng cách nung muối ăn và axit sunfuric

- Năm 1818 Humphry Davy ở Penzance, Anh đã chứng minh rằng thành phần hóa học bao gồm hiđro và clo

- Axit HCl có trong dịch vị được tiết ra từ dạ dày

II TÍNH CHẤT VẬT LÝ:

- Khí hiđro clorua tan vào trong nước tạo thành dung dịch axit clohiđric

- Axit clohiđric là chất lỏng không màu, mùi sốc, hơi nhớt, nặng hơn nước (d = 1,19g/cm3), khúc xạ ánh sáng nhiều hơn nước (n = 1,342)

- Axit clohiđric đậm đặc nhất có nồng độ tối đa là 40% Ở dạng đậm đặc, HCl “bốc khói trong không khí ẩm tạo thành sương mù axit, có khả năng ăn mòn các mô con người, gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da và ruột

III TÍNH CHẤT HÓA HỌC:

1 Tính axit mạnh:

- Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ

- Tác dụng với kim loại đứng trước H giải phóng khí hiđro

Fe + HCl → FeCl2 + H2↑

- Tác dụng với oxit kim loại → muối (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + H2O

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

- Tác dụng với bazơ → muối (trong đó kim loại giữ nguyên hóa trị) + H2O

- Tác dụng với muối → muối mới + axit mới

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑

2 Tính oxi hóa - khử:

- HCl thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các kim loại đứng trước H2 (tính oxi hóa thể hiện ở H+

- HCl đóng vai trò chất khử khi tác dụng với chất có tính oxi hóa mạnh như KMnO4, K2Cr2O7, MnO2, KClO3, (tính khử thể hiện ở Cl-)

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O

IV ỨNG DỤNG:

1.Tẩy gỉ thép

- Một trong những ứng dụng quan trọng của axít clohiđric là dùng để loại bỏ gỉ trên thép, đó là các oxit sắt, trước khi thép được đưa vào sử dụng với những mục đích

khác như cán, mạ điện và những kỹ thuật khác.HCl dùng trong kỹ thuật có nồng độ 18% là phổ biến, được dùng làm chất tẩy gỉ của các loại thép cacbon

Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O

- Axit đã qua sử dụng được tái dùng nhiều lần gọi là các dung dịch sắt (II) clorua, nhưng mức độ các kim loại nặng cao trong dung dịch tẩy này làm giảm hiệu quả của phản ứng

- Công nghiệp tẩy thép đã phát triển các công nghệ “tái chế axít clohiđric”, như công nghệ lò phun hoặc công nghệ tái sinh HCl tầng sôi, quá trình này cho phép thu hồi HCl từ chất lỏng đã tẩy rửa Công nghệ tái chế phổ biến hất

là pyrohydrolysis, thực hiện theo phản ứng sau:

4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3

- Bằng cách hồi phục đặc tính của axít đã qua sử dụng, người ta thực hiện theo một chu trình axít khép kín Sản phẩm phụ trong quá trình tái chế là sắt (III) oxit được thu hồi và sử dụng vào nhiều mục đích trong công nghiệp

2 Sản xuất các hợp chất hữu cơ

- Một ứng dụng quan trọng khác của axít clohiđric là được dùng để sản xuất các hợp chất hữu cơ như vinyl clorua và dicloroetan để sản xuất PVC Quá trình này sử dụng các axít do doanh nghiệp sản xuất chứ không từ thị trường tự do

2 CH2=CH2 + 4 HCl + O2 → 2 ClCH2CH2Cl + 2 H2O

- Các hợp chất hữu cơ khác được sản xuất từ HCl như bisphenol A sản xuất polycacbonat, than hoạt tính, và axit ascobic, cũng như trong một số sản phẩm của ngành dược

gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính

3 Sản xuất các hợp chất vô cơ

- Nhiều sản phẩm có thể được sản xuất từ axít clohiđric theo phản ứng axít-bazơ tạo ra các hợp chất vô cơ Chúng bao gồm các hóa chất xử lý nước như sắt (III) clorua và polyaluminium clorua (PAC) ([Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong đó m

≤10, n ≤ 5)

Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O

- Cả sắt (III) clorua và PAC đều được sử dụng làm chất keo tụ và chất đông tụ để làm lắng các thành phần trong quá trình xử lý nước thải, sản xuất nước uống, và sản xuất giấy

- Các hợp chất vô cơ khác được sản xuất dùng HCl như muối canxi clorua, niken (II) clorua dùng cho việc mạ điện và kẽm clorua cho công nghiệp mạ và sản xuất pin

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (canxi clorua từ đá vôi)

4 Kiểm soát và trung hòa pH

- Axit clohiđric có thể được dùng để điều chỉnh tính bazơ của dung dịch

OH− + HCl → H2O + Cl−

- Trong công nghiệp yêu cầu độ tinh khiết (thực phẩm, dược phẩm, nước uống), axít clohiđric chất lượng cao được dùng để điều chỉnh pH của nước cần xử lý

- Trong ngành công nghiệp không yêu cầu độ tinh khiết cao, axít clohiđric chất lượng công nghiệp chỉ cần đủ để trung hòa nước thải và xử lý nước hồ bơi

5 Tái sinh bằng cách trao đổi ion

- Axit HCl chất lượng cao được dùng để tái sinh các nhựa trao đổi ion Trao đổi cation được sử dụng rộng rãi để loại các ion như Na+ và Ca2+ từ các dung dịch chứa nước, tạo ra nước khử khoáng Axit này được dùng để rửa các cation từ các loại nhựa

Na+ bị thay thế bởi H+

Ca2+ bị thay thế bởi 2 H+

- Trao đổi ion và nước khử khoáng được sử dụng trong tất cả các ngành công nghiệp hóa, sản xuất nước uống, và một số ngành công nghiệp thực phẩm

6 Ứng dụng khác

- Axit HCl được sử dụng nhiều ứng dụng ở quy mô nhỏ như: xử lý da, vệ sinh nhà cửa, và xây dựng nhà

- Trong khai thác dầu, axit HCl có thể được dùng để bơm vào trong tầng đá của giếng dầu nhằm hòa tan một phần đá hay còn gọi là "rửa giếng", và tạo các lỗ rỗng lớn hơn Axit hóa giếng khoan là một quá trình phổ biến được sử dụng trong công nghiệp khai thác dầu biển Bắc

- Khi trộn dung dịch axit clohiđric đậm đặc và dung dịch axit nitric đậm đặc theo tỉ

lệ mol 1:3 (được gọi là nước cường toan) thì nó có khả năng hòa tan vàng và bạch kim

- Một số phản ứng hóa học liên quan đến axit HCl được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm, các thành phần thực phẩm và phụ gia thực phẩm Các sản phẩm đặc trưng nhưa spartame, fructose, axit citric, lysine, thủy phân protein thực vật, và

trong sản xuất gelatin Axit HCl cấp thực phẩm (loại an toàn cho con người khi sử dụng) có thể được ứng dụng khi cần thiết trong sản phẩm cuối cùng

Trong sinh vật:

- Axit gastric là một trong những chất chính tiết ra từ dạ dày Nó chứa chủ yếu là axít clohiđric và tạo môi trường axít trong dạ dày với pH từ 1 đến 2

- Axit gastric giữ vai trò là một chất kháng lại các vi sinh vật để ngăn ngừa nhiễm trùng và là yếu tố quan trọng để tiêu hóa thức ăn pH dạ dày thấp làm biến tính các protein và do đó làm chúng bị dễ phân hủy bởi các enzym tiêu hóa như pepsin

V QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT CLOHIĐRIC:

1 Phương pháp chưng cất từ clorua kim loại với axit sunfuric:

- Đây là phương pháp cổ điển đề sản xuất khí HCl, cho đến nay phương pháp này không có ý nghĩa lớn trong kĩ thuật, đôi khi phương pháp này còn sử dụng để điều chế HCl tinh khiết trong phòng thí nghiệm

- Khi cho NaCl tiếp xúc với axit sunfuric đặc ngay ở nhiệt độ thường thì HCl được tạo thành bay ra từ hỗn hợp và hình thành muối axit NaHSO4 Khi nhiệt độ lên khoảng 3000C thì phản ứng xảy ra hoàn toàn, theo phương trình:

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl

- Khi nâng nhiệt độ lên khoảng 6000C thì HCl tiếp tục được tạo ra do NaHSO4 phản ứng với NaCl Phản ứng này kết thúc ở nhiệt độ khoảng 8000C

NaHSO4 + NaCl → Na2SO4 + HCl

2 Phương pháp phân hủy nhiệt các muối clorua:

- Phương pháp phân hủy nhiệt rất tốn kém về nhiên liệu cũng như nguyên liệu đầu

Vì vậy nó chỉ mang tính chất về nguyên lý, trong thực tế phương pháp này hầu như không được ứng dụng, trừ khi khí HCl được sinh ra như là sản phẩm phụ của một quá trình phân hủy trong các sản xuất khác

3.Sản phẩm clo hóa trong sản xuất chất hữu cơ:

- Nhiệt phân 1,2-dicloretan tạo thành vinyl clorua, 90% lượng axit clohiđric sản xuất ở Mỹ dùng phương pháp clo hóa này:

C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2

C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl↑

- Clorua hóa ankan:

Cl2 + RH → RCl + HCl↑

với R-là gốc hydrocacbon

- Phản ứng trao đổi gốc clo với HF Phản ứng này được dùng để chuyển sản phẩm clo hóa (RCl) tạo ra HCl

RCl + HF → RF + HCl↑

- Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan:

2 CHF2Cl → CF2=CF2 + 2 HCl↑

- Từ đốt rác thải hữu cơ clo:

C4H6Cl2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O + 2HCl↑

Sau quá trình tạo khí HCl, dòng khí chứa HCl đưa qua tháp hấp thụ, ở đây HCl lỏng đậm đặc được tạo ra bằng cách hấp thụ hơi HCl vào trong dung dịch axít

clohiđric yếu và được tách ra Trong khi đó, dòng khí cuối cùng được đưa tới thiết

bị làm sạch để loại HCl tự do trước khi thải ra ngoài không khí

4 Phương pháp tổng hợp trực tiếp từ clo và hyđro nguyên tố:

- Hiện nay phương pháp tổng hợp trực tiếp từ clo và hyđro nguyên tố là phương chủ yếu để sản xuất khí hyđroclorua cũng như axit clohyđric, theo phản ứng đốt cháy hyđro trong dòng clo nguyên tố:

H2 (k) + Cl2 (k) → 2HCl (k) + 180 kJ

- Sơ đồ công nghệ sản xuất axit clohiđric có thể được tổng quát theo sơ đồ bằng chữ sau:

Nguyên tắc: HCl được hình thành sau phản ứng đốt hiđro trong dòng clo nguyên

tố

H2 + Cl2 → 2HCl

- Quá trình đốt hyđro và clo được tiến hành trong lò thạch anh và được làm lạnh bằng nước sao cho nhiệt độ trong lò phản ứng nằm trong khoảng 600-700 0C

- Đây là phản ứng oxi hóa rất mãnh liệt, nếu trộn hyđro và clo theo tỉ lượng trong một thể tích đủ lớn sẽ gây nổ Chính vì vậy mà mà H2 và Cl2 được dẫn bằng hai

đường riêng biệt vào một buồng trộn nhỏ nay trước vòi đốt và luôn giữ lượng hiđro

dư khoảng 2% Ngọn lửa H2 và Cl2 cháy trong lò tạo ra khí HCl và một lượng nhiệt rất lớn Hệ thống làm lạnh bằng nước được bố trí xung quanh thành bên trong của

lò để giữ cho nhiệt độ vượt quá 7000C

- Khí HCl khô từ cửa lò đốt được làm nguội bằng cách trao đổi nhiệt trong tháp và nén lỏng dưới áp suất cao trong các téc bằng thép để đưa đi sử dụng hoặc cho hấp thụ vào trong nước để thu axit HCl

Sơ đồ công nghệ sản xuất axit clohiđric:

Quá trình hấp thụ tạo axit HCl có thể được tóm tắt như sau:

- Khí HCl từ bom / téc (3) qua van chiết lưu được đưa theo hướng từ dưới lên vào tháp hấp thụ đệm (4) có trang thiết bị hệ thống làm lạnh bằng nước

- Sau đó khí dư được dẫn tiếp sang tháp hấp thụ (5) để hấp thụ triệt để Tại tháp (5) nước sạch được phun từ trên xuống

- Dung dịch axit loãng từ tháp (5) đi ra có thể quay vòng trở lại hoặc dẫn sang tháp (4) cũng phun từ trên xuống để bão hòa HCl

- Sản phẩm axit được lấy ra từ cuối tháp (4) thường có nồng độ 30 – 35%

Sơ đồ thiết bị sản xuất axit clohiđric trong công nghiệp:

Quá trình hấp thụ tạo axit có thể tóm tắt như sau:

- Sau quá trình điện phân thu được H2 và Cl2, dẫn hai khí này vào tháp T1 xảy

ra phương trình phản ứng sau:

H2 + Cl2 → 2HCl

- Khí HCl được dẫn qua tháp hấp thụ T2, lượng khí HCl chưa hấp thụ được dẫn qua tháp hấp thụ T3

- Dung dịch HCl thu được ở tháp T3 sẽ được dẫn trở lại tháp T2 để làm đặc Một phần khí chưa được hấp thụ sẽ được thải ra ngoài