Sản xuất khí clo và hidro

Sản xuất khí clo hidro Nhóm 3: Nguyễn Ngọc Tám Nguyễn Thị Thanh Kim Huệ Lê Thị Bích Trâm Lớp SPHóa k35 - Nhóm Sản xuất khí clo hidro Chủ đề 6: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ CÔNG NGHIỆP 1.3 SẢN XUẤT KHÍ CLO, HIDRO A CLO I Tính chất vật lí Clo (tiếng Hy Lạp: χλωρος, khí màu vàng lục) phát năm 1774 Carl Wilhelm Scheele, người sai lầm cho chứa oxy Clo đặt tên năm 1810 Humphry Davy, người khẳng định nguyên tố Clo (Chlorine) nguyên tố hóa học bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cl số nguyên tử 17 Nó halogen, nằm ô số 17, thuộc chu kì bảng tuần hoàn Ion Clo, thành phần muối ăn hợp chất khác, phổ biến tự nhiên chất cần thiết để tạo phần lớn loại hình sống, bao gồm thể người Clo có lực điện tử cao có độ âm điện đứng thứ tất nguyên tố Ở dạng khí, có màu vàng lục nhạt, nặng không khí khoảng 2,5 lần, có mùi hắc khó ngửi, chất độc cực mạnh Ở dạng nguyên tố điều kiện chuẩn, chất oxi hóa mạnh, sử dụng làm chất tẩy trắng khử trùng mạnh, thuốc thử cần thiết ngành công nghiệp hóa chất Là chất khử trùng thông thường, hợp chất clo sử dụng bể bơi để giữ vệ sinh Ở thượng tầng khí quyển, clo chứa phân tử chlorofluorocarbons, ký hiệu CFC, có liên quan việc gây hại tầng ôzôn Ở nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn, hai nguyên tử clo hình thành phân tử có hai nguyên từ Cl2 Đây chất khí màu vàng xanh có mùi đặc biệt mạnh mẽ nó, mùi thuốc tẩy Sự gắn kết hai nguyên tử tương đối yếu (chỉ 242,580 ± 0,004 kJ / mol), mà làm cho phân tử Cl2 phản ứng cao Điểm sôi bầu không khí thường xuyên khoảng -34 ˚C, hóa lỏng nhiệt độ phòng với áp lực atm Ở dạng nguyên tố, clo có dạng khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) nhị nguyên tử (phân tử) có màu vàng lục nhạt Clo khí có khả phản ứng gần với nguyên tố Ở 10 °C lít nước hòa tan 3,10 lít clo 30 °C 1,77 lít Một số thông số vật lí khí clo Màu sắc Vàng lục nhạt Trạng thái vật chất Chất khí Nhiệt độ nóng chảy 171,6 K (-101,5 °C, -150,7 °F) Nhiệt độ sôi 239,11 K (-34,04 °C, -29,27 °F) Lớp SPHóa k35 - Nhóm Sản xuất khí clo hidro Mật độ 3,2 g/L (at °C, 101.325 kPa) Mật độ thể lỏng nhiệt độ sôi: 1,5625g·cm−3 Điểm tới hạn 416,9 K, 7,991 MPa Nhiệt lượng nóng chảy (Cl2) 6,406 kJ·mol−1 Nhiệt lượng bay (Cl2) 20,41 kJ·mol−1 Nhiệt dung (Cl2) 33,949 J·mol−1·K−1 Áp suất P (Pa) 10 ởT (K) 139 153 170 128 100 k 10 k 100 k 197 239 II Tính chất hóa học Ngoài tính chất hóa học phi kim tác dụng với hầu hết kim loại tạo thành muối Clorua, tác dụng với Hiđro tạo khí hiđro clorua Phương pháp Clo hóa sử dụng khí Clo sinh (khí Clo sinh có khả hoạt hóa cao hẳn khí Clo cất giữ bình chứa thời gian) tác dụng trực tiếp với đối tượng cần Clo hóa kim loại, oxit kim loại hợp chất hữu (benzen, toluen ), với nước, bazơ, Clo thể số hóa tính phản ứng Clo hóa sau: Tác dụng với nước tạo dung dịch nước clo: Cl2 (k) + H2O (l) ↔ HCl (dd) + HClO (dd) Dung dịch nước Clo dung dịch hỗn hợp Cl2, HCl HClO nên có màu vàng lục, mùi hắc Clo; dung dịch axit lúc đầu làm giấy quỳ chuyển sang màu đỏ nhanh chóng bị màu sau tác dụng oxi hóa mạnh Axit Hipoclorơ HClO Tác dụng với dung dịch Natri Hiđroxit NaOH tạo dung dịch nước Giaven: Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H2O (l) Lớp SPHóa k35 - Nhóm 3 Sản xuất khí clo hidro Dung dịch nước Javen hỗn hợp hai muối Natri Clorua NaCl Natri Hipoclorit NaClO, có tính tẩy màu tương tự Axit Hipoclorơ HClO, Natri Hipoclorit NaClO chất oxi hóa manh Ngoài ra, Cl2 tác dụng với kiềm dạng rắn nhiệt độ cao: 3Cl2 (k) + 6KOH (r) −(t°)-> 5KCl (dd) + KClO3 (dd) + 3H2O (l) III Công nghệ sản xuất khí clo Khí clo sản xuất từ phương pháp điện phân dung dịch muối clo nóng chảy phương pháp oxi hóa cloruahidro Trong công nghiệp clo sản xuất chủ yếu điện phân dung dịch muối NaCl Điện phân dung dịch muối ăn phương pháp để sản xuất xút, clo, bên cạnh Hydro Ở ta xét khía cạnh sản xuất khí công nghiệp Như trình điện phân khác, đặt vào dung dịch muối ăn hai điện cực với dòng điện chiều anot xảy phản ứng điện cực Cl- OH- catot xảy phản ứng H+ nước Na+ Tại anot: 2Cl- - 2e = Cl2 (1) 4OH- - 4e = O2 + 2H2O (2) Tại catot: 2H2O + 2e = H2 + 2OH- (3) Na+ + e = Na Quá trình phóng điện điện cực cuả ion nói phụ thuộc vào tiêu chuẩn chúng, vào dòng điện (mật độ dòng) vào hoạt độ hóa điện cực cuả ion Hình 2.7 thể phụ thuộc điện cực vào mật độ dòng điện phân dung dịch NaCl Mặc khác tùy theo vật liệu sử dụng làm điện cực mà trình điện phân xảy chủ yếu theo trình trình bày hình 2.7 + Nếu dùng anot la than graphit oxi điện cực lớn nhiều so với Clo catot chủ yếu xảy trình phóng điện cuả ion clorua theo phương trình (1) Nếu catot sử dụng thép không gỉ chủ yếu xảy trình phóng điện ion Hydro theo pt (2) hydro môi trường trung tính cực sắt +0,41V, Natri +2,71V Trong trường hợp này, người ta phải sử dụng màng ngăn để tránh trình phụ xảy lợi cho mục tiêu sản xuất Lớp SPHóa k35 - Nhóm Sản xuất khí clo hidro E(V) E(V) 2Cl- = Cl2 +2e (1) 2Cl- = Cl2 +2e (3) 1,5 1,5 2H2O +2e= 2OH- +H2 (4) - 2H2O +2e= 2OH +H2 (2) 0,0 0,0 -1,5 -1,5 A (kA/m2) Na+ nHg =NaHgn (5) A (kA/m2) Hình 2.7: Sự phụ thuộc điện cực vào mật độ dòng ion điện phân dung dịch NaCl + Ngược lại sử dụng catot thủy ngân hydro điện cực lớn nhiều so với natri (+1,85V so với +1,20V); chủ yếu xảy phóng điện ion Natri theo phương trình ( 5) để hình thành Na kim loại hỗn hống thủy ngân Sau Natri hỗn hống tác dụng với H2O để tạo thành NaOH hydro Na+ nHg =NaHgn 2NaHgn + 2H2O = 2NaOH +2nHg + H2 Từ tượng sản xuất công nghiệp hình thành hai công nghệ điện phân có màng ngăn công nghệ điện phân sử dụng catot thủy ngân Và có công nghệ điện phân màng tế bào Trong công nghệ này, sản phẩm xút Clo hidro coi sản phẩm phụ Điện phân tế bào thủy ngân: Là phương pháp sử dụng để sản xuất clo mức công nghiệp Anốt titan nằm phía catốt thủy ngân lỏng, dung dịch clorua natri nằm điện cực Khi có dòng điện chạy qua, clo giải phóng cực dương, natri hòa tan catốt thủy ngân tạo thành hỗn hống - - Hỗn hống tái tạo lại thủy ngân cách cho phản ứng với nước tạo hiđro hiđroxit natri Chúng sản phẩm phụ có ích - Phương pháp tiêu hao nhiều lượng có vấn đề thất thoát thủy ngân Điện phân có màng ngăn: Lớp SPHóa k35 - Nhóm Sản xuất khí clo hidro - Màng ngăn amiăng bọc lấy catốt lưới sắt để ngăn không cho clo hiđroxit natri tạo tái phản ứng Muối & điều chế nước muối: NaCl nguyên liệu để sản xuất xút Clo phương pháp điện phân (NaCl có nước biển, mỏ muối) Muối dùng làm nguyên liệu sản xuất xút - Clo phải theo tiêu chuẩn NaCl > 97,5% ; chất tan < 0,5 % ; Ca2+ < 0,4% ; Mg2+ < 0,05% ; K+[...]... 17 Sản xuất khí clo và hidro III Sản xuất khí hidro trong công nghiệp Bằng các phương pháp : -Ðiện phân nước -Phương pháp phân ly khí cốc bằng cách làm lạnh thâm độ -Chuyển hóa các Hydro Cacbon 1 Phương pháp điện phân nước: Phương pháp điện hóa để sản xuất hydro và oxy dựa trên quá trình điện phân nước Ở đây oxy tạo thành được coi là một sản phẩm phụ vì sản xuất oxy bằng con đường tinh cất không khí. .. hợp) Clo cũng được sử dụng trong sản xuất các clorat, clorofom, tetraclorua cacbon và trong việc chiết xuất brôm Clo cũng là thành phần trong chất sinh hàn Freon Trong hóa hữu cơ chất này được sử dụng rộng rãi như là chất oxi hóa và chất thế vì clo thông thường tạo ra nhiều thuộc tính có ý nghĩa trong các hợp chất hữu cơ khi nó thay thế hiđrô (chẳng hạn như trong sản xuất cao su tổng hợp) B KHÍ HIDRO. .. chế biến trung gian khác nhau và được sử dụng, kết hợp với các hoạt động xúc tác nứt, để chuyển đổi các hợp chất nặng và không bão hòa với các hợp chất nhẹ hơn và ổn định hơn Lớp SPHóa k35 - Nhóm 3 26 Sản xuất khí clo và hidro Các ngành công nghiệp dược phẩm sử dụng hydrogen để sản xuất vitamin và các sản phẩm dược phẩm khác Số lượng lớn hydrogen được sử dụng để làm sạch khí (ví dụ như argon) có chứa... hình 6-11 Khí thiên nhiên đưa vào tháp bão hòa (1) p= 2 atm, t= 82C nâng nhiệt độ của khí lên 7880C và làm khí bão hòa hơi nước ( tỷ lệ hơi nước :khí = 0,35:1) ra khỏi tháp (1) hỗn hợp khí được bổ sung tiếp hơi nước đến tỷ lệ hơi nước :khí =1:1 rồi vào thiết bị trao đổi nhiệt (2) tăng t lên 500  600C vào thiết bị (3) để trộn oxi hoặc không khí giàu oxi Sau đó hỗn hợp hơi - khí được đưa vào thiết... thành CO và hydro và chuyển hóa tiếp CO thành H2 và CO2 Trong công nghiệp, người ta thường dùng 3 phương pháp chuyển hóa CH4: - Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác - Chuyển hóa bằng hơi nước có oxi, hoặc hơi nước - oxi - không khí, có xúc tác - Chuyển hóa bằng oxi hoặc không khí và oxi ở nhiệt độ cao a) Chuyển hóa metan bằng hơi nước có xúc tác: Lớp SPHóa k35 - Nhóm 3 22 Sản xuất khí clo và hidro Sơ... trao đổi nhiệt (5), khí cốc đến -105C bằng hỗn hợp N2-H2-CH4 làm ngưng tụ phân đoạn propylen và các Hydro Cacbon khác - Thiết bị trao đổi nhiệt (6) làm lạnh khí cốc bằng hỗn hợp N2-H2 đến -145C làm ngưng tụ phân đoạn etylen có lẫn các Hydro Cacbon mạch dài, nước và CO2 dưới dạng rắn - Elylen còn lại bị phân ly ở (7) Lớp SPHóa k35 - Nhóm 3 21 Sản xuất khí clo và hidro - Hỗn hợp vào thiết bị trao đổi... phân phối điện quốc gia Người tiêu thụ có thể tự sản xuất điện Sản xuất điện bằng pin nhiên liệu hydro sẽ phá thế độc quyền trong sản xuất và phân phối điện Nền kinh tế hydro sẽ thay thế nền kinh tế hóa thạch: cuộc cách mạng về năng lượng đang được hiện thực hóa Hydro và pin nhiên liệu là chìa khóa giải quyết vấn đề ô nhiễm bầu khí quyển và sự biến đổi khí hậu toàn cầu – mối lo của toàn thế giới hiện... xúc tác của oxy và hydro tiếp bằng cách khử nước dẫn Thủy tinh và Gốm sứ: Trong sản xuất kính nổi, hydro là cần thiết để ngăn chặn quá trình oxy hóa của bồn tắm thiếc lớn Thực phẩm và Đồ uống: Nó được sử dụng để hydrogenate axit béo không bão hòa trong dầu động vật và thực vật, sản xuất chất béo rắn cho bơ thực vật và các sản phẩm thực phẩm khác Điện tử: Hydro được sử dụng như một khí mang cho như... với clo • Sử dụng rộng rãi trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm, thực phẩm, thuốc trừ sâu, sơn, sản phẩm hóa dầu, chất dẻo,dược phẩm, dệt may, dung môi và nhiều sản phẩm tiêu dùng khác • Trong hóa hữu cơ chất này được sử dụng rộng rãi như là chất oxi hóa và chất thế vì clo thông thường tạo ra nhiều thuộc tính có ý nghĩa trong các hợp chất hữu cơ khi nó thay thế hiđrô (chẳng hạn như trong sản xuất. .. việc sản xuất hydrogen sẽ là một quá trình sạch (không khí thải), tái sinh và bền vững 2 Phương pháp làm lạnh thâm độ khí cốc : Thành phần khí cốc (%): - Hidro: 35 - 61% ; -Khí CO2 2-4%; -Metan 24 - 28% - N2 : 2 - 7 % ;- Olê fin(etylen,propylen) :1,5 - 3% ;Oxi :0,2 -2,5% Ngoài ra ,trong khí cốc còn có các hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh , benzen, naphtalen, nitơoxit, axetilen Các phân đoạn trong khí cốc