Cong nghệ sản xuất acid sunfuaric

Sử dụng chủ yếu của axít sulfuric 60% sản lượng toàn thế giới là trong "phương pháp ướt" => sản xuất axít phốtphoric, là chất được sử dụng để sản xuất các loại phân hóa học phốtphat cũn

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

AXIT SUNFURIC

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

1 CÁC TÍNH CHẤT HÓA LÍ

 - Là chất lỏng, không màu, sánh như dầu, không bay hơi

 - H2SO4 98% có D=1,84 g/cm3; nặng gần gấp 2 lần nước

 + Làm quì tím hoá đỏ

 + Tác dụng với muối (điều kiện: sản phẩm kết tủa

hoặc bay hơi)

 + Tác dụng với oxit bazơ hoặc bazơ -> muối + H2O

 + Tác dụng kim loại trước hyđro -> muối hoá trị thấp của KL + H2

2 ỨNG DỤNG

1 Sử dụng chủ yếu của axít sulfuric (60% sản lượng toàn thế

giới) là trong "phương pháp ướt" => sản xuất axít

phốtphoric, là chất được sử dụng để sản xuất các loại phân hóa học phốtphat cũng như natri triphốtphat để làm bột giặt

Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + 10H2O → 5CaSO4·2 H2O + HF

+ 3H3PO4

2 Sản xuất nhôm sulfat

=> để tạo ra cacboxylat nhôm dạng giêlatin, giúp làm đông lại các sợi bột giấy thành bề mặt cứng của giấy

=> sản xuất nhôm hiđrôxít, là chất được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước để lọc các tạp chất, cũng như

để cải thiện mùi vị của nước

Al2O3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3 H2O

3 H2SO4 được sử dụng trong công nghiệp hóa dầu để tinh luyện dầu mỏ, ví dụ làm chất xúc tác cho phản ứng của isobutan với isobutylen để tạo ra isooctan, là hợp chất làm tăng chỉ số octan của xăng

4 Sản xuất các loại thuốc nhuộm

5 Hỗn hợp của axít sulfuric với nước được sử dụng làm chất điện giải trong hàng loạt các dạng ắc quy axít-chì trong đó nó tham gia vào phản ứng thuận nghịch để chì (Pb) và chì điôxít (PbO2) chuyển hóa thành chì(II)

sulfat

1 Lưu huỳnh:

 Nguyên liệu tốt nhất để sản xuất axit H2SO4

 Lưu huỳnh thu được khi nấu chảy đá thiên nhiên có chứa lưu huỳnh

 Khi đốt S trong khí ta sẽ thu được khí SO2 có nồng độ đặc hơn khi đốt Pirit và ít tạp chất hơn

 Có giá thành cao hơn Pyrit => 20% H2SO4

2 Quặng Pirit:

 Pirit là khoáng sunfua được sử dụng nhiều nhất trong

công nghiệp sản xuất khí SO2 Khoáng Pirit có thể đốt

trực tiếp nếu modun S cao ( >30% ); nếu modun S thấp khi đốt phải thêm S nguyên tố để đảm bảo hiệu suất cao

 Các Sunfua kim loại FeS2, Cu2S, ZnS, PbS

 Trong Pirit hàm lượng S : 35-50%; Fe : 30-40%, sunfat kim loại nặng (đồng, chì, asen, flo )

 Pirit sắt FeS2 nguyên chất 53,44% S và 46,56 Fe; có màu

vàng xám.

 Ở nước ta, hàm lượng S trong quặng Pirit khoảng 15% => không thể sản xuất H2SO4.

3 Các hợp chất phế thải công nghiệp chứa hợp chất của lưu huỳnh:

 Những phế thải của lò cao luyện gang, thép, lò luyện kim màu chứa khí SO2 được sử dụng chế tạo H2SO4

 Khí hydro sùnfua sinh ra trong các lò cốc, khói của các

lò đốt than chứa nhiều lưu huỳnh, các hợp chất lưu huỳnh tách ra từ dầu mỏ cùng là nguồn nguyên liệu đáng kể cho sản xuất axit H2SO4

 Các dung dịch thải của kĩ nghệ gia công kim loại

4 Thạch cao:

 Các loại sunfat: Thạch cao CaSO4.2H2O, thạch cao anhydric CaSO4, Na2SO4, MgSO4

 Đốt thạch cao + đất sét + than trong lò quay

_ Khí thu được chứa SO2 dùng cho sản xuất axit H2SO4

_ Xỉ còn lại trộn với các phụ gia để làm xi măng

4.CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Sản xuất axit H2SO4 có những giai đoạn chính sau:

Công nghệ tiếp xúc Công nghệ NOx

Công nghệ tiếp xúc sản xuất H2SO4

1 Sản xuất khí SO2

 S + O2 = SO2

 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2

Sản phẩm:

Khí: SO2, SO3, As2O3, SeO2…

Xỉ: oxyt sắt, muối sunfat, oxyt các kim loại khác, thạch cao… và FeS không oxy hóa hết (0,5-2% S)

a/Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình đốt pirit:

* Nhiệt độ:

Tăng nhiệt độ, quá trình cháy càng nhanh

Tăng một cách tùy ý

⇒Hiện tượng kết khối nguyên liệu

⇒Giảm tốc độ của quá trình và gây tắc lò, ngừng sản xuất, giảm độ bền của lò

=> Quá trình đốt pirit: T= 600-800 ˜C

a/Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình đốt pirit:

*Diện tich tiếp xúc giữa nguyên liệu và oxy trong không khí:

Phản ứng cháy của pirit trong không khí là quá trình dị thể Khí – Rắn

 Quá trình khuếch tán ngoài: quặng và không khí

 Quá trình khuếch tán trong: khuếch tán O2 và SO2 trong mao quản pirit sắt

Nghiền mịn quặng pirit => Tăng bề mặt tiếp xúc của pirit với

không khí

⇒ Tăng khuếch tán

⇒ Tăng tốc độ phản ứng

a/Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình đốt pirit:

*Lượng Oxy thổi vào lò:

Tăng Oxy thổi vào lò => Tăng tốc độ cháy => Tăng nhiệt tỏa ra => Nhiệt của lò tăng cao vượt quá nhiệt độ thích hợp

Mặt khác: tiêu tốn nhiều nhiệt để đốt nóng không khí (O2 và N2 dư); đồng thời, nồng độ SO2 bị pha loãng

(<7%) không có lợi cho quá trình thu SO3

=> Khống chế lượng Oxy vào lò

Không khí đi từ dưới lên và ra khỏi lò cùng với khí sản

phẩm: cung cấp Oxy cho lò đốt và đóng vai trò như một

chất khí mang.

Khí thu được: 9%SO2, 9%O2 và 82%N2.

Xỉ ra khỏi chứa 2%S chưa cháy.

Áp suất của khí trong lò bao giờ cũng giữ thấp hơn ngoài khí quyển nhờ quạt hút ở duới.

- Khi đốt, quặng pirit dễ nóng chảy thành cục, lò dễ bị

gỉ, gãy các găng lò, van lò

=> T <850-900

3

/

10 g m

*Lò tầng sôi:

Hiệu suất chuyển hóa có thể đạt 99%.

Không khí được thổi vào với tốc độ giữ cho các hạt quặng chuyển động kiểu

“lớp sôi” trong vùng đốt (T=800)

=>Ở trạng thái lơ lững, quặng pirit sẽ bị đốt cháy rất nhanh.

Thành phần khí ra chứa 15%SO2.

Xỉ ra khỏi chứa 0,5%S chưa cháy

Ưu điểm: cường độ làm việc lớn, nồng độ SO2 cao, quặng pirit cháy tốt hơn Nhược điểm: Độ bụi cao:

Không thể đốt đuợc nguyên liệu có kích thước hạt quá khác nhau bởi vì vận tốc không khí tương ứng với kích thước của hạt vì tỉ lệ thuận với kích thước hạt.

3

/

300g m

Ưu điểm: cơ cấu thiết bị đơn giản, cường độ làm việc cao, có

thể sử dụng nhiệt của khí ra khỏi lò cho thiết bị tận dụng nhiệt.

Nhược điểm: khí ra khỏi lò chứa nhiều bụi, yêu cầu cao về

nguyên liệu: quặng pirit tuyển nổi và khô, hàm lượng lưu huỳnh

ít dao động.

Các chỉ tiêu Lò cơ khí Lò phun Lò tầng sôi

Tuyển nổi 700-1000 1100 13 1-1,5

>100

Bất kỳ 1000-1800 800 15 0,5 300

2 Oxy hóa tiếp xúc SO2 thành SO3

2 SO + O V→2O5 SO ∆H < 0

3 Hấp thụ SO3 tạo axit sunfuric và oleum:

Sơ đồ sản xuất axit sunphuric

5.Xu hướng cải tiến

1.Thu hồi nhiệt thải: sản xuất nước nóng cung cấp cho

hệ thống sinh hoạt ở địa phương, các cơ sở sản xuất liền kề, sản xuất nước nóng để cô đặc H2SO4 trong nhà máy

=> Tìm ra các vật liệu thích hợp để chế tạo các thiết bị

trao đổi nhiệt có hiệu quả cao và có khả năng vận

hành lâu dài trong môi trường ăn mòn mạnh

2.Cải tiến các công đoạn hấp thụ và làm lạnh3.Cải tiến các hệ thống an toàn