Kĩ thuật sản xuất axit sunfuric

Các chất vô cơ có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau +Theo phân nhóm: như nhóm IA ; IIA ,IB,… +Theo chu kỳ : +Theo đặc tính: muối , oxyt , hydroxyt ,muối kép,đơn chất,… +Theo nguyên tố : hợp chất nito, photpho, silic,… +Theo trạng thái tự nhiên: khoáng chất như canxit, gippsit,… theo hình dạng,trạng thái như :hạt , bột , rắn, lỏng, khí,dạng thủy tinh,… +Theo cấu trúc : Tinh thể, vô định hìnhCác chất vô cơ có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau +Theo phân nhóm: như nhóm IA ; IIA ,IB,… +Theo chu kỳ : +Theo đặc tính: muối , oxyt , hydroxyt ,muối kép,đơn chất,… +Theo nguyên tố : hợp chất nito, photpho, silic,… +Theo trạng thái tự nhiên: khoáng chất như canxit, gippsit,… theo hình dạng,trạng thái như :hạt , bột , rắn, lỏng, khí,dạng thủy tinh,… +Theo cấu trúc : Tinh thể, vô định hìnhCác chất vô cơ có thể phân loại theo nhiều cách khác nhau +Theo phân nhóm: như nhóm IA ; IIA ,IB,… +Theo chu kỳ : +Theo đặc tính: muối , oxyt , hydroxyt ,muối kép,đơn chất,… +Theo nguyên tố : hợp chất nito, photpho, silic,… +Theo trạng thái tự nhiên: khoáng chất như canxit, gippsit,… theo hình dạng,trạng thái như :hạt , bột , rắn, lỏng, khí,dạng thủy tinh,… +Theo cấu trúc : Tinh thể, vô định hình

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC Chương I Chương II Chương III Chương IV Chương V Các quá trình điển hình Photpho và hợp chất Nitơ và hợp chất Kĩ thuật sản xuất phân bón Kĩ thuật sản xuất axit sunfuric CHƯƠNG I Đặt vấn đê Quá trình nung Quá trình hòa tan – kết tinh Quá trình kết khối CHƯƠNG II Tính chất lí hóa – ứng dụng Photphat thiên nhiên Kĩ thuật sản Kĩ thuật sản xuất xuất axit photphoric Photphorit bột Kĩ thuật sản xuất super photphat CHƯƠNG III Tính chất lí hóa Kĩ thuật sản xuất amoniac Kĩ thuật tổng hợp urê CHƯƠNG IV Đại cương vê phân bón Kĩ thuật sản xuất phân bón hỗn hợp Kĩ thuật sản xuất phân bón phức hợp Kĩ thuật sản xuất phân bón NPK dạng lỏng CHƯƠNG V Tính chất lí hóa Điêu chế khí SO2 Điêu chế khí SO3 Hấp thụ khí SO3 LỜI MỞ ĐẦU • PHÂN LOẠI: Các chất vô có thể phân loại theo nhiêu cách khác +Theo phân nhóm: nhóm IA ; IIA ,IB,… +Theo chu kỳ : +Theo đặc tính: muối , oxyt , hydroxyt ,muối kép,đơn chất,… +Theo nguyên tố : hợp chất nito, photpho, silic,… +Theo trạng thái tự nhiên: khoáng chất canxit, gippsit,… theo hình dạng,trạng thái :hạt , bột , rắn, lỏng, khí,dạng thủy tinh,… +Theo cấu trúc : Tinh thể, vô định hình PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ Có rất nhiêu phương pháp được sử dụng để điêu chế các hợp chất vô Các phương pháp được lựa chọn dựa nguồn nguyên liệu đầu, đặc tính , trạng thái sản phẩm ,điêu kiện thiết bị,yêu cầu vê chất lượng sản phẩm ,… • Tùy theo nguồn nguyên liệu: +Từ khoáng Apatit: + Theo phương pháp trích ly : + Theo phương pháp nhiệt : Ca5F(PO4) + C = CaO + P2 + +Từ photpho : P2 + O2 + H2O = H3PO4 • Tùy theo đặc tính sản phẩm: ví dụ: điêu chế axit photphoric Ca5F(PO4)2 +H2SO4 = H3PO4 +CaSO4+HF Chương I: các quá trình điển hình • Đặt vấn đề: Trong ngành sản xuất các chất vô có quá trình thường xuyên được áp dụng : + Quá trình nung , sấy vật liệu + Quá trình hòa tan, tách tan chuyển chất rắn vào lỏng + Quá trình kết tinh chuyển chất tan vê dạng rắn + Quá trình nghiên, sàng thu chất rắn có d xác định + Quá trình che phủ, đóng gói , bảo quản,… Trong đó các quá trình có tần suất lặp cao có thể coi là các quá trình điển hình ngành vô Quá trình phân hủy photphat HNO3 • Phản ứng: Ca5F(PO4)3 +HNO3 =Ca(NO3)2 +H3PO4+HF ;(1) • Do từ (1) thu dung dịch nên có thể có các pư : Ca5F(PO4)3 + H3PO4 = Ca(H2PO4)2 + HF Ca(NO3)2 +H3PO4 ↔Ca(H2PO4)2 +HNO3 (2) (3) Ca(NO3)2 + Ca(H2PO4)2 ↔CaHPO4 +HNO3 (4) • • Hay: Ca(H2PO4)2 + aq ↔ CaHPO4 +H3PO4 (5) Quá trình xảy tương tự trích ly axit H2SO4 nhanh Cơ sở kỹ thuật xử lý dung dịch 1- Tách riêng các thành phần dd : • • Tăng pH dd để thu CaHPO4 kết tủa các phản ứng (3) ,(4) và (5) theo chiêu thuận Sau lọc kết tủa DCP dd muối Ca(NO3)2 được xử lý theo hướng: + Làm lạnh để kết tủa Ca(NO3)2 + Ca(NO3)2 + (NH4)2CO3 = CaCO3↓ +NH4NO3 • Sau lọc CaCO3 dd được cô đặc và làm lạnh kết tinh muối nitrat amoni - Xử lý dung dịch sx phân phức hợp NPK Do tỷ lệ CaO : P2O5 dd cao(≈1,2) nên để tránh tạo muối TCP ( TL ≤1,183) cần giảm tỷ lệ xuống ≤ 0,79 ( DCP) hay ≤ 0,39 (MCP) theo cách sau: a) Làm lạnh kết tinh một phần nitrat can xi (ít dùng) b) Thêm một lượng axit photphoric c) Kết tủa một phần canxi dạng CaSO4 khi: + Bổ xung muối sulfat amoni ( SA) + Bổ xung H2SO4 (có thể trộn với HNO3 từ đầu) d) Kết tủa can xi dạng cacbonat ( dùng NH3 và CO2 ) - Nguyên lý quá trình xử lý dung dịch • • Nếu bỏ qua thành phần tạp chất có dung dịch trích ly Hệ có Ca(NO3)2 ; H3PO4 và H2O  dùng giản đồ hệ CaO-P2O5-N2O5-H2O để khảo sát thay đổi thành phần pha Thực tế tùy theo các hướng xử lý hình thành các phương pháp sản xuất phân phức hợp khác Trong đó pp (a) và(b) thu sản phẩm chất lượng tốt (45-50% chất dinh dưỡng) còn pp ( c ) và (d) (35-36% ) Các điểm nút đường đẳng nhiệt 250 Ký hiệ u Thành phần dung dịch %khối lượng Pha rắn Mol/1000mol H2O CaO P 2O5 N 2O5 CaO P 2O5 N 2O5 A 5,81 24,2 - 26,7 43,8 - MCP.H2O + DCP N 19,73 1,18 37,26 151,7 3,6 148,5 M.H2O + DCP + CN.4H2O M 19,79 Vết 37,74 149,8 Vết 149,8 D + CN.4H2O+TCP.H2O P 14,24 18,21 30,36 122,9 62,9 136,0 M.H2O+CN.4H2O+CN.3H2O B 11,03 - 51,89 95,4 - 233,1 CN.4H2O + CN.3H2O C 9,54 - 56,28 89,5 - 274,3 CN.3H2O + CN.2H2O D 2,79 - 62,84 26,1 - 304,6 CN.2H2O + CN Các điểm nút đường đẳng nhiệt 500 Ký hiệu Thành phần dung dịch %khối lượng Pha rắn Mol/1000mol H2O CaO P2O5 N2O5 CaO P2O5 N2O5 A 5,88 28,85 - 56,0 N 23,41 4,80 45,81 289,9 23,4 292,3 M.H2O + DCP + CN.2H2O M 26,63 0,10 51,27 389,0 0,60 389,0 DCP +CN.2H2O +TCP.H2O P 20,79 11,12 43,28 269,3 56,4 290,6 M.H2O+CN.2H2O+CN D 25,95 - 374,3 CN.2H2O+CN t 8,2 20,60 8,30 - - - DCP + MCP.H2O q 10,8 27,0 - - - MCP.H2O + CN 28,9 51,23 265,2 - 30,8 - MCP.H2O + DCP Hệ CaO-P2O5-N2O5-H2O 250 CaO % Ca(NO3)2.4H2O 30 M 20 N 10 H2O 10 60 N2O5 % g 10 CaHPO4 20 Ca(NO3)2 30 t 40 Ca(NO3)2.2H2O g p O O H H )2 ) NO O ( a C (N Ca 2H 2O ) B O N Ca( C D Ca(H2PO4)2.H2O t Aq Ca(H2PO4)2.H2O N M 40 50 p CaHPO4 20 30 Ca(NO3)2.3H2O q P2O5 % Hệ CaO-P2O5-N2O5-H2O 500 CaO % D 20 M Ca(NO3)2.2H2O N P Ca( HP O ) 10 CaHPO H 2O H O g 10 20 t 10 20 40 50 u N M NO % A 30 u g CaHPO4 30 40 t q A D O H ) O4 P H Ca( Ca(NO3)2 P Ca(NO3)2.2H2O q P2O5 % Cơ sở kỹ thuật sản xuất phân phức hợp NPK • Tùy nguyên liệu,p pháp xử lý,sản xuất thu sản phẩm : + Nitrophot ( chứa N dạng nitrat và lân) + Nitrophotka ( thêm kali) + Amophot ( chứa N dạng amoni và lân ) + Amophotka ( thêm kali) • Tất cả các qui trình sx phức hợp NPK đêu gồm các bước: + Phản ứng hợp chất N với hợp chất P + Bổ xung hợp chất kali + Tạo hạt , sấy , sàng phân loại 1-phương pháp cacbonat • Khi thêm NH3 và CO2 vào dd trích ly : Ca(NO3)2+H3PO4+NH3+CO2+H2O =CaHPO4+ NH4NO3 + CaCO3 • Lưu ý:tăng pH từ từ tránh tạo TCP (pH=8,5-9) trì 4-5,để ổn định pH cần thêm muối Mg với tỷ lệ 9kg Mg / 100 kg P2O5 Khi pH > làm giảm [P2O5] hq từ 90 còn 32-35% • Bổ xung muối kali vào hỗn hợp Tỷ lệ và hàm lượng chất dinh dưỡng Thành phần (%) Nitrophot nitrophotka N 18,20 15,98 P2O5 10,30 10,88 K2O - 10,88 Σ NPK 28,50 37,74 N:P:K 1,76 : : 1,47 : : Dạng P2O5 Tan xitrat Tan xitrat 2- Phương pháp sulfat • • • • • • Khi thêm H2SO4 hay sulfat amoni (SA) kết tủa một phần CaO dạng CaSO4 Axit có thể cho với HNO3 phân hủy apatit ( [HNO3 ] =47% và [H2SO4] =92,5 % ) Ca5F(PO4)3+HNO3+H2SO4=CaSO4+Ca(NO3)2+H3PO4+HF Ca(NO3)2+(NH4)2SO4= CaSO4 +NH4NO3 Bổ xung NH3 và muối kali Sản phẩm có [P2O5]hq cao Σ NPK thấp 3-phương pháp axit photphoric • • • • Dung dịch được thêm H3PO4 và NH3 Ca(NO3)2 + H3PO4 + NH3 = CaHPO4 + NH4NO3+ NH4H2PO4 dd trích ly có tỷ lệ Ca(NO3)2 : H3PO4 = 5:3 nên phải bổ xung H3PO4 tới tỷ lệ ≤ 1,5 : Để tránh tạo lân không tan có thể dùng dư axit nitric phân hủy apatit và chia nhiêu cấp độ trung hòa NH3 bảng sau : Bảng cấp độ trung hòa axit H3PO4 NH3 Giai đoạn (cấp độ) Lượng NH3 ( % tổng lượng NH3 cần) 57 26 13 pH dung dịch 1,0 1,8 2,4 3,7- 4,4 ... kép,đơn chất,… +Theo nguyên tố : hợp chất nito, photpho, silic,… +Theo trạng thái tự nhiên: khoáng chất canxit, gippsit,… theo hình dạng,trạng thái :hạt , bột , rắn, lỏng, khí,dạng... phẩm ,điêu kiện thiết bị,yêu cầu vê chất lượng sản phẩm ,… • Tùy theo nguồn nguyên liệu: +Từ khoáng Apatit: + Theo phương pháp trích ly : + Theo phương pháp nhiệt : Ca5F(PO4) + C = CaO +... hóa-khử + Dùng nhiệt và chất oxy hóa-khử phân hủy vật liệu Quá trình làm thay đổi số oxyhoa ≥1 nguyên tố + Ví dụ :K2Cr2O7 + C  K2CO3 + Cr2O3 + CO2 Ca3(PO4)2 + C → CaO + P2 + CO I.2-