Ngoài vi ệc nghi ên c ứu động học các chuyển hoá hoá học cơ bản để chọn lựa cấu tạo thiế t b ị, xác định các tính chất như độ bền hoá, bền nhiệt, bền cơ học của thiết bị, nó c òn giúp [r]
(1)ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HOÁ ******
BÀI GIẢNG MƠN:
HĨA KỸ THUẬT
(2)
Chương I: NGUYÊN TẮC CỦA NỀN SẢN XUẤT HÓA HỌC
Mở đầu: Đối tượng hố học cơng nghiệp
Sản phẩm cơng nghệ hố học đóng vai trị quan trọng phát triển
của quốc gia Từ sản phẩm sử dụng sinh hoạt đến sản phẩm công
nghệ cao sản xuất từ nhà máy hố học
Q trình sản xuất hố học qui mơ cơng nghiệp phụ thuộc nhiều yếu tố
Ngoài việc nghiên cứu động học chuyển hoá hoá học để chọn lựa cấu tạo thiết bị, xác định tính chất độ bền hoá, bền nhiệt, bền học thiết bị, cịn giúp lựa chọn ngun liệu tổ chức lực lượng lao động phù hợp
Tổ chức q trình sản xuất phải tính đến yếu tố kinh tế, tính kinh tế phụ thuộc
- Chất lượng giá thành nguyên liệu,
- Năng lượng tiêu tốn cho đơn vị sản phẩm
- Trình độ khí hố, tự động hố q trình sản xuất
Một cách tổng quát nhiệm vụ chủ yếu cơng nghiệp hố học là: - Từ nguyên liệu đầu điều chế, tổng hợp thành chất có giá trị khác
- Nghiên cứu q trình sản xuất hồn chỉnh để đạt hiệu tốt mà không gây ô nhiễm môi trường Không ngừng cải tiến thiết bị để đáp ứng yêu cầu ngày cao
sản phẩm
- Xác định chế độ kỹ thuật để tăng suất, chất lượng sản phẩm ổn định
- Xác định hiệu kinh tế giải hàng loạt vấn đề kinh tế, kỹ thuật
Những tiêu quan trọng đặc trưng cho hiệu kinh tế q trình CN hố học:
- Tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu cho đơn vị sản phẩm thấp
- Hiệu suất chất lượng sản phẩm cao
- Giá thành hạ
Phương hướng ngành hoá học giới: giải quyết, p/ triển mối liên quan:
- Đạt tối đa suất với thiết bị sản xuất
- Cơ khí hố q trình lao động
- Tự động hoá điều khiển từ xa, thay q trình gián đồn thành q trình liên tục
- Sử dụng tổng hợp nguyên liệu
- Liên hiệp xí nghiệp sản xuất hoá học liên quan
Để đáp ứng nhu cầu đặt trên, thực tế sản xuất hoá học phải tuân theo
số nguyên tắc sau
1.1 TĂNG TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HĨA HỌC
Sản xuất hóa học làm biến đổi thành phần hóa học nguyên liệu để tạo
sản phẩm nhờ phản ứng hóa học Vì vậy, tốc độ trình sản xuất phụ thuộc vào tốc độ phản ứng hóa học Tăng tốc độ phản ứng hóa học tác động đến giá thành sản phẩm.
Giả sử hệ xảy phản ứng hóa học hai chất A B ta có phương trình: mA + nB = qD
Phương trình tổng quát biểu thị tốc độ phản ứng: v =
Đó biến thiên nồng độ chất tham gia phản ứng/đơn vị thời gian
(3)V = k m a C n
b
C Ca - Nồng độ chất A Cb - Nồng độ chất B
k - Hằng số tốc độ phản ứng
m, n - Hệ số tỉ lượng chất tương ứng
- Với phản ứng thuận nghịch diễn hệ đồng thể:
V = V1 - V2 = k1 m a C n
b
C - k2 q d C
- Nếu phản ứng hóa học xảy hệ dị thể (giữa khí - lỏng, khí - rắn, lỏng - rắn) ngồi yếu tố nồng độ, tốc độ phản ứng phụ thuộc vào diện tiếp xúc pha
V = k.C.F C - Các yếu tố nồng độ
F - Diện tích tiếp xúc
Ngồi u tố phương trình tốc độ cịn có yếu tố khác chiều
chuyển động chất tham gia phản ứng thiết bị (ngược chiều, chiều )
Để tăng tốc độ phản ứng ta phải tăng hệ số tốc độ k Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ chất xúc tác phản ứng
k = k0.e-RT
E
E - Năng lượng hoạt động hóa học phản ứng
T - Nhiệt độ tuyệt đối
R - Hằng số khí
Khi dùng xúc tác lượng hoạt động hóa học phản ứng (E) giảm làm tăng hệ số tốc độ phản ứng (k) Nhiệt độ tăng làm tăng hệ số tốc độ phản ứng.
1.1.1 Tăng nồng độ chất tham gia phản ứng
* Các nguyên liệu ban đầu cần phải làm giàu, tức loại bỏ bớt tạp chất
* Khuếch tán sản phẩm khỏi vùng phản ứng
Làm giảm tốc độ phản ứng nghịch, hạ thấp nồng độ cân để tăng chênh lệch nồng độ thực nồng độ cân
Các phương pháp thường dùng sau:
- Sản phẩm thể khí: Dùng phương pháp ngưng tụ hấp thụ s/phẩm khỏi vùng p/ ứng
- Sản phẩm thể lỏng: Tuỳ theo tính chất sản phẩm mà thực tách sản
phẩm phương pháp kết tinh, cho bay hấp thụ vào chất rắn
- Sản phẩm thể rắn: Tháo sản phẩm liên tục để tăng nồng độ cấu tử ban đầu
1.1.2 Sử dụng xúc tác thích hợp
Dùng xúc tác làm giảm lượng hoạt hóa E nên tăng số tốc độ k làm tăng vận tốc phản ứng Trong thực tế, hầu hết trình sản xuất hóa học sử
dụng chất xúc tác để làm tăng tốc độ Rất nhiều trình thiếu chất xúc tác, điều kiện bình thường phản ứng hóa học xảy chậm, chí khơng
xảy ra, có mặt xúc tác thích hợp, nhiệt độ thích hợp phản ứng xảy
nhanh gấp hàng triệu lần
Công nghiệp sản xuất hợp chất hữu cần có xúc tác Ngồi xúc tác hóa học cịn có xúc tác vi sinh
1.1.3 Tăng nhiệt độ phản ứng
Như giải thích tăng nhiệt độ tăng số tốc độ phản ứng
Trong sản xuất hóa học hầu hết phản ứng diễn nhiệt độ cao nhiệt độ thường, có cao.Về mặt lí thuyết nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng, nhiệt độ cao nhiều chất bị phân hủy, ăn mòn thiết bị nhanh, tiêu hao nhiều lượng
(4)Nhiều q trình hóa học diễn hệ dị thể, trường hợp phản ứng
diễn ranh giới tiếp xúc hai pha,vì tăng diện tích tiếp xúc chúng làm tăng mạnh tốc độ trình
- Chất rắn thường đập, nghiền
- Chất lỏng đưa vào thiết bị dạng dòng chảy tưới chảy tràn vật đệm
- Khuấy trộn
1.2 THỰC HIỆN CÁC Q TRÌNH LIÊN TỤC TUẦN HỒN KÍN Trong sản xuất có q trình gián đoạn, liên tục, tuần hồn
Q trình liên tục q trình thực khơng mang tính chu kì: nguyên liệu đưa vào đồng thời sản phẩm lấy khỏi thiết bị cách liên tục, điều
kiện phản ứng thiết bị luôn ổn định.Q trình liên tục có ưu điểm sau:
- Năng suất làm việc thiết bị cao, giảm giá thành sản phẩm
- Do giữ ổn định điều kiện làm việc thiết bị nên dễ dàng tự động khí hóa
- Giảm chi phí xây dựng đơn vị sản phẩm
Đối với trình hiệu suất chuyển hóa thấp, cần đưa chất ban đầu chưa
phản ứng quay trở lại điều kiện phản ứng ban đầu để tận dụng triệt để nguyên liệu, hiệu
suất chuyển hóa Q trình gọi q trình liên tục tuần hồn kín, 1.3 LIÊN HIỆP GIỮA CÁC XÍ NGHIỆP VÀ NHÀ MÁY
Trong sản xuất hóa học, sản phẩm nhà máy nguyên liệu nhà máy khác nguyên liệu nhà máy phế phẩm nhà máy kia, vậy,
liên hiệp làm giảm bớt chi phí vận chuyển, bảo đảm an tồn sản xuất, góp phần chống
ơ nhiễm mơi trường, từ làm giảm giá thành sản phẩm Do nhà máy hóa chất thường xây dựng cạnh tạo khu cơng nghiệp hóa học rộng lớn gồm nhiều
ngành sản xuất
Ví dụ: liên hiệp hóa chất Việt Trì, liên hiệp hóa chất phân đạm Bắc Giang, liên hiệp
nhà máy Biên Hịa, cụm cơng nghiệp khí điện đạm Phú Mỹ
1.4 CƠ KHÍ HĨA VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Q TRÌNH SẢN XUẤT
Thực khí hóa, tự động hóa q trình sản xuất ngồi mục đích tăng
suất lao động, tăng hiệu sử dụng nguồn nguyên liệu cịn ngun nhân sau: - Các phản ứng hóa học xảy thiết bị thường điều kiện t0 cao, P cao ổn định nghiêm ngặt, người khó khơng điều khiển trực tiếp thủ công
- Các nguyên liệu sản phẩm chất ảnh hưởng trực tiếp
hoặc gián tiếp đến sức khỏe có gây cháy, nổ làm thiệt hại đến cải tính mạng
Cơ khí hóa, tự động hóa q trình sản xuất u cầu tất yếu khách quan khơng
phải mục đích kinh tế mà cịn an tồn người
1.5 TẬN DỤNG CÁC PHẾ THẢI CN CHỐNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
Bên cạnh việc xử lý chất độc hại có hại cho sức khỏe, người ta phải tìm cách biến chất phế thải thành sản phẩm có ích cho người
(5)-Trong sản xuất hóa học đại dùng nhiều chất xúc tác quý, sau thời gian làm việc chất hoạt tính, người ta tìm cách tái sinh lại để phục hồi hoạt tính
chúng tiếp tục dùng
- Chống ô nhiễm môi trường không sử dụng phế thải để chế biến thành sản
phẩm có ích mà cịn phải chuyển hóa chất thải nhà máy thành chất không
hoặc làm hại mơi trường
Cơng nghiệp hóa học hàng ngày, hàng cung cấp cho người
chất mới, sản phẩm tiêu dùng phục vụ nhu cầu sống ngày cao,
cũng ngày, đưa vào môi trường khối lượng lớn chất độc, đầu độc
chính sống người Chống ô nhiễm môi trường trở thành ngun tắc
cơng nghiệp hóa học phải tiêu chí xét duyệt trước xây dựng
(6)- Cuộn sợi : cuộn sợi liên tục gián đoạn
d) Hoàn thiện sợi: T ~ - Sợi visco sau qua trình trên, cịn
trạng thái trương chứa khoảng 80% dung dịch đơng tụ, cần phải xử lý
tiếp tục:
- Rửa nước 40 - 500C để loại axit sunfuric muối
- Loại trừ S dung dịch - 2,5% natri sunfit, xút natri sunfat nhiệt độ 40 - 700C
- Rửa axit yếu để loại muối khó tan
Với sợi dệt, cần tẩy trắng để loại Fe tạp chất có màu Na hipoclorua 20 - 250C
* Sau trình trên, cần rửa kỹ sợi nước dung dịch xà phòng oleat 0,3%
* Nước dùng q trình gia cơng tinh cần phải sạch, thường người ta dùng nước
mềm, không chứa ion kim loại nặng hợp chất hữu
10.2.3 Sản xuất sợi tổng hợp
Sợi tổng hợp có nhiều tính chất hẳn sợi nhân tạo: độ bền cao gấp 1,5 - lần, có tính đàn hồi, tỉ trọng thấp, bền với tác dụng vi sinh vật môi trường ăn mịn Ngồi ngun liệu để sản xuất sợi tổng hợp lại nhiều rẻ
* Sợi polieste a) Nguyên liệu
b/ Quá trình trùng ngưng:
Điều kiện t0= 270-2800C, khơng khí, xúc tác thường dùng amin bậc
bốn, tạo thành polime mạch thẳng, dạng sợi
nHOOC-C6H4-COOH + nHO-CH2-CH2-OH HOOC-[C6H4-CO-O-CH2-CH2-]n-OH + (2n - 1) H2O
hoặc
nH3COOC - C6H4 - COOCH3 + nHO - CH2 - CH2 - OH
H3COOC[- C6H4 - CO - O - CH2 - CH2-]n - OH + (2n - 1)CH3OH
Nước metanol tách sản phẩm phụ Mạch phân tử tăng dần, đạt khối lượng phân tử xác định Khối polime nóng chảy đùn qua khe hở vào nước để làm lạnh tạo thành hạt nhỏ
c) Giai đoạn kéo sợi
Từ bunke, hạt polietilenglicol terephtalat rơi xuống lưới nung chảy, nhiệt độ 270 - 2850C, nhựa nóng chảy rơi xuống nón tiếp nhận bơm qua khn
kéo Sợi nóng chảy khn kéo ra, qua phịng thổi khơng khí để làm nguội, vào thiết bị kéo sợi
- Sau tạo thành, sợi kéo dãn nhiệt độ cao (800C) cho tỉ số kéo dãn - lần
- Sợi thương phẩm dùng pha với dệt thành vải popơlin, phin, kaki, simili mà thường gọi sai pha nilon, pha polieste hay nói cho
chính xác polieste pha bơng, pha visco, tính theo tỉ lệ polieste chiếm
dưới 2/3 khối lượng hoàn toàn khơng có dấu vết nilon
(7)TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Trần Thị Bính, Phùng Tiến Đạt, Lê Viết Phùng, Phạm Văn Thưởng – Hóa học
Cơng nghệ Mơi trường, NXB Giáo dục, 1999
2 Trần Thị Bính, Phùng Tiến Đạt – Hóa Kỹ thuật Đại cương, T1, NXB Giáo dục,
1988
3 Nguyễn Như Thịnh, Phan Sĩ Cát – Hóa Kỹ thuật Đại cương, NXB Cơng nhân Kỹ thuật, 1986
4 Nguyễn Xuân Khôi - Giáo trình Hóa Kỹ thuật Đại cương, 2004 Đỗ Bình - Cơng nghệ axit Sunfuric, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2004