QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC - Copy

Nội dung slide tham khảo giáo trình Hóa kỹ thuật (PGS.TS Phùng Tiến Đạt – TS Trần Thị Bính) A TỔNG QUAN VỀ AXIT SULFURIC NHĨM - BH26C I KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO II TÍNH CHẤT III ỨNG DỤNG IV NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG B Quá trình sản xuất: phương pháp tiếp xúc kép từ nguyên liệu Fes2 NHÓM - BH26C I GIAI ĐOẠN 1: CHẾ TẠO KHÍ SO2 TỪ QUẶNG PIRIT SẮT II GIAI ĐOẠN 2: TINH CHẾ HỖN HỢP SO III GIAI ĐOẠN 3: OXI HÓA SO2 THÀNH SO3 IV GIAI ĐOẠN 4: HẤP THỤ SO3 KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO PHÂN TỬ Axit Sulfuric gì? • • Axit sulfuric – H2SO4, axit vô Axit sulfuric hóa chất lỏng khơng màu, khơng mùi sánh, hòa tan nước phản ứng tỏa nhiệt cao.  Đặc biệt, hồn tồn khơng tìm thấy H2SO4 tinh khiết Trái Đất Ngoài ra, axit sulfuric cịn thành phần mưa axit NHĨM - BH26C CÁC TÍNH CHẤT CỦA H2SO4 Tính chất vật lý • Axit sulfuric chất lỏng, sánh dầu, không màu, không mùi, không bay nặng nước (H 2SO4 98% có D = 1,84 g/cm3), khó bay tan vơ hạn nước NHĨM - BH26C CÁC TÍNH CHẤT CỦA H2SO4 Tính chất hóa học • Axit sulfuric H2SO4 làm chuyển màu quỳ tím thành đỏ NHĨM - BH26C ỨNG DỤNG CỦA H2SO4 Trong sản xuất công nghiệp Mỗi năm có khoảng 160 triệu H2SO4, bật sử dụng ngành sản xuất luyện kim 2%, phẩm nhuộm 2%, chất dẻo 5%, chất tẩy rửa 14%, giấy, sợi 8%… Trong phịng thí nghiệm Điều chế axit khác yếu : HNO3 HCl NHÓM - BH26C ỨNG DỤNG CỦA H2SO4 •  Trong xử lý nước thải Để lọc tạp chất, cải thiện mùi vị nước, trung hòa pH nước, sử dụng để loại bỏ ion , có nước thải Trong sản xuất phân bón Để sản xuất loại phân photphate, canxi dihydrogen photphat, amoni photphate, dùng để sản xuất Amoni sunfat NHÓM - BH26C NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG AXIT SULFURIC • Axit Sulfuric H2SO4 nguy hiểm, bắn vào da gây bỏng nặng, bắn vào mắt bị mù, vật liệu giấy, vải bị cháy tiếp xúc với H 2SO4 • Khi đun nóng Axit Sulfuric xuất khí SO2 SO3 Đây loại khí độc hại NHĨM - BH26C B Q trình sản xuất: phương pháp tiếp xúc kép từ nguyên liệu FeS2 SO2 • Quặng pirit sắt • Đốt cháy quặng pirit H2SO4 • Oxi hóa SO2 sắt FeS2 NHĨM - BH26C • Axit sulfuric đặc hấp thụ SO3 SO3 10 Giai đoạn 1: chế tạo khí SO2 từ quặng Pirit sắt a Các phản ứng Pirit bị phân hủy thành lưu huỳnh FeS 2FeS2 = 2FeS + S2 – 103,9 kJ Hơi lưu huỳnh cháy tạo thành SO2 S2 + 2O2 = 2SO2 + 724,8kJ FeS tiếp tục bị đốt cháy 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 NHÓM - BH26C 11 Giai đoạn 1: chế tạo khí SO2 từ quặng Pirit sắt b Kết Quá trình đốt pirit ta thu được: Hỗp hợp khí - 9% SO2, 10 - 11% O2 lại Nitơ với số tạp chất Thanh phần xỉ lại lò đốt Fe2O3 Fe3O4 sử dụng cho kỹ nghệ luyện gang hay sản xuất xi măng NHÓM - BH26C 12 Giai đoạn 1: chế tạo khí SO2 từ quặng Pirit sắt c Các điều kiện ảnh hưởng đến q trình đốt pirit: • • • Nhiệt độ: nên trì nhiệt độ: 600°C – 800°C Vượt q giới hạn khơng có lợi Diện tiếp xúc nguyên liệu Oxy không khí: kích thước quặng thích hợp thường nhỏ 8mm Lượng oxi thổi vào lò: Oxi thổi vào lò nhiều, tốc độ cháy quặng nhanh, khống chế cho Oxi dư lại khoảng 11% hỗn hợp khí để dùng giai đoạn • Ngồi ra, tốc độ cháy quặng Pirit phụ thuộc vào thành phần, cấu tạo tinh thể quặng tạp chất chứa NHĨM - BH26C 13 Giai đoạn 1: chế tạo khí SO2 từ quặng Pirit sắt d Một số lò sử dụng để đốt Pirit NHÓM - BH26C 14 Giai đoạn : Tinh chế hỗn hợp SO2 • Tách bụi khỏi hỗn hợp khí có kích thước lớn thiết bị lắng ly tâm xiclon, bụi có kích thước nhỏ tách thiết bị lọc điện • Tách Asen Selen oxit cách cho khí qua tháp rửa từ lên, axit sulfuric từ xuống, bụi asen selenoxit bị hòa tan lắng xuống đáy tháp • • Tách mù axit sulfuric thiết bị lọc điện ướt Tách nước nhờ axit sulfuric đặc từ xuống khí từ lên NHĨM - BH26C 15 NHÓM - BH26C 16 Giai đoạn : Oxi hóa SO2 thành SO3 a) Phản ứng oxi hóa Phản ứng oxi hóa xúc tác rắn V2O5 trình thuận nghịch, phản ứng tỏa nhiệt:   2SO2 + O2 2SO3 + Q Cân phản ứng chuyển dịch phía tạo thành SO3 tăng áp suất giảm nhiệt độ Nhiệt độ (độ C) Q (kJ/mol) NHÓM - BH26C 25 450 600 96558 95172 93807 17 Giai đoạn : Oxi hóa SO2 thành SO3   b) Điều kiện ảnh hưởng • Nhiệt độ: Giá trị số cân Kp= ảnh hưởng đến nhiệt độ sau: Phản ứng oxi hóa SO2 xảy với tốc độ rõ rệt nhiệt độ 400°C Tùy vào thành phần hỗn hợp khí, mức độ oxi hóa SO2 thành SO3 thay đổi NHÓM - BH26C t( C) 400 450 500 550 600 650 1000 Kp 442,4 137,3 50,0 20,5 9,37 4,68 0,167 18 Giai đoạn : Oxi hóa SO2 thành SO3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến trạng trạng thái cân hỗn hợp sau: NHÓM - BH26C T C Mức độ oxi hóa SO2 ( %) T C Mức độ oxi hóa SO2 ( %) 400 99,3 600 73,9 450 97,7 650 59,5 475 96,1 760 44,2 500 93,8 750 31,5 525 91,0 800 21,6 550 86,2 900 10,3 575 80,6 1000 5,0 19 Giai đoạn : Oxi hóa SO2 thành SO3 • Chất xúc tác Có thể chia thành nhóm: nhóm chứa platin nhôm gồm oxit kim loại Khả hoạt độ theo thứ tự giảm dần Xúc tác Platin Xúc tác vanadi oxit Xúc tác sắt oxit Fe2O3 Mức độ dễ bị ngộ độc Asen Oxit As2O3 theo thứ tự NHÓM - BH26C 20 Giai đoạn : Oxi hóa SO2 thành SO3 • Thời gian tiếp xúc: Mức độ chuyển hóa SO2 thành SO3 tỉ lệ thuận với thời gian tiếp xúc chất tham gia phản ứng với chất xúc tác  Điều kiện thích hợp : hỗn hợp khí chứa 7% SO2, 11%O2 cịn lại Nito khí khác; phản ứng tiến hành 450°C áp suất khí NHĨM - BH26C 21 Giai đoạn : Hấp thụ SO3 a, Các phản ứng Thực tháp hấp thụ, chất lỏng từ đỉnh tháp xuống, khí SO3 từ lên: mSO3 + H2O = H2SO4.(m-1)SO3 b, Điều kiện thích hợp q trình hấp thụ: Trước vào tháp khí SO2 làm lạnh đến nhiệt độ < 60°C Nhiệt độ tháp trì nhiệt độ 60°C Hiệu suất hấp phụ đạt đến 99% NHÓM - BH26C 22 Giai đoạn : Hấp thụ SO3 c, Kết thu Tùy hệ số m ta thu axit khác nhau: m = axit có nồng độ 100%, m > tạo thành olêum H2SO4.nSO3, m < axit có nồng độ < 100% Hiệu suất hấp thụ phụ thuộc vào nhiệt độ nồng độ axit NHÓM - BH26C 23 NHÓM - BH26C 24 ... Trong sản xuất phân bón Để sản xuất loại phân photphate, canxi dihydrogen photphat, amoni photphate, dùng để sản xuất Amoni sunfat NHÓM - BH26C NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG AXIT SULFURIC • Axit Sulfuric... QUAN VỀ AXIT SULFURIC NHÓM - BH26C I KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO II TÍNH CHẤT III ỨNG DỤNG IV NHỮNG LƯU Ý KHI SỬ DỤNG B Quá trình sản xuất: phương pháp tiếp xúc kép từ nguyên liệu Fes2 NHÓM - BH26C... liệu giấy, vải bị cháy tiếp xúc với H 2SO4 • Khi đun nóng Axit Sulfuric xuất khí SO2 SO3 Đây loại khí độc hại NHĨM - BH26C B Q trình sản xuất: phương pháp tiếp xúc kép từ nguyên liệu FeS2 SO2 •