tiểu luận hóa lý 2 đề tài điện phân naclkfhjgưkjsdddddddddddddddddddddddddddddddddddddgnvkjhbdsvn kạdnlkvnalkdmvklndklvnkladklvndnvklsmdvsdb sb sdqeiwghuoaoônnwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwgggggggggggggggggggvvvvvvvvmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmfffffewwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwfoaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaàiwoooooooodkmckmvknaklnvla;
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG SỨC KHỎE Tiểu luận mơn học : Hóa lý Đề tài: Điện phân muối ăn trình sản xuất hợp chất GV: Nguyễn Hải Đăng Nhóm SV: nhóm Niên khóa :2019-2023 Đồng Nai Tháng 10 Năm 2020 Danh sách sinh viên STT Họ & tên MSSV Ngơ Dương Đức Chính 151901597 Lê Xuân Hoàng Long 151901673 Mục lục I.SƠ LƯỢC VỀ MUỐI & MUỐI ĂN 1) Muối 2) Muối ăn II QUY TRÌNH ĐIỆN PHÂN MUỐI ĂN Sự điện phân Điện phân muối ăn( điện phân dung dịch NaCl) III QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐIỆN PHÂN TRONG NHÀ MÁY Chuẩn bị điện phân .9 Thực điện phân 14 Thu sản phẩm sau điện phân .14 Xử lý chất sau điện phân & số yêu cầu nhà máy điện phân 15 IV VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN 16 Vai trò sản phẩm trực tiếp 16 Các sản phẩm gián tiếp 20 V KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 I.SƠ LƯỢC VỀ MUỐI & MUỐI ĂN 1) Muối - Muối hợp chất hóa học tạo nên từ (hay nhiều) nguyên tử kim loại ( NH4+) kết hợp với (hay nhiều) gốc axit Vd: NaCl, K2SO4, BaCl2, 2) Muối ăn - Thuât ngữ muối có từ hàng ngàn năm trước dùng để chất rắn tinh thể có vị mặn đặc trưng lấy từ nước biển Tuy nhiên tất muối muối ăn, có số muối độc Pb(NO3)2 ; PbCl2 - Muối ăn ngày khai thác từ nước biển phương pháp bay nước lấy trực tiếp từ mỏ muối có sẵn lịng đất (Hình I.1- Nghề làm Muối) - Muối ăn biết đến với vị mặn đặc trưng, gia vị cho nhiều ăn khả bảo quản thực phẩm Muối biết đến thảo dược chữa bệnh (Hình I.1- Muối ăn lịch sử muối ăn) - Muối ăn ngày muối ăn có vị mặn đặc trưng với thành phần NaCl Muối ăn lí tưởng bổ sung thêm iot dạng NaI, KI, - Tuy nhiên, ăn quá nhiều muối gây nhiều bệnh lí sỏi thận, rối loạn điện giải vấn đề thần kinh - Không dừng lại làm gia vị sát khuẩn đời sống ngày mà muối NaCl cịn có vai trị quan trọng cơng nghiệp mà bạn có biết ? II QUY TRÌNH ĐIỆN PHÂN MUỐI ĂN Sự điện phân - Theo Wikipedia: Điện phân q trình sử dụng tác dụng dịng điện để thúc đẩy số phản ứng hóa học mà khơng có dịng điện chúng khơng thể tự xảy - Theo dongachemistry.com: Điện phân trình hoạt động ngược với pin điện hóa Dịng điện Các phản ứng hóa học - Điện phân có tầm quan trọng cao mặt thương mại khâu việc tách riêng nguyên tố hóa học từ nguồn tài nguyên tự nhiên - Điện phân chia làm loại điện phân dung dịch điện phân nóng chảy Điện phân muối ăn( điện phân dung dịch NaCl) a) Lý thuyết: - Điện phân dung dịch NaCl bão hòa dòng điện chiều, hai điện cực than chì, ngăn cách màng ngăn xốp Tại Catơt xuất khí H2, anot xuất khí Cl2, dung dịch cịn lại bình chứa hỗn hợp NaOH, NaCl, NaClO… - Bản chất: Trong dd, NaCl phân li hoàn toàn ion Na+ & Cl- Dưới tác dụng dòng điện làm cho mật độ e Anot giảm khiến cho Anot hút ion âm ngược lại mật độ e Catot tăng làm cho Catot hút ion dương tạo nên dòng di chuyển ion: + Catot (-): Ion Na+ không điện phân nên lại dd Tại xảy phản ứng: 2H2O + 2e = H2↑ + 2OH- Do đó, catot có khí H2 bay lên + Anot (+): Ion Cl- bị oxi hóa thành khí Cl2 bay lên 2H2O = 4H++ 4e + O2 Do đó, Anot có khí Cl2 bay lên 2Cl- + 2e = Cl2 + Trong bình điện phân: Ion Na+ chưa điện phân kết hợp với ion OH- vừa tạo thành tạo thành dd NaOH làm cho dd bình kiềm hóa Na+ + OH- = NaOH - Lúc này: + Catot xuất khí khơng màu, thu phương pháp đẩy nước thử đốt thấy nổ nhẹ Đó khí Hidro + Anot xuất chất khí màu vàng lục, mùi xốc, thu khí đem thử với giấy quỳ ẩm thấy giấy quỳ chuyển đỏ (axit) hẳn màu tính tẩy màu clo Đó khí Clo + Dd bình sau điện phân đem thử với giấy quỳ thấy giấy quỳ chuyển xanh (bazơ) Đó NaOH (Hình II.1- Sơ đồ bình điện phân NaCl ) b) Quy trình thực - Chuẩn bị dung dịch nước muối NaCl pha từ muối ăn & nước - Chuẩn bị bình điện phân có hai điện cực làm từ kim loại trơ để tránh tượng dương cực tan, chuẩn bị màng ngăn xốp làm từ polymer có khả ngăn cản ion - Chuẩn bị hệ thống thu khí hidro clo sinh - Chuẩn bị nguồn điện chiều từ acquy đổi điện… - Cho nước muối vào bình điện phân, lắp đặt thiết bị thực cấp nguồn điện để thực điện phân - Sau phản ứng, thử sản phẩm để chứng minh tính chất - Thu dọn vệ sinh thiết bị, dụng cụ III QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐIỆN PHÂN TRONG NHÀ MÁY 1 Chuẩn bị điện phân 1.1 Chuẩn bị nước muối (Hình II.1.1- Sơ đồ quy trình lọc xử lí muối trước điện phân) - Mục đích: + Loại bỏ hầu hết phần lại tạp chất nước muối phương pháp vật lý – hóa học + Cung cấp lượng nước muối đạt yêu cầu kỹ thuật cho điện phân - Nguyên tắc: + Đầu tiên dùng phương pháp lọc trọng lực để giảm thiểu chất không tan nước muối + Sau nước muối lọc bơm qua hệ thống lọc cột nhựa trao đổi ion để loại bỏ hết tạp chất nước muối - Quy trình: (Hình I.1.2- Sơ đồ sản xuất nước muối đưa vào điện phân) - Nước muối qua bể lọc than Anthracit giữ lại chất lỏng không tan nước - Chuyển đến bể khử clo, cấp axit HCl 32% vào để trung hòa nước muối, cấp Na2SO3 vào để khử Cl2 tự Na2SO3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + 2HCl - Chuyển qua thiết bị gia nhiệt, gia nhiệt nước muối lên 60 ÷ 65oC Mục đích việc trung hịa gia nhiệt nhằm tăng hiệu suất làm việc nhựa trao đổi ion - Chuyển tồn bố đến bình điện phân để lưu trữ chờ trình điện phân 1.2 Chuẩn bị bể điện phân - Mục đích: Tạo bể chưá tiêu chuẩn nơi chưa dung dịch muối thực phản ứng điện phân, nơi đặt điện cực - Quá trình: bình điện phân khối lớn tích tùy thuộc vào cơng suất nhà máy Bể gồm có nhiều ngăn nối với lưỡng cực Trên thân bể có lỗ góc thấp lỗ nhập, (nước muối bão hòa, NaOH) lỗ góc cao lỗ dung dịch (nước muối nghèo, NaOH) lỗ đường nằm ngang phía lỗ khí Tất phải đảm bảo kín nước/khí, khơng rị rỉ 1.3 Chuẩn bị điện cực: - Mục đích: Đảm bảo điện cực làm từ chất liệu kim loại trơ với dung dịch tượng hòa tan cực nhỏ nhất, đảm bảo tính dẫn điện từ nguồn vào cực từ ngăn bể với - Quá trình: Ghép kim loại vào với nhau, đảm bảo chắn, tiếp xúc tốt 1.4 Chuẩn bị màng ngăn: - Mục đích: màng ngăn có vai trò quan trọng ngăn cách catot với anot để ngăn khơng cho khí clo sinh anot tiếp xúc vs OH- làm giảm hiệu suất trình - Quá trình: Kiểm tra chiều dày màng ngăn lắp đặt màng ngăn vào vị trí Kiểm tra lại thêm lần trước cho phép vận hành 1.5 Chuẩn bị hệ thống điện - Mục đích: Nguồn điện chiều đóng vai trị tác nhân kích thích cho trình điện phân nên ổn định nguồn điện suốt thời gian điện phân điều quan trọng - Quá trình: Kiểm tra hệ thống dây dẫn cấp vào, hệ thống bảo vệ an toàn, hệ thống tự ngắt gặp cố… Kiểm tra điện áp, dòng điện trước cho phép tiến hành 1.6 Chuẩn bị hệ thống thu sản phẩm - Mục đích: Bề điện phân cơng nhiệp có quy mơ lớn nên thực lượng sản phẩm sinh ạt, hệ thống thu gom, lưu trữ sản phẩm có vai trị quan trong đảm bảo hiệu suất q trình đảm bảo an tồn cho nhà máy cho môi trường 1.6.1 Thu Clo: Bao gồm tháp có ống dẫn thu khí clo, tách khí tạp chất dẫn vào bình chứa 1.6.2 Thu Hidro: Chức năng: làm nguội, làm khơ khí H2 trước đưa vào két chứa để đem điều dụng Cấu tạo: tháp đệm có vật liệu đệm sứ Hoạt động: khí H2 mang theo nước, xút, từ lên qua lớp sứ, nước thuỷ cục từ xuống ngưng tụ phần Khí H2 khỏi tháp đưa két chứa Thực điện phân Các bước thực hiện: - Sau hoàn tất kiểm tra yếu tố nêu trên, tiến hành cấp nước muối tinh chế vào bể điện phân - Kiểm tra độ pH dd, nồng độ muối, nguồn điện tiến hành điện phân Thu sản phẩm sau điện phân 3.1 Thu Clo: Clo thu đuọc sau qua trình điện phân hóa lỏng vận chuyển đến nơi sử dụng Quy trình hóa lỏng clo: Clo sau sau thu lẫn tạp chất bị ẩm, dẫn khí qua bình chứa hạ nhiệt độ tăng áp suất để hóa lỏng Do tạp chất có nhiệt độ hóa lỏng khác nên giai đoạn hóa lỏng, ta tách tạp chất ngồi Sau đó, Clo dẫn qua H2SO4 đặc để hấp thu nước tạo Clo khô cuối dẫn vào bể chứa 3.2 Thu Hidro: Hidro q trình điện phân theo đường ống dẫn khí qua nước thủy cục, làm lạnh để hạ nhiệt độ tách tạp chất sau đưa két chứa 3.3 Thu NaOH: dung dịch lại bể điện phân gồm NaOH, NaClO, Nước muối nghèo… nước muối nghèo chất cần tách riêng xử lí NaOH rút qua van đáy bể, dung dịch thu có nồng độ từ 32-35% Xử lý chất sau điện phân & số yêu cầu nhà máy điện phân 4.1 Xử lý số chất sau điện phân - Xử lý NaClO: NaClO phụ phẩm trình sản xuất NaOH, tạo phần khí clo tác dụng với dung dịch NaOH làm giảm nồng độ dung dịch NaOH tạo thành Sau tách khỏi hỗn hợp, NaClO làm lạnh, pha trộn thêm phụ gia, chỉnh lại nồng độ trở thành nước Javen- chất tẩy rửa mạnh thường dùng làm thuốc tẩy, chất diệt khuẩn đa dụng - Xử lý nước muối nghèo: Nước muối nghèo sau điện phân dung dịch có nồng độ muối từ 200/210g/l chứa ClO- ClO3- Cl2 hịa tan xử lí để đưa trở lại nước muối sơ cấp để thực điện phân lại (Hình III.4.1- Quy trình xử lí nước muối nghèo) 4.2 Yêu cầu nhà máy - Yêu cầu nguồn điện: Phải nguồn điện chiều có áp từ 22kV-24kV, có dịng điện ổn định trì thời gian dài Nhà máy cần có hệ thống máy phát điện dự phòng hệ thống điện lưới gặp cố - Yêu cầu điện cực: Thường làm titan niken, gồm nhiều lớp ghép với nhau, dảm bảo cách ly tiếp xúc tốt - Yêu cầu màng ngăn: Màng ngăn cách hai điện cực phải làm từ loại polymer có độ bền cao, chịu axit, bazơ, muối, khả chống ăn mòn cao - Yêu cầu vị trí nhà máy: Nguồn nguyên liệu nhà máy sử dụng nước muối nên vị trí nhà máy thường gần biển, dễ dàng thu mua nhập muối, phải thuận lợi liên kết với lưới điện quốc gia - Một số yêu cầu khác: khí nén nhằm lưu trữ bảo v ệ chất khí, nguồn nước ngọt, nhân lực, hệ thống xử lí chất thải bảo vệ mơi trường… IV VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH TỪ Q TRÌNH ĐIỆN PHÂN 1 Vai trị sản phẩm trực tiếp 1.1 Clo (Cl2): Clo với khả tẩy màu, diệt khuẩn, sát trùng, thêm vào nước để khử trùng nguồn nước sinh hoạt Tham gia vào trình lưu hóa cao su, sản xuất nhựa PVC…Từ clo sản xuất nhiều sản phẩm phụ có vai trị quan trọng clorua vơi, javen, axit clohdric… (Hình IV.1.1-Ứng dụng Clo đời sống-sinh hoạt) 1.2 Hidro (H2): Hidro tạo thành từ trình điện phân nói chung khơng nhiều thường sử dụng làm chất đốt chỗ tinh chế kết hợp với clo sản xuất axit HCl 1.3 NaOH (xút): Hằng năm giới tiêu thụ hàng trăm ngàn NaOH Có đến 70% sản lượng sàn xuất từ trình điện phân muối ăn đủ cho thấy vai trị quan trọng NaOH Có thể vào nơi có mặt NaOH nhà máy giấy, nhà máy sản xuất xà phịng, nấu nhơm, cao su… (Hình IV.1.2- Ứng dụng NaOH) ->Tình hình sản xuất tiêu thụ NaOH Việt Nam & giới: - Việt Nam: + Nhà máy hóa chất Đông Á công suất sản xuất Xút: 15.000 tấn/năm + Nhà máy hóa chất cơng ty giấy Bãi Bằng cơng suất sản xuất Xút: 10.000 tấn/năm + Nhà máy hóa chất Việt Trì cơng xuất sản xuất Xút: 40.000 tấn/năm +Nhà máy hóa chất Biên Hịa cơng xuất sản xuất Xút: 40.000 tấn/năm + Nhà máy hóa chất cơng ty Vedan công xuất sản xuất Xút: 80.000 tấn/năm - Thế Giới: (Hình IV.1.3- Tình Hình sản xuất NaOH giới) 1.4 NaClO: sản phẩm không mong muốn xuất sau q trình điện phân, làm giảm nồng độ NaOH, giảm hiệu suất trình av2 tăng nhiệt độ bể điện phân Tuy nhiên, nhờ khả tẩy rửa tính oxi hóa mạnh oxi đơn phân tử mà NaClO sau kiểm soát nồng độ sử dụng làm chất tẩy rửa rộng rãi với giá thành rẻ mang lại hiệu cao (Hình IV.1.4- Nước Javel) Các sản phẩm gián tiếp 2.1 Từ Clo & Hidro: Kết hợp để sản xuất axit clohidric => Axit clohidric sử dụng làm chất xúc tác quan trình tổng hợp hữu - Clorua vơi: sản xuất từ Clo vơi tơi có khả diệt khẩn,làm cao - CH2=CH-Cl (Vinyl clorua): Monome trình sản xuất PVC- chất dẻo đa dụng -Hidro thường dùng chất đốt, song cịn sản xuất NH3, Nạp vào khinh khí cầu, hàn cắt kim loại… 2.2 Từ NaOH - NaHCO3: Làm thuốc chữa bệnh trào ngược dày, giải độc, sản xuất nước súc miệng, làm chất tẩy rửa siêu sạch… (Hình IV.2.1- Bột baking Soda) - Na2CO3: Sản xuất chất tẩy rửa, làm bề mặt kim loại, xử lý nước - Na2SiO3: Chất rắn quan trọng công nghiệp thủy tinh… Từ silicat sản xuất silicagen- axit silixic có khả hút ẩm cao trơ mặt hóa học thường dùng làm gói hút ẩm cơng nghệ bảo quản thực phẩm (Hình IV.2.1- Sản xuất Natrisilicat cơng nghiệp) - Na2S2O3: Chất rắn có khả tẩy mùi nước Javen, xử lý ảnh, với tính chất dd siêu lạnh - Na3AlF6: Criolit chất rắn trộn kèm vơi boxit nhôm giúp hạ nhiệt độ q trình sản xuất nhơm, tiết kiệm chi phí… V KẾT LUẬN - Ngày nay, lĩnh vực đời sống có diện chất hóa học, nghành cơng nghiệp hóa chất đóng vai trị quan sản xuất khơng hóa chất chun dụng phục vụ cho nghành công nghiệp công nghệ cao mà sản phẩm gia dụng gia đình xà phòng, nước tẩy rửa, nước lau sàn… Nhà máy điện phân muối ăn sản xuất sản phẩm nhà máy - Bản thân muối ăn NaCl có nhiều ứng dụng đời sống công nghiệp Song, sản phẩm thu từ q trình điện phân cịn có nhiều ứng dụng quan trọng Do vậy, việc phát đưa vào cơng nghiệp hóa q trình điện phân muối ăn bước tiến đột phá góp phần vào phục vụ cho đời sống người Sản phẩm tạo từ trình điện phân NaCl mang lại nhiều lợi ích cho cơng nghiệp phục vụ sống người Đây cơng nghệ cịn phát triển bền vững tương lai mà nhu cầu cầu nhân loại ngày cao TÀI LIỆU THAM KHẢO Natriclorua- từ điển khoa học việt nam Salt(sodium clorit)- english inf Dongachemistry- hóa học trực tuyến Youtube- Sự điện phân Labchem.vn salf and salf… F.ACerady chemistry… … -The end- ... phản ứng: 2H2O + 2e = H2↑ + 2OH- Do đó, catot có khí H2 bay lên + Anot (+): Ion Cl- bị oxi hóa thành khí Cl2 bay lên 2H2O = 4H++ 4e + O2 Do đó, Anot có khí Cl2 bay lên 2Cl- + 2e = Cl2 + Trong... 16 Các sản phẩm gián tiếp 20 V KẾT LUẬN 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 I.SƠ LƯỢC VỀ MUỐI & MUỐI ĂN 1) Muối - Muối hợp chất hóa học tạo nên từ (hay nhiều) nguyên tử kim... Chuyển đến bể khử clo, cấp axit HCl 32% vào để trung hòa nước muối, cấp Na2SO3 vào để khử Cl2 tự Na2SO3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + 2HCl - Chuyển qua thiết bị gia nhiệt, gia nhiệt nước muối lên 60 ÷ 65oC