Phèn nhơm là tên gọi của muối nhơm sunfat ở dạng muối đơn.Cơng thức chung của nhơm sunfat là Al2(SO4)3.nH2O
Nhơm sunfat khơ là chất bột màu trắng với tỷ trọng 2710 kg/m3, Vasilev, Gitis và Seitlin đã đo tỷ trọng và độ nhớt của dung dịch ( dung dịch là nước) nhơm sunfat trong khoảng nhiệt độ 100C ≤ t ≤ 950C và khoảng nồng độ 0.049 ≤ C ≤ 0.305 kg/kg. Tỷ trọng của dung dịch thay đổi tương đối theo hàm số: ρ = 1001,7 + 1271,60C – 0,663t
Sai số trung bình bình phương bất kỳ: SOP = ±1,5 kg/m3
Trong dung dịch, trong khoảng nhiệt độ từ -12 đến 112,20C kết tinh ở dạng Al2(SO4)3.16H2O.
Nhơm sunfat cĩ cơng dụng chủ yếu trong cơng nghiệp giấy, nhuộm, thuộc da và làm chất keo tụ để làmtrong nước. Những cơng dụng này đều xuất phát từ chỗ muối nhơm thuỷ phân khá mạnh ở trong nướctạo thành nhơm hydroxit:
-Cơng nghiệp giấy:làm cho giấy khơng bị nhoè mực khi viết -Nhuộm: làm chất “cắn màu”
-Thuộc da
II.2.2. Nguyên liệu sản xuất nhơm sunfat.
Nhơm hydroxit ( Al(OH)3).
-Cơng thức hĩa học: Al(OH)3, trọng lượng phân tử M=78.
-Lý tính: Nhơm hydroxit cĩ dang bột, màu trắng hoặc hơi hồng, trọng lượng riêng d= 2.423 kg/m3, hầu như khơng tan trong nước. Hydroxit nhơm mới kết tinh nếu để lâu trong nước sẽ mất khả năng tan trong kiềm và acid.
Khi cho tác dụng với dung dịch acid sulfuric đậm đặc:
2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O = Al2(SO4)3.18H2O (với phèn 15% Al2O3)
Hoặc 2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 8H2O = Al2(SO4)3.14H2O (với phèn 17% Al2O3)
Yêu cầu đối với nhơm hydroxit.
Trong sản xuất người ta thường dùng bột nhơm hidroxit kỹ thuật, cĩ thành phần trung bình (tính theo gốc khơ) như sau:
Al2O3 ≥ 63%
Na2O ≤ 0,4%
Độ ẩm ≤ 16%
Thực tế nhà máy sử dụng bột Al(OH)3 lấy từ nhà máy hố chất Tân Bình. Đây là nguyên liệu dễ vận chuyển, phản ứng đơn giản, ít gây ơ nhiễm và là nguyên liệu quan trọng để sản xuất muối nhơm.
Acid sulfuric
- Cơng thức hĩa học: H2SO4, trọng lượng phân tử M= 98.
- Lý tính: Acid H2SO4 là một chất lỏng sánh như dầu, trong suốt, cĩ trọng lương riêng là 1,83 g/cm3 ở nồng độ 98,3% và 200C, khi tăng nhiệt độ thì tỷ trọng acid giảm.
- Hĩa tính: là một acid mạnh, nĩ tác dụng với hầu hết các kim loại và oxit
kim loại, tham gia phản ứng trao đổi với một số muối. Acid sunfuric đặc khơng ăn mịn thép nhưng acid sunfuric lỗng thì ăn mịn thép rất lớn.
Yêu cầu đối với acid sunfuric:
Dung dịch axit sunfuric sử dụng là dung dịch axit sunfuric kỹ thuật cĩ nồng độ khoảng 98.5±0.5% H2SO4. Thực tế sử dụng acid sulfuric của chính nhà máy hố chất Tân Bình 2 sản xuất, do đĩ tiết kiệm được chi phí vận chuyển,… II.2.3.
110÷1200C.
Phía trên chảo nấu phèn cĩ nắp hình vuơng, để quan sát bên trong xem tình hình khuấy trộn, đồng thời cũng cĩ các thiết bị giám sát các thơng số kỹ thuật khác.
Acid sulfuric sử dụng cĩ nồng độ cao và nhiệt độ cao, do đĩ thể hiện tính oxi hố mạnh, ăn mịn nhanh các chi tiết và dễ làm hỏng lĩt cao su, do đĩ cần phải thường xuyên kiểm tra cánh khuấy và khơng chế trực tiếp acid vào tấm lĩt cao su để cĩ tránh tấm lĩt.
Khay kết tinh phèn đơn: -
Vật liệu: thép.
- Điều kiện làm việc: dung dịch lỏng, nhiệt độ làm việc 40÷1100C.
+ Do quá trình kết tinh là hồn tồn, khơng cĩ tách nước cái. Tính chất của phèn dễ tan trong nước, do đĩ nếu trên khay kết tinh cĩ nước hoặc ẩm ướt, sẽ làm tan phèn và tạo mơi trường acid trên khay, làm khay kết tinh bị ăn mịn, mau hư. Do đĩ phải giữ cho bề mặt khay kết tinh được khơ thống.
+ Do điều kiện mặt nền nghiêng một gĩc nhất định, để phèn lỏng khơng bị chảy
tràn ra khỏi khay và để lớp phèn kết tinh đồng đều về độ dày, cần phải ngăn khay ra thành nhiều khay nhỏ hơn thay vì chỉ sử dụng một khay liên tục.
Tháp lọc bụi, bồn tuần hồn:
-Vật liệu: thép, cĩ dán lĩt cao su. -Điều kiện làm việc: mơi trường acid. -Nhiệt độ làm việc: khơng cao
Dịng bụi và hơi đi từ đáy tháp lên, dùng bộ phận tưới NaOH từ trên xuống. Dung dịch thu được trả về bồn tuần hồn, cịn phần hơi sau khi lọc mới xả ra ngồi.
Máy nghiền phèn.
-Máy nghiền búa cĩ ưu điểm là năng suất lớn, tỷ lệ nghiền cao, tiêu hao năng lượng thấp, kích thước sản phẩm đồng đều, cấu trúc đơn giản, đầu tư thấp, dễ dàng quản lý…
-Nhược điểm là khi nghiền nguyên liệu cĩ độ cứng cao, nĩ sẽ làm cho búa và lưới hao mịn lớn và tiêu hao nhiều kim loại; nĩ cần nhiều thời gian bảo dưỡng và cấp các
nguyên liệu đều đặn, khi nghiền các nguyên liệu ẩm mềm, sản lượng sẽ giảm đáng kể và thậm chí dừng máy bởi vì ngun liệu kẹt. Để tránh bị kẹt, hàm lượng ẩm của các nguyên liệu nên dưới 10%-15%.
Các thiết bị của phân xưởng phèn luơn làm việc trong mơi trường cĩ tính acid nên rất dễ xảy ra q trình ăn mịn kim loại nĩi trên, rất dễ làm hư hỏng thiết bị, vì vậy vật liệu chế tạo phải chịu được mơi trường acid trong điều kiện làm việc.
II.2.4. Quy trình sản xuất phèn nhơm
Hiện nay, phương pháp cơ bản trong cơng nghiệp sản xuất sunfat nhơm sạch hiện nay là điều chế phèn nhơm (nhơm sunfat) từ hydroxit nhơm.
Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhờ cĩ những ưu điểm như: đơn giản,cĩ thể cho sản phẩm cĩ chất lượng cao với hàm lượng oxit sắt nhỏ, chi phí vận chuyển thấp.
Cơ sở lí thuyết.
Quy trình cơng nghệ sản xuất phèn đơn gồm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: chế tạo dung dịch Al2(SO4)3 cĩ thành phần thích hợp
+Nhơm hydroxit, nước và dung dịch axit sunfuric được phối trộn theo tỉ lệ thích hợp để thực hiện phản ứng chuyển hĩa sau:
2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 12H2O = Al2(SO4)3.18H2O (với phèn 15% Al2O3) (1) Hoặc
2Al(OH)3 + 3H2SO4 + 8H2O = Al2(SO4)3.14H2O (với phèn 17% Al2O3) (2)
+Các phản ứng (1), (2) được thực hiện ở nhiệt độ 135-1400C.Trong quá trình phản ứng, lượng nước sử dụng thường phải dùng dư từ 15-20% so với tính tốn lý thuyết.
+Phèn tạo thành từ phản ứng (1) và (2) tồn tại ở dạng dung dịch. Để thu được phèn rắn, người ta cơ đặc dung dịch thu được sau phản ứng (1), (2) đến nồng độ thích hợp, trước khi chuyển sang giai đoạn kết tinh.
N ƣớcB ột nhơm Ch ảo nấu phèn X ử lý khĩi ` Máy đ ập sơ b ộ Băng tải Máy xay phèn Cân, may bao phèn Dung d ịch phèn thu hồi Hệ thống x ử lí b ụi \ Nh ập kho
Hình 2.8. Sơ đồ quy trình đi ều ch
ế phèn đơn
Thuyết minh quy trình.
-Phèn đơn sunfat được nấu theo từng mẻ trong chảo nấu phèn. Nhà máy sản xuất 2 loại, phèn đơn 15% Al2O3 và phèn đơn 17% Al2O3. Tùy theo loại phèn và khối lượng nhơm hydroxit sử dụng, cơng nhân vận hành sẽ tính tốn và tra bảng phơi liệu để xác định lượng acid và nước lí thuyết dùng để nấu phèn.
-Cho nước từ bồn tuần hồn của tháp xử lí bụi và từ bồn định lượng nước vào chảo nấu phèn theo lượng đã tính tốn, rồi cho bột nhơm hydroxit khuấy đều. Cho từ từ acid vào chảo nấu phèn và vận hành hệ thống xử lí khĩi. Tại đây xảy ra phản ứng giữa axit
sunfuric, bột nhơm hydroxit và nước để tạo thành dung dịch phèn. Phản ứng tỏa nhiệt mạnh, nhiệt độ phản ứng khoảng 110-1200C, thời gian phản ứng khoảng 2-2.5 giờ.
-Sau khi lượng acid cịn khoảng 10÷15% theo lượng lí thuyết, dùng hơi cung cấp từ phân xưởng acid tiếp tục duy trì nhiệt độ. Thêm acid từ từ đến khi dung dịch phèn trong thì ngưng cấp acid( điều này địi hỏi người giám sát quá trình nấu phèn phải giàu kinh nghiệm, để biết xem đã đạt tới mức yêu cầu chưa). Thời gian gia nhiệt khoảng 1-1.5 giờ. Theo lý thuyết:
+ Nếu tỷ trọng nhỏ hơn quy định, tiếp tục gia nhiệt để làm bay hơi bớt nước đến khi tỷ trọng đạt.
+ Nếu tỷ trọng lớn hơn quy định, thêm khoảng 30÷40 kg nước đến khi tỷ trọng đạt
yêu cầu.
-Xả dung dịch phèn ra các khay kết tinh, dùng quạt thổi nguội. Sau 5÷6 giờ kết tinh thành từng tảng lớn. Nạy phèn lên, đưa vào máy đập sơ bộ, phèn theo băng tải vào máy xay phèn, phèn nhỏ cĩ kích thước khoảng 3 cm được hứng vào bao, cân 50 kg và xếp vào kho.
-Nếu sản xuất phèn mịn ( đối với phèn 17%) thì tiếp tục cho phèn cĩ kích thước nhỏ vào gầu tài và đưa sang máy xay phèn sau đĩ qua sang rung và được cân tự động vào bao 50 kg. Sau đĩ tiến hành may bao và xếp lưu kho.
Một số điều cần lưu ý trong quá trình nấu phèn.
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật trong phân xưởng.
Acid sunfuric
Quá trình phản ứng tạo phèn Chất lượng sản phẩm phèn 15% Al2O3 Chất lượng sản phẩm phèn 17% Al2O3
Các điều kiện cần thiết để quá trình phản ứng tạo phèn hồn tồn:
Để phản ứng phèn xảy ra hồn tồn, ứng với sản lượng từ 8-10 tấn phèn cho một mẻ, vận hành phải duy trì ở các điều kiện sau:
• Thường xuyên kiểm tra lượng acid đưa vào chảo nấu phèn, đảm bảo lượng acid vừa đủ.
• Thời gian cho acid vào khoảng: 1 giờ 45 phút đến 2 giờ.
• Thời gian gia nhiệt: 50-70 phút.
• Thời gian nấu một mẻ phèn: khoảng 3 giờ đến 3 giờ 30 phút.
Nếu khơng duy trì các điều kiện trên, các chỉ tiêu chất lượng phèn khơng đạt theo yêu cầu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm:
-Chất lượng nguyên liệu phải đạt yêu cầu, khơng lẫn tạp chất. -Phối liệu chính xác, khơng dư hay thiếu một nguyên liệu nào. -Thời gian cho acid phải duy trì đúng:
+ Nếu cho acid vào nhanh quá, hơi acid thốt ra nhiều, gây ơ nhiễm, đồng thời làm
mất mát acid cho phối liệu, do đĩ cĩ thể chỉ tiêu cặn khơng tan khơng đạt yêu cầu.
+ Nếu acid vào chậm quá, kéo dài thời gian nấu một mẻ phèn, gây trở ngại cho sản
xuất.
- Thời gian gia nhiệt: Phải duy trì đúng, đảm bảo phản ứng xảy ra hồn tồn, chỉ tiêu cặn khơng tan đạt yêu cầu.
- Tốc độ khuấy trộn: nếu khuấy nhanh quá, phản ứng xảy ra khơng hồn tồn, nếu khuấy trộn chậm quá làm hỗn hợp khơng đồng nhất.
III.CẢM NGHĨ CỦA BẢN THÂN VÀ LỜI CẢM ƠN
III.1. Cảm nghĩ của bản thân
Trước hết, đây là lần đầu tiên chúng em được phép đi tham quan dây chuyền sản xuất của một nhà máy, cũng cĩ nghĩa là sự va chạm đầu tiên giữa kiến thức học thuật trong trường với kiến thức thực tế. Khơng những là động lực cũng cố thêm cho niềm tin vững chắc rằng kiến thức học trên lớp là khơng thừa thải mà cịn thơi thúc chúng em cố gắng học hỏi và tiếp thu nhiều hơn nữa để cĩ thể đi sát với thực tế hơn.
Chuyến đi mang lại cho em nhiều kinh nghiệm quý báu:
-Đầu tiên đĩ là nguyên nhiên liệu. Thực tế nguồn lực là cĩ hạn trong khi nhu cầu là vơ hạn do đĩ phải cân nhắc thật kỹ việc lựa chọn nguyên liệu và nhà cung ứng, phải xét tới giá thành để giải quyết vấn đề đầu vào và đầu ra, chứ khơng phải chỉ quan tâm tới quá trình điều chế, sản xuất. Việc sản xuất phèn nhơm lấy nguyên liệu sẵn cĩ từ nhà máy, lượng nhiệt dư thừa được tận dụng cho các mục đích khác. Cịn trong sản xuất acid sulfuric, cụ thể là ở nước ta khơng cĩ mỏ lưu huỳnh và cơng nghiệp dầu khí chưa phát triển, trong khi các nước như Hàn Quốc, Singapore, Malaysia,… lại dồi dào về khoản cung ứng này. Thị trường tương đối biến động kể từ khi khai thác lưu huỳnh từ sản phẩm phụ của ngành cơng nghiệp dầu khí, cĩ thể là 200USD/tấn, hoặc thậm chí xuống chỉ cịn 45USD/tấn. Nếu ngành cơng nghiệp dầu khí ở nước ta phát triển, thì chúng ta sẽ tiết kiệm được chi phí vận chuyển và tận dụng được nguồn sản phẩm phụ.
-Thứ hai là về cách vận hành quy trình cơng nghệ. Đa phần quy trình cơng nghệ của nhà máy đều được tự động hố và đều cĩ các thiết bị giám sát. Vận dụng các kiến thức trên lớp chúng em được học như Truyền nhiệt, Các q trình cơ học,… để giải thích cơ bản các nguyên lý hoạt của một số thiết bị, đồng thời biết thêm một số thiết bị áp dụng cụ thể cho từng trường hợp tương ứng, đương nhiên việc sử dụng cũng phải theo đúng hướng dẫn để bảo đảm an tồn và giữ được tuổi thọ của thiết bị ít bị giảm sút. Nhà máy cũng khơng hoạt động hết 12 tháng, mà mỗi năm một lần, ngưng sản xuất để bảo trì 2 tháng.
-Thứ ba là về vấn đề mơi trường. Việc lựa chọn lưu huỳnh nguyên tố thay cho quặng pirit sắt làm nguồn cung cấp lưu huỳnh để sản xuất acid sulfuric theo phương pháp tiếp xúc là để giảm gánh nặng ơ nhiễm mơi trường. Việc đốt các quặng nhiều tạp chất gây
ơ nhiễm nặng hơn so với lưu huỳnh nguyên tố và thế giới đã dần thay thế quặng sulfur kim loại bằng lưu huỳnh nguyên tố. Cơng nghệ hấp thụ kép khơng chỉ đơn thuần tăng hiệu suất cho quá trình tổng hợp, mà cịn bảo vệ mơi trường khi lượng SO2 xả bỏ được
nhân viên khơng bị ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ trong điều kiện làm việc như vậy. Riêng khâu sản xuất phèn đơn( muối nhơm sulfat), nhà máy sử dụng bột nhơm hydroxit( cĩ màu trắng hoặc hồng), khi hướng dẫn tham quan gọi tắt là bột nhơm, rất dễ gây nhầm lẫn cho người tham quan. Việc nhà máy chỉ sử dụng nhơm hydroxit là một điều rất đáng khen ngợi, khơng sử dụng bã nhơm và các phương pháp đi từ cao lanh, đất sét, giảm được gánh nặng mơi trường đáng kể. Tuy nhiên, nhà máy cũng khơng đề cập tới việc thuê dịch vụ xử lý chất thải lỏng và rắn của nhà máy, cĩ lẽ do thời lượng diễn ra của chương trình, hy vọng lần sau sẽ được các anh( chị) ở đĩ giới thiệu về khâu tồn trữ và xử lý chất thải lỏng, rắn của nhà máy.
III.2. Lời cảm ơn
Qua buổi thực tập đầy ý nghĩa chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cơ, bộ mơn đã tổ chức, sắp xếp lịch thực tập nhận thức, hướng dẫn tận tình, giúp đỡ cho chúng em trong việc quan sát thực địa để hồn thành tốt mơn học này.
Trong suốt thời gian thực tập ở Nhà máy hố chất Tân Bình 2 chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các cơ chú trong nhà máy. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các cơ chú ở Nhà máy hố chất Tân Bình 2, đặc biệt là chị hướng dẫn viên.
Kính chúc các nhân viên trong cơng ty nhiều sức khỏe và thành cơng trong cơng việc.Chúc Nhà máy hố chất Tân Bình 2 ngày càng phát triển và lớn mạnh.
Hy vọng một ngày nào đĩ chúng em cĩ thể gĩp sức mình vào sự phát triển của cơng ty.
IV. Tài liệu tham khảo
[1]Thế Nghĩa, 2010,Tạp chí Cơng nghiệp hố chất,số 1/2010:”Tổng quan thị trường lưu huỳnh trên thế giới”, Tập đồn hố chất Việt Nam. Địa chỉ truy cập:
http://www.vinachem.com.vn/Desktop.aspx/Xuat-ban-pham/So1/Tong_quan_thi_truong_ luu_huynh_tren_the_gioi/ .
[2]”Nhà máy hố chất Tân Bình 2 “Làm chủ cơng nghệ; Đảm bảo chất lượng, an tồn và đảm bảo sức khoẻ nghề nghiệp; Nâng cao nhận thức vì cuộc sống cộng đồng” ”, Cơng ty cổ phần hố chất cơ bản miền Nam. Địa chỉ truy cập:
http://www.sochemvn.com/index.php/nha -may - hoa - chat - tan -binh-2
[3]”Chi nhánh cơng ty “Chất lượng sản phẩm, an tồn trong sản xuất và đảm bảo mơi trường” “, Cơng ty cổ phần hố chất cơ bản miền Nam. Địa chỉ truy cập:
http://www.sochemvn.com/index.php/hoa -chat -tan - binh
[4]”Axit sulfuric và cơng nghệ sản xuất”. Địa chỉ truy cập:
http://hoachatjsc.com/news/310/axit-sunfuric-h2so4-va-cong-nghe-san-xuat