REPORT TIỂU LUẬN SẢN XUẤT H2SO4 TỪ QUẶNG PYRIT GVHD NGUYỄN VĂN HÒA

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ---------o0o----------

TIỂU LUẬN MÔN

Đề tài 3:SẢN XUẤT H2SO4 TỪ QUẶNG PYRIT GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa Nhóm 3: Nguyễn Thị Thu Trang

2004120053

Đỗ Anh Nhật

2004120047

Phạm Minh Đức

2004120060

TP.HCM, Tháng 11 năm 2015

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

MỞ ĐẦU

H

Ơ

Axit sunfuric là một hóa chất cơ bản được sản xuất với sản lượng lớn nhất thế giới.

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

N

Sản lượng của ngành sản xuất axit sunfuric có thể được coi như một chỉ số kinh tế

U Y

quan trọng của một quốc gia. Ở các nước có nền kinh tế phát triển, mức độ sản

TP

.Q

lượng axit sunfuric thường diễn biến song song với xu hướng lên xuống của nền kinh tế. Vì tầm quan trọng của nó đối với nền kinh tế quốc dân, sản lượng axit

ẠO

sunfuric thường được coi như dấu hiệu về tình trạng của toàn bộ ngành công

G

Đ

nghiệp sản xuất nói chung ở những nước này. So với các hóa chất cơ bản như

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

amoniac, soda,… thì sản lượng axit sunfuric thường cao gấp 2-3 lần.

Có nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất axit sunfuric như lưu luỳnh, quặng pirit, thạch

TR ẦN

cao và các chất phế thải công nghiệp, nhưng nhóm chúng em xin trình bày về đề tài “sản xuất axit sunfiric từ quặng pirit” bởi nhiều ưu điểm của nó trong công nghệ sản xuất và

10 00

B

ứng dụng ở nước ta cũng như vấn đề bảo vệ an toàn môi trường trong sản xuất.

Hiện nay, công nghệ sản xuất axit sunfuric sử dụng nguyên liệu từ quặng pyrit đang

Ó

A

được Nhà máy Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ áp dụng và thu được một lượng

Í-

H

đáng kể axit sunfuric phục vụ cho nhu cầu kinh tế.

-L

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, nhóm chúng em còn hạn chế về nhiều mặt kiến thức

ÁN

và thời gian, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và nhận xét của thầy để kiến thức

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

được hoàn thiện hơn.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Nhóm xin chân thành cám ơn thầy!

Nhóm thực hiện NHÓM 3

Trang 1

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

H

Ơ

MỤC LỤC

N

MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 1

.Q

U Y

MỤC LỤC .......................................................................................................................... 2

TP

Lịch sử phát triển ................................................................................................... 6

1.2.

Tính chất hóa lý của H2SO4 ................................................................................... 6

Đ

ẠO

1.1.

Nhiệt độ kết tinh .............................................................................................. 7

1.2.2.

Nhiệt độ sôi và áp suất hơi .............................................................................. 7

1.2.3.

Khối lượng riêng ............................................................................................. 8

1.2.4.

Nhiệt dung ....................................................................................................... 8

1.2.5.

Độ nhớt ............................................................................................................ 8

1.2.6.

Nhiệt tạo thành ................................................................................................ 8

1.2.7.

Nhiệt pha loãng và nhiệt hỗn hợp ................................................................... 9

1.2.8.

Nhiệt pha loãng (hoặc nhiệt cô đặc) vi phân ................................................... 9

1.2.9.

Nhiệt bay hơi ................................................................................................... 9

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

G

1.2.1.

ÁN

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ H2SO4 .......................................................................... 6

Ứng dụng của H2SO4 ............................................................................................. 9

TO

1.3.

ÀN

1.4. Tình hình sản xuất, tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới và Việt Nam...................... 10

D

IỄ N

Đ

1.4.1. Nhà máy Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ ................................................ 11 1.4.2. Nhà máy Supe lân Long Thành ........................................................................ 11 1.4.3. Nhà máy hóa chất Tân Bình ............................................................................. 11

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT H2SO4 .................................................... 13

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 2

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

Nguyên tố lưu huỳnh (S) ............................................................................... 13

2.1.2.

Quặng pyrit (FeS2) ........................................................................................ 14

Ơ

2.1.1.

N

Nguyên liệu .......................................................................................................... 13

Pyrit thường ............................................................................................ 15

2.1.2.2.

Pyrit tuyển nổi ........................................................................................ 16

2.1.2.3.

Pyrit lẫn than........................................................................................... 16

TP

.Q

U Y

N

H

2.1.2.1.

Thạch cao ...................................................................................................... 17

2.1.4.

Các chất thải có chứa lưu huỳnh ................................................................... 17

Đ

ẠO

2.1.3.

Khí lò luyện kim màu ............................................................................. 17

2.1.4.2.

Khí dihidro sunfua .................................................................................. 18

2.1.4.3.

Khói lò .................................................................................................... 18

2.1.4.4.

Axit sunfuric thải .................................................................................... 18

H Ư

N

G

2.1.4.1.

TR ẦN

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

2.1.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

10 00

B

2.2. Cơ chế lý hoá trong các qui trình ............................................................................ 19 2.2.1. Đốt pirit ............................................................................................................. 19

Ó

A

2.2.2. Làm sạch khí ..................................................................................................... 20

Í-

H

2.2.3. Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3 ..................................................................... 22

-L

2.2.4. Hấp thụ SO3 và H2SO4 thành oleum ................................................................. 26

TO

ÁN

2.3. Các yếu tố ảnh hưởng.............................................................................................. 27

ÀN

2.3.1. Làm sạch khí ..................................................................................................... 27

D

IỄ N

Đ

2.3.2. Oxi hóa SO2 thành SO3 ..................................................................................... 30 2.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt phản ứng và hằng số cân bằng oxi hóa SO2 ........................................................................................................................... 30 2.3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mức chuyển hóa SO2 .................. 30 2.3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mức chuyển hóa cân bằng........... 31

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 3

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 .......... 32

Ơ

2.3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 ....................... 34

N

2.3.2.5. Động học quá trình oxi hóa SO2 trên chất xúc tác vanadi.......................... 33

N

H

2.3.2.7. Ảnh hưởng của hoạt tính một vài chất xúc tác đến tốc độ phản ứng oxi hóa

U Y

SO2 ........................................................................................................................... 35

.Q

2.3.2.8. Ảnh hưởng của mức chuyển hoá đến lượng xúc tác cần dùng khi oxi hoá

TP

SO2 ........................................................................................................................... 35

Đ

ẠO

2.3.2.9. Ảnh hưởng của mức chuyển hoá đến giá thành axit sunfuric .................... 36

G

2.3.2.10. Ảnh hưởng của nồng độ SO2 đến năng suất tháp tiếp xúc ...................... 36

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

2.3.2.11. Ảnh hưởng của chiều dài mao quản đến mức sử dụng bề mặt bên trong

TR ẦN

của xúc tác ............................................................................................................... 37 2.3.2.12. Ảnh hưởng của đường kính hạt xúc tác đến tiêu hao chung .................... 37

B

2.3.2.13. Ảnh hưởng của tốc độ khí đến đường kính thích hợp của hạt xúc tác ở các

10 00

mức chuyển hoá khác nhau ..................................................................................... 38

A

2.3.3. Hấp thụ SO3 và H2SO4 thành oleum ................................................................. 38

H

Ó

2.3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ axit đến hệ số K0 .............................. 38

Í-

2.3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ axit đến hiệu suất, tốc độ hấp thụ SO3

ÁN

-L

................................................................................................................................. 39

TO

2.3.3.3. Cân bằng nước trong hệ thống ................................................................... 39

ÀN

2.4. Phương pháp sản xuất ............................................................................................. 39

D

IỄ N

Đ

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................................................................... 40 3.1.

Sơ lược về quy trình ............................................................................................. 40

3.2.

Chuẩn bị nguyên liệu ........................................................................................... 41

3.3.

Sản xuất khí SO2 .................................................................................................. 41

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 4

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

3.4.

Tinh chế SO2: ....................................................................................................... 46

3.5.

Chuyển hóa SO2 thành SO3 .................................................................................. 48 Cơ sở hóa lý của quá trình oxy hóa ............................................................... 48

Ơ

3.5.1.

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

Cân bằng phản ứng ................................................................................. 48

3.5.1.2.

Độ chuyển hóa ........................................................................................ 49

3.5.1.3.

Tốc độ phản ứng ..................................................................................... 49

TP

.Q

U Y

N

H

3.5.1.1.

N

G

Chuyển hóa SO2 thành SO3 ........................................................................... 51 Phương pháp tháp đệm ........................................................................... 51

3.5.2.2.

Phương pháp tiếp xúc ............................................................................. 51

TR ẦN

H Ư

3.5.2.1.

Hấp thu SO3 ......................................................................................................... 52

3.7.

Quy trình công nghệ và thuyết minh.................................................................... 52

10 00

B

3.6.

Sơ đồ quy trình công nghệ ............................................................................ 53

3.7.2.

Thuyết minh quy trình ................................................................................... 55

A

3.7.1.

Ó

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

3.5.2.

Nhiệt độ thích hợp (Tth) .......................................................................... 50

Đ

3.5.1.5.

ẠO

3.5.1.4. Xúc tác ....................................................................................................... 49

Í-

H

CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH ......................................................................... 58 Thiết bị xử lý nguyên liệu .................................................................................... 59

4.2.

Thiết bị lọc bụi, lọc mù ........................................................................................ 59

ÁN

TO

Thiết bị tạo SO2 .................................................................................................... 60

ÀN

4.3.

-L

4.1.

D

IỄ N

Đ

4.4.

Thiết bị oxy hóa SO2 thành SO3 .......................................................................... 61

4.5.

Thiết bị hấp thu SO2:............................................................................................ 64

4.6.

Thiết bị trao đổi nhiệt:.......................................................................................... 64

CHƯƠNG 5: NHẬN XÉT............................................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................... 68 Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 5

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ H2SO4 Lịch sử phát triển

H

Ơ

Axit sunfuric là một hóa chất thương mại rất quan trọng, được sản xuất với sản lượng

N

1.1.

N

lớn nhất thế giới, mức độ tiêu thụ axit sunfuric do vậy được coi như một chỉ số kinh tế

U Y

quan trọng để đánh giá sức mạnh công nghiệp của một quốc gia, đặc biệt là với các nước

.Q

đang phát triển. Công nghệ sản xuất axit sunfuric vì thế cũng luôn được quan tâm và

ẠO

TP

không ngừng được cải tiến, hiện đại hóa để tăng năng suất và giảm ô nhiễm môi trường.

Đ

Axit sunfuric H2SO4đã được biết tới từ lâu. Người đầu tiên điều chế H2SO4 từ sắt

G

sunfat (Fe2(SO4)3 trong phòng thí nghiệm là nhà giả kim thuật Ai Cập Geber vào thế kỉ

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

thứ X. Giữa thế kỉ XV,Basilius Valentinus tồng hợp H2SO4 từ lưu huỳnh bằng cách đốt lưu huỳnh cùng với muối nitrat, sau đó hấp thụ khí sinh ra bằng nước trong các phòng chì

TR ẦN

gọi là phương pháp phóng chì. Phương pháp điều chế H2SO4với sự có mặt của nito oxit để oxi hóa SO2 có tên làphương pháp Nitroza. Phương pháp điều chế nitroza để sản

10 00

B

xuất H2SO4 ra đời vào năm 1793, sau này được hoàn thiện nhờ công lao của Cleman và Dezorm. Cuối thế kỉ XIX, Gay− Luytxac và Glover đã thay các phòng chì bằng các tháp

A

hấp thụ chứa đệm nên đã nâng nồng độ H2SO4 từ 67% đến trên 75%.

H

Ó

Ngày nay, phương pháp dùng xúc tác rắn để oxi hóa SO2 thành SO3 đã thay thế

Í-

phương pháp nitroza. Trong phương pháp này, người ta thường dùng chất xúc tác là

-L

platin hoặc vanadi oxit, gọi là phương pháp tiếp xúc. Axit H2SO4 sản xuất bằng phương Tính chất hóa lý của H2SO4

TO

1.2.

ÁN

pháp tiếp xúc có nồng độ rất cao, trên 98% và thu được cả oleum.

ÀN

Trong hóa học, axit sunfuric được xem là hợp chất của anhydrite sunfuric với nước.

D

IỄ N

Đ

Công thức hóa học SO3.H2O hoặc H2SO4, khối lượng phân tử 98.

Trong kỹ thuật thì hỗn hợp theo tỷ lệ bất kỳ của SO3 với H2O đều gọi là axit sunfuric.

Nếu tỷ lệ SO3/H2O < 1 gọi là dung dịch axit sunfuric, tỷ lệ SO3/H2O > 1 gọi là dung dịch của SO3 trong axit sunfuric hay oleum hoặc axit sunfuric bốc khói.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 6

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Axit sunfuric khan là chất lỏng không màu, sánh (khối lượng riêng ở 200C là 1,8395 đầu sôi và bị phân hủy cho tới khi tạo thành hỗn hợp chứa 98,3% H2SO4 và 1,7% H2O và

N

H

Ơ

sôi ở 336,50C.

N

g/cm3), kết tinh ở 10,370C. Ở ấp suất thường (760 mmHg) đến 296,20C axit sunfuric bắt

U Y

Axit sunfuric có thể kết hợp với nước và SO3 theo tỷ lệ bất kỳ, khí đó tạo thành một

TP

Nhiệt độ kết tinh

ẠO

1.2.1.

.Q

số hợp chất có những tính chất khác nhau.

Dung dịch có nồng độ bất kỳ của axit sunfuric và oleum đều có thể xem là hỗn hợp

G

Đ

của hai trong các hợp chất sau: H2SO4.4H2O kết tinh ở -24,400C, H2SO4.2H2O kết tinh ở -

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

39,600C, H2SO4.H2O kết tinh ở 8,480C, H2SO4 kết tinh ở 10,370C, H2SO4.SO3 kết tinh ở

TR ẦN

38,150C.

Nhiệt độ kết tinh của dung dịch axit sunfuric và oleum tương đối cao. Vì vậy, thường quy định rất nghiêm ngặt nồng độ các loại axit sunfuric và oleum tiêu chuẩn sao cho

Nhiệt độ sôi và áp suất hơi

A

1.2.2.

10 00

B

chúng không bị kết tinh trong quá trình sản xuất, bảo quản và vận chuyển …

-L

Í-

H2SO4, sau đó giảm.

H

Ó

Khi tăng nồng độ, nhiệt độ sôi của dung dịch axit tăng, đạt cực đại (336,50C) ở 98,3%

ÁN

Khi tăng hàm lượng SO3 tự do, nhiệt độ sôi của oleum giảm từ 296,20C (ở 0% SO3 tự

TO

do) xuống 44,70C (ở 100% SO3 – tức nhiệt độ sôi của SO3).

ÀN

Khi tăng nồng độ, áp suất hơi trên dung dịch axit giảm, đạt cực tiểu ở 98,3% H2SO4,

Đ

sau đó lại tăng. Áp suất hơi trên oleum tăng khi tăng hàm lượng SO3 tự do. Nói chung,

IỄ N

hơi trên dung dịch axit và oleum có thành phần khác với thành phần pha lỏng. Hơi trên

D

dung dịch axit sunfuric loảng chủ yếu là hơi nước, còn hơi trên oleum phần lớn là SO3.

Chỉ trên dung dịch axit 98,3% H2SO4 thì thành phần pha hơi mới bằng thành phần pha lỏng.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 7

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Như vậy khi đun nóng dung dịch axit sunfuric loãng hoặc oleum thì sản phẩm cuối cùng là axit 98,3% H2SO4 chứ không phải là axit 100% H2SO4.

N

Khối lượng riêng

H

Ơ

1.2.3.

N

Khi tăng nồng độ, khối lượng riêng của dung dịch axit sunfuric tăng, đạt cực đại ở

U Y

98,3% H2SO4 sau đó giảm. Khi tăng hàm lượng SO3 tự do, khối lượng riêng của oleum

.Q

cũng tăng, đạt cực đại ở 62% SO3 tự do, sau đó giảm. Khi tăng nhiệt độ, khối lượng riêng

ẠO

Nhiệt dung

Đ

1.2.4.

TP

của axit sunfuric và oleum giảm.

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Khi tăng nhiệt độ, nhiệt dung của dung dịch axit sunfuric giảm. Ngược lại, khi tăng

H Ư

hàm lượng SO3, nhiệt dung của oleum lại tăng. Khi tăng nhiệt độ, nhiệt dung của axit

1.2.5.

TR ẦN

sunfuric và oleum tăng. Độ nhớt

10 00

B

Độ nhớt có ảnh hưởng rất lớn đến trở lực của axit khi chảy trong đường ống hoặc máng dẫn, đến tốc độ truyền nhiệt khi đun nóng hoặc làm nguội axit, đến tốc độ hòa tan

A

các muối, các kim loại và các chất khác vào axit … Vì vậy, nó được sử dụng khá nhiều

H

Ó

trong các tính toán kỹ thuật. Độ nhớt của axit sunfuric và oleum có các giá trị cực đại ở

Í-

nồng độ 84,5% H2SO4; 100% H2SO4 và 50 – 55 % SO3 tự do. Khi tăng nhiệt độ, độ nhớt

Nhiệt tạo thành

TO

1.2.6.

ÁN

-L

của axit giảm khá nhanh.

ÀN

Hiệu ứng nhiệt của phản ứng tạo thành axit sunfuric và các hợp chất trung gian ở

D

IỄ N

Đ

250C( 2980K) có các giá trị sau: Stinh thể hình thoi + O2 SO2 ( 297,322 kJ/mol) SO2 + 0,5 O2 SO3 khí ( 96,144 kJ/mol) SO3 khí SO3 lỏng (39,805 kJ/mol) Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 8

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

SO3 khí + H2Ohơi H2SO4 hơi (124,988 kJ/mol)

Ơ

Nhiệt pha loãng và nhiệt hỗn hợp

H

1.2.7.

N

H2SO4 hơi H2SO4 lỏng (50,196 kJ/mol)

U Y

N

Nhiệt pha loãng là lượng nhiệt tỏa ra khi thêm nước vào axit. Nhiệt pha loãng axit

.Q

sunfuric từ nồng độ ban đầu C1 xuống nồng độ C2 có thể tính hiệu của nhiệt tạo thành các

TP

axit đó:

ẠO

Qf = H 2 – H 1

G

Đ

Khi hỗn hợp các axit có nồng độ khác nhau cũng tỏa ra một lượng nhiệt gọi là nhiệt hỗn

N H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

hợp, có công thức:

TR ẦN

Qh = H3 + 2113 – H1 – H2 ( kj/ kg SO3)

H1, H2, H3: nhiệt tạo thành các axit ban đầu có nồng độ C1, C2 và nhiệt tạo thành dung

1.2.8.

10 00

B

dịch axit cuối có nồng độ C3.

Nhiệt pha loãng (hoặc nhiệt cô đặc) vi phân

Ó

A

Là lượng nhiệt tỏa ra khi thêm một lượng nhỏ H2O hoặc SO3 vào axit sunfuric hoặc

-L

Nhiệt bay hơi

ÁN

1.2.9.

Í-

H

oleum làm nồng độ của chúng thay đổi rất ít.

Nhiệt bay hơi nước từ dung dịch axit sunfuric nồng độ bất kỳ có thể xem như là tổng

ÀN

TO

nhiệt pha loãng axit và nhiệt bay hơi nước ở nhiệt độ đã cho. Ứng dụng của H2SO4

D

IỄ N

Đ

1.3.

Axit sunfuric được dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Đối

với công nghiệp hóa học, axit sunfuric được dùng sản xuất phân lân, các axit vô cơ (axit

photphoric, hidro floric, boric), muối sunfat của các kim loại khác nhau, trong sản xuất thuốc nhuộm, các chất màu vô cơ và những hợp chất khác. Một lượng lớn axit sunfuric, Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 9

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

đặc biệt ở dạng oleum, được dùng vào công nghiệp tổng hợp hữu cơ, thuốc nhuộm anilin, các vật liệu và sợi tổng hợp. Axit sunfuric còn được dùng làm môi trường hút nước như

H

Ơ

các sản phẩm dầu lửa và các sản phẩm thu được từ nhựa than đá. Trong luyện kim màu,

N

dung dịch axit nitric, sấy khí, sản xuất chất nổ. Người ta dùng axit sunfuric để làm sạch

N

axit sunfuric được dùng trong chế biến thủy luyện, trong công nghiệp gia công kim loại

U Y

được dùng để làm sạch màng oxit trên bề mặt kim loại và trong nhiều lĩnh vực công

TP

.Q

nghiệp khác.

ẠO

1.4. Tình hình sản xuất, tiêu thụ axit sunfuric trên thế giới và Việt Nam

Đ

Axit sunfuric là một trong những sản phẩm có sản lượng lớn nhất của công nghiệp

G

hóa học. Trên thế giới hàng năm sản xuất trên 46 triệu tấn. Ở Mĩ, mỗi năm sản xuất

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

hàng triệu tấn axit sunfuric đi từ khí thải. Sản lượng axit sunfuric trên thế giới tăng nhanh do các ngành công nghiệp phát triển mạnh. (Bảng 1.1)

TR ẦN

Ở Việt nam hiện có những nhà máy sản xuất axit sunfuric: (Bảng 1.2) * Nhà máy Suppe phốt phát Lâm Thao (Tỉnh Vĩnh Phúc).

10 00

B

* Nhà máy Suppe phốt phát Long Thành (Tỉnh Đồng Nai). * Nhà máy hóa chất Tân Bình (Tp. Hồ Chí Minh).

Năm 1960

Năm 1970

Năm 1980

5,4

12,4

23

Mĩ

16,2

26,4

23

Pháp

2,8

3,7

4,9

Anh

2,8

3,3

3,4

Ý

2,3

3,3

3,0

Đức

3,3

5,5

5,8

Nhật

4,5

6,9

6,8

H

Ó

Tên nước

A

Bảng 1.1. Tăng trưởng axit sunfuric của một số nước trên thế giới (triệu tấn/năm).

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

Liên Xô

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 10

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Bảng 1.2. Tăng trưởng axit sunfuric của nước Việt nam (ngàn tấn/năm).

Miền Nam

Miền Bắc

1985

12.000

180.000

1992

52.000

240.000

2001

68.571

214.000

N

H

Ơ

N

Năm

U Y

1.4.1. Nhà máy Supephotphat Lâm Thao – Phú Thọ

TP

.Q

Sản xuất H2SO4 đi từ quặng pyrit phối trộn với lưu huỳnh hóa lỏng nhập khẩu. Chỉ bằng việc thay đổi tỉ lệ phối trộn nguyên liệu kết hợp cải tiến công nghệ đốt lò, nhà máy

ẠO

đã biến công nghệ cũ của Liên Xô thành dây chuyền sản xuất H2SO4 chưa từng có, tận

G

Đ

dụng nguồn nguyên liệu pyrit trong nước và giảm triệt để chất thải gây ô nhiễm. Nhờ đó

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

từ năm 1995 trở lại đây sản lượng axit sunfuric luôn đạt 360 tấn/ngày, bụi xỉ bay ra giảm

H Ư

xuống tới mức tiêu chuẩn và xỉ thải giảm từ 280 tấn xuống 80 tấn/ngày, thu hồi được toàn

TR ẦN

bộ lượng axit phải thải bỏ trước đây. Tại đây H2SO4 được sản xuất theo phương pháp tiếp xúc, chất xúc tác để oxi hóa SO2 thành SO3 là vanađi oxit.

B

1.4.2. Nhà máy Supe lân Long Thành

10 00

Hàng năm sảnlượng H2SO4 đạt khoảng 80.000 tấn/năm với nguyên liệu là quặng sulfua sắt, sản xuất theo phương pháp tiếp xúc (chất xúc tác là V2O5). Theo báo cáo của

Ó

A

công ty phân bón miền Nam, mặc dù giá lưu huỳnh nguyên liệu tăng mạnh nhưng để đáp

Í-

H

ứng nhu cầu tăng đột biến, Nhà máy Supephotphat Long Thành thuộc Công ty vẫn đẩy

-L

mạnh sản xuất axit sunfuric ngay từ những ngày đầu năm. Tính đến 25/1/2008 nhà máy

ÁN

đã sản xuất gần 7000 tấn axit sunfuric, đạt trên 10% kế hoạch cả năm và tăng gấp trên 3

TO

lần so với cùng kỳ năm 2007.

ÀN

1.4.3. Nhà máy hóa chất Tân Bình

Đ

Sản xuất H2SO4 kĩ thuật đi từ nguyên liệu lưu huỳnh theo phương pháp tiếp xúc.

IỄ N

H2SO4 tinh khiết được sản xuất bằng cách chưng cất H2SO4 kĩ thuật. Trong thời gian qua,

D

giá lưu huỳnh đã tăng cao đột biến, lên mức 700−800USD/tấn đã trực tiếp tác động mạnh

đến giá thành sản phẩm axit, điều này làm các nhà sản xuất gặp rất nhiều khó khăn về vốn, về hạch toán sản xuất, nhất là khi axit được sử dụng trong sản xuất phân lân, sẽ làm Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 11

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

đội giá sản phẩm phân lân trong bối cảnh phân bón phải thực hiện bình ổn giá theo chỉ đạo chung. Ngoài ra, giá thành axit cao cũng sẽ ảnh hưởng đến các ngành khác như sản

H

Ơ

Tính đến 5/6/2008, ba đơn vị sản xuất axit sunfuric của TCT đã thực hiện được sản

N

xuất ắcquy chì, sản xuất phèn nhôm và nhiều sản phẩm khác.

N

lượng axit tương đương 47% kế hoạch cả năm, tăng 20,5% so với cùng kỳ năm 2007.

U Y

Trong đó trên 80% được sử dụng trong sản xuất phân bón.Lượng axit thương phẩm cũng

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

đạt trên 47% kế hoạch cả năm, tăng gần 8% so với cùng kỳ năm 2007.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 12

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT H2SO4 Nguyên liệu

Ơ

Nguyên liệu để sản xuất axid sunfuric rất phong phú, bao gồm nguyên tố lưu huỳnh

N

2.1.

N

H

và tất cả các hợp chất có chứa lưu huỳnh, như các muối sunfua, sunfat kim loại, khí thiên

.Q

sản lượng axit sunfuric trên thế giới được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu:

U Y

nhiên,… Tổng hàm lượng lưu huỳnh trong quả đất khoảng chừng 0,1%. Theo thống kê,

ẠO

TP

- Nguyên tố lưu huỳnh (S).

Đ

- Quặng pyrit FeS2, chứa 30- 50% S, lẫn nhiều tạp chất và thành phần khác.

G H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

- Thạch cao.

như: H2S, SO2, axit sunfuric thải).

2.1.1.

B

Nguyên tố lưu huỳnh (S)

TR ẦN

- Các nguồn chất thải chứa lưu huỳnh (các nguồn khí thải từ lò hơi, lò luyện kim

10 00

Nguyên tố lưu huỳnh là một trong những nguyên tố có nhiều trong tự nhiên, được đánh giá là một trong những nguyên tố quan trọng nhất và có nhiều ứng dụng trong công

Ó

A

nghiệp. Lưu huỳnh được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp sản xuất axit sunfuric

Í-

H

(chiếm khoảng 50% tổng lượng lưu huỳnh sản xuất ra), công nghiệp giấy- cellulose

-L

(chiếm khoảng 25%), nông nghiệp (chiếm khoảng 10- 15% tổng lượng lưu huỳnh sản

ÁN

xuất ra).

TO

Nguyên tố lưu huỳnh là một trong những dạng nguyên liệu tốt nhất để sản xuất axit

- Khi đốt lưu huỳnh ta thu được hỗn hợp khí có hàm lượng SO2 và O2 cao. Điều này

IỄ N

Đ

ÀN

sunfuric vì:

D

rất quan trọng trong việc sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 13

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

- Lưu huỳnh chứa rất ít tạp chất (đặc biệt là các hợp chất của asen) và khi cháy không có xỉ nên đơn giản được dây chuyền sản xuất rất nhiều (bớt đi các thiết bị đặc biệt

Ơ

N

để làm sạch khí).

N

H

- Khi sản xuất với quy mô lớn và xa nguồn nguyên liệu thì lưu huỳnh là nguyên liệu

U Y

rẻ tiền.

.Q

Trên thế giới, lưu huỳnh dạng đơn chất có thể tìm thấy ở gần các suối nước nóng và

TP

các khu vực núi lửa tại nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt là dọc theo vành đai lửa Thái Bình

ẠO

Dương. Các trầm tích núi lửa hiện được khai thác tại Indonesia, Chile và Nhật Bản. Các

Đ

mỏ lưu huỳnh đơn chất cũng tồn tại trong các mỏ muối dọc theo bờ biển vịnh Mexico và

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

trong các evaporit ở Đông Âu và Tây Á. Lưu huỳnh trong các mỏ này có được nhờ hoạt

H Ư

động của các vi khuẩn kỵ khí đối với các khoáng chất sulfat, đặc biệt là thạch cao. Các

TR ẦN

mỏ này là nền tảng của sản xuất lưu huỳnh công nghiệp tại Hoa Kỳ, Ba Lan, Nga, Turkmenistan và Ukraina. Lưu huỳnh thu được từ dầu mỏ, khí đốt và cát dầu

B

Athabasca đã trở thành nguồn cung cấp lớn trên thị trường, với các kho dự trữ lớn dọc

10 00

theo Alberta.

Ở Việt Nam, để điều chế lưu huỳnh người ta đi từ quặng lưu huỳnh thiên nhiên chứa

Ó

A

khoảng 15- 20% S, hoặc tách các hợp chất từ khí thải của các ngành công nghiệp luyện

-L

Quặng pyrit (FeS2)

ÁN

2.1.2.

Í-

H

kim màu, gia công dầu mỏ, khí dầu mỏ.

TO

Có 3 loại quặng pyrit thường dùng để sản xuất axit sunfuric đó là pyrit thường, pyrit

ÀN

tuyển nổi, pyrit lẫn than.

Đ

Ở miền Bắc nước ta mới chỉ phát hiện một số mỏ pyrit, nhưng nói chung hàm lượng

D

IỄ N

lưu huỳnh thấp (khoảng 20 ÷30% S), trữ lượng không lớn lắm.

Mỏ sắt Nà Lũng thuộc địa phận xã Duyệt Trung, thị xã Cao Bằng trữ lượng khoáng

sản hiện tại còn hơn 8 triệu tấn với hàm lượng gần 60% Fe, khoảng 30% S.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 14

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Mỏ đồng Sin Quyên thuộc xã Bản Vược và Cốc Mỳ, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai. Theo thiết kế, mỏ có công suất khai thác 1,1÷1,2 triệu tấn quặng nguyên khai/năm. Công

H

Ơ

lượng 25% Cu/năm để sản xuất 1.000 tấn Cu hàm lượng 99,95% cùng các sản phẩm khác

N

suất thiết kế nhà máy luyện đồng (công ty Đồng Lào Cai) 41,738 tấn tinh quặng, hàm

N

như vàng, bạc, tinh quặng sắt, tinh quặng pirit.

U Y

Mỏ kẽm chì chợ Điền thuộc các xã Bản Thi, Quảng Bạch và Đổng Lạc, huyện Chợ

TP

.Q

Đồn, tỉnh Bắc Cạn. Sản lượng khai thác hàng năm khoảng 50.000 tấn quặng oxit và 40.000 tấn quặng pirit. Trữ lượng còn lại đến đầu năm 2004: quặng oxit 0,88 triệu tấn,

Đ

ẠO

quặng pirit 0,513 triệu tấn.

G

Mỏ kẽm chì Lang Hich thuộc xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên, sản

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

lượng khai thác đạt trung bình 15.000 tấn quặng/năm. Trữ lượng còn lại đến đầu năm 2004: quặng ôxit 227.267 tấn, quặng pirit 37.600 tấn.

TR ẦN

Mỏ pirit ở huyện Ba Vì, tỉnh Hà Tây. Các than quặng pirit nằm trong tập đá vụn núi lửa của hệ tầng tuổi pecmi−Triat. Quặng có nguồn gốc nhiệt dịch, liên quan mật thiết đến

10 00

B

các hoạt động phun trào trung tính và axit. Các than quặng có cấu tạo rất phức tạp, chất lượng và bề dày biến đổi theo đường phương và hướng dốc. Quặng có hàm lượng S từ

H

Pyrit thường

Í-

2.1.2.1.

Ó

A

4÷20%, trữ lượng theo đánh giá tìm kiếm khoảng chục triệu tấn.

-L

Thành phần chủ yếu của quặng pyrit là sắt sunfua FeS2 chứa 53,44% S và 46,56% Fe.

ÁN

FeS2 thường ở dạng tinh thể pyrit hình lập phương (khối lượng riêng 4,95- 5,0 g/cm3),

TO

cũng có khi ở dạng tinh thể macazit hình thoi (khối lượng riêng 4,55 g/cm3). Ở 4500C

ÀN

macazit chuyển thành pyrit có tỏa nhiệt.

Đ

Quặng pyrit thường là một loại khoáng màu vàng xám, khối lượng đổ đống khoảng

D

IỄ N

2200- 2400 kg/m3 tùy theo kích thước hạt quặng. Trong quặng có lẫn nhiều tạp chất của đồng (chủ yếu là FeCuS2, Cu2S, CuS), chì, kẽm, niken, bạc, vàng, coban, selen, telu, silic,

các muối cacbonat, sunfat canxi, magie,… Vì vậy hàm lượng thực tế của lưu huỳnh trong quặng dao động trong khoảng 30-52%.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 15

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Ngoài ra còn thấy loại hợp chất của lưu huỳnh và sắt có thành phần phức tạp hơn như

Ơ

Trên thế giới, quặng pyrit có nhiều ở Nga, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Canada, Bồ Đào

N

FeSn+1 (n ≥5) gọi là pyrotin hay pyrit từ.

N

H

Nha, Na Uy, Italia,…

U Y

Ở miền Bắc nước ta mới chỉ phát hiện một số mỏ pyrit , nhưng nói chung hàm lượng

TP

Pyrit tuyển nổi

ẠO

2.1.2.2.

.Q

lưu huỳnh thấp (khoảng 20- 30% S), trữ lượng không lớn lắm.

Đ

Trong quặng pyrit có rất nhiều tạp chất, một trong số tạp chất đó có đồng. Nếu hàm

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

lượng đồng trong quặng pyrit lớn hơn 1% thì đem quặng này sản xuất đồng có lợi hơn là

H Ư

đốt trực tiếp để sản xuất axit sunfuric.

TR ẦN

Trước khi đem đi luyện đồng, thường dùng phương pháp tuyển nổi để làm giàu đồng của quặng này lên khoảng 15- 20% Cu gọi là tinh quặng đồng. Phần bã thải của quá trình

B

tuyển nổi chứa khoảng 32- 40% S gọi là quặng pyrit tuyển nổi, dùng để sản xuất axit

10 00

sunfuric. Cứ tuyển 100 tấn quặng thu được 15- 20 tấn tinh quặng đồng và 80- 85 tấn pyrit

A

tuyển nổi. Nếu tiếp tục tuyển lần hai sẽ thu được tinh quặng pyrit chưa tới 45- 50% S.

H

Ó

Quặng pyrit tuyển nổi có kích thước rất nhỏ (khoảng 0,1 mm) và độ ẩm khá lớn (12-

Í-

15%) gây khó khăn cho quá trình vận chuyển và đốt. Vì vậy trước khi sử dụng phải sấy

ÁN

-L

để làm giảm hàm lượng ẩm xuống.

Pyrit lẫn than

TO

2.1.2.3.

ÀN

Than đá ở một số mỏ có lẫn cả quặng pyrit, có loại chứa tới 3- 5% S làm giảm chất

Đ

lượng của than. Vì vậy phải loại bỏ các cục than có lẫn pyrit. Phần than cục cần loại bỏ

D

IỄ N

này chứa tới 33- 42% S và 12- 18% C gọi là pyrit lẫn than.

Pyrit lẫn than tuy có hàm lượng S lớn nhưng không thể đốt ngay để sản xuất axit

sunfuric vì hàm lượng cacbon trong đó rất lớn, khi cháy:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 16

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Nhiệt lượng tỏa ra rất lớn, làm nhiệt độ khí tăng cao, có thể làm cho lò đốt mau

-

Ơ

Tiêu tốn nhiều oxi làm giảm nồng độ SO2, O2 trong khí lò, gây khó khăn cho các

-

N

chóng bị phá hủy.

N

H

giai đoạn tiếp theo của quá trình sản xuất.

TP

.Q

xuống 3- 6% (riêng lò lớp sôi có thể đốt được cả quặng có hàm lượng C cao).

U Y

Vì vậy phải nghiền và rửa quặng lẫn than để giảm hàm lượng cacbon trong quặng

ẠO

Khi đốt quặng lẫn than, ngoài SO2 còn tạo ra một ít khí CO2, H2S, CS2, COS, S,…

Đ

Những khí này không ảnh hưởng gì lớn đến quá trình sản xuất. Nếu dùng không khí giàu

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

oxi để đốt quặng, có thể giảm được hàm lượng các khí đó.

H Ư

Ở miền Bắc nước ta, mỏ than Na Dương (Lạng Sơn) cũng chứa nhiều lưu huỳnh (có

TR ẦN

mẫu tới 6- 8% S). Việc nghiên cứu tách được lưu huỳnh khỏi than có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật rất lớn vì tăng được chất lượng than, đảm bảo an toàn (tránh hiện tượng than tự bốc

Thạch cao

10 00

2.1.3.

B

cháy) đồng thời tận dụng được lưu huỳnh là loại nguyên liệu ta phải mua của nước ngoài.

A

Thạch cao cũng là một nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất axit sunfuric vì

H

Ó

nhiều nước trên thế giới có mỏ thạch cao (CaSO4.2H2O hoặc CaSO4). Ngoài ra trong

Í-

quá trình sản xuất axit photphoric, supe photphat kép, nitrophot, nitrophotka… cũng

-L

thải ra một lượng lớn CaSO4. Thường thường, từ thạch cao, người ta sản xuất liên hợp

ÁN

cả axit sunfuric và ximăng. Muốn thế, đốt hỗn hợp thạch cao, đất sét và than trong lò

TO

quay. Khi đó, CaSO4 bị khử, cho SO2 đem đi sản xuất axit sunfuric; phần xỉ còn lại

ÀN

thêm một số phụ gia, đem nghiền để sản xuất ximăng.

Các chất thải có chứa lưu huỳnh

2.1.4.1.

Khí lò luyện kim màu

D

IỄ N

Đ

2.1.4.

Khí lò trong quá trình đốt các quặng kim loại màu như quặng đồng, chì thiếc, kẽm… có chứa nhiều SO2. Đây là một nguồn nguyên liệu rẻ tiền để sản xuất axit Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 17

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

sunfuric vì cứ sản xuất 1 tấn đồng, có thể thu được 7,3 tấn SO2 mà không cần lò đốt quặng trong dây chuyền sản xuất axit sunfuric. Thành phần khí lò phụ thuộc vào

U Y

Khí dihidro sunfua

N

Còn khí các lò khác, có thể dùng khí thiên nhiên (metan) để khử SO2 thành S. 2.1.4.2.

Ơ

H

tương tự như khi đốt quặng pyrit nên có thể dùng trực tiếp để sản xuất axit sunfuric.

N

nguyên liệu, cấu tạo lò và điều kiện đốt. Riêng ở lò nung và lò lớp sôi, thành phần khí

.Q

Khi cốc hóa than, khoảng 50% lượng lưu huỳnh có trong than sẽ đi theo khí cốc,

TP

chủ yếu ở dạng H2S (95%). Lượng H2S khí cốc hàng năm trên toàn thế giới tới hàng

ẠO

triệu tấn. Thu hồi lượng H2S này không những có ý nghĩa kinh tế mà còn đảm bảo

Khói lò

N

2.1.4.3.

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

xúc tác ướt hoặc đem sản xuất lưu huỳnh nguyên tố.

G

Đ

điều kiện vệ sinh công nghiệp. Từ H2S có thể sản xuất axit sunfuric theo phương pháp

TR ẦN

Khi đốt than trong lò của các nồi hơi, lưu huỳnh và các hợp chất của nó có trong than sẽ chuyển thành SO2. Hàng năm trên thế giới đốt hàng tỉ tấn than, trong đó khói

B

lò đã thải vào khí quyển hàng chục triệu tấn lưu huỳnh. tất nhiên muốn sử dụng được

10 00

nó còn phải giải quyết vấn đề thu hồi và làm giàu khí SO2 hoặc thiết lập sơ đồ sản xuất axit sunfuric trực tiếp từ khí SO2 nghèo.

A

Axit sunfuric thải

Ó

2.1.4.4.

H

Sau khi dùng axit sunfuric làm tác nhân hút nước, tinh chế dầu mỏ, sunfo hóa các

-L

Í-

hợp chất hữu cơ… sẽ thu được chất thải chức nhiều H2SO4 (20-50%). Trong công

ÁN

nghệ gia công kim loại và chế tạo máy, sau khi rửa kim loại cũng thu được chất thải

TO

chứa 2-4% H2SO4 và khoảng 25% FeSO4. Chất thải khi sản xuất TiO2 chứa 15-20% H2SO4 và 45-55% FeSO4. Có 3 hướng sử dụng chất thải này:

ÀN

- Tách các tạp chất rồi cô đặc để thu hồi H2SO4.

D

IỄ N

Đ

- Phân hủy nhiệt thu hồi SO2 để sản xuất axit sunfuric.

- Dùng trực tiếp vào các mục đích không cần axit sunfuric sạch.

Tóm lại, nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric rất phong phú. Tỉ lệ giữa các dạng

nguyên liệu dùng sản xuất axit sunfuric không ngừng thay đổi theo thời gian và tùy từng nước. Hiện nay, tính chung trên toàn thế giới thì tỉ lệ các nguyên liệu chính dùng Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 18

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

để sản xuất axit sunfuric như sau: Lưu huỳnh chiếm khoảng 2/3, pirit 1/6, còn lại là các dạng nguyên liệu khác.

N

2.2. Cơ chế lý hoá trong các qui trình

H

Ơ

2.2.1. Đốt pirit

N

Khi đốt pirit, đầu tiên có phản ứng trung gian phân hủy nhiệt: o

U Y

t 2 FeS2 → 2 FeS + S2 – 103,9kJ

TP

.Q

Cấu tạo phân tử FeS2 tương tự cấu tạo phân tử của peroxit kim loại hóa trị 2. Vì vậy, quá trình phân hủy FeS2 cũng giống phân hủy peroxit thành oxit và oxi. Hơi lưu

Đ

o

ẠO

huỳnh tách ra sẽ cháy giống như khi đốt lưu huỳnh nguyên tố:

G

t S2 + 2O2 → 2SO2 + 724,8 kJ

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Sau khi tách lưu huỳnh, nguyên liệu trở nên xốp, tạo điều kiện tốt cho nó tiếp tục

o

t 4 FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2 o

TR ẦN

cháy. FeS cũng cháy theo phản ứng:

t hoặc 3 FeS + 5O2 → Fe3O4 + 3SO2

10 00

B

Vì đây là phản ứng giữa nhiều phân tử nên chưa xác định được cơ chế chính xác của nó. Hiện nay có một số giả thuyết sau:

A

Thuyết thứ nhất cho rằng giai đoạn đầu tiên của quá trình oxi hóa FeS là tạo thành

H

Ó

muối sắt sunfat, sau đó mới phân hủy thành oxit. Thuyết khác lại cho rằng FeS bị oxi

Í-

hóa trực tiếp từ các oxit.

-L

Theo K.M. Malin, quá trình oxi hóa FeS ở nhiệt độ thấp có giai đoạn trung gian

ÁN

tạo thành muối sunfat, còn ở nhiệt độ cao thì trực tiếp thành các oxit.

TO

Dù theo cơ chế nào thì quá trình phản ứng cháy của pirit cũng xảy ra theo phương

ÀN

trình tổng quát sau: o

D

IỄ N

Đ

t 4 FeS + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + 3415,7kJ o

t hoặc 3 FeS + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2 + 2438,2kJ

Điều kiện thuận lợi cho phản ứng là nhiệt độ cao, hàm lượng SO2 trong khí và

hàm lượng các tạp chất không cháy trong quặng lớn.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 19

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.2.2. Làm sạch khí Khí lò từ lọc điện khô sang có nhiệt độ khoảng 350-4000C, khi tiếp xúc với axit

H

Ơ

H2SO4) sẽ được làm nguội xuống khoảng 60-800C.

N

tưới ở các tháp rửa (nồng độ axit ở tháp rửa I khoảng 60-75% H2SO4, ở rửa II 25-35%

N

Ta biết, trong khí lò luôn luôn có một lượng nhỏ SO3 và hơi nước. Khi hạ nhiệt độ,

U Y

chúng sẽ tác dụng với nhau tạo thành hơi axit sunfuric (ở nhiệt độ cao, hơi H2SO4 bị

.Q

phân ly thành SO3 và H2O). Vì nhiệt độ axit tưới tương đối thấp, nên khi tiếp xúc với

TP

nó, độ quá bão hòa của hơi axit sunfuric trong khí lò rất lớn, vượt quá độ quá bão hòa

ẠO

tới hạn, dẫn đến việc tạo mù. Mù axit sunfuric tạo thành, chỉ một phần (khoảng 30-

Đ

50%) được hấp thụ trong tháp rửa, phần còn lại được tách ở các lọc điện ướt. Để tách

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

mù axit trong các tháp rửa tốt, phải giảm nồng độ và nhiệt độ axit tưới ở tháp rửa II và

TR ẦN

hơi nước vào, làm tăng kích thước của chúng.

H Ư

tháp tăng ẩm. Khi đó độ ẩm tương đối của khí lò tăng và các hạt mù sẽ hấp thụ thêm Ở các lọc điện ướt và tháp tăng ẩm, ngoài mù axit các tạp chất như asen, selen,

B

telu, bụi xỉ… cũng được tách khỏi dòng khí. Axit cùng các tạp chất chảy vào thùng

10 00

chứa của tháp rửa II, sau đó chuyển sang thùng chứa của tháp rửa I. Ở giai đoạn đầu của quá trình tạo mù trong tháp rửa I (nhiệt độ khoảng 1500C),

Ó

A

nồng độ axit trong các hạt mù khá cao (95-98% H2SO4) sau giảm dần vì mù hấp thụ

H

thêm hơi nước. Nhưng quá trình hấp thụ hơi nước không thể đạt đến trạng thái cân

-L

Í-

bằng hoàn toàn và do đó mù axit đi ra khỏi các tháp rửa và tăng ẩm bao giờ cũng có

ÁN

nồng độ cao hơn (khoảng 4-7%) nồng độ axit tưới vào các tháp tương ứng.

TO

Hỗn hợp khí từ tháp tăng ẩm ra thực tế là bão hòa hơi nước. Nhiệt độ càng cao thì hàm lượng hơi nước trong khí càng lớn. Để sấy khô hỗn hợp khí, người ta thường

ÀN

dùng dung dịch axit sunfuric đậm đặc để hấp thụ hơi nước. Hàm lượng hơi nước trong

Đ

hỗn hợp khí ra khỏi tháp sấy không được lớn hơn 0,01% thể tích (0,08g H2O/m3 khí).

D

IỄ N

Sấy khí bằng dung dịch axit sunfuric nói riêng và hấp thụ khí bằng chất lỏng nói

chung là quá trình chuyển chất từ pha khí vào pha lỏng.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 20

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

N

H

Ơ

N

p1

Khí

U Y

Maøng khí

p2

ẠO

Maøng loûng

G

Đ

C2

Hình 2.1. Sơ đồ quá trình hấp thụ.

TR ẦN

H Ư

N

Loûng

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

TP

C1

.Q

Maët phaân chia pha

B

p1,p2: Nồng độ khí bị hấp thụ trong pha khí và ở màng khí.

10 00

C1,C2: Nồng độ khí bị hấp thụ trong pha lỏng và ở màng lỏng.

A

Có thể giải thích cơ chế quá trình này như sau:

Ó

Ở bề mặt phân chia giữa 2 pha luôn luôn hình thành 2 màng không chuyển động:

Í-

H

màng khí và màng lỏng. Các phân tử khí bị hấp thụ sẽ khuếch tán từ pha khí qua

-L

màng khí đến bề mặt phân chia pha qua màng lỏng vào pha lỏng. Như vậy có thể xem

ÁN

quá trình hấp thụ là quá trình khuếch tán của khí qua màng lỏng và màng khí. Tốc độ

TO

hấp thụ phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của khí qua 2 màng đó hoặc chỉ do tốc độ

ÀN

khuếch tán của khí qua màng khí quyết định– nếu tốc độ của khuếch tán khí qua màng

Đ

lỏng rất lớn và ngược lại.

IỄ N

Có nhiều đề nghị làm sạch khí khỏi tạp chất mà không chuyển chúng sang trạng

D

thái mù axit. Hiện có hai hướng giải quyết:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 21

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

- Làm nguội khí bằng dung dịch axit sunfuric có nồng độ và nhiệt độ sao cho các tạp chất trong khí (ở dạng hơi) bị hấp thụ trên bề mặt axit tưới mà không tạo mù

Ơ

H

- Dùng chất rắn hấp phụ tạp chất ở nhiệt độ cao mà không cần phải làm nguội và

N

(phương pháp hấp thụ).

N

rửa hỗn hợp khí (phương pháp hấp phụ).

U Y

Nếu sản xuất axit sunfuric từ nguyên liệu S và H2S thì không cần thiết có công

.Q

đoạn làm sạch khí này. Vì khí H2S (thu được từ khí thải) đã rửa cẩn thận nên sau khi

TP

đốt, không cần làm sạch khí nữa.

ẠO

2.2.3. Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3

Đ

Phản ứng oxi hóa SO2 :

G N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

SO2 + 0,5O2 = SO3 + Q PSO3

TR ẦN

Kcb =

H Ư

Là phản ứng tỏa nhiệt giảm thể tích. Hằng số cân bằng phản ứng: PSO2 PO2

(1-1)

B

Pso3, Pso2, Po2: áp suất riêng phần của các cấu tử ở trạng thái cân bằng(atm).

10 00

Lẽ ra phải dùng đại lượng fugat thay cho áp suất riêng phần nhưng thực tế, trong điều kiện công nghiệp (quá trình oxi hóa SO2 tiến hành ở trên 4000C và 1atm) sự sai

Ó

A

khác đó không đáng kể, do đó vẫn sử dụng phương trình trên.

SO2 ban đầu:

ÁN

PSO3

PSO3 + PSO2

(1-2)

TO

x=

-L

Í-

H

Mức chuyển hóa là tỉ lệ giữa lượng SO2 đã bị oxi hóa thành SO3 và tổng lượng

Khi phản ứng đạt trạng thái cân bằng thì mức chuyển hóa đạt giá trị cực đại, gọi là

D

IỄ N

Đ

ÀN

mức chuyển hóa cân bằng: xcb =

PSO3 PSO3 + PSO2

(1-3)

Đặt P : áp suất chung của hỗn hợp khí. a,b : nồng độ ban đầu của SO2 và O2 ,% thể tích. Kết hợp (1-1) và (1-3), ta có:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 22

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

K cb

Trong điều kiện sản xuất, tốc độ oxi hóa có ý nghĩa rất lớn vì nó quyết định lượng

N

H

SO2 oxi hóa được trong một đơn vị thời gian, trên một đơn vị thể tích xúc tác và do đó

N

(1-4)

100 − 0,5.a.xcb K cb + P (b − 0,5.axcb )

Ơ

xcb =

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

U Y

quyết định lượng xúc tác cần dùng, kích thước tháp chuyển hóa, các chỉ tiêu kinh tế,

E RT

TP

−

(1-5)

ẠO

k = k0 . e

.Q

kĩ thuật khác. Tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 được đặc trưng bằng hằng số tốc độ:

Đ

k0 : hệ số thực nghiệm, đặc trưng cho chất xúc tác, không phụ thuộc nhiệt độ.

G

E: Năng lượng hoạt hóa của phản ứng, J/mol.

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Các giá trị E và hệ số k0 tra theo bảng (1.3), hằng số tốc độ k tra theo bảng (1.4).

Bảng 2.1. Giá trị E (kJ/mol) và k0 của xúc tác Vanadi: X

E

TR ẦN

Nhiệt độ(0C)

k0

Vùng khuếch tán trong 3,74.1019

-

59,9

2,25.104

-

0

2,79

259,8

2,5.1018

440 – 530

B

> 0,6

10 00

267

< 440

A

> 530

< 0,6

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

< 460

H

Ó

Vùng khuếch tán ngoài

D

IỄ N

Đ

Bảng 2.2. Giá trị k(s-1.atm-1) của xúc tác Vanadi công nghiệp: Nhiệt

K

độ(0C)

Nhiệt

K

độ(0C)

400

0,0

450

Nhiệt

k

độ(0C) 1,034

490

1,74

63 Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 23

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

410

0,1

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

460

1,19

500

1,97

470

1,37

510

2,21

480

1,53

520

2,50

485

1,64

≥ 530

2,79

24 0,2

N

420

0,9

−

E RT

biểu thị phần phân tử có

Đ

Theo thuyết động học của các chất khí thì biểu thức e

ẠO

TP

02

.Q

440

U Y

76

H

0,4

N

430

Ơ

46

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

năng lượng lớn hơn và bằng E, tức là phần va chạm có hiệu quả dẫn đến việc tạo

H Ư

thành phân tử SO3 . Khi tăng nhiệt độ và giảm năng lượng hoạt hóa thì hằng số tốc độ

TR ẦN

tăng.

Phản ứng oxi hóa SO2 trong hệ đồng thể không xúc tác có năng lượng hoạt hóa rất lớn (khoảng 120kJ/mol). Vì vậy tốc độ phản ứng vô cùng chậm, thực tế có thể xem

10 00

B

như không xảy ra ngay cả ở nhiệt độ cao. Sở dĩ khi không có xúc tác, phản ứng oxi hóa SO2 có năng lượng hoạt hóa lớn là vì phải tiêu tốn năng lượng để phá vỡ liên kết

A

giữa các nguyên tử trong phân tử oxi, sau đó nguyên tử oxi mới phản ứng với phân tử

H

Ó

SO2. Quá trình đó xảy ra theo phản ứng sau:

Í-

SO2 + O2 = SO3 + O – 148,3kJ

-L

Khi có xúc tác, năng lượng hoạt hóa giảm do đó tốc độ phản ứng tăng. Tiến hành

ÁN

nghiên cứu phản ứng oxi hoá SO2 trên chất xúc tác oxit kim loại và đưa ra thuyết

TO

“Hợp chất trung gian”: đầu tiên các chất tham gia phản ứng tác dụng với chất xúc tác

ÀN

tạo thành hợp chất trung gian, sau đó hợp chất trung gian phân hủy thành sản phẩm và

D

IỄ N

Đ

hoàn nguyên xúc tác: MenOm + SO2 = MenOm-1 + SO3

MenOm-1 + 2SO2 + O2 = MenOm-1.2 SO3 MenOm-1.2 SO3 = MenOm + SO3 + SO2

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 24

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thuyết hiện đại về xúc tác dị thể, người ta giải thích một cách thống nhất cơ chế của phản ứng oxi hóa SO2 trên cả xúc tác kim loại và xúc tác oxit kim loại như sau:

Ơ

H

xúc tác dị thể khác) là làm giảm năng lượng hoạt hóa so với năng lượng hoạt hóa của

N

* Tác dụng của chất xúc tác rắn khi oxi hóa SO2 (cũng như trong các trường hợp

N

phản ứng trong pha khí.

U Y

* Việc giảm năng lượng hoạt hóa là do phản ứng xảy ra theo một con đường mới

.Q

nhờ có tác dụng hóa học trung gian giữa các chất tham gia phản ứng với chất xúc tác.

TP

* Hợp chất trung gian xuất hiện trong quá trình oxi hóa SO2 trên xúc tác là hợp

ẠO

chất bề mặt và khi tạo thành hợp chất đó thì cấu trúc tinh thể của xúc tác không bị

Đ

thay đổi (sản phẩm trung gian do tác dụng của các chất khí với chất xúc tác không tạo

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

thành pha riêng biệt). Chỉ những phân tử trên bề mặt xúc tác mới có phản ứng với các

H Ư

chất khí. Nếu vì một điều kiện nào đó (nhiệt độ, thành phần khí…) mà cấu trúc tinh

TR ẦN

thể hoặc thành phần hóa học của xúc tác bị thay đổi thì hoạt tính của xúc tác cũng bị thay đổi.

B

* Một trong các giai đoạn của phản ứng xúc tác là có tác dụng giữa oxi với chất

10 00

xúc tác dẫn đến việc hình thành hợp chất bề mặt. Phản ứng giữa hợp chất bề mặt với SO2 cần năng lượng hoạt hóa nhỏ hơn so với khi cho tác dụng trực tiếp SO2 và oxi

Ó

A

phân tử.

H

Trong trường hợp xúc tác là oxit kim loại thì SO2 tác dụng với oxi nguyên tử (có

-L

Í-

trong thành phần xúc tác) nằm ngay trên bề mặt xúc tác. Như vậy, phản ứng gồm 4

ÁN

giai đoạn:

TO

1. Hấp thụ SO2 lên bề mặt xúc tác.

2. Oxi hóa SO2 bằng oxi trong các phân tử oxit kim loại (chất xúc tác) nằm ngay

ÀN

trên bề mặt xúc tác.

D

IỄ N

Đ

3. Nhả SO3 ra khỏi bề mặt xúc tác.

4. Hấp thụ oxi trong pha khí vào chất xúc tác và hoàn nguyên xúc tác. * Nhiệt tạo thành hợp chất trung gian không được lớn hơn tổng nhiệt của phản ứng

quá nhiều.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 25

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

* Xúc tác oxit kim loại đối với phản ứng oxi hóa SO2 có giới hạn nhiệt độ dưới.

Tại nhiệt độ đó chúng biến thành hợp chất (sunfat) có hoạt tính xúc tác thấp.

N

2.2.4. Hấp thụ SO3 và H2SO4 thành oleum

H

Ơ

Đầu tiên SO3 hòa tan vào dung dịch H2SO4, sau đó phản ứng với nước trong đó:

N

nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3

U Y

Tùy theo tỉ lệ giữa lượng SO3 và H2O (hay n) mà nồng độ axit thu được sẽ khác

.Q

nhau: Khi n = 1 sản phẩm là monoaxit (axit sunfuric khan 100%).

Đ

Khi n < 1 sản phẩm là dung dịch axit sunfuaric loãng.

ẠO

TP

Khi n > 1 sản phẩm là oleum (axit bốc khói).

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Thông thường, người ta có xu hướng sản xuất toàn bộ sản phẩm ở dạng oleum để

H Ư

bảo quản, vận chuyển và sử dụng tiện lợi hơn. Vì vậy, cho hỗn hợp khí chứa SO3 qua

TR ẦN

tháp có tưới oleum (tháp oleum). Như đã biết, oleum là dung dịch axit sunfuric 100% có dư SO3 nên áp suất hơi riêng phần của SO3 trên nó khá lớn. Do hấp thụ SO3, nồng

B

độ oleum tăng. Pha loãng nó bằng lượng axit thu được ở tháp monoaxit (hay mono).

10 00

Lượng oleum lấy dư ra làm sản phẩm đưa về kho.

Khi sản xuất axit sunfuric theo phương pháp xúc tác ướt, trong khí ra khỏi tháp

Ó

A

tiếp xúc có chứa một lượng hơi nước lớn hơn lượng nước cần thiết để tạo thành

H

H2SO4. Khi làm nguội, SO3 sẽ tác dụng với hơi nước tạo thành H2SO4, sau đó hơi

-L

Í-

H2SO4 mới ngưng tụ. Như vậy, ở đây xảy ra quá trình ngưng tụ chứ không phải hấp

TO

dạng lỏng.

ÁN

thụ SO3. SO3 100% có hoạt tính rất cao, có nhiều phương pháp điều chế SO3 100% ở Dùng khí lò nóng chưng oleum tiêu chuẩn hoặc oleum đậm đặc trong vài ba nồi

ÀN

gang, sau đó ngưng tụ khí SO3 bay lên, sẽ được SO3 lỏng.

Đ

Oxi hóa SO2 100% bằng oxi trên xúc tác vanadi. Phương pháp này yêu cầu phải có

D

IỄ N

SO2 và oxi nguyên chất; thiết bị, xúc tác cũng đòi hỏi những điều kiện đặc biệt.

Phương pháp phổ biến nhất là dùng khí nóng sau tháp tiếp xúc để chưng oleum

tuần hoàn trong công đoạn hấp thụ của phân xưởng sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 26

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3. Các yếu tố ảnh hưởng 2.3.1. Làm sạch khí

Ơ

H

hơi quá bão hòa. Đường kính của hạt mù phụ thuộc vào áp suất hơi trong pha khí. Ở

N

Quá trình tạo mù và điều kiện cần thiết để ngưng tụ hơi trong thể tích là phải có

N

điều kiện như nhau, khi tăng áp suất hơi trong pha khí, đường kính hạt mù sẽ tăng vì

U Y

khi ngưng tụ đồng thể, áp suất hơi trong pha khí lớn hơn áp suất hơi bão hòa vài ba

.Q

lần. Ví dụ: khi cho hỗn hợp hai dòng khí có chứa SO3 và hơi nước thì đường kính hạt

TP Đường kính trung bình của hạt mù

sau khi hỗn hợp PH2SO4 .

(r.106 cm)

0,04

1,4

G

Đ

ẠO

Áp suất hơi axit trong khí

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

mù sẽ tăng như sau:

H Ư

0,15

TR ẦN

0,48 0,77

2,4 2,9 3,1

B

Cũng có thể tính quan hệ phụ thuộc trên theo phương trình:

10 00

lgr = 0,25.lgP H2SO4

(1-6)

Ở điều kiện làm việc bình thường thì hơi nước không ảnh hưởng gì đến xúc tác

Ó

A

vanadi nhưng nó có thể gây ngưng tụ hơi axit ở thiết bị truyền nhiệt (công đoạn tiếp

H

xúc) hoặc ở thiết bị làm nguội SO3 và tạo mù axit (công đoạn hấp thụ)… Vì vậy phải

-L

Í-

sấy khô hỗn hợp khí trước khi đưa sang công đoạn tiếp theo.

ÁN

Khi sấy khí bằng axit sunfuric thì tốc độ hấp thụ hơi nước do tốc độ khuếch tán

TO

qua màng khí quyết định. Lượng hơi nước khuếch tán qua màng khí (tức lượng hơi nước hấp thụ được) xác định theo công thức: (1-7)

ÀN

Q = K.F.∆P

D

IỄ N

Đ

Q: lượng hơi nước khuếch tán (kg/h).

K: Hệ số hấp thụ(kg/h.N).

F: bề mặt tiếp xúc pha (bề mặt đệm)(m2). ∆P :Động lực của quá trình hấp thụ(N/m2). Động lực của quá trình hấp thụ được tính theo công thức:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 27

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

( Pk − P1' ) − ( Pk' − P1 ) ∆P = (P − P ' ) ln k' 1 ( Pk − P1 )

N

(1-8)

H

Ơ

Pk, P’k : áp suất riêng phần của hơi nước trong pha khí trước và sau khi sấy(N/m2).

N

P1, P’1’ : áp suất bão hòa của hơi nước trên dung dịch axit sunfuric trước và sau khi

U Y

sấy(N/m2).

.Q

Nếu áp suất bão hòa của hơi nước (còn gọi là áp suất cân bằng của hơi nước) rất

TP

nhỏ so với áp suất riêng phần của hơi nước trong pha khí (trường hợp sấy khí bằng

ẠO

dung dịch axit sunfuric đậm đặc, nồng độ trên 95% H2SO4) thì xác định thời gian tiếp

K'

Pk Pk'

G

ln

(1-9)

N

ρ

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

τ=

Đ

xúc cần thiết của khí với đệm theo phương trình:

V: thể tích tự do của đệm(m3/m3).

S: bề mặt riêng của đệm(m2/m3).

10 00

B

K’: hệ số hấp thụ (m/s).

TR ẦN

ρ = V/S : bán kính thủy lực của đệm(m).

Pk, P’k : áp suất riêng phần của hơi nước trong pha khí trước và sau khi hấp

Ó

A

thụ(N/m2).

H

Để tăng hiệu suất sấy khi bề mặt đệm nhỏ nhất, có thể tăng hệ số hấp thụ K: (1-10)

-L

Í-

K = K0.Wm

K0 : hằng số, về trị số thì bằng hệ số hấp thụ khi tốc độ khí là 1m/s.

ÁN

W: tốc độ giả của khí (tốc độ khí đi trong tháp rỗng)(m/s).

TO

m: hệ số phụ thuộc chế độ chuyển động của dòng khí. Khi chảy dòng m =0,5; khi

ÀN

chảy xoáy m = 0,8.

Đ

Từ phương trình trên ta thấy, khi tăng lượng khí đi qua tháp sấy thì tốc độ khí

D

IỄ N

tăng, do đó năng suất của tháp cũng tăng. Nhưng khi tăng tốc độ khí thì trở lực của

tháp cũng tăng và lượng axit do khí kéo theo (tia bắn) cũng tăng. Trở lực của tháp tăng theo tỉ lệ bình phương tốc độ khí:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 28

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

W ∆P2 = ∆P1  2  W1

  

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2

(1-11)

80

85

90

93

95

97

1,9

2,2

2,5

2,6

2,8

2,9

ẠO

3,0

Đ

K0 . 104

TP

.Q

axit(%H2SO4)

98

U Y

độ

N

(ở 500C) như sau: Nồng

Ơ

H

Khi sấy khí bằng dung dịch axit sunfuric, hằng số K0 phụ thuộc vào nồng độ axit

N

Như vậy khi tốc độ khí tăng 2 lần thì trở lực tháp tăng 4 lần.

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Khi tăng nồng độ axit tưới, hằng số hấp thụ tăng, mặt khác áp suất hơi nước bão

H Ư

hòa trên axit giảm, do đó động lực hấp thụ tăng. Như vậy nồng độ axit sunfuric càng

TR ẦN

lớn thì bề mặt đệm trong tháp sấy càng nhỏ.

Tổn thất SO2 theo axit sấy: Khi sấy hỗn hợp khí lò bằng dung dịch axit sunfuric,

B

đồng thời cũng xảy ra quá trình hấp thụ SO2. Trong điều kiện sản xuất axit chảy ra từ

10 00

tháp sấy (nồng độ khoảng 95% H2SO4, nhiệt độ 40-50 0C) hòa tan tới 0,15% SO2.

Axit này dùng để pha loãng axit tưới vào tháp hấp thụ monohidrat. Khi pha loãng

Ó

A

nhiệt độ axit tăng và SO2 sẽ tách ra khỏi axit và đi vào khí quyển đi vào khí quyển gây

H

tổn thất SO2. Nồng độ axit càng lớn, nhiệt độ càng thấp thì tổn thất SO2 càng cao.

-L

Í-

Khi sấy khí bằng dung dịch axit sunfuric, lượng nhiệt tỏa ra rất lớn. Vì vậy axit bị

ÁN

đun nóng và bay hơi một phần. Hơi axit bay lên đi theo dòng khí nguội hơn và ngưng

TO

tụ trong thể tích (tạo mù axit).

Nồng độ dung dịch axit và nhiệt độ càng cao thì lượng axit bay hơi càng nhiều,

ÀN

lượng mù axit tạo thành càng lớn.

IỄ N

Đ

Sau khi tính toán ảnh hưởng của tất cả các yếu tố kế trên, người ta rút ra nồng độ

D

thích hợp cho quá trình sấy khí là: tháp sấy tưới dung dịch axit sunfuric nồng độ 9095% H2SO4, nhiệt độ axit tưới khoảng 45-550C.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 29

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3.2. Oxi hóa SO2 thành SO3 2.3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến nhiệt phản ứng và hằng số cân bằng oxi hóa

N

SO2

H

Ơ

Ta có hằng số cân bằng phản ứng theo công thức: (1-1)

N

Quan hệ phụ thuộc giữa hằng số cân bằng và nhiệt độ biểu thị bằng phương trình

U Y

Vant-Hoff:

.Q

d ln K cb Qp =− dT RT 2

TP

(1-12)

ẠO

Qp: nhiệt phản ứng ở áp suất không đổi.

Đ

R: hằng số khí.

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Nhiệt phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật Kirchhoff:

H Ư

dQp = − ∆Cp dT

(1-13)

TR ẦN

∆Cp: hiệu nhiệt dung của sản phẩm và các chất ban đầu: ∆Cp =∆Cso3 - ∆Cso2 – 0,5∆Co2

10 00

B

Để đơn giản, trong khoảng nhiệt độ từ 400-7000C có thể tính Qp và Kcb theo các phương trình sau với sai số nhỏ hơn 1%:

(1-14)

A

Qp = 101420 – 9,26T (J/mol)

(1-15)

H

Ó

lg Kcb = (4905,5/T) – 7,1455

Í-

2.3.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mức chuyển hóa SO2

-L

Nhiệt độ thích hợp – ứng với mỗi mức chuyển hóa xác định là nhiệt độ mà tại đó

TO

ÁN

tốc độ phản ứng đạt giá trị cực đại, phương trình xác định nhiệt độ thích hợp: Tth =

D

IỄ N

Đ

ÀN

lg

4905,5 x

b − 0,5ax (1 − x).

100 − 0,5ax

(1-16) + 4,937

Từ phương trình trên ta thấy, nhiệt độ thích hợp trong quá trình chuyển hóa SO2

không phải là một hằng số mà phụ thuộc vào nồng độ ban đầu a của SO2 trong hỗn hợp khí và mức chuyển hóa x. Để đơn giản trong tính toán kĩ thuật, có thể dùng phương trình thực nghiệm sau: Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 30

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

lg∆T = 2lgTcb + 5,7921

(1-17)

∆T = Tcb - Tth

Ơ

H

Như vậy, muốn cho tốc độ oxi hoá SO2 đạt giá trị cực đại phải tiến hành phản ứng

N

Tcb : nhiệt độ ứng với mức chuyển hóa cân bằng.

N

ở nhiệt độ thích hợp.

U Y

Khi đốt các nguyên liệu khác nhau sẽ thu được hỗn hợp khí có thành phần khác

ẠO

3 4

G

1

H Ư

N

2

4 60 4 20 3 80 75

85

90

95

1 00

B

80

TR ẦN

0

5 00

Đ

5 40

Nhieät ñoä thích hôïp, C

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

TP

5 80

.Q

nhau, do đó nhiệt độ thích hợp cũng khác nhau.

10 00

M ö ùc c h u y eån h o ù a , %

A

Hình 1.2. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp khí và mức chuyển hóa SO2 đến nhiệt

H

Ó

độ thích hợp.

Í-

1- Khi đốt quặng lẫn 10%C (a =7%, b =6,2%)

-L

2-,3- Khi đốt quặng tuyển nổi (a =9%; b =8,1% và a =7%; b =11%)

ÁN

4- Khi đốt S (a =7%, b =14%)

TO

2.3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất đến mức chuyển hóa cân bằng

ÀN

Vì phản ứng oxi hóa SO2 là phản ứng tỏa nhiệt, giảm thể tích nên khi giảm nhiệt

D

IỄ N

Đ

độ và tăng áp suất, theo công thức (1-4) mức chuyển hóa cân bằng sẽ tăng .

Ngoài ra mức chuyển hóa cân bằng còn phụ thuộc vào tỉ lệ SO2 và O2 trong khí lò,

tức là phụ thuộc vào dạng nguyên liệu và lượng không khí đưa vào lò đốt. Cùng một loại nguyên liệu, lượng không khí đưa vào lò càng nhiều thì nồng độ SO2 càng thấp và

nồng độ O2 trong khí lò càng cao, do đó mức chuyển hóa cân bằng càng lớn.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 31

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3.2.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 560

500

440

0

380

C

Ơ

N

1

620

N

H

0

U Y .Q

-1

12

13 4

14

15

0

N

G

10 /T K

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

-2 11

TP

2

Đ

Log k

1

H Ư

Hình 1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng số tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 trên 1- Khi x > 0,6; 2- Khi x < 0,6

TR ẦN

xúc tác vanadi.

10 00

B

Vanadil sunfat có hoạt tính xúc tác thấp (năng lượng hoạt hóa E= 167,5 kJ/mol).

Vì vậy, ngay trong vùng động học, đường biểu diễn giữa hằng số tốc độ và nhiệt độ

A

có điểm gãy ở khoảng 400 0C (hình 1.3)

H

Ó

Ở nhiệt độ làm việc của quá trình (trên 3800C), O2, SO2 bị hấp phụ trên bề mặt xúc

Í-

tác, sẽ tác dụng với V2O5 theo phương trình:

-L

V2O5 + SO2 = V2O4 + SO3

ÁN

V2O4 + 0,5O2 = V2O5 .

TO

Ở nhiệt độ thấp và khi nồng độ SO2 trong khí cao (giai đoạn đầu của quá trình

ÀN

chuyển hóa) sẽ tạo thành hợp chất vanadil sunfat:

D

IỄ N

Đ

V2O5 + SO2 + SO3 = 2VOSO4.

Khi tính toán thực tế cho quá trình oxi hóa SO2 trên chất xúc tác vanadi có thể lấy

các giá trị năng lượng hoạt hóa E và hệ số k0 theo bảng (1.3).

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 32

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thực tế, quá trình oxi hóa SO2 trên các hạt xúc tác dùng trong công nghiệp xảy ra ở vùng khuếch tán trong. Vì vậy, tính toán có thể lấy các giá trị hằng số tốc độ như

N

bảng (1.4).

H

Ơ

2.3.2.5. Động học quá trình oxi hóa SO2 trên chất xúc tác vanadi

N

Theo G.K. Borexkov và T.I. Xokolova đã bỏ qua tốc độ phản ứng nghịch và giả

U Y

thiết tốc độ tạo thành SO3 phụ thuộc vào nồng độ tất cả các cấu tử cùng với thực

.Q

nghiệm đã rút ra các phương trình:

TP

Ở vùng nhiệt độ thấp:

ẠO

0 ,8

N

G

x: mức chuyển hoá.

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

(1-18)

Đ

dx k1  1 − x   ax  =   . b −  β dτ a  x   2

H Ư

k1: hằng số tốc độ phản ứng thuận

TR ẦN

a: nồng độ ban đầu của SO2. b: nồng độ ban đầu của O2.

B

β:hệ số hiệu chỉnh việc tăng nồng độ do giảm thể tích chung của hỗn hợp khí sau

10 00

phản ứng.

1

A

a 2.100

H

1− x

Ó

β=

Í-

Ở vùng nhiệt độ cao:

(1-19)

TO

ÁN

-L

  0,8  dx k1  1 − x   ax   1 x2 =   . b −  β .1 − 2 . ax  dτ a  x   2   K cb (1 − x) 2 (b − ) β   2 

ÀN

Kcb: hằng số cân bằng.

Đ

Phương trình động học đối với quá trình oxi hóa SO2 trên xúc tác vanadi gần đúng

D

IỄ N

dạng đơn giản: dτ 2.a T  X = . . dX kc 273  X p − X

0,8

 1  .  2.b − a. X 

(1-20)

Với kc = k1; x = X; Xp = xcb Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 33

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

xcb : mức chuyển hóa cân bằng ở điều kiện đã cho.

Còn G.K. Borexkov, M.G. Xlinko, V.X. Bexkov đã đưa ra một phương trình động

H

Ơ

chính xác khá cao:

N

2     P Pso2 SO 3   1 −  W = kPo2   PSO2 + A.PSO3 K cb PSO2 PO2     

.Q

U Y

(1-21)

TP

W: tốc độ phản ứng, m3 SO3 (đktc)/m3 xúc tác.giây

ẠO

Pi: áp suất riêng phần của các cấu tử.

Đ

k: hằng số tốc độ phản ứng, giây-1.atm-1

N

G

Kcb: hằng số cân bằng, atm-0,5

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

N

học của quá trình oxi hóa SO2 trên xúc tác vanadi dùng trong tính toán thực tế có độ

H Ư

A: hằng số phụ thuộc dạng và kích thước hạt xúc tác như công thức (1-23)

TR ẦN

Thay nồng độ ban đầu và mức chuyển hóa vào (1-21) ta có: (1-22)

10 00

B

ax ax   2 1− b−    dx kP 1 − x x 2 .

2   . = . .1 −   dτ a 1 − ax 1 − 0,2 x   K cb .(1 − x)  b − ax  2  2 

P: áp suất chung của hỗn hợp khí.

Ó

A

Phương trình (1-19) thiết lập khi nghiên cứu quá trình oxi hóa SO2 ở mức chuyển

H

hóa trên 0,6; còn phương trình (1-22) được giới hạn thay đổi mức chuyển hóa rộng

Í-

hơn (từ 0,1 đến 0,95). Vì vậy, chỉ khi nào mức chuyển hóa lớn hơn 0,6 thì kết quả tính

-L

toán theo các phương trình trên mới trùng nhau.

ÁN

2.3.2.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng oxi hóa SO2

TO

Lúc đầu ở nhiệt độ thấp, khi tăng nhiệt độ, tuy hằng số cân bằng Kcb có giảm một

ÀN

chút nhưng hằng số tốc độ phản ứng k tăng rất nhanh (từ 4000C lên 5000C hằng số tốc

Đ

độ phản ứng SO2 tăng trên 30 lần), vì vậy tốc độ phản ứng tăng nhanh. Về sau, khi

D

IỄ N

nhiệt độ đã khá cao, nếu tiếp tục tăng nhiệt độ, hằng số tăng không bao nhiêu (hoặc không đổi), trong khi đó hằng số cân bằng lại giảm nhanh, vì vậy tốc độ phản ứng tăng chậm, đạt giá trị cực đại rồi lại giảm dần. Khi đạt trạng thái cân bằng thì tốc độ phản ứng bằng không.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 34

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3.2.7. Ảnh hưởng của hoạt tính một vài chất xúc tác đến tốc độ phản ứng oxi hóa SO2

N

Các loại xúc tác khác nhau thì hoạt tính của chúng cũng khác nhau, điều đó thể

N U Y

1

TP

.Q

0,8 0,6 2

5

4

0,2 0

400

500 600 700 0 Nhieät ñoä, C Hình 1.4. Hoạt tính của một vài chất xúc tác đối với phản ứng oxi hóa SO2.

10 00

B

TR ẦN

300

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

3

Đ

0,4

G

Möùc chuyeån hoùa

1,0

H

Ơ

hiện qua hình (1.4).

4- Fe2O3.

2- V2O5.

5- CuO

A

1- Pt

H

Ó

3- Cr2O3.

Í-

2.3.2.8. Ảnh hưởng của mức chuyển hoá đến lượng xúc tác cần dùng khi oxi hoá

-L

SO2

ÁN

Trong quá trình oxi hóa SO2, khi tăng mức oxi hóa sẽ:

TO

- Giảm được hàm lượng SO2 trong khí thải.

ÀN

- Tăng được mức sử dụng lưu huỳnh, do đó giảm giá thành sản phẩm.

Đ

Để đạt được mức chuyển hóa cao phải kết thúc quá trình oxi hóa SO2 ở nhiệt độ

IỄ N

thấp mà tại những gần với cân bằng, hằng số tốc độ phản ứng giảm rất nhanh, do đó

D

tốc độ phản ứng rất nhỏ.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 35

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3.2.9. Ảnh hưởng của mức chuyển hoá đến giá thành axit sunfuric Mức chuyển hóa càng cao thì thời gian tiếp xúc cần thiết càng lớn, tức lượng xúc

N

tác cần dùng càng nhiều, điều này lại dẫn đến việc tăng giá thành sản phẩm.

H

Ơ

2.3.2.10. Ảnh hưởng của nồng độ SO2 đến năng suất tháp tiếp xúc

N

Xét ảnh hưởng của nồng độ SO2 đến một số chỉ tiêu của tháp chuyển hóa:

U Y

Trở lực của lớp xúc tác mới cho vào tháp có thể tính gần đúng theo công thức: ∆P = 9,8.A.W1,74.ρ.h (N/m2)

TP

.Q

(1-23)

W: tốc độ giả của khí (không tính đến thể tích xúc tác chiếm chỗ), (m/s).

ẠO

ρ: khối lượng riêng của khí(kg/m3).

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

A: hệ số phụ thuộc vào dạng và kích thước hạt xúc tác.

G

Đ

h: chiều cao lớp xúc tác, (m).

5

Hệ số A

725

TR ẦN

4

500

6

8

10

420

340

300

B

Kích thước hạt xúc tác, mm

H Ư

Khi tốc độ khí bằng 0,4 ÷ 1,0 m/s, hệ số A có các giá trị sau:

10 00

Đối với xúc tác dạng vòng, kích thước 10x10x3 mm, trong tính toán sơ bộ có thể lấy A = 160.

Ó

A

Khi năng suất và đường kính tháp chuyển hóa không đổi, nếu tăng nồng độ SO2

H

thì lượng xúc tác cần dùng sẽ tăng nhanh, do đó tăng chiều cao lớp xúc tác, dẫn đến

-L

Í-

việt tăng trở lực [công thức (1-23)]. Mặt khác, nếu giảm nồng độ SO2 thì thể tích hỗn

ÁN

hợp khí sẽ tăng, do đó tốc độ khí đi trong tháp tăng. Điều này cũng dẫn đến việc trở

TO

lực của lớp xúc tác.

Tốc độ khí W và chiều cao lớp xúc tác h liên hệ với năng suất N của tháp tiếp xúc

D

IỄ N

Đ

ÀN

theo phương trình: W = C1

N N .τ và h = C 2 a a

a: nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí.

C1, C2: hằng số. τ : thời gian tiếp xúc.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 36

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thay các biểu thức trên vào (1-23), và chấp nhận ∆P, ρ không đổi, ta có: a

(1-24)

N

τ

0 , 26

C: hằng số.

N

H

Giải phương trình (1-24) xác định được điều kiện làm việc thích hợp của tháp tiếp

Ơ

N= C

U Y

xúc, tại đó năng suất của tháp đạt giá trị cực đại ứng với trở lực đã cho.

.Q

Từ đó, nồng độ SO2 thích hợp trong hỗn hợp khí thu được khi đốt các loại nguyên SO2 100%

S

FeS2

Nồng độ thích hợp,% :

14

8,5

7

H2S pirit lẫn than

Đ

6,3

ẠO

Nguyên liệu ban đầu :

TP

liệu khác nhau như sau:

4,9

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

2.3.2.11. Ảnh hưởng của chiều dài mao quản đến mức sử dụng bề mặt bên trong

H Ư

của xúc tác

TR ẦN

Khi tăng chiều dài mao quản, tức khi tăng đường kính hạt tiếp xúc, đầu tiên mức sử dụng bề mặt bên trong của xúc tác giảm chút ít (khu vực động học), sau đó giảm rất nhanh, cuối cùng thay đổi tỉ lệ nghịch với chiều dài mao quản (khu vực khuếch tán

10 00

B

trong). Trong công nghiệp, với những hạt xúc tác có đường kính trung bình nhỏ hơn 2mm thì giai đoạn khuếch tán hoàn toàn không ảnh hưởng đến tốc độ quá trình oxi

Ó

A

hóa SO2 (mức sử dụng bề mặt trong luôn luôn xấp xỉ 1 với mọi giá trị của x). Với

H

những hạt lớn hơn một chút thì quá trình oxi hóa SO2 nằm trong vùng trung gian giữa

-L

Í-

động học và khuếch tán. Chỉ với những hạt rất lớn thì quá trình mới hoàn toàn nằm trong miền khuếch tán trong. Như vậy, hạt xúc tác càng nhỏ thì mức sử dụng bề mặt

ÁN

trong của nó càng lớn, do đó lượng xúc tác của nó càng ít, nhưng trở lực của lớp xúc

TO

tác càng lớn gây tiêu hao năng lượng vận chuyển khí càng cao.

ÀN

2.3.2.12. Ảnh hưởng của đường kính hạt xúc tác đến tiêu hao chung

Đ

Chọn đường kính thích hợp của hạt xúc tác phải đảm bảo quá trình oxi hóa SO2

D

IỄ N

xảy ra trong miền trung gian giữa vùng động học và khuếch tán, nhằm giảm tới mức

thấp nhất lượng xúc tác cần dùng cũng như năng lượng tiêu hao để khắc phục trở lực

của lớp xúc tác.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 37

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

2.3.2.13. Ảnh hưởng của tốc độ khí đến đường kính thích hợp của hạt xúc tác ở các mức chuyển hoá khác nhau

N

lớp xúc tác.

U Y

2.3.3. Hấp thụ SO3 và H2SO4 thành oleum

TP Đ

ẠO

0,18

G

0,16

H Ư

N

1 2

0,14

TR ẦN

K0

.Q

2.3.3.1. Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ axit đến hệ số K0

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Ơ

H

thành và tuổi thọ của xúc tác, tốc độ khí, tiêu hao năng lượng để khắc phục trở lực của

N

Kích thước thích hợp của hạt xúc tác phụ thuộc rất nhiều yếu tố: hoạt tính, giá

2- 60 0 C

B

0,12

1- 30 0 C

10 00

0,10 80

86

88

Ó

A

82 84 % SO 3 toån g

Í-

H

Hình 1.5. Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ axit đến hệ số K0

-L

Trường hợp lượng hơi nước trong khí nhỏ hơn lượng SO3 thì sẽ xảy ra đồng thời

ÁN

cả hai quá trình: ngưng tụ hơi axit sunfuric và hấp thụ SO3.

TO

Cơ chế quá trình hấp thụ SO3 cũng tương tự như quá trình sấy khí (hấp thụ hơi

ÀN

nước bằng axit sunfuric). Do đó theo công thức (1-7), ta có:

D

IỄ N

Đ

Q = K.F.∆P Q: lượng SO3 hấp thụ được, kg/h.

K: Hệ số hấp thụ, kg/m2.h.mm Hg ∆P :Động lực của quá trình hấp thụ.

K = K0. W0,8

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 38

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

K0: Hệ số phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ axit.

W: Tốc độ giả của khí đi trong tháp, m/s.

N

Ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ axit đến hệ số K0 được thể hiện trong hình 1.5

H

Ơ

2.3.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ axit đến hiệu suất, tốc độ hấp thụ

N

SO3

U Y

Quá trình hấp thụ SO3 tốt nhất là ở nhiệt độ thấp và khi nồng độ axit tưới là

.Q

98,3%H2SO4. Nồng độ axit càng nhỏ thì áp suất riêng phần của hơi nước trên đó càng

TP

lớn và hơi H2SO4 tạo thành càng nhiều. Nhiệt độ càng cao thì lượng hơi nước bay hơi

ẠO

càng cao từ dung dịch càng nhiều. Tốc độ tạo mù càng lớn và tốc độ cũng như hiệu

Đ

suất hấp thụ càng giảm. Vì vậy, nhiệt độ càng cao thì áp suất riêng phần của SO3 càng

G N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

lớn do hiệu suất và tốc độ càng nhỏ.

H Ư

2.3.3.3. Cân bằng nước trong hệ thống

TR ẦN

Do hấp thụ hơi nước trong hỗn hợp khí nên axit ở tháp sấy bị pha loãng ra, lượng axit này sẽ chuyển sang công đoạn hấp thụ, ở đó lượng nước trong axit phản ứng với

B

SO3 tạo thành H2SO4. Lượng nước theo axit sấy sang công đoạn hấp thụ càng ít thì

10 00

phần sản phẩm lấy ra ở dạng oleum càng nhiều. Phần oleum sản xuất được cũng phụ thuộc cả vào nồng độ SO2 vì nồng độ SO2 càng lớn thì thể tích hỗn hợp khí đi qua

Ó

A

công đoạn rửa càng nhỏ, do đó lượng nước đi theo khí càng ít.

H

Nếu lượng nước hấp thụ ở tháp sấy không đủ để tạo thành axit sunfuric có nồng độ

-L

Í-

qui định thì phải bổ sung nước vào công đoạn hấp thụ hoặc vào công đoạn sấy.

ÁN

Nếu axit sấy không nhả hết SO2 hòa tan trong đó thì tốt nhất là bổ sung nước vào

TO

thùng chứa của tháp hấp thụ monohidrat để giảm lượng axit sấy và do đó giảm tổn thất SO2 hòa tan trong axit đó.

ÀN

Nếu chỉ sản xuất axit sunfuric đậm đặc mà không sản xuất oleum thì lại bổ sung

Đ

nước vào thùng chứa của tháp sấy để đơn giản các đường ống dẫn axit.

D

IỄ N

2.4. Phương pháp sản xuất Có 2 phương pháp sản xuất axit sunfuaric chính: Phương pháp tiếp xúc: dùng V2O5 hoặc K2O làm xúc tác.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 39

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Phương pháp tháp: dùng NO làm xúc tác, xảy ra trong tháp đệm.

Phương pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao (98 – 99%), tuy nhiên chi phí cao. Trong

N

phương pháp tiếp xúc bao gồm: phương pháp tiếp xúc đơn và tiếp xúc kép. Ngày nay,

H

Ơ

trên thế giới và trong nước sử dụng chủ yếu phương pháp tiếp xúc kép với xúc tác là

U Y

N

V2 O5 .

.Q

Phương pháp tháp: chi phí đầu tư đơn giản nhưng nồng độ axit chỉ đạt 70 – 75%.

TP

Phương pháp này chỉ được dùng trong trường hợp sản xuất hỗn hợp axit sunfuric và

ẠO

nitric.

Đ

Dù đi từ nguồn nguyên liệu nào thì quá trình sản xuất H2SO4 cũng tiến hành theo 4

G

-Chuyển hóa SO2 thành SO3.

TR ẦN

-Tinh chế khí (làm sạch tạp chất có trong khí).

N

-Tạo SO2 bằng cách đốt nhiên liệu chứa S.

H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

giai đoạn chính:

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

-Hấp thụ SO3 bằng H2O tạo H2SO4.

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1.

Sơ lược về quy trình

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 40

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

Hoàn thành sản phẩm

Hấp thu khí SO3

Tinh chế SO2

N

Sản xuất khí SO2

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

Chuẩn bị nguyên liệu

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

ẠO Đ G

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Oxy hóa SO2 thành SO3

Mặc dù có nhiều phương pháp sản xuất axit sulfuric nhưng chúng đều có điểm chung

3.2.

Chuẩn bị nguyên liệu

10 00

B

là gồm có các giai đoạn cơ bản trên.

Ó

A

Quặng phải được nghiền nhỏ tới kích thước nhất định, sàng và lọc bụi trước khi đưa

H

vào lò đốt.Để quá trình đốt nguyên liệu đỡ tốn nhiệt,ta cần lọc bụi ngay từ giai đoạn

-L

Í-

này,dù sau giai đoạn này vẫn cần phải lọc bụi thêm nữa.

ÁN

Quặng phải được sấy sơ bộ trước khi đưa vào lò đốt để giảm lượng ẩm có trong

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

quặng, tránh gây thất thoát nhiệt trong quá trình đốt.

3.3.

Sản xuất khí SO2

Quặng được đưa vào lò qua cửa nhập liệu, không khí được đưa vào lò từ dưới lên, nhiệt độ trong lò là 8000C, quặng bị oxy hóa bởi oxy không khí sau đó khí lò được dẫn ra Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 41

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

ngoài, sỉ lò thoát ra ở đáy.Đối với các nguồn nguyên liệu có sẵn SO2 thì ta chuyển ngay qua giai đoạn tinh chế khí SO2.Đối với các nguồn nguyên liệu thô sơ là hợp chất của SO2

N

thì cần qua giai đoạn đốt để tạo ra SO2.

N

H

Ơ

Các phản ứng chính xảy ra trong quá trình đốt:

U Y

- Đối với quặng pyrit:

.Q

4 FeS2 + 11O2→ Fe2O3 + 8SO2 + Q

TP

2 FeS2→2 FeS + S2(nhiệt độ vào khoảng 5000C)

ẠO

S2+ 2O2→ 2SO2

G

Đ

4FeS + 7O2 →2Fe2O3 + 4SO2

N H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Hoặc 3FeS +5O2→Fe3O4 + 3SO2

Quá trình cháy của quặng không những chỉ xảy ra giữa pyrit và oxi mà còn xảy ra

TR ẦN

giữa các pha rắn:

B

FeS2 + 16 Fe2O3→11Fe3O4 + 2 SO2

10 00

FeS + 10 Fe2O3 → 7Fe3O4 + SO2

A

FeS2 + 5 Fe3O4 →16 FeO + 2 SO2

H

Ó

FeS + 3Fe3O4→10 FeO + SO2

-L

Í-

- Đối với pyrit có lẫn than:

ÁN

C + O2 = CO2

TO

Phản ứng trên sẽ cung cấp thêm một phần nhiệt lượng cần thiết cho quá trình đốt

ÀN

nguyên liệu.

D

IỄ N

Đ

Các loại lò đốt thường dùng: Ngày nay, công nghệ sản xuất axit sunfuric có nhiều loại lò dùng đốt nguyên liệu như:

lò nhiều tầng, lò đốt quặng bột, lò lớp sôi, lò xyclo, lò đốt lưu huỳnh (loại nằm ngang và

loại đứng), lò đốt hyđrosunfua H2S, …

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 42

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thiết bị lớp sôi có nhiều ưu điểm nổi bật và ngày càng được sử dụng rộng rãi không chỉ trong công nghệ sản xuất axit sunfuric mà còn trong các ngành khác như: luyện kim,

H

Ơ

Bảng 2.1: Hàm lượng 33% lưu huỳnh đối với lò lớp sôi (dựa trên tính toán lí thuyết)

N

gia công dầu mỏ, thực phẩm, y học, năng lượng hạt nhân, …

Lượng ra Thể tích

lượng(kg)

m3/tấn

Trọng

Thông số

ẠO

Trọng

lượng(kg)

Thể tích m3/tấn

Quặng khô

940

khí lò

Quặng ẩm

60

Không khí

2571,5

K. khí khô

2526

G

Xỉ

N

1000

750,8 1999

Khí SO2

638,4

223,4

2010,27

Khí SO3

6,8

1,9

1953,67

O2

141,4

99

56,6

N2

1929,25

1543,4

105,5

131,3

10 00

TR ẦN

2821,35

B

H Ư

Quặng

Ó

A

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Đ

Thông số

TP

.Q

Lượng vào

U Y

N

cho 1 tấn quặng pyrit như sau:

45,5

Hơi nước

3571,5

3572,15

TO

Tổng

ÁN

-L

Í-

H

Hơi nước

D

IỄ N

Đ

ÀN

Bảng 2.2: Nhiệt lượng cần thiết cho quá trình đốt:

Nhiệt vật lý của quặng (kcal/h ) Nhiệt của ẩm trong quặng (kcal/h )

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Lưu huỳnh 33%

Lưu huỳnh 35%

12729,2

12729,2

6250

6250

Trang 43

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

6285,4

66887

Nhiệt của ẩm trong không khí (kcal/h )

2114,2

2249,7

4266670

4533337

4350620,8

4621453

U Y

N

Tổng lượng nhiệt cần cung cấp (kcal/h )

H

Nhiệt toả ra khí đốt (kcal/h )

Ơ

Nhiệt của không khí khô (kcal/h )

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

.Q

Cấu tạo lò lớp sôi gồm 1 hình trụ bằng thép, bên trong lót vật liệu chịu lửa.Ở phần

TP

dưới của lò đặt 1 bảng để phân phối không khí đều trên toàn tiết diện của nó.Quặng được

ẠO

đưa vào buồng nạp.Không khí qua các lỗ ở ghi ống thổi quặng vào lò.Không khí chính

Đ

qua các mũ gió trên bảng phân phối khí giữ cho lớp quặng ở trạng thái sôi.Để quặng cháy

G

triệt để, người ta bổ sung không khí vào trên lớp sôi (khoảng 20% tổng lượng không khí).

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Ống tháo sỉ đặt ở ngang mức lớp sôi. Tốc độ không khí qua lỗ mũ gió khoảng 8÷10m/s.

Tổng diện tích lỗ của tất cả các mũi gió chỉ chiếm chừng 2% diện tích bảng phân phối

TR ẦN

khí. Khi đốt quặng tuyển nổi, tốc độ khí trong lò 1÷1,1 m/s, cường độ lò 8 ÷10 tấn quặng 45% lưu huỳnh/m2/ngày. Nếu đốt quặng pyrit thì tốc độ khí lớn hơn (1,9÷2 m/s) và do đó

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

cường độ lò cũng cao hơn (16 ÷20 tấn quặng/m2/ngày).

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 44

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Hình 1.1 Cấu tạo của lò lớp sôi

N

Lò lớp sôi có ưu điểm :

H

Ơ

• Đốt được các quặng nghèo lưu huỳnh nhưng hiệu suất tạo ra SO2 vẫn cao.

.Q

• Hệ số truyền nhiệt, dẫn nhiệt từ lớp sôi đến bề mặt trao nhiệt rất lớn.

U Y

N

• Cấu tạo thiết bị tương đối đơn giản dễ cơ khí hoá và tự động hoá.

TP

• Trở lực của lớp sôi không lớn lắm và trong giới hạn tồn tại lớp sôi thì không phụ

ẠO

thuộc vào tốc độ khí.

Đ

Tuy nhiên nó có một số nhược điểm:

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Hàm lượng bụi trong khí ra rất lớn cho nên phải có thiết bị để xử lý bụi trong SO2 tạo

H Ư

ra. Thành lò vùng lớp sôi bị bào mòn rất mạnh cho nên phải thường xuyên kiểm tra và

TR ẦN

bảo dưỡng.

Do có nhiều ưu điểm nổi bật nên lò lớp sôi đang dần thay thế loại cơ khí và tiếp tục

B

được nghiên cứu để có năng suất cao hơn và nhiều tính ưu việt hơn. Dưới đây là chỉ tiêu

10 00

làm việc của một lò lớp sôi đối với các hạt có kích thước khác nhau (được tính toán dựa

A

trên lý thuyết).

H

Ó

Sử dụng xỉ và nhiệt:

Í-

Khi đốt quặng pirit thải ra một lượng xỉ khá lớn (khoảng 70% lượng quặng khô) với

-L

thành phần chủ yếu là sắt oxit, ngoài ra còn có một số kim loại màu và kim loại quý như:

TO

kim.

ÁN

Cu, Co, Zn, Au, Ag, T,….Đây là nguồn nguyên liệu quý cho ngành công nghiệp luyện

ÀN

Nếu sử dụng tổng hợp được xỉ thì cứ 1000 tấn xỉ có thể thu được 800 tấn tinh quặng

Đ

sắt (với hàm lượng 55 ÷ 63% Fe); 3,3÷4 tấn đồng; 3,3 ÷4,3 tấn kẽm; 0,8÷ 1kg vàng, 10

D

IỄ N

kg bạc, 80kg coban, 70 tấn natri sunfat, …

Lượng nhiệt toả ra khi đốt nguyên liệu chiếm từ 52 ÷ 65% tổng lượng nhiệt.Chúng ta

có thể tận dụng lượng này để sản xuất điện tự cung cấp cho nhà máy (tính đến hiệu suất nhiệt của nhà máy điện) hoặc nhà máy sản xuất có thể trở thành nơi cung cấp năng lượng.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 45

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

3.4.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Tinh chế SO2:

Ơ

xúc:Khí lò từ lò đốt quặng được làm nguội trong nồi hơi, tách bụi trong xyclon, lọc điện

N

Đối với sơ đồ cổ điển của quá trình sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp

N

H

khô có nhiệt độ 300 ÷400oC đi vào công đoạn làm sạch khí để tách các tạp chất có hại đối

.Q

chất gây bất lợi cho quá trình chuyển hóa SO2 thành SO3 và cho thiết bị như:

U Y

với xúc tác. Khí SO2thu được sau khi đốt nguyên liệu chứa nhiều tạp chất có hại. Các

TP

- Bụi: tăng trở lực thiết bị, tắc nghẽn đường ống, giảm hệ số truyền nhiệt của thiết

ẠO

bị, chuyển chất,…

G

Đ

- As2O3: đầu độc xúa tác, làm giảm hiệu xuất chuyển hóa SO2.

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

- SeO2, TeO2 , Re2O7, …hoà tan vào các axit tưới làm bẩn sản phẩm. Mặt khác,

TR ẦN

chúng còn là nguồn nguyên liệu quý cho các ngành công nghiệp bán dẫn, thuỷ tinh màu,…Bởi vậy phải tìm cách thu hồi chúng.

B

- Các hợp chất của Flo(ở dạng HF và SiF4): ăn mòn thiết bị chứa SiO2trong điều

10 00

kiện thuận lợi và làm giảm hoạt tính xúc tác.

A

Để làm sạch hỗn hợp khí, người ta cho qua hàng loạt các tháp rửa, lọc điện ướt, lọc

H

Ó

điện khô, sấy, ...Tuy nhiên sơ đồ làm việc của chúng khá phức tạp và có một nhược điểm

Í-

là các tạp chất chủ yếu trong khí lò chuyển thành dạng mù axit sau đó lại phải tách chúng

-L

trong các lọc điện ướt. Hiện nay có 2 hướng giải quyết đơn giản hơn như sau:

ÁN

Phương pháp hấp thụ: Làm nguội khí bằng dung dịch axit sunfuric có nồng độ và

TO

nhiệt độ sao cho các tạp chất trong khí bị hấp thụ trên bề mặt axit tưới mà không tạo mù.

ÀN

Nếu trong khí lò, ngoài hơi H2SO4 còn có cả hơi SeO2 và As2O3 thì tăng nhiệt độ axit

Đ

tưới, hiệu suất tách 2 chất trên khỏi khí lò cũng tăng. Sở dĩ như vậy vì chúng hoà tan

D

IỄ N

trong cả axit tưới và mù axit. Khi tăng nhiệt độ lượng mù sẽ giảm, do đó lượng SeO2 và

As2O3 trong mù theo khí cũng giảm.

Phương pháp hấp phụ: dùng chất rắn hấp phụ tạp chất ở nhiệt độ cao mà không cần phải làm nguội và rửa hỗn hợp khí. Chất hấp phụ As2O3 tương đối tốt là silicagel.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 46

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thực tế nó có thể hấp phụ hoàn toàn As2O3 khỏi khí lò. Chất hấp phụ có khả năng hấp phụ cao hơn và rẻ hơn là zeolit nhân tạo (thành phần gần đúng 10SiO2..0,5Al2O3). Nó có

Ơ

N

thể hấp phụ được lượng As2O3 bằng 5 ÷7% khối lượng của nó.

H

Trong giai đoạn tinh chế khí SO2,thiết bị trong các quá trình tinh chế luôn phải tiếp

U Y

N

xúc nhiệt nên để tránh cho thiết bị quá nóng,giảm thải lượng nhiệt cấp ra môi trường,ta

.Q

cần làm nguội thiết bị bằng cách cho đi qua các tháp làm lạnh.

TP

Thiết bị làm sạch khí

ẠO

Tháp rửa I: có nhiệm vụ làm nguội hỗn hợp khí từ 350 ÷400oC xuống 80 ÷90oC. Tách

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

tạp chất khác.Hấp thụ một phần mù axit tạo thành trong tháp.

Đ

hầu hết lượng bụi còn lại trong khí sau lọc điện khô.Tách một phần SeO2 và As2O3 và các

H Ư

Tháp rửa II: có nhiệm vụ làm nguội hỗn hợp khí từ 80 ÷90oC xuống 30 ÷40oC. Hấp

TR ẦN

thụ một phần mù axit trong khí sau tháp rửa I. Tách một phần các tạp chất (Asen, telu…) khỏi hỗn hợp khí.

B

Tháp tăng ẩm: có nhiệm vụ tăng hàm ẩm của hỗn hợp khí để tăng kích thước hạt mù

10 00

axit. Tiếp tục làm nguội hỗn hợp khí xuống vài độ nữa (3 ÷5oC). Nếu trong hỗn hợp khí có Flo thì ở tháp tăng ẩm người ta còn cho thêm Na2SO4 vào axit tưới để tách chúng theo

H

Ó

A

phản ứng:

Í-

3SiF 4 + 2Na2SO4 + 2H2O →2Na2SiF6 + 2H2 SO4 + SiO2

-L

Lọc điện ướt: để lọc mù axit người ta thường dùng loại lọc cơ khí: lọc sợi. Nguyên tắc

ÁN

làm việc của loại này là cho hỗn hợp khí có mù axit đi qua lớp sợi mảnh chịu axit, khi va

TO

chạm với các sợi, do lực ỳ các hạt mù axit sẽ bị giữ lại trên đó. Đường kính hạt mù càng

ÀN

lớn, tốc độ dòng khí càng cao thì hiệu suất tách mù càng lớn.

Đ

Tháp sấy: Nhiệm vụ tách hoàn toàn lượng hơi nước trong hỗn hợp khí thông thường

D

IỄ N

bao gồm 2 tháp với mục đích để đề phòng một trong hai tháp có hư hỏng và tăng lượng

oleum sản xuất được và nhất là để giảm lượng mù axit khi sấy.

Công đoạn làm sạch khí phải đảm bảo một số chỉ tiêu sau: Hàm lượng bụi trong khí sau lọc điện khô,g/m3≤0,1.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 47

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí, % thể tích≥8,5.

Nồng độ a xit tưới,% H2SO4.

Ơ

N

Tháp rửa I 55 ÷70.

N

H

Tháp sấy 93 ÷95.

U Y

Hàm lượng tạp chất trong khí vào tháp tiếp xúc,mg/m3

TP

.Q

Asen 0

ẠO

Flo ≤ 3

Đ

Giọt và mù axit ≤ 5

G N

Chuyển hóa SO2 thành SO3 Cơ sở hóa lý của quá trình oxy hóa

3.5.1.1.

Cân bằng phản ứng

TR ẦN

3.5.1.

H Ư

3.5.

B

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Hơi nước, % thể tích ≤ 0,01.

A Ó

݀ ln ‫ܭ‬௣ ܳ௣ =− ଶ ݀ܶ ܴܶ

SO3 + Q

10 00

SO2 + 0.5O2

ொ೛బ

+ ‫׬‬଴

H

và suy ra: ln ‫ܭ‬௣ =

-L

Í-

ோ்

‫ܥ∆ ׬‬௣ ݀ܶ + ݅ ்

ோ் మ ଴

ÀN

TO

ÁN

݀ܳ௣ = −߂‫ܥ‬௣ ݀ܶ

் ௗ்

D

IỄ N

Đ

Phương trình thực nghiệm: ܳ௣ = 101420 − 9,26ܶ

ln ‫ܭ‬௣ =

4905,5 − 4,6455 ܶ

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 48

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

௉ೄೀయ

௉ೄೀమ ା ௉ೄೀయ

‫ݔ‬௖௕ =

;

௉ೄೀయ

௉ೄೀమ ା௉ೄೀయ

3.5.1.3.

N U Y

ଵ଴଴ି଴,ହ௔.௫೎್

.Q

௉ሺ௕ି଴,ହ௔.௫೎್ ሻ

TP

‫ܭ‬௣ + ට

‫ܭ‬௣

Tốc độ phản ứng

ẠO

→ ‫ݔ‬௖௕ =

H

Ơ

‫=ݔ‬

Độ chuyển hóa

N

3.5.1.2.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

݇ = ‫ݖ‬. ݁ ೃ . ݁ ೃ೅

G

Đ

ೄ∗

ಶ∗

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

௠ ‫݇ = ݒ‬. ܲௌை . ܲை௡మ ; మ

H Ư

3.5.1.4 . Xúc tác

B

không làm thay đổi hệ số cân bằng.

TR ẦN

Sử dụng xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa dẫn đến vận tốc phản ứng tăng nhưng

10 00

Trong công nghiệp sản xuất axit sulfuric sử dụng nhiều loại xúc tác như: Pt (EPt =71,2 kj/mol), V2O5 (EV2O5 =96,5 kj/mol), Fe2O3 (EFe2O3=159,2 kj/mol), ngoài ra còn Cr2O3,

H

Ó

A

CuO....

-L

Í-

Trong tiểu luận này chọn xúc tác là V2O5.

Thành phần xúc tác (% khối lượng):4-9% V2O5, 15-20% K2SO4 /K2S2O7, 2-5%

TO

ÁN

Na2SO4 /Na2S2O7, 5-15% Cs2SO4 /Cs2S2O7, 55-70% SiO2 (silicagen).

ÀN

Nhiệt độ làm việc: 410 – 6300C.

D

IỄ N

Đ

Cơ chế phản ứng trên xúc tác:

O2, SO2 bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác và hoà tan hoàn toàn vào xúc tác nóng chảy sẽ

tác dụng với V2O5 theo phương trình: V2O5 + SO2 →V2O4 + SO3 Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 49

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

V2O4 + 0,5O2 → V2O5

H

N

hoá khi nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí còn cao sẽ tạo thành hợp chất vanadyl sunfat:

Ơ

tác và ổn định chất hoạt tính trên bề mặt xúc tác. Ở giai đoạn đầu của quá trình chuyển

N

Còn SiO2 làm nhiệm vụ chất mang,có tác dụng tăng bề mặt tiếp xúc pha của chất xúc

U Y

V2O5 + SO3 + SO2→ 2 VOSO4 .

.Q

Ở giai đoạn cuối của quá trình chuyển hoá lượng SO2 còn lại ít nên xúc tác có hoạt tính

TP

cao, hằng số tốc độ k lớn.

ẠO

Tuy nhiên, chúng ta phải lưu ý tới một số tạp chất gây ra sự ngộ độc của xúc tác như:

Đ

chất độc nguy hiểm nhất là As. Chỉ vài miligam asen oxit trong 1m3 hỗn hợp khí cũng đủ

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

cho xúc tác bị ngộ độc. Asen bị hấp phụ trên bề mặt xúc tác tạo thành một lớp mỏng che

H Ư

phủ bề mặt hạt xúc tác hoặc tạo thành với xúc tác hợp chất bay hơi As2O5.V2O5 tách khỏi

TR ẦN

xúc tác.

Các hợp chất của flo cũng gây tác hại đáng kể cho xúc tác:như SiF4 phản ứng với hơi

B

nước theo phương trình:

10 00

SiF4 + 2 H2O →SiO2 + 4HF .

A

SiO2 tạo thành lớp vỏ bao bọc hạt xúc tác. Lượng SiF4 càng nhiều thì hoạt tính xúc tác

H

Í-

Nhiệt độ thích hợp (Tth)

-L

3.5.1.4.

Ó

càng giảm nhanh.

ÁN

Trong quá trình chuyển hóa SO2 thành SO3 ưu tiên chọn tốc độ phản ứng cực đại để đạt được năng suất cao nhất. Nhưng tốc độ phản ứng lại không tỉ lệ với độ chuyển hóa

TO

nên ta phải chọn một nhiệt độ thích hợp để tốc độ phản ứng cực đại với mức chuyển hóa

D

IỄ N

Đ

ÀN

nhất định.

ߜቀ ቁ ௗ௫ ௗఛ

݀ܶ

= 0 ‫ݒ‬ớ݅ ‫ ݐݏ݊݋ܿ = ݔ‬ሺ1ሻ

Phương trình động học trên cơ sở xúc tác vanadi:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 50

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

ଶ 1− ݀‫ ܾ ܲ݇ ݔ‬− ଶ 1 − ‫ݔ‬ ‫ݔ‬ ଶ ൥1 ൬ ൰ ൩ ሺ2ሻ = . − . ݀߬ ܽ 1 − ௔௫ 1 − 0,2‫ݔ‬ ‫ܭ‬௖௕ ሺ1 − ‫ݔ‬ሻ ܾ − ௔௫ ଶ

ଶ

N

ସଽ଴ହ,ହ

H

Ơ

ೣ ቏ାସ,ଽ଻ଷ ್షబ,ఱೌೣ ሺభషೣሻට భబబషబ,ఱೌೣ

N

୪୭୥቎

௔௫

U Y

Từ (1) và (2) =>ܶ௧௛ =

௔௫

3.5.2.1.

Phương pháp tháp đệm

N

Chuyển hóa SO2 thành SO3

H Ư

3.5.2.

G

Đ

ẠO

TP

݈݃∆ܶ = 2݈݃ܶ௖௕ + 5,7921

∆ܶ = ܶ௖௕ − ܶ௧௛

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

.Q

Phương trình thực nghiệm:

TR ẦN

Khí SO2 được oxi hoá bằng O2 không khí với xúc tác là hỗn hợp NO và NO2. Quá trình phản ứng không cho trực tiếp SO3 hay H2SO4 mà sản phẩm trung gian là

10 00

B

nitrozonihidrosunfat.Ta có phản ứng sau:

2SO2 + O2 +NO + NO2 + H2O → 2NOHSO4

Ó

A

Dùng nước hoà tan sản phẩm này ở trong buồng làm bằng chì sẽ thu được axit

H

sunfuric và hỗn hợp các khí NO và NO2 được giải phóng ra:

-L

Í-

2NOHSO4 + H2O → 2 H2SO4 +NO + NO2

ÁN

Phương pháp buồng chì và xúc tác NO + NO2 cho phép chúng ta điều chế được

TO

axitsunfuaric có nồng độ 60 ÷70%. Về sau, người ta nhận thấy buồng chì không thuận lợi

ÀN

cho quá trình sản xuất cho nên đã thay buồng chì bằng các tháp hấp thụ được xây bằng

Đ

gạch chịu axit nên nó được gọi làphương pháp tháp đệm. Tuy nhiên, axit sunfuric thu

IỄ N

được có độ tinh khiết không cao (do có lẫn nhiều HNO3 trong quá trình sản xuất) hơn nữa

D

hiệu suất của quá trình này cũng không lớn chỉ vào cỡ (60 ÷70 %) bởi vậy phương pháp

này hầu như không được sử dụng để sản xuất axit sunfuric nữa.

3.5.2.2.

Phương pháp tiếp xúc

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 51

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Sử dụng phương pháp tiếp xúc (xúc tác) trong quá trình chuyển hóa, có 2 phương

Ơ

Đối với phương pháp tiếp xúc đơn: hỗn hợp khí SO2 qua gia nhiệt được oxy hóa lần

N

pháp tiếp xúc: tiếp xúc đơn và tiếp xúc kép.

N

H

lượt qua 4 hoặc 5 lớp xúc tác. Qua mỗi 1 hoặc 2 lớp lớp thì sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt

U Y

gián tiếp để hạ nhiệt độ hỗn hợp về nhiệt độ làm việc của xúc tác hoặc có thể cấp khí

.Q

nguyên liệu vào giữa các lớp xúc tác để làm nguội trực tiếp hỗn hợp khí, rồi sau đó đem

TP

hấp thu SO3 để tạo axit sulfuric.

ẠO

Ưu điểm: Làm giảm nhiệt độ tiếp xúc,hạn chế lượng nhiệt truyền ra môi trường.

Đ

Nhược điểm:Tốn vật liệu chế tạo thiết bị do có nhiều lớp tiếp xúc,phải thường xuyên

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

bổ xung không khí,do đó lượng O2 cần sử dụng nhiều.Trải qua nhiều giai đoạn mới thu

H Ư

được H2SO4 có nồng độ cao.

TR ẦN

Đối với phương pháp tiếp xúc kép: chuyển khí sản phẩm sau khi qua lớp xúc tác thứ 3 (với hiệu suất khoảng 90%) đi hấp thụ chế tạo axit, hỗn hợp khí sau khi hấp thu được

B

gia nhiệt lại, đưa vào thiết bị phản ứng ở 2 lớp xúc tác còn lại, sau đó đi hấp thu lần 2 rồi

10 00

phóng không. Phương pháp này làm giảm nồng độ SO2 trong khí thải còn 0.05% so với

A

phương pháp tiếp xúc đơn là 0.21%.

H

Ó

Ưu điểm:

-L

Í-

Giảm đáng kể lượng CO2 trong khí thải,dẫn đến thu được H2SO4 có độ tinh khiết

ÁN

cao.

Hấp thu SO3

ÀN

3.6.

TO

Chế tạo thiết bị đơn giản.

Đ

SO3 được đưa vào thiết bị hấp thu qua đáy tháp, tháp hấp thu thường là dạng tháp

D

IỄ N

đệm, dòng axit H2SO4 có nồng độ là 98,5% được tưới từ trên xuống, pha lỏng tiếp xúc

với pha khí SO3 tan vào H2SO4 98,5%, dung dịch ra khỏi tháp có nồng độ từ 99-99,5% được pha loãng vả tiếp tục đưa vào thiết bị hấp thu.

3.7.

Quy trình công nghệ và thuyết minh

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 52

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

Sơ đồ quy trình công nghệ

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

3.7.1.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 53

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Chú thích:

1; 12- Quạt khí 2- Lò đốt quặng 3- Nồi hơi

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 54

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

4- Cyclon

N

5- Lọc điện khô

H

Ơ

6- Tháp rửa 1

U Y

N

7- Tháp rửa 2

TP

.Q

8- Lọc điện ướt

ẠO

9- Tháp tăng ẩm

G

Đ

10- Tháp sấy

N H Ư

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

11- Tách giọt axit

TR ẦN

13- Truyền nhiệt 14- Tháp tiếp xúc

10 00

B

15- Làm nguội SO3

A

16- Tháp hấp thu oleum

H

Ó

17- Tháp hấp thu monohidrat

-L

Í-

18- Giàn làm nguội axit

ÁN

19- Làm nguội oleum kiểu ống chùm

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

20- Thùng chứa axit

3.7.2.

Thuyết minh quy trình

Quặng pyrit được đưa vào lò đốt quặng, nhiệt độ trong lò là 8000C, FeS2 bị oxy hóa

tạo thành SO2, SO2 được dẫn ra khỏi thiết bị và vào nồi hơi để hạ nhiệt độ và tận dụng

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 55

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

nhiệt, sau đó hổn hợp khí đi qua cyclon và lọc điện khô để lọc bụi có nhiệt độ từ 300–

Ơ

Ở tháp rửa 6 và 7 tưới dung dịch axit sulfuric loãng, các tạp chất trong axit chuyển

N

4000C rồi đến công đoạn loại các tạp chất đầu độc xúc tác.

N

H

vào trong mù axit, một phần nhỏ axit được tách ở tháp rửa phần còn lại được tách ở lọc

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

điện ướt và tăng ẩm.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 56

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Sau khi tưới vào tháp rửa và tăng ẩm nhiệt độ axit sulfuric sẽ tăng nên cần phải qua giàn làm nguội trước khi tuần hoàn lại.

N

Dòng khí sau khi được tách ẩm và tách các hạt axit được đưa qua hệ thống gia nhiệt

N

H

Ơ

gián tiếp bằng khí SO3 để đưa nhiệt độ dòng khí lên nhiệt độ làm việc của xúc tác.

U Y

Khi ra khỏi thiết bị chuyển hóa thì SO3 có nhiệt độ cao nên phải qua tháp làm nguội

.Q

trước khi vào tháp hấp thu.

TP

Axit tưới trong tháp hấp thu có nồng độ 98.5%, sau khi tưới thì nhiệt độ dung dịch

Đ

ẠO

tăng nên phải qua hệt thống làm nguội trước khi tuần hoàn lại.

G

Axit sau hấp thu có nồng độ 99 - 99,5%, để giữ cho nồng độ axit tưới luôn là 98,5% thì

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

phải bổ sung axit sấy vào thùng chứa, axit dư sẽ được chuyển về kho chứa.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 57

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Nguyên liệu

N

H

Ơ

N

(FeS2 , không khí)

Làm nguội

TP

.Q

U Y

Đốt

Xử lí khí thải

Đ

Lọc điện khô

Tưới axit

Rửa

Tưới oleum

G

Hấp thụaxit

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

ẠO

Axit

TR ẦN

Hấp thụ oleum

10 00

B

Lọc điện ướt

Oleum

Chuyểnhóa SO2

H

Ó

A

Sấy

Làm nguội

Làmnguội

ÁN

-L

Í-

Táchgiọt

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

Hình 1.7. Sơ đồ khối sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ quặng pirit.

CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 58

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

4.1.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thiết bị xử lý nguyên liệu

Ơ

đoạn tuyển nổi để tách riêng quặng pyrit và quặng đồng.Có nhiều phương pháp tuyển

N

Đối với nguyên liệu pyrit có hàm lượng đồng >1% thì trước khi nghiền phải qua công

N

H

pyrit nhưng thường dùng nhất là tuyển trọng lực và tuyển nổi.

Thiết bị lọc bụi, lọc mù

TP

4.2.

.Q

U Y

Đối với quặng pyrit thường chỉ cần nghiền và sàng quặng để đạt kích thước nhất định.

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

Có nhiều phương pháp lọc bụi, lọc mù như: dùng cyclon, lọc điện ướt, lọc điện khô:

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Hình 4.1. Lọc điện khô và ướt.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 59

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

N H Ư

Thiết bị tạo SO2

Lò cơ khí:

10 00

Ưu điểm: bụi trong khí lò thấp.

TR ẦN

4.3.

B

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

Hình 4.2. Cấu tạo của Cyclon.

Nhược điểm: năng suất thấp không tận dụng được nhiệt cháy, hàm lượng S trong

H

Ó

A

xỉ cao, thiết bị cồng kềnh khó xử lý khi xảy ra sự cố.Trong thực tế ít được sử dụng.

-L

Í-

Lò phun:

ÁN

Ưu điểm: năng suất cao, dễ tự động hóa, dễ xử lý khi có sự cố xảy ra.

TO

Nhược điểm: lượng bụi lớn, nồng độ SO2 dễ bị thay đổi.

ÀN

Lò tầng sôi:

D

IỄ N

Đ

Ưu điểm: năng suất cao, dễ cơ khí hóa và tự động hóa, lượng S trong xỉ thấp.

Nhược điểm: lượng bụi trong khí lò lớn, nồi hơi cồng kềnh.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 60

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

4.4.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thiết bịoxy hóa SO2 thành SO3

Có rất nhiều dạng tháp chuyển hóa SO2 thành SO3 nhưng nhìn chung đều gồm nhiều

H

Ơ

N

lớp xúc tác và có trao đổi nhiệt giữa các lớp (trực tiếp hoặc gián tiếp).

U Y

N

Một số loại tháp chuyển hóa:

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

• Tháp tiếp xúc 4 lớp xúc tác có truyền nhiệt trung gian.

ÀN

Vỏ tháp được làm bằng thép, bên trong có lót vật liệu chịu lửa, phần dưới tháp mở

Đ

rộng ra để giảm trở lực của các lớp xúc tác vì giảm tốc độ khí đi trong tháp và giảm chiều

D

IỄ N

cao lớp xúc tác.

• Tháp tiếp xúc có bổ sung SO2 sau lớp 1 và truyền nhiệt trung gian.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 61

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

-L

Tháp này dễ chế tạo và sửa chửa nhưng nhược điểm là phân phối khí không đều và

ÁN

chiếm diện tích mặt bằng lớn.

TO

• Tháp tiếp xúc kiểu lớp sôi:

D

IỄ N

Đ

ÀN

Gần đây người ta bắt đầu sử dụng thiết bị dạng này vì: Nhờ có sự đảo trộn mạnh nên tăng cường khuếch tán SO2 và O2 tới bề mặt xúc tác.

Có thể sử dụng xúc tác kích thước nhỏ để tăng cường mức sử dụng bề mặt bên trong

xúc tác.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 62

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Có thề oxi hóa hỗn hợp khí có nồng độ SO2 cao mà không sợ xúc tác quá nóng.

Nếu trong hỗn hợp có 1 ít bụi cũng không sao, tốc độ dòng khí lớn làm bụi không thể

H

Ơ

N

nằm yên trên xúc tác được.

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

Có thể nạp hoặc thay thế xúc tác mà không cần ngưng hệ thống.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 63

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

4.5.

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Thiết bị hấp thu SO2:

Thường sử dụng tháp hấp thu dạng đệm và dùng axit sulfuric có nồng độ 98,5 làm

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

dung dịch tưới, dung dịch sau hấp thu sẽ được đưa vào bể chứa.

Thiết bị trao đổi nhiệt:

TO

4.6.

ÀN

Để tận dụng nhiệt cũng như đốt nóng hoặc làm nguội dòng lưu chất, người ta thường

• Thiết bị đốt nóng khởi động:

D

IỄ N

Đ

dùng thiết bị trao đổi nhiệt. Dưới đây là một số thiết bị trao đổi nhiệt:

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 64

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

Tháp trao đổi nhiệt:

•

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 65

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

N

H

Ơ

N

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 66

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

CHƯƠNG 5: NHẬN XÉT Kỹ thuật sản xuất axit sunfuric là một trong những yếu tố cơ bản quyết định các chỉ

N

tiêu kinh tế của sản xuất axitsunfuric, vì thế nhiều viện nghiên cứu và xí nghiệp trên thế

N

H

Ơ

giới rất chú ý cải tiến sơ đồ kỹ thuật và cấu tạo thiết bị.

U Y

Hiện nay sơ đồ cổ điển được dùng phổ biến nhất trên thế giới, nhưng sơ đồ này rất

.Q

phức tạp và không kinh tế. Tuy nó đảm bảo cho nhà máy làm việc được lâu dài, nhưng

TP

vốn đầu tư vào công đoạn rửa khá lớn (30% khi đốt pyrit và trên 50% khi dùng khí thải

ẠO

của lò luyện kim màu).Vì vậy nhiều viện nghiên cứu và xí nghiệp trên thế giới rất chú ý

Đ

cải tiến sơ đồ kĩ thuật và thiết bị. Một số phương pháp sản xuất ưu việt hơn đã được đề

G

cập tới như: phương pháp tinh chế khô, thiết bị tiếp xúc kiểu lớp sôi… Không những vậy

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

năng suất của các hệ thống sản xuất cũng tăng lên một cách đáng kể (năm 1982 hãng Texas Gulf Inc đưa ra dây chuyền năng suất 2800 tấn/ngày. Năm 1988 năng suất của

TR ẦN

hãng Texas Gulf Inc là 379 000 tấn/năm…). Trước đây dòng thải và chất thải của các nhà máy sản xuất axit sunfuaric chưa được quan tâm đúng mức cho nên đã để lại những hậu

10 00

B

quả đáng tiếc cho môi trường.

A

Cải tiến quá trình sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc:

Ó

Nghiên cứu quá trình sản xuất axit sunfuric ở áp suất cao, vì năng suất các thiết bị

Í-

H

chính tỷ lệ thuận với áp suất. Tất nhiên, khi dó tiêu hao điện năng và chi phí để chế tạo

-L

các thiết bị sẽ tăng.Với những thiết bị kích thước như hiện nay, nếu làm việc ở 100 atm

ÁN

thì năng suất sẽ rất lớn và quá trình oxi hóa SO2 không cần xúc tác nữa.

TO

Để tăng năng suất của hệ thống ta còn thay thế một phần hay toàn bộ không khí bằng

ÀN

oxi trong quá trình đốt nguyên liệu và oxi hóa SO2. Khi tăng không khí bằng oxi tốc độ

Đ

quá trình đốt nguyên liệu và oxi hóa SO2 tăng, đồng thời tăng lượng nhiệt tỏa ra trên 1m3

D

IỄ N

khí, tăng nồng độ SO2 trong khí.

Nghiên cứu, sử dụng các loại xúc tác có khả năng thúc đẩy quá trình chuyển hóa tốt

hơn, hao mòn xúc tác ít hơn, nhưng giá thành thấp.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 67

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

Điều chỉnh vị trí các thiết bị để hạn chế thất thoát nhiệt và có thể tậng dụng nhiệt của quá trình tốt hơn.

H

Ơ

N

Sử dụng phương pháp tinh chế khô:

N

Sơ đồ tinh chế khô không có công đoạn rửa khí, vì vậy các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

U Y

của nó cao hơn so với sơ đồ cổ điển. Không những thế, nó còn nhiều khả năng nâng cao

TP

.Q

các chỉ tiêu đó.

ẠO

Ví dụ, có thể nâng nhiệt độ khí sau lọc điện khô lên 450oC rồi vào ngay tháp tiếp xúc

Đ

mà không cần thiết bị truyền nhiệt nữa, hoặc nghiên cứu một chế độ thích hợp trong tháp

G

ngưng tụ để các hạt mù tạo thành có đường kính khá lớn, có thể tách hoàn toàn trong lọc

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

sợi thủy tinh mà không cần lọc điện ướt, hay dùng thiết bị ngưng tụ kiểu ống chum để tận giàn làm nguội axit tuần hoàn ….

TR ẦN

dụng nhiệt sản xuất hơi nước, dùng thiết bị ngưng tụ kiểu đĩa lỗ sẽ không cần bơm và

Gần đây người ta cũng đang nghiên cứu phương pháp dùng vi khuẩn để chuyển hóa S

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

thành SO2 và H2SO4 hoặc chuyển hóa H2S, SO2, các muối sunfua thành S.

TÀI LIỆU THAM KHẢO Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 68

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com

Tiểu luận môn: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản

GVHD: ThS. Nguyễn Văn Hòa

1. Công nghệ axit sunfuric Đỗ Bình, NXB Bách khoa Hà Nội, 2011.

2. Công nghệ sản xuất axit sulfuric và các dòng thải đặc trưng, Đại học Bách Khoa

N

D

IỄ N

Đ

ÀN

TO

ÁN

-L

Í-

H

Ó

A

10 00

B

TR ẦN

H Ư

N

www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu

G

Đ

ẠO

TP

.Q

U Y

3. Bài giảng Công nghệ sản xuất các hợp chất vô cơ cơ bản, Nguyễn Văn Hòa.

H

Ơ

N

Hà Nội.

Nhóm 3

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

Trang 69

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial