ĐỀ CƯƠNG ôn tập CNSX hợp CHẤT vô cơ

câu hỏi cnsx hợp chất vô cơ

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN CNSX HỢP CHẤT VÔ CƠ

1 Trình bày hai giai đoạn điều chế N và O bằng phương pháp hóa lỏng không khí?

2 Trình bày các hệ thống điều chế N và O bằng phương pháp hóa lỏng không khí?

3 Có thể điều chế Hidro bằng các phương pháp nào? Nêu vắn tắt các phương pháp đó?

4 Quá trình sản xuất axit HNO3 từ amoniac gồm những giai đoạn nào? Trình bày

sơ lược các giai đoạn đó?

5 Trình bày nguyên lý chung của công nghệ sản xuất HNO3 loãng?

6 Nêu lưu trình công nghệ điều chế axit nitric ở áp suất thường?

7 Hãy nêu vai trò của axit Sunfuric? Có thể sản xuất axit Sunfuric từ những nguồn nguyên liệu nào?

8 Từ nguyên liệu là quặng pyrit (thành phần chủ yếu là FeS2) điều chế khí SO2 như thế nào? Nêu nguyên lí của lò tầng sôi? Ưu, nhược điểm?

9 Hãy nêu cơ sở lý thuyết của quá trình oxi hóa SO2 bằng xúc tác V2O5?

10 Axit Sunfuric được sản xuất qua các giai đoạn nào? nêu sơ lược các giai đoạn đó.

11 Vì sao phải làm sạch khí SO2 trong quá trình sản xuất axit Sunfuric? Nêu vắn tắt quá trình làm sạch đó?

12 Hãy nêu cơ sở lý thuyết của phản ứng tổng hợp amoniac?

13 Hãy nêu quá trình điều chế đồng thời H2 và N2 bằng phương pháp khí than ướt

để tổng hợp amoniac?

14 Giai đoạn làm sạch khí tổng hợp trong điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac được tiến hành như thế nào?

15 Nêu quá trình điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac từ khí thiên nhiên?

1.Ðiều chế Nitơ và oxi bằng phương pháp hóa lỏng không khí:

Ðiều chế N,O từ hỗn hợp khí bằng phương pháp làm lạnh thâm độ được thực hiện theo 2 giai đoạn nối tiếp: Hóa lỏng hỗn hợp khí bằng làm lạnh thâm độ

Chưng phân đoạn sản phẩm lỏng thu được

- Hóa lỏng khí bằng làm lạnh thâm độ:

Không khí nén trong cụm máy nén có p = 1 atm → 200 atm rồi đưa vào thiết bị làm lạnh để làm lạnh bằng nước đến t° = 18°C → 20°C, rồi qua thiết bị truyền nhiệt trung gian và thiết bị làm lạnh bằng amôniac là thiết bị truyền nhiệt chính đến t° = -50°C, qua van tiết lưu thì một phần không khí hóa lỏng

Không khí lạnh không hóa lỏng, được đưa trở lại trong các thiết bị truyền nhiệt

-Chưng không khí lỏng:

Quá trình tách bằng phương pháp chưng cất các nguyên tố trong không khí lỏng dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của chúng, phương pháp này có thể điều chế được nitơ và oxi nguyên chất ( từ không khí)

Ghi chú: thành phần không khí gồm nhiều nguyên tố thành phần (% thể tích): nitơ: 78,030 %; oxi:20,990 %; Argon: 0,933 %; Cacbonic: 0,030 %; Hydro: 0,01 %

Ngoài ra còn hơi nước, bụi, các thành phần không ổn định

Không khí nén ở p = 50 → 100 atm đã làm lạnh được đưa vào ruột gà của thiết bị bốc hơi không khí lỏng thuộc cột chưng sau đó qua tiết lưu, áp suất giảm đến 6 atm Toàn

bộ hỗn hợp được đưa vào phần dưới cột Chức năng của cột là tạo nên một dòng hơi đi lên trên và một dòng chất lỏng chảy từ trên xuống Nhờ cấu tạo của các “đĩa” ở trong cột chưng cất phân đoạn, dòng hơi và dòng lỏng tiếp xúc mật thiết với nhau đảm bảo sự trao đổi thường xuyên của các phân tử Những phân tử của chất có nhiệt độ sôi thấp hơn (N)

đi nhiều vào dòng hơi, những phân tử của chất có nhiệt độ sôi cao hơn (O) đi nhiều vào dòng lỏng Cột làm việc liên tục và cột có càng nhiều đĩa thì việc tách riêng 2 chất ra càng hoàn toàn Trong quá trình chưng trong cột, hàm lượng nitơ ở các đĩa phía trên ngày càng cao và lên đến các ống chùm của thiết bị ngưng tụ - bốc hơi, hầu như chỉ còn nitơ nguyên chất còn oxi lỏng chảy ra ở phía dưới

2 Các hệ thống điều chế nitơ và oxi:

Ðiều chế nitơ và oxi bằng phương pháp phân ly không khí chủ yếu dùng:

- Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac

- Hệ thống áp suất cao và tháp có thiết bị hoàn nhiệt và máy giãn nở kiểu tuabin

Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac sản xuất nitơ đạt nồng

độ tới 99,9%

Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac sản xuất oxi đạt nồng độ tới 90 → 93%

* Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ amôniac:

Trong không khí thường có tạp chất: bụi, hơi nước và CO2, khí C2H2 là những hợp chất có hại cần phải loại bỏ, nước và CO2 đóng băng tương đối cao làm tắt đường ống, đặc biệt là C2H2 tạo thành hợp chất nổ

Do vậy, ta phải cho không khí qua thiết bị lọc, rồi cho qua máy nén bốn cấp có p =

8 →10 atm, sau đó đưa vào thiết bị khử CO2 bằng NaOH 10% sau đó không khí được đưa trở lại máy nén 2 cấp nữa p = 35 → 60 atm Ở máy nén ra không khí được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh bằng nitơ ở tháp chưng, rồi vào thiết bị làm lạnh bằng amôniac theo kiểu ruột gà, không khí nén đi bên trong còn amôniac đi trong không gian giữa 2 ống Nước thường đóng băng trong ruột gà nên qua 1 ngày đêm cần phải xử lý băng đọng bằng cách thổi amôniac ở p = 7,5 → 12 atm và t° = 50 → 80°C

Không khí nén đã loại hơi nước được làm lạnh tiếp tục trong thiết bị trao đổi nhiệt bao quanh tháp chưng để thực hiện quá trình chưng phân đoạn

3 Ðiều chế hidro :

Bằng các phương pháp : Ðiện phân nước

Phương pháp phân ly khí cốc bằng cách làm lạnh thâm độ Chuyển hóa các Hydro Cacbon

- Điện phân nước: 2H2O →2 H2 + O2

-Phương pháp làm lạnh thâm độ khí cốc

Thành phần khí cốc (%):

- Hidro: 35 - 61% ; -Khí CO2 2-4%; -Metan 24 - 28%

- N2 : 2 - 7 % ;- Olê fin(etylen,propylen) :1,5 - 3% ;Oxi :0,2 -2,5%

Ngoài ra ,trong khí cốc còn có các hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh , benzen, naphtalen ,nitơoxit ,axetilen

Các phân đoạn trong khí cốc được tách bằng cách ngưng tụ phân đoạn ở áp suất cao,trong quá trình làm lạnh các phân đoạn lần lược ngưng tụ phân đoạn lần lược ngưng

tụ

Bằng cách ngưng tụ phân đoạn, người ta tận dụng tới 95% khí hydro có trong khí cốc để tổng hợp amôniac, lấy được etylen để tổng hợp polyetylen và nhiều hợp chất hữu

cơ quan trọng khác

Khí còn lại là CH4, CO được dùng làm nhiên liệu trong luyện kim

- Phương pháp chuyển hóa mêtan với chất oxi hóa là hơi nước hoặc

oxi Nguồn nguyên liệu là khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và khí cốc.

- Các phản ứng chuyển hóa metan là:

CH4 + H2O = CO + 3H2 (1)

2CH4 + O2 = 2CO + 4H2 (2)

CO + H2O = CO2 + H2 (3)

Quá trình được thực hiện qua giai đoạn chuyển hóa metan thành CO và hydro và chuyển hóa tiếp CO thành H2 và CO2

Trong công nghiệp, người ta thường dùng 3 phương pháp chuyển hóa CH4:

- Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác

- Chuyển hóa bằng hơi nước có oxi, hoặc hơi nước - oxi - không khí, có xúc tác

- Chuyển hóa bằng oxi hoặc không khí và oxi ở nhiệt độ cao

4 Quá trình sản xuất axit HNO3 từ amoniac gồm những giai đoạn nào? Trình bày sơ lược các giai đoạn đó?

Quá trình này bao gồm các giai đoạn: oxi hóa NH3 thành NO, oxi hóa NO thành NO2, hấp thụ NO2 để thu được dung dịch HNO3 nồng độ khoảng 50%

- Oxi hoá amoniac

Quá trình oxi NH3 bằng oxi có thể diễn ra theo các phản ứng sau:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (*)

4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

Để sản xuất axit nitric, người ta tìm cách để tốc độ của phản ứng (*) xảy ra

nhanh chóng và hạn chế các phản ứng khác đến mức độ thấp nhất Để đạt được điều đó ta dùng chất xúc tác thích hợp nhất là platin Trong thực tiễn sản xuất người ta sử dụng hợp kim platin với rođi và palađi, (Pt - 95%, Rh - 3%, Pd - 2%)

Xúc tác được kéo thành sợi, rồi dệt thành lưới để tăng bề mặt tiếp xúc Căng

các lưới xúc tác theo tiết diện của tháp oxi hóa Tùy theo quá trình oxi hóa ở áp suất cao hay áp suất thường thì có 3 - 4 lưới, ở áp suất 10at dùng 16 - 19 lưới platin Hỗn hợp khí NH3 phải sạch để không làm bẩn xúc tác Pt Phản ứng oxi

hóa NH3 trên xúc tác cũng chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao Người ta duy trì nhiệt độ từ 800 -9000C, vượt quá nhiệt độ này sẽ gây mất mát khối lượng của platin

Để hiệu suất chuyển hóa của NH3 thành NO cao người ta thường dùng dư oxi

so với phương trình, cụ thể là oxi lớn hơn 1,7 lần so với NH3

- Oxi hoá NO

2NO + O2 = 2NO2 H < 0, ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác

Dưới 1500C phản ứng xảy ra hoàn toàn theo chiều thuận tạo thành NO2 Trên

1500C hầu hết NO2 bị phân hủy, cân bằng chuyển sang trái Nhiệt độ cao hơn (8000C) sự oxi hóa NO thành NO2 không xảy ra (là phản ứng thiận nghịch)

Tăng áp suất, phản ứng oxi hóa NO thành NO2 sẽ chuyển dịch theo chiều thuận

Điều kiện thích hợp cho quá trình oxi hóa này là nó xảy ra khắp không gian của

dây chuyền sản xuất: trong các tháp hấp thụ, trên đường ống dẫn

- Hấp thụ NO2

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

+ Để tăng tốc độ của quá trình hấp thụ NO2 ta phải tăng diện tiếp xúc của khí với chất lỏng do đây là quá trình dị thể L-K Bằng cách tạo ra các tháp có các đĩa nằm ngang,khí

sẽ chui qua các đĩa từ đáy tháp đi lên còn chất lỏng sẽ chảy từ đỉnh tháp xuống các đĩa + Làm lạnh chất lỏng trong tháp hấp thụ đến t0 khoảng 750C để hấp thụ tốt

Hấp thu NO2 ở điều kiện thường chỉ thu được axit nitric loãng khoảng 50%.

5 Nguyên lí chung của công nghệ sản xuất axit HNO3 loãng:

Hiện nay trong công nghiệp, người ta điều chế axit HNO3 chỉ bằng một phương

pháp duy nhất, đó là oxy hoá NH3 Qúa trình này được tiến hành theo hai giai đoạn:

- Oxy hoá NH3 thành NO

- Hấp thụ NO2 để điều chế HNO3

a/ Oxy hoá amoniac thành oxyt nitơ:

4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O + Q

Ở đây người ta sử dụng hỗn hợp NH3 trong không khí có nồng độ 10-11% (theo

thể tích), trong điều kiện phản ứng như vậy hiệu suất tạo thành NO đạt đến 96-98% Hỗn hợp khí tạo thành gọi là nitroza

Phản ứng oxy hoá amoniac được tiến hành trong thiết bị tiếp xúc Hiện nay, người

ta sử dụng thiết bị tiếp xúc là một tổ hợp gồm ba thiết bị

• Trên cùng là thiết bị lọc catông

• Tiếp đến là thiết bị oxy hoá

• Cuối là nồi hơi thu hồi

- Hỗn hợp khí đi vào thiết bị lọc (1) qua một loạt các ngăn lọc, rồi theo các cửa

trên trụ dẫn khí (2) ở tâm thiết bị và đi xuống phần thiết bị oxy hoá Tại đây, khí đi qua lưới phân phối (3) có tác dụng phân phối đều hỗn hợp khí để đi xuống lưới xúc tác (4) Phía dưới lưới đặt một lớp vòng kim loại (5) dày 250mm để nhận nhiệt của khí, có tác dụng như một bộ tích nhiệt phòng khi thiết bị ngừng hoạt động trong một thời gian ngắn

sẽ đốt lò lại được dễ dàng Lớp vòng này còn có tác dụng giữ lại các hạt xúc tác Pt bay theo khí, sau một thời gian có thể thu hồi lại được

- Phần thiết bi dưới lưới xúc tác làm việc ở nhiệt độ cao Do đó, được lót một lớp

gạch chịu nhiệt

b/ Điều chế axit HNO3:

Giai đoạn này gồm hai quá trình:

- Oxy hoá tiếp NO thành NO2:

NO + O2 → NO2 + Q

- Hấp thụ NO2 bằng H2O để tạo thành HNO3:

3NO2(k) + H2O(l) →2HNO3(l) + NO(k) + Q

Cả hai phản ứng trên đều toả nhiệt và xảy ra theo chiều giảm thể tích Do đó, phản

ứng dịch chuyển theo chiều thuận khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất

Tuỳ theo áp suất của hệ thống thiết bị mà người ta chia ra 3 loại công nghệ sản

xuất axit HNO3 loãng:

• Hệ thống làm việc ở áp suất thường: điều chế HNO3 50% (hiệu suất chuyển

hoá NO2 là 92%)

• Hệ thống làm việc ở áp suất cao (6-8 atm): điều chế HNO3 > 60% (hiệu suất

chuyển hoá NO2 là 98%)

• Hệ thống hỗn hợp áp suất thường đến áp suất cao

6 lưu trình công nghệ điều chế axit nitric ở áp suất thường

- Không khí được đưa qua thiết bị làm sạch khí bằng nước hay bằng xô đa loãng

(1) để khử khí có tính axit và qua thiết bị lọc bằng dạ (2) để loại tạp chất cơ học

- Sau đó không khí được quạt (3) đưa qua thiết bị lọc catông (4) cùng với khí NH3

sạch dưới dạng hỗn hợp khí amoniac có nồng độ 10-12% NH3 Từ thiết bị lọc (4) khí đi vào thiết bị tiếp xúc (5) để oxy hoá NH3 thành NO ra khỏi (5) hỗn hợp khí nitroza có nhiệt độ lên đến 750-850oC đưa qua nồi hơi thu hồi (6) để giảm nhiệt độ, đồng thời tận dụng nhiệt thừa để sản xuất hơi quá nhiệt (có áp suất 40 atm và nhiệt độ 450oC)

- Sau đó hỗn hợp khí có nhiệt độ 160oC đưa vào hệ thống thiết bị làm lạnh kiểu

ống chùm (7) và (8) làm lạnh bằng nước Nhiệt độ khí giảm xuống còn 40oC Tại hai thiết bị này, NO bị oxy hoá thành NO2 và trong thiết bị tạo thành axit HNO3 được lấy ra

ở đáy tháp với các nồng độ tương ứng là 2-3% ở tháp (7) và 30% ở tháp (8)

- Từ tháp (8) ra khí được quạt (9) đưa vào hệ thống sáu tháp hấp thụ từ (10) đến

(15) kiểu tháp đệm, được tưới bằng axit nitric với các nồng độ thích hợp Tại các tháp vừa xảy ra phản ứng hấp thụ NO2 vừa xảy ra phản ứng oxy hoá NO vừa được tạo thành Axit của tháp sau có nồng độ hấp hơn được chuyển dần lên tháp trước để tạo thành axit

có nồng độ cao hơn Axit thành phẩm được lấy ra ở tháp hấp thụ (11) chứ không lấy ra ở tháp (10) vì tháp này được sử dụng như một thiết bị chuyển hoá tiếp tục NO thành NO2 Các axit tuần hoàn đều được làm lạnh trước khi bơm trở lại tháp hấp thụ

- Ra khỏi tháp (15) hỗn hợp khí còn khoảng 0.6-0.8% oxyt nitơ Khí được đưa

vào tháp hấp thụ xô đa (16), (17) để thu hồi các oxyt nitơ dưới dạng các muối Na2NO3

và NaNO2 theo phản ứng:

Na2CO3 + NO2 + NO = 2NaNO2 + CO2

Na2CO3 + 2NO2 = NaNO2 + NaNO3 + CO2

Dung dịch NaCO3 với nồng độ 200-250 g/l được đưa vào tháp (17) và sản phẩm

được lấy ra ở tháp (16)

- Đối với quá trình hấp thụ bằng kiềm, thì quá trình hấp thụ sẽ tối ưu nếu nồng độ

NO2 và NO trong hỗn hợp khí bằng nhau Do đó, phia sdưới các tháp hấp thụ bằng kiềm người ta thường bố trí tháp oxy hoá (18) không tưới dung dịch hấp thụ Tại đây, sẽ xảy ra phản ứng oxy hoá NO thành NO2 làm cho tỷ lệ hai khí này bằng đơn vị

- Khí ra khỏi tháp (17) chỉ còn 0.1% oxyt nitơ Dung dịch nitrit-nitrat được dùng

để điều chế NaNO3

7 VAI TRÒ CỦA AXIT SUNFURIC

Axit sunfuric là một hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tế quốc

dân và cũng là một sản phẩm có khối lượng lớn của công nghiệp hóa học

- Là một chất lỏng không màu Nó chuyển sang màu vàng đen khi có lẫn tạp chất

+ Tan trong nước theo một tỷ lệ bất kỳ và toả nhiệt mạnh tạo ra các hyđrat

+ Tỷ trọng 1,84g/cm3

+ Chất hoạt động mạnh, hoà tan phần lớn các kl và oxyt kl Hút nước mạnh tạo các hyđrat

- Người ta thường oxi hóa SO2 trên xúc tác rắn thành SO3, nên được gọi là phương pháp tiếp xúc Sản xuất được H2SO4 nồng độ trên 98%

- Được sử dụng nhiều để sản xuất phân bón, chế biến nhiên liệu lỏng, tổng hợp hữu cơ, sản xuất thuốc nhuộm, dùng trong ngành luyện kim, mạ điện v.v…

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

Lưu huỳnh và các hợp chất chứa lưu huỳnh đều có thể làm nguyên liệu sản xuất

- Lưu huỳnh

S là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất ra khí SO2 Dây chuyền sản xuất axit sunfuric

đi từ lưu huỳnh đơn giản hơn đi từ các nguồn nguyên liệu khác vì nhiệt độ đốt cháy lưu huỳnh thấp và quá trình tinh chế khí SO2 đơn giản hơn S thường được khai thác từ các mỏ

- Quặng pirit: Thành phần chủ yếu của quặng pirit là pirit sắt FeS2, ngoài ra còn có pirit của kim loại màu, các hợp chất của niken, đồng, silic, cacbonat, canxi, các oxit nhôm, bạc

và vàng Hàm lượng lưu huỳnh trong quặng dao động từ 40 - 50%

- Thạch cao: CaSO4 ngậm nước hoặc CaSO4 khan Ngày nay ít sử dụng

- Các hợp chất chứa lưu huỳnh khác

Sản phẩm phế thải và khí thải mà trong thành phần có chứa SO2 đều được sử để sản xuất axit sunfuric vừa kinh tế vừa giúp giải quyết các vấn đề về môi trương

8 Từ nguyên liệu là quặng pyrit (thành phần chủ yếu là FeS 2 ) điều chế khí SO 2 như thế nào? Nêu nguyên lí của lò tầng sôi? Ưu, nhược điểm?

Nguyên liệu là quặng pyrit:

- Thành phần chủ yếu là FeS2 , ngoài ra còn có các hợp chất sunphua của Cu, Zn,

Pb, và muối sunphat của K, Mg, Ag, Au,

Khi đốt quặng sẽ xảy ra các phản ứng:

4 FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3

Ở nhiệt độ cao và dư nhiều oxy thì phản ứng xảy ra như sau:

3 FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4

Các phản ứng đều toả nhiệt và nhiệt toả ra đủ để duy trì quá trình đốt quặng,

không cần phải cung chap nhiệt từ bên ngoài

- Có hai kiểu lò đốt quặng pyrit: lò tầng sôi và lò tầng cơ khí

Nguyên lí của lò tầng sôi

- Lò hình trụ bằng thép, bên trong có lót một lớp vật liệu chịu lửa (1) Phía dưới có ghi lò (2) Quặng được nghiền nhỏ cỡ hạt 6mm đưa vào phía trên lưới (ghi lò) Không khí được thổi từ dưới lên qua lưới, với tốc độ đủ để duy trì lớp quặng ở trạng thái lơ lững,được gọi

là tầng sôi

- Quá trình đốt được tiến hành liên tục, không khí, quặng đưa liên tục vào và

quặng thiêu được liên tục lấy ra Khí SO2 lấy ra trên tháp Khí ra khỏi lò tầng sôi đem theo một lượng bụi lớn tới 90%-95% khối lượng quặng thiêu

- Nhiệt độ tầng sôi phải duy trì ở 750oC để các hạt quặng thiêu không dính được

với nhau Để duy trì nhiệt độ này trong tầng sôi thường bố trí các thiết bị làm lạnh bằng nước hoặc hệ thống các ống lò hơi để rút nhiệt do phản ứng đốt quặng toả ra Do đó, tầng sôi có tác dụng phụ là sản xuất hơi nước

Kiểu lò tầng sôi cũng có thể dùng đốt lưu huỳnh

Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển Khí SO2 có nồng độ ổn định, lượng lưu

huỳnh còn lại trong quặng thấp

Nhược điểm: tốn năng lượng để thổi không khí nhằm duy trì quặng ở trạng thái

tầng sôi và khí SO2 chứa nhiều bụi (300g/m3)

9 Hãy nêu cơ sở lý thuyết của quá trình oxi hóa SO 2 bằng xúc tác V 2 O 5 ?

- Phản ứng giữa SO2 và O2 ở điều kiện thường và ở nhiệt độ cao hầu như không xảy ra

- Mặt khác SO3 lại không bền ở nhiệt độ cao, dễ bị phân hủy thành SO2 và O2 Như vậy phản ứng oxi hóa SO2 bằng O2 là một quá trình thuận nghịch và tỏa nhiệt

2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 △H < 0

Trong thực tế sản xuất người ta duy trì nhiệt độ khoảng 4500C khi dùng xúc tác là

oxit vanadi (V2O5)

- Xúc tác:

Thời kỳ đầu người ta dùng Pt làm chất xúc tác, Pt có hoạt tính cao, nhưng không

kinh tế Những năm gần đây người ta dùng vanadi oxit V2O5 vì có hoạt tính cao hơn, trộn thêm Al2O3, SiO2, K2O, CaO và V2O5

- Nồng độ của các chất tham gia phản ứng:

Nồng độ của O2 trong hỗn hợp khí tăng tốc độ của phản ứng tăng cân bằng

chuyển dịch về phía tạo thành SO3, đồng thời hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 cũng tăng

Trong sản xuất, oxy hóa SO2 trên xúc tác vanađioxit ở t0  4500C, hàm lượng của oxy trong hỗn hợp khí 11% còn SO2 là 7% thì độ chuyển hóa của SO2 có thể đạt được 98%

10 Axit Sunfuric được sản xuất qua các giai đoạn nào? nêu sơ lược các giai đoạn đó -Sản xuất SO2

Axít sulfuric được sản xuất từ lưu huỳnh, ôxy và nước theo công nghệ tiếp xúc

Trong giai đoạn đầu lưu huỳnh bị đốt để tạo ra điôxít lưu huỳnh

(1) S(rắn) + O2(khí) → SO2(khí)

-Tinh chế hỗn hợp khí SO2: Làm sạch và làm khô hỗn hợp khí SO2

- Oxi hoá SO2 bằng xúc tác V2O5

phản ứng oxi hóa SO2 bằng O2 là một quá trình thuận nghịch và tỏa nhiệt

2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 △H < 0

Trong thực tế sản xuất người ta duy trì nhiệt độ khoảng 4500C khi dùng xúc tác là

oxit vanadi (V2O5)

- Hấp thụ SO3: SO3 + H2O → H2SO4 △H < 0

Để khắc phục hiện tượng SO3 hấp thụ nước tạo thành “mù” axit sunfuric, người ta dung oleum để hấp thụ (dung dịch SO3 trong H2SO4 đậm đặc) Oleum hòa tan SO3 tự do tạo thành dung dịch axit sunfuric

11 Vì sao phải làm sạch khí SO 2 trong quá trình sản xuất axit Sunfuric? Nêu vắn tắt quá trình làm sạch đó?

Khí SO2 ở lò đốt ra còn chứa bụi và tạp chất (As2O3 và SeO2: làm giảm hoạt tính

xúc tác) Lượng bụi trong khí tuỳ thuộc vào lò đốt, có thể dao động khá lớn

300g/m3(tầng sôi) → 10-15 g/m3 (tầng cơ khí) Cần phải khử bụi và tạp chất vì nó sẽ làm bẩn axit H2SO4 tạo thành và làm giảm hoạt tính xúc tác trong thiết bị oxy hoá SO2 (xúc tác cho phản ứng oxy hoá SO2 thường là V2O5)

* lưu trình làm sạch khí SO2 :

- Trước hết, người ta dùng cyclon để làm sạch bụi sơ bộ, nhằm giảm hàm lượng

bụi xuống còn khoảng 15-20 g/m3 (tầng sôi) Sau đó, khí được đưa vào thiết bị lọc

điệnkhô (1), để tiếp tục khử bụi đến 0.25 g/m3 Nhiệt độ trong thiết bị lọc điện khô khoảng 350-400oC Ở nhiệt độ này, hợp chất của As và Se ở thể hơi không khử được Để khử tạp chất này bằng thiết bị lọc điện cần phải chuyển chúng thành mù, bằng cách cho khí qua tháp rửa (2) và (3) trước khi vào thiết bị lọc điện sau (vì vậy gọi là thiết bị lọc điện ướt).Ở tháp (2) khí đi từ dưới lên trên và được làm lạnh bằng H2SO4 60-70% do một hệ thống vòi phun li tâm vào tháp (được bơm từ thùng (9) lên) Nhiệt độ của khí được hạ xuống

80oC Tại tháp này sẽ khử một phần bụi còn lại, ngưng tụ được một phần mù axit tạo thành trong tháp do khí SO3 có trong khí phản ứng với axit làm lạnh Một phần hợp chất của As và Se được hoà tan trong axit hoặc lắng xuống dưới dạng bùn Tháp rửa (3) là một tháp đệm được tưới bằng H2SO4 30% làm cho nhiệt độ khí giảm xuống 30oC

- Sau khi qua tháp (3) khí liên tiếp đi qua hai thiết bị lọc điện (4) và (6) để tách hết mù axit và các hợp chất của As và Se Và để tách hoàn toàn mù axit trước khi qua thiết bị lọc điện (6), khí đưa qua tháp tăng ẩm (5) tưới bằng axit H2SO4 5%, nhằm làm cho các hạt

mù nhỏ mà lọc điện (4) không tách được to lên Sau khi qua thiết bị lọc điện, nhiệt độ khí giảm xuống còn 25-30oC và nồng độ SO2 khoảng 9-15% (nồng độ tối ưu của SO2 đối với phản ứng oxy hoá là 7%) Do vậy, phải mở van chuyển không khí vào để điều chỉnh Sau đó, khí qua tháp sấy (7) có cấu tạo như tháp rửa (3), tháp được tưới bằng

H2SO4 93-95% để hút nước, làm giảm độ ẩm của khí xuống dưới 0.15 g/m3

12 Hãy nêu cơ sở lý thuyết của phản ứng tổng hợp ammoniac?

Quá trình tổng hợp NH3 diễn ra theo phương trình :

3H2 + N2 ↔ 2 NH3 ∆H < 0

Là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt, giảm thể tích và cần xúc tác Do vậy các điều kiện của phản ứng như t0, p, C sẽ có ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng

- Nhiệt độ: thường duy trì nhiệt độ của phản ứng này khoảng 4500C do khi tăng dần nhiệt

độ, tốc độ phản ứng ở giai đoạn đầu tăng dần, hệ nhanh đạt đến trạng thái cân bằng + Nếu tăng nhiệt độ quá, hiệu suất chuyển N2  NH3 giảm do ở nhiệt độ cao NH3 bị phân hủy trở lại H2 và N2 Cân bằng chuyển dịch về phía trái

+ Ở nhiệt độ thấp dưới 4000C tốc độ phản ứng nhỏ, nên không có lợi cho sản xuất

- Áp suất: Trong sản xuất, thực hiện phản ứng này ở áp suất thấp 100 - 150at, hoặc trung

bình 250 - 600at hoặc áp suất cao 600 - 1000at

Phản ứng theo chiều thuận là quá trình làm giảm P của hệ, nên khi tăng P phản

ứng sẽ chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành NH3, H chuyển hoá cũng cao hơn

Sau khi tạo thành NH3 cần được tách ra để cân bằng luôn chuyển theo chiều thuận

Vì H chuyển hóa nitơ thành NH3 thấp, H2 và N2 chưa tham gia phản ứng phải quay trở lại tháp tổng hợp nhiều lần nên tỉ lệ giữa H2 và N2 được giữ đúng tỷ lệ 3:1

- Chất xúc tác

Phản ứng này nếu không có xúc tác thích hợp thì dù ở t0 cao và P cao phản ứng

cũng hầu như không xảy ra

Xúc tác có thể là Fe, Pt, Mn v.v Trong công nghiệp thường dùng chất xúc tác là

sắt Dạng ban đầu của xúc tác là hỗn hợp oxit FeO và Fe2O3 có thêm các chất phụ khác như Al2O3, CaO, SiO2, K2O Trước khi cho hỗn hợp khí H2 và N2 đi qua xúc tác, xúc tác phải trải qua một quá trình gọi là "hoàn nguyên" bằng cách cho một dòng khí H2 đi qua xúc tác ở nhiệt độ cao, các oxit sắt sẽ bị khử oxi tạo thành các nguyên tử kim loại phân bố trên bề mặt các oxit khác Chính những tập hợp nguyên tử như vậy đóng vai trò xúc tác cho phản ứng

Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O

13 Hãy nêu quá trình điều chế đồng thời H 2 và N 2 bằng phương pháp khí than ướt

để tổng hợp amoniac?

-Tạo đồng thời hỗn hợp H2 và N2 đi từ các chất đầu là không khí, nước và than bằng cách cho hỗn hợp không khí - hơi nước đi qua than nóng đỏ sẽ thu được một hỗn hợp: H2 : 40%; O2 : 0,2%; N2 : 18 - 20% CH4 : 0,5%; CO : 31,7% H2S : 0,1%; CO2 : 8 % Loại bỏ các khí CO, CO2, H2S, bụi … để có hỗn hợp khí H2 và N2 là chủ yếu

- Tách bụi

Hỗn hợp khí ra khỏi các lò khí hóa chứa nhiều bụi, tro và cả dầu máy Dùng thiết

bị lắng bụi li tâm, rửa qua nước, qua lọc điện để giữ tạp chất cơ học trên lại

- Tách H2S

H2S có trong hỗn hợp khí sẽ làm ngộ độc chất xúc tác của giai đoạn chuyển hóa

CO và tổng hợp amoniac  phải loại bỏ thật triệt để

- Chuyển hóa CO thành CO2

Trong khí chứa rất nhiều CO, người ta dùng hơi nước để chuyển hóa CO  CO2

đồng thời thêm H2 cho hỗn hợp khí

CO + H2O = CO2 + H2 H < 0 (Xúc tác là Fe2O3 ở nhiệt độ 4500C - 5000C)

-Tách CO2

Dùng nước để hấp thụ CO2 Muốn hấp thụ hoàn toàn còn dùng các dung dịch kiềm

- Tách CO

Quá trình chuyển hóa CO thành CO2 là quá trình thuận nghịch nên trong hỗn hợp khí vẫn còn một lượng nhỏ CO Dùng dung dịch muối axetat đồng trong dung dịch

amoniac để hấp thụ triệt để hơn CO

Sau khi qua các giai đoạn tinh chế, hỗn hợp khí còn lại chứa chủ yếu là H2 và N2

14 Giai đoạn làm sạch khí tổng hợp trong điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac được tiến hành như thế nào?

Làm sạch khí tổng hợp: mục đich loại H2S, CO, CO2

a/ Tách khí CO2 và H2S: CO2 và H2S đều tan nhiều trong nước khi tăng áp suất và hạ

nhiệt độ, nên hỗn hợp khí được rữa bằng nước ở áp suất cao là phương pháp

tốt nhất để tách hai khí này Trong công nghiệp thiết bị làm sạch khí là một tháp đệm Khí đi từ dưới lên, nước bơm từ trên xuống với áp suất hơi lớn hơn áp suất khí Phương pháp này có thể tách từ 80÷95% CO2 , và được dùng để sản xuất xô đa, ure',

Hiện nay, người ta sử dụng dung dịch monoetanolamin (CH2CH2(OH)NH2) để

tách CO2 và H2S Dung dịch này hấp phụ tốt hai khí trên ở nhiệt độ 25÷35oC