bài giảng hóa công nghệ và môi trường

- Sản xuất hoá học là làm biến đổi thành phần hoá học của nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm thông qua phản ứng hoá học.. - Làm tăng tốc độ của các phản ứng sẽ ảnh hưởng lớn tới giá thàn

Trường đại học hồng đức

Khoa khoa học tự nhiên

Th.S Ngô Xuân Lương

Thanh Hóa, năm 2008

Phần giới thiệu:

HOÁ CÔNG NGHỆ BAO GỒM:

+ Hoá công nghệ I: 45t (Hoá công nghệ và môi ttrường)

+ Hoá công nghệ II: 45t (Hoá nông nghiệp)

Tài liệu tham khảo

1, Trần Thị Bích Phùng Tiến Đạt Hoá học công nghệ và môi ttrường NXB giáo dục 1999

2, Phùng Tiến Đạt Trần Thị Bích Kỹ thuật hoá học NXb giáo dục 1996

3, Trần Thị Bích, Phùng Tiến Đạt Hoá kỹ thuật đại cương T1 Nhà xuất bản giáo dục.Hóa công nghệ và môI trường

+ Tăng tốc của các quá trình hoá học

+ Thực hiện các quá trình liên tục tuần hoà kiến

+ Liên hiệp giữa các xí nghiệp

+ Cơ khí hoá tự động hoá các QTSX

+ Tận dụng phế thaỉ chống ô nhiễm môi trường

I/ TĂNG TỐC ĐỘ CÁC QUÁ TRÌNH HOÁ HỌC

- Sản xuất hoá học là làm biến đổi thành phần hoá học của nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm thông qua phản ứng hoá học Vậy tốt độ của QTSX thuộc vàop tốt độ phản ứng hiện hành

- Làm tăng tốc độ của các phản ứng sẽ ảnh hưởng lớn tới giá thành sản phẩm

- Để làm tăng tốc độ phản ứng hiện hành, tốc độ phụ thuộc yếu tố nào?

Giả sử một thiết bị sảy ra phản ứng sau:

mA + nB = qD

Tốc độ là biến thiên của một chất trong 1 đvtg

+ Nếu hệ ứng xảy ra trong hệ đồng thể: V = k.CAm.CBn

(CA nồng độ cấu tử A: CB nồng độ cấu tử B, k vào to)∈hằng số tốc độ chỉ

C = CAm CBn gọi là động lực quá∆Đặt trình

Mặt khác từ các phương trình ttrên để tăng V cần tăng K mà

E Năng lượng hoạt hoá

T Nhiệt độ

Vậy muốn tăng động lực QT cần:

+ Tăng nồng độ: Làm giàu nguyên liệu (loại bỏ tạp chất) làm giàu quặng apatit trước khi cho phản ứng với H2SO4 để điều chế supephốt phat, làm giàu quặng boxit trước khi đp đ/c Al

+ Tăng áp xuất chất khí:

(N2 + 3H2 = 2NH3 tăng D của hổn hợp N2 + 3H2 bằng cách nén ở 300 atm)

+ Lấy sản phẩm ra khỏi khu vực phản ứng

+ Cho các chất tiếp xúc nhau theo

Chiều thích hợp trong sản xuất H2SO4 Để tăng tốc độ đốt cháy FeS2 này ta cho FeS2 và

kk đi ngược chiều nhau trong lô đốt Để hấp thụ SO3 với Hcao người ta cho SO3 và H2O

đi ngược chiều, cho SO3 đi vào đáy tháp hấp thụ, còn H2O (H2SO4L) dưới từ đỉnh tháp xuống

+ Đối với các phản ứng thuận nghịch việc tăng t0 làm cho VT, VN đều tăng hoặc cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (PƯ toả nhiệt) không có lợi cho sản xuất vì vậy chọn

1 t0 thích hợp cho QT chung

VD: SO2 + O2 = SO3 + Q N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

+ Chất xúc tác là chất làm tăng V song không bị biến đổi trong QTSX Nhiều phản ứng ở đkt hoặc thiếu XT thì xảy ra chậm hoặc không xảy ra (N2 + O2 ; SO2 + O2 nhưng khi có chất xúc tác ra t0 thích hợp thì xả ra nhanh gấp ngàn có lợi cho sản xuất.◊triệu lần tăng V vậy việc làm xúc tác◊Xúc tác làm E thích hợp là nhiệm vụ quan trọng của kỹ thuật hoá

VD: SO2 + O2

3- Tăng diện tích tiếp xúc (F) giữa các chất trong pư

- Các phản ứng xảy ra trong hệ dị thể: rắn - lỏng; rắn - khí; lỏng - lỏng - khí việc tăng F -> tăng QT khuyếch tán, tăng khả năng hấp phụ các chất -> V tăng

+ Khuấy trộn.

II/ THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH LIÊN TỤC TUẦN HOÀN KÍN TRONG SẢN XUẤT HOÁ HỌC CÓ:

+ Quá trình liên tục, gián đoạn, tuần hoàn:

+ Quá trình gián đoạn mang tính chất chu kỳ: nạp nguyên liệu vào thiết bị, cho pư xảy ra cho tới khi kết thúc, lấy spra -> theo (t) -↓đkpư luôn thay đổi, C> do đó năng xuất thấp thiết bị nhanh↓V hỏng không có lợi cho sản xuất (chỉ phù hợp với sản xuất nhỏ)

+ Quá trình liên tục là QTSX không mang tính chu kỳ nguyên liệu được đưa vào thiết bị một cách liên tục còn sp lấy ra một cách liên tục, các đkpư trong thiết bị luôn luôn ẩn định

VD: Sx H2SO4, bia, đường

Ưu điểm:

- Không có sự ngừng hoạt động của thiết bị Năng mất lao động cao, giảm giá thành sp

- Giữ ổn định đk làm việc của thiết bị -> tạo đk điều khiển tự động và cơ khí hoá sản xuất -> tiết kiệm lao động

- Giảm diện tích thiết bị, nhà máy -> chi phí↓ xây dựng trên một đvsp -> hạ giá thành sản phẩm

- Đối với các QTSX có H thấp người ta đưa các chất ban đầu vào pư hết quay trở lại đkpư

để tận dụng triệt để nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiểm môi trường.VD: QTSX NH3 rượu etylic từ C2H4

III/ LIÊN HIỆP GIỮA CÁC XÍ NGHIỆP VÀ NHÀ MÁY:

Trong sản xuất hiện hành các nhà máy hoặc các xí nghiệp của cùng một nàh máy có liên quan hữu cơ với nhau sản phẩm của nhà máy này là nguyên liệu cho nhà máy (xí nghiệp khác) Ví dụ: xí nghiệp SX NH3 là nguyên liệu sản xuất HNO3, sự phát triển sự sản xuất đòi hỏi có sự liên hiệp các nhà máy hoặc xí nghiệp sẽ làm giảm bớt chi phí vận chuyển, bảo đảm an toàn sản xuất góp phần chống ô nhiểm môi trường

+ Hạ giá thành sản phẩm: Do vậy nhà máy hoá chất thường xây dựng canh nhau tạo ra khu công nghiệp rộng lớn gồm nhiều ngành sản xuất

ở nước ta tuy CN chưa phát triển nhưng cũng có những liên hiệp hoá chất Liên hiệp hoá chất Việt trì, liên hiệp hoá chất phân đạm Bắc Giang liên hiệp các nàh máy ở Biên Hoà, đường Lam Sơn

VD: Liên hiệp giữa các xí nghiệp:

IV/ CƠ KHÍ HOÁ, TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN XUẤT:

- Muốn tăng năng xuất lao động, tăng hiệu quả sử dụng các nguồn nguyên liệu người ta không chỉ thực hiện quá trình liên tục, toàn hoàn kín mà còn phải có khí hoá, tự động hoá QTSX

- Một đặt trưng nôit bật trong CNHH là các phản ứng thường xảy ra ở to và p cao các đk

ấy đòi hỏi ổn định và nghiêm ngặt, con ngươig khó có thể điều khiển trực tiếp một các thủ công được Mặt khá nguyên liệu (NH3, Cl2 ) hoặc sản phẩm H2SO4, HND3 đều

có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sức khoẻ con người, gây tái nạn lao động Vì vậy cơ khí hoá, tự động hoá là 1 yêu cầu khách quan không chỉ vì mục đích kinh tế mà còn vì an toàn lao động đối với người sản xuất

- Người ta có thể cơ khí hoá hoặc tự động hoá từng khâu hoặc toàn bộ QTSX, ngày nay với tiến bộ của KHKT "người máy" tin học đã tạo điều kiện cho việc tự động hoá điều khiển từ xa các QTSX Người ta chế tạo được các hệ thống kiểm tra nguyên liệu oà chất lượng sản phẩm đira của xưởng hoặc điều khiển điều kiện phủ theo chương rình lập sẵn

- Trong 1 QTSX h2 nào ngoãi SP chính còn có SP phụ và các chất phế thải Các SP phụ hoặc phế thải có ngay ở SP chính hoặc phải thảiphụ hoặc nguyên liệu có lẫn tạp chất VD: Trong SX H2S04 phế thải là Fr208, QT làm sạch S02 tạo ra bụi, xỉ.

- Trong SX HN03 tạo ra phế thải là N0, N02

- CO do đốt cháy khong hoàn toàn than -> phá hoại hệ moglobin trong máu -> mất khả năng vận chuyển oxi -> ngạt thở

- SO2 gây đau nhức mắt, cảm giác nóng cổ họng do quá trình quang hoá học xt S02 -> S03 kết hợp với H20 - H2S04 cùng với mưa rơi xuống mặt đất "mưa axít" gây tổn hại cho cây trồng, ăn mòn công trình xây dựng, dụng cụ sinh hoạt để hạn chế tác hại của phế thải ta cần tận dụng, sử dụng các phế thải và tiến hành các biện pháp bảo vệ môi trường.+ Xử lý các chất độc hại tới sức khoẻ con người Pb, C0, S02 N0

+ Chế các phế thải thành sản phẩm có ích, có lợi về kinh tế hạ giá thành sản phẩm là 1 trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chống ô nhiễm môi trường 1 dây chuyền sản xuất có hg trong thực tiễn Công nghệ kém hoàn thiện, kỹ thuật lạc hậu thì phế thải bỏ đi cùng nhiều Các ngành thủ công nghiệp gồm, sứ, gạch đã gây ô nhiễm môi trường ở nhiều vùng

VD: Trong luyện kim màu thải khí có hàm lượng S02 thấp, trước đây không sử dụng, thải vào kk -> ô nhiễm môi trường gây mưa a xít" ngày nay sử dụng SX H2S04

- Xỉ lô gang, thép sau khi ghiền nhỏ dùng làm phân bón tốt vì chứa lâu vào nguyên tố vi lượng

- Xỉ lô cao, lô nung vôi dùng làm bê tông xỉ, đục gạch trong XD

- Trong SX dùng chất tác quý sau một (t) làm việc mất hoạt tích người ta tìm các tác sinh lại để phục hồi hoạt tính để sử dụng tiếp

+ Chống ô nhiễm môi trường khong chỉ bằng cách xử lý chất độc hại, sử dụng phế thải biến nó thành SP có ích mà còn chuyển hoá chất thải của nhà máy thành chất không hoặc

ít làm hại môi trường trước khi thải

VD: Khí thải SX NH03 có khí N0 có ảnh hưởng xấu tới bầu khí quyền nên phải nghên cứu chất xúc tác để khử triệt để nó trước khi thải vào MT

- Khí thải lô cao sản xuất phân lân thuỷ tích có HF, SiF4 rất độc với cây trồng -> xử lý nó

- đ kềm

Vậy chống ô nhễm môi trường là nghĩa vụ của mỗi con người và toàn thế giới để bảo vệ môi trường sống của chính mình và toàn TG Công nghiệp hoá học ngày nay cung cấp cho con người nhiều chất mới song cũng đưa vào môi trường 1 lượng chất độc lớn đầu

độc sự sống của con người -> chống ô nhiễm môi trường là một nguyên tắc của công nghệ HH.

Chương ii

Sản xuất axit SUNFURIC (4T)

I VAI TRÒ CỦA AXIT H2S04

+ H2S04 đã biết từ lâu, vào TK X nhà giả kim thuật Gobe điều chế H2S04 trong PTN từ Fs2(S04) giữa thế kỷ XVIII người ta đ/c = PP nitroza hoá đốt lưu huỳnh vớ mối nitơ rát -> h2 khí S02, N03, 02

S + NaN03 -> N02S + N02 + 02 + S02

hấp thụ khí = H20 -> H2S04

S02 + 02 + h20 N02 H2S04

Nồng độ H2S04 thu được 67% -> 75% phù hợp SX phân bón (còn nhiều tạp chất)

Ngày nay dùng PP tiếp xúc

S02 + 02 S03 + H2S04 nồng độ đ H2S04 thu được V205 là 98% cao hơn và sạch hơn PP nitroza hoá và thu được cả oleum xS03yH20

+ Là hoá chất quan trọng nhất của CNHH, ứng dụng rộng rãi nhất trong nền KTQD vì thế

SX H2S04 ngày càng gia tăng

H2S04 - SX phân bón: sufe phốt phat đơn G(H2P04)2CaS04 amoni phốt phát (NH4)S04

- Chế các nhiên liệu lỏng để làm sạch xăng dầu, faraffis, Hidrocac bon

- Dùng trong tổng hợp hữu cơ: xúc tác - (CnH2n + H20 este hoá) phẩm nhuộn

- Dùng trong ngành luyện kim mạ điện

Nhà máy supehốt phát Lâm Thao H2S04 SX theo PPTX: XT V205

II Nguyên liệu sản xuất H2S04

1 Nguyên liệu phong phú:

- Lưu huỳnh

- Hợp chất của S: Sun phua, kim loại, sunphát, quặng Firitsắt

- Các phế thải chứa S và hợp chất của nó (VD: luyện kim màu phế thải chứa S02)

1 Lưu huỳnh

Trong tự nhiên có nhiều mỏ lưu huỳnh nó là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất H2S04 vì dây chuyền SX đơn giản hơn đi từ nguyên liệu khác (T0 đốt cháy thấp, tinh chế S02 đơn giản) Các nước có nhiều S: Mỹ, LX, Ba Lan, Canađa (Việt Nam chứa ít S) trước 1835 S

là nguyên liệu để sản xuất H2S04

2 Quặng Firit

Thành phần chính FeS2: Firít sắt nguyên chất chứa 53,44%S, 46,56% Fe có màu vàng xám

Thành phần phụ: - Các kim loại màu Co, Ni, Cu

- Các hợp chất của Cu, Ni, AS, Si, Selen

- Các oxit Al, Au, Ag, CaC03, Supat-> hàm lượng S trong Firit sắt = 50%

ở nước ta quặng Firis sắt chứa nhiều tạp chất -> % S= 15% nên không sử dụng trực tiếp

mà phải nhập khẩu (CT sufe phốt phát Lâm Thao)

Muốn sử dụng quặng nghèo để SX thì phải làm giàu quặng (loại bớt tạp chất )

3 Thạch cao: CaC04.2H20

- Thành phần chính: CaS04.2H20 hoặc CaS04 khan nung thạch cao: CsS04 -> Ca0 + S02 + 02-> SP là Ca0, S02 -> dùng thạch cao vừa SX xi măng vừa SX H2S04, PP này ít sử dụng chỉ phù hợp với H20 chứa ít S, Firit sắt

4 Các phế thải công nghiệp chứa hợp chất của S.

+S04: phế thải lô cao luyện gang, thép, kim loại màu

+ H2S phế thải khí lô cốc, khói lô đốt than chứa nhiều S

+ dd thải của kỷ nghệ gia công KL chứa H2S04 (pp thu hồi)

III CHẾ TẠO HỖN HỢP KHÍ S02

1 Nguyên tắc:

+ ở nước có nhiều S: Phun S ở trạng thái lỏng vào lò đốt, S1 + 02 -> H∆ < 0 12000C phản ứng nhanh, hoàn toàn≈phản ứng toả nhiệt, T0

+ Đi từ Firit sắt (quặng thường dùng)

Đốt FeS2 trong lò đốt (trong KK)

6000C: 2FeS2 -> H∆2Fe + S2 (hơi) > 0 (thu)

sunphat phân huỷ hoặc 1 phần S02 Fe203 S03

- Tp xi: chuyển Fe203, Fe203 dùng cho kỷ nghệ luyện gang hay SX xi măng

+ Ngoài ra, đốt H2S trong không khí

H2S + 02 -> H∆H20 + S02 < 0

2 Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình đốt quặng nhiệt độ

- Vì FeS2 là nguyên liệu vắn -> T0 càng cao QT cháy càng nhanh, vì QT toả nhiệt -> chỉ cung cấp nhiệt cho phản ứng lúc đầu sau đó tự xảy ra phản ứng càng mạnh liệt nhiệt toả

ra càng nhiều (> 8500) ở T0 quá cao nguyên liệu nóng chảy kết khối -> V thấm -> tắc lò, ngừng SX vậy không thể tăng T0 1 cách tuỳ ý mà thực tế SX t0 = 600 - 8500C

- Khi nhiệt độ tăng tốc độ QT phân huỷ FeS2 tăng mạnh hơn QT đốt Fé2 -> QT đốt Fe xảy ra chậm nhất -> nó QĐ tốc độ toàn bộ QT đốt FeS2

- T0 của lò đốt còn phụ thuộc vào cấu tạo lò đốt

Diện tích tiếp xáuc của nguyên liệu và 02 (KK)

Diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và 02 (KK)

- QT đốt là QT xảy ra trong hệ dị thể vắn - khí - tốc đọ quá trình phụ thuộc vào diện tích tiếp xáuc F F càng lớn - V càng lớn (vì phản ứng xảy ra trên bề mặt quặng) vì vậy

- Nghiền quặng tới 1 kích thước phù hợp cho từng loại lò đốt < 8mm (lò bơi chèo 8mm, tân sôi 2-5mm ) nhưng kích thước không quá nhỏ vì dễ kết khôi ở độ ca0, khí đi ra khỏi lò chứa nhiều bụi khó tinh chế

6 Tăng cường khuấy trộn để làm vở lốp oxit bao quanh bề mặt quặng

Tốc độ thổi oxi vào lò

- Tốc độ QT phụ thuộc vào C02 -> tốc độ thổi 02 càng lớn -> C02 càng lớn - QT đốt cháy càng nhanh -> toả nhiều nhiệt -T0 trong lò vượt quá nhiệt độ cho phép không có lợi

- Tốc độ thổi càng lớn - sẽ mang theo nhiều N2 và 02 dư -> giảm hàm lượng S02 (< 700C%), đồng thời giảm T0 của lò do tiêu tốn vào việc đốt nóng không khí

- Thực tế SX khống chế 02 vào lò để cho hh khí có 71, S02 11% 02 (lượng 02 dư đủ để dùng oxi hoá S02, C03) ngoài ra tốc độ cháy, Firít sắt còn phụ thuộc vào tích thể của nó

và các tạp chất trong quặng

3 Lò đốt

- Trong SX H2S04 người ta dùng các lò đốt khác nhau để đốt FeS2 ở kích thước khác nhau và tp thích hợp,

a Lò "bơi chèo" hay lò nhiều tầng

+ Cấu tạo: hình trụ cao 8m, đường kính 6m, vỏ bằng thép, phía trong xay bằng gạch chịu lửa, có 7 tầng để đốt quặng, tầng trên cùng để sấy quặng và có cửa dẫn hh khí đi ra, tầng cuối cùng có các cửa cho kk đi vào lò

Các tầng đánh số theo thứ tự từ trên xuống, các tầng giữa có các cửa để sửa chữa và bổ sung kk Giữa lò có 1 trục quay bằng gang đường kính 0,9m và kéo cho nó chuyển động từng T1 - T7 KHi trục quay nó là 1 máy khuấy, phía dưới tầng T7 có lỗ tháo xỉ ra

+ Hoạt động: Quặng từ bể quặng đổ vào tầng sấy các năng vào đảo quặng và cào nó vào gần trục lò rồi rơi xuống các tầng đốt

HH khí lấy ra ở đỉnh lò, kk đi lên tử cửa tầng T7 ngược với chiều c/đ của FeS2

Nhờ quạt hút mà Plô < Pkk -> S02 không hay ra ngoài làm ô nhiễm môi trường

NL: Quặng Firit sắt chứa 50% S 6 - 8mm

b Lò tần sôi

Trong lò tần sôi quặng luôn luôn c/đ giống hiện tượng sôi của chát lỏng Để tạo ht "sôi" phía dưới lò đốt quặng có 1 lưới thép, kk thổi từ phía dưới lò qua lưới thép - quặng trên lưới thép luôn c/đ giống như sôi

- ở trạng thái lư lửng quặng tiếp xúc tốt với kk, bị đốt cháy nhanh -> S02 Xí có kích thước nhỏ bị thổi lên phía trên, và tháo ra ngoài (d bé) hh khí lấy ra phía trên lò

H cao hơn lò "bơi chèo" t0 phản ứng cao hơn -> cao hơn kích thước quặng 2-5mm

c Lò phun:

Đốt quặng ở dạng bụi (kt bé) có % S bé không thể đốt trong các lò khác Cao 10m, đường kính 4m cấu tạo rỗng Quặng được kk phun vào lò từ dưới đáy lò ở trạng thái đó quặng bị đốt cháy (phản ứng xăng ra toàn bộ lò) từ đích lò bổ sung không khí vào lò xí rơi xuống đáy lò hh khí S02 = 12%

Công suất lớn -> hh khí nhiều bụi, khs tích chế do bé

IV TÍNH CHẾ HH KHÍ S02

HH khí ra khỏi lò đốt chứa 7% S02 và nhiều tạp 11% 02 N2

Chất: bụi, hơi H20, oxit asen, selen và các hợp chất của F (GF) Các tạp chất làm mất tác dụng xúc, tác (HĐ) oxi hoá S02 -> S03, làm cho a x H2S04 bị nhiễm bẩn - phải loại bỏ -

Cho hh khi đi qua tháp rữa các oxit của asen, selen bị giữ lại do t0 V các hơi của oxit đóng vắn, rơi xuống

ở nhiệt độ thường hoặc cao nếu không có xúc tác phản ứng không xảy ra

- Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng P va giảm T0 độ

ở T0 thấp cân bằng chuyển dịch về phía tạo S03 nhưng nhiệt độ thấp quá chất xúc tác chưa phát huy tác dụng, ở 4000C phản ứng bắt đầu xảy ra rõ rệt, còn ở t0 cao quá CBCD theo chiều nghịch và chất xúc tác bị phá vỡ cấu trúc -> mất hoạt tích

- Khi tăng C02 khi V tăng và CBCD theo chiều tạo S03 -> H tăng

Vậy oxi hoá S02 -> S03 với xúc tắc V205 ở T0 4500C hàm lượng 02 kk là: 11% còn S02 7% thì H = 98% (p = 1atm)

Mặt khác H còn phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc của chất phản ngs với xúc tác tăng V chuyển hoả

2 Thiết bị oxi hoá: Tháp tiếp xúc

+ Cấu tạo; Hình trụ, cao 8 - 10m đường kính 3-4m vỏ bọc thép phía trong xây = gạch chịu lửa chống ăn mòn

Chất xúc tác chia thành 4 - 5 lớp đặt nằm ngang trong thiết bị giãư các lớp xúc tác là các óng hình trụ đặt song song để thực hiện trao đổi nhiệt S02 - S03

VI Hấp thụ S03:

S)3 + H2)( -> H2S04 + Q

Trong thực tế không dùng H20 để hấp thụ S03 vì khi đó tạo mù axit H2S04 là các hạt H204 nhỏ không ngưng tụ thành giọt lớn để tạo dd H2S04 lỏng theo khi bay ra ngoài -> thất thoát SP, ăn mòn thiết bị ONMT Vì vậy người ta dùng H2S04 đặc (có P hơi thấp) để hấp thụ S03 tạo oleum XS03yH20 (yH2S04) (S03 tan trong H2S04 dd) khi pha oleum = H20 -> dd H2S04 có C tuỳ ý (hoặc dùng oleum)

- QT hấp thụ xảy ra trong hệ di thể (kk)

GĐ1: Vận chyuển khí S03 tới bề mặt chất lỏng

gđ2: Hấp thụ xảy ra trên bề mặt và trong lòng chất lỏng, đồng thời ở pha khí S03 + H204 -> H2S04 hơi H2S04 bảo hoà ngưng tụ thành hạt nhỏ như sương mù C bị axit hấp thụ -> hấp thụ S03 không dùng H20, H2S04 L mà người ta dùng kk đẳng phí

H2S04 98,3% H20 1,7% để hấp thụ S03 vì khi đó pha khí gần S03, hơi H20 trong kk này mịn

ở pha khí phản ứng xảy ra nhanh, còn hấp thụ S03 = chất lỏng xảy ra chậm hơn, tốc độ ấy phụ thuộc tốc độ khuyếch tắn S03 tới bề mặt chất lỏng, phụ thuộc vào C%, H2S04 Khi C

Đầu trụ S03 làm nguội sau đó đi qua T1 tưới oleum, S02 dư đi qua T2 tưới H2S04 đ

- NH3 và muối nitơ rát là hợp chất chủ yếu để tổng hợp protít (đạm)

- NH3, NH03 làm phân bón và thức ăn cho gia súc

Ngoài ra còn là SP trung gian điều chế chất dẻo thuốc trừ sâu, thuốc mở (TNT) và nhiều hàng hoá quan trọng cho nền KTQD

- Các hợp chất của nitơ có giá trị trong CN có sẵn trong tự nhiên rất ít Vì thế người ta phải tìm các tổng hợp chúng từ nitơ không khí

+ Phương pháp hồ quang: N2 + 02

Đây là phản ứng thuận ngịch, thu nhiệt

Để phản ứng ra theo chiều thuận ngịch thì cần Cno

QT này xảy ra trong thiên nhiên khi có sấm sét, mưa lớn -> gt câu tục ngữ "lúa chim lấp

ló đầu bờ, nghe ba tiếng sấm phát cờ mà lên"

+ Phương pháp Xianamit

H = 301,5 KJ/nol.∆Khi cho: CaC2 + N210000C CaCN2 x C

Can xi xianamit được dùng trong CNHH và luyện kim màu nó chứa 18.20% Nitơ PP này tiêu tốn nhiều năng lược nên ít sử dụng vì không có lợi về mặt KT

+ PP amoni ac Đây là PP kinh tế hơn các PP khác tiêu tốn điện năng ít hơn -> được dứng

KK chứa 78% N2, 21% 02, 0,94% Ar và 1 số khí khác C02, S02, H2, Ne, Xe.

Hoá lỏng không khí ở nhiệt độ thấp (-2000C) áp suất cao Sau đó chúng cắt phân đoạn kk lỏng khi đó N2 có T0S = 195,80C bay hơi trước, còn 02 có T0s = -1830C bay hơi sau

Do đó ta thu được nguyên chất và 02 dùng hàn cắt và trong bệnh viện (T0sar = -

185,70C) (Dựa vào T0 sôi khác nhau)

b H2

Điện phân H20: H20 = H2 + 1/2 02 (tốn điện năng -> chỉ S/d cho các nước có nguồn điện

rẻ tiền)

+ Chuyển hoá khí Ch4 hoặc đốt của nó

Cho CH4 phản ứng với H20, C0, C02 ở T0 cao từ 800 - 11000C không cóc xúc tác hoặc

ở 800 - 9000C vỏ xt, ni mang trên Al203 hạơc Mg0 Ch4 + H20

Sau đó: C0 + H20 Fe203 C02 + H2 (2) (vì sinh ra C0)

Từ VD và (2) phản ứng T4: Ch4 + C02 + 4H2

+ Tách HH sinh ra từ quá trình chế tạo than cốc

Khí lò cốc: 60% H2, 25% CH4, C0, C02, NH3, N2 C6H6, C2H4, hoá lỏng khí lò cốc các khí chuyển sang TT lỏng còn H2 ở TTK (vì T0 SH2 = - 252,20C bé nhất) hấp thụ NH3

có trong khí = dd axits

Ngoài ra còn đp dd NaCl -> H2 ở catốt

c Tạo hỗn hợp N2, H2

NL: H20, kk, than cho hỗn hợp không khí

- H20 đi qua than nóng đỏ

- Loại bỏ C0, C02, 02, Ch4, H2S và bụi để tạo ra hh khí phù hợp cho QT tổng hợp NH3

< pp này a/d ở nhà máy phân đạm Hà Bắc)

2 Làm sạch hỗn hợp khí:

Làm sạch sử dụng các pp: hấp thụ, ngưng tụ và hiđro hoá các xúc tác

+ Tách bụi (tạp chất cơ học: tro, dầu máy); a/h tới xúc tắc, ăn mò thiết bị, khử chúg bằng cách cho hh khi qua hệ thống lọc điện khô, ướt, hệ thống lắng lọc ly tâm

+ Tách H2S: Làm ngộ độc xúc tác của giai đoạn tách C0 và tổng hợp NH3 nên phải loại

bỏ triệt để h/c của S bằng các dùng các chất hấp thụ được H2S như sắt hđrôxit lẫn Ca0 và mặt của hoặc bagơ hữu cơ:

Phương pháp khô (dùng sắt hiđro xít)

+ Chuyển hoá CO = CO2

Dùng H2O để chuyển hoá đồng thời tạo H∆thêm H2 cho phản ứng hoá học CO + H2O CO2 + H2 < O

RNH2 + H2O + RNH3 HCO3⊃CO2

Đun nóng dung dịch -> CO2

+ Tách CO: vì CO + H20 = C0 H∆+ H2 < 0 là phản ứng thuận nghịch nên hh khí còn lưu lượng nhỏ C02

Các yếu tố a/h: Nồng độ, T0 P có a/h tới

Chuyển dịch cân bằng, xúc tác a/h tới tốc độ phản ứng

+ Nồng độ: tăng CH2, CN2 à thấp CNH3 cân bằng CD theo chiều thuận -> H cao

-> Muốn vậy điều chỉnh nổng độ sao cho HN2:NH2 = 1:3, lấy dẫn NH3 ra khỏi hh phản ứng và H2, N2 chưa phản ứng quay trở lại tháp tổng hợp (chu trình tuần hoàn kín) -> Hcao

+ Xúc tác:

- Nếu không có xúc tác thì ở bất kỳ T0 nào, P nào phản ứng xảy ra với V rất bé Co xảy ra) để tăng V cần dùng xúc tác

XT là 1 số KL: Fe, Pt, Mn trng CN thườpg dung Fe ở 2 dạng:

- oxit sắt: Fe0, Fe203,m Fe304 theo

- Fcrixianua Fe (CN)2 ít sử dụng

Thường dùng HH oxit sắt Fe0, Fe203 thêm 1 số phụ gia khác Al203, Ca0, Si02, K20 với tỷ lệ Fe304⌠Fe2+/Fe3+ = 0,5

Cơ chế xúc tác:

- Oxit sắt khong có t/d xúc tác mà chỉ có Fe mới có hoạt tính xúc tác vì thế trước khi có

hh N2, H2 đi qua xúc tác ta phải "hàn nguyên" xúc tác bằng ccsh cho H2 đi qua xt ở t0 cao

Fe304 + H2 -> Fe + H20

Fe sinh ra bám trên chất mang là các oxit Al203

đóng vai trò xúc tác cho phản ứng hoá hợp N2 + H2 -> NH3

Vai trò phụ gia:

- Tăng bề mặt tiếp xúc của xt với chất phản ứng (K20) xúc tác dễ thoát ra Thuận lợi cho việc hấp thụ N2, H2 trên bề mặt).

- Xúc tác không bị phá vỡ ở T0 cao (Al203 chịu nhiệt cao)

- Không bị ngộ độc bởi các tạp chất có trong hh khí (cao, Si0c)

4 Tháp tổng hợp NH3

Hình trụ tròn, bề dày 20cm, cao 12-20m hình trụ tròn, bề dày 20cm, cao 12-20m, đường kính ruột 1 – 1,4m Tháp đặt thẳng đứng phía trên dưới có nắp đậy Tháp làm việc ở D = 300atm thì phần trên đặt xúc tác, phần dưới là bộ phận trao đổi nhiệt khí NH3 nóng đi trong ống nhỏ, N2 , H2 đi ngoài để hấp thu nhiệt trước khi qua xúc tác

HH N2 + H2 đưa vào tháp từ trên xuống dưới qua không gian giữa hộp đựng xúc tác và

vỏ tháp rồi đi qua bộ phận trao đổi nhiệt đi ngoài các ống dẫn NH3- ra khỏi tháp, sau đó theo ống trung tâm lên phía trên hộp đựng xúc tác để đi vào các ống đặt trong khối xúc tác, tại đây N2 + H2 đốt nóng tới 4500C nhờ Q phản ứng Tác động này còn điều chỉnh nhiệt độ khối xúc tác đốt nóng quá cao Sau khi đạt nhiệt đội 4500C đi qua các lớp xúc tác –> NH3 NH3 đi qua các hệ thống ống dẫn xuống đáy tháp và ra ngoài để hoá lỏng

5 Dây chuyền sản xuất

III SẢN XUẤT XÍT HNO3

1 Các phương pháp sản xuất HNO3

về sau nguồn nguyên liệu quăng nitơrat trong thiên nhiên không phổ biến

- Đầu TK 20 dùng phương pháp hồ quang điện (N2 +02 KK ở nhiệt độ cao)

Phương pháp này tốn nhiều điện từ khi tổng hợp được NH3 dùng:◊năng

- PP oxi hoá NH3 (3gđ)

Giai đoạn 1: oxi hoá NH3 thành NO = PP tiếp xúc

NO + H2O⌠NH3 + O2

Giai đoạn 2: oxi NO2)◊hoá NO thành NO2 (NO = 1/2O2

Giai đoạn 3: hấp thụ NO2 bằng H2O

(NO2 + H2O = HNO3 + NO)

2 Cơ sở lý thuyết

a oxi hoá NH3 bằng phương pháp tiếp xúc

Tuỳ điều kiện và chất phản ứng mà xảy ra theo các phản ứng

(1) TPSP phụ thuộc vào tốc độ các phản◊(2) (3): một chiều, đồng thể, toả nhiệt ứng Vậy để sản xuất HNO3 người ta tìm cách để phản ứng (1) xảy ra với tốc độ nhanh nhất

và hạn chế phản ứng (2) (3) với tốc độ nhỏ nhất

* Chọn xúc tác thích hợp cho phản ứng VDL

Thực tiễn sản xuất sử dụng hợp kim PT : 950, Rh NO với H = 98%.◊ NH3 ◊3%, Pd 2% + Tăng F của xúc tác với HH khí, xúc tác kéo thành sợi dệt thành lưới căng theo tiết diện của tháp oxi hoá Số lưới xúc tác phụ thuộc vào P (P thường 3 – 4 lưới 10at 16 – 19 lưới).+ Khi dùng xúc tác pt, làm sạch HH khí NH3 không chứa PH3 (ngộc độc xt), hợp chất của (SO2, H2Cl) làm giảm hoạt tính xúc tác của pt

* Nhiệt độ: ôxi hoá NH3 bắt đầu xảy ra ở 1450C: 300 – 4000C chủ yếu tạo N2 (NO rất ít) Khi nhiệt độ tăng hàm lượng NO tăng, để chủ yếu xảy ra phản ứng (1) thì quá trình ôxi hoá xảy ra ở nhiệt độ 97,5%◊cao 7800C H = 97

Thực tế 800 – 9000C nếu t > 9000C thất thoát xúc tác

* Nồng độ:

Từ (1) (3) nO2/nNH3 giảm dần để quá trình oxi hoá xảy ra

dùng dư O2◊Theo phản ứng (1) thì nO2/ nNH3 cao

nO2/nNH3 > 1,7 hay O2 dư 30% so với lượn phản ứng, O2 dư dùng cho giai đoạn 2

* Tốc độ thổi có◊ giảm hiệu suất tạo NO songtăng cường độ sản xuất ◊khí: Tốc độ thổi khí cao phải thổi khí với một tốc◊ lượng xúc tác mất đi giảm ◊lợi nhưng tăng quá cao

độ phù hợp

* áp suất:

Về mặt LT: áp suất không ảnh hưởng tốc độ phản ứng (1) nhưng oxi hoá ở P cao –> có lợi cho sản xuất Do◊công suất thiết bị cao đó trong sản xuất CN oxi hoá NH3 ở 9atm thì hiệu suất giảm 1 – 2% so với P = 1atm song năng suất lao động cao

VD: 1kg PT oxi hoá được 1,15 tấn NH3 / 24h ở P = 1atm, 10 tấn /24h ở P = 10atm

Mặt khác ở P cao tăng tốc độ ô xi hoá giảm thế tích tháp hấp◊ NO2 ở giai đoạn 2 (vì phản ứng thuận nghịch) ◊NO thụ)

Thực tế sản xuất ở P = 9 – 10atm hoặc P = 1atm Tuỳ PP chế tạo◊ HNO3

NO2◊b Oxi hoá NO

H∆ NO2 ⌠NO + 1/2 NO2 < o

Nhiệt độ < 1500C phản ứng xảy ra hoàn toàn theo chiều thuận (1 chiều)

Nhiệt độ > 1500C phản ứng thuận nghịch, nhiệt độ > 8000C sự oxi hoá không xảy raNhiệt độ > 1500C phản ứng đồng thể, thuận nghịch, toả nhiệt và giảm thể tăng P, giảm nhiệt độ cân bằng chuyển dịch theo chiều◊tích theo chiều thuận có lợi cho quá trình sản xuất với Hcao.◊thuận

Nếu trong điều kiện không đủ HH khí ngoài NO2 còn có N2O3, N2O4, NO (N2O4 tạo thành ở nhiệt độ thấp dư◊O2 O2,

N2O4)◊2NO + O2

(NO)2 + Q⌠Quá trình oxi hoá: 2NO

tăng V◊phản ứng một chiều, toả nhiệt, dị thể (khí - lỏng)

+ Tăng F chất khí – lỏng bằng cách tạo ra các tháp có đĩa nằm ngang và cho khí đi từ dưới chui qua đĩa đi lên và H2O đi từ đỉnh tháp xuống (NLN dòng)

Vì quá hạ thấp nhiệt độ tăng p làm sạch chất lỏng trong tháp hấp thụ◊trình toả nhiệt đến nhiệt độ 750C

ở 250C P = 1atm ddHNO3 : 48 – 50%

P = 8-10atm đHNO3 > 60 – 62%

(vì quá trình xảy ra đồng thời với giai đoạn 2)

3 Sản xuất HNO3 loảng: Sử dụng 3 hệ thống

+ Hệ thống làm việc ở P = 1atm

+ Hệ thống làm việc ở áp suất cao (6 – 8atm)

NO (P áp suất thường)◊+ Hệ liên hợp: NH3 NO2+H2O: áp suất cao

a Thiết bị oxi hoá NH3 ở P thường

Gồm 2 phần:

Phần dưới gồm hệ thống phân phối và lọc HH khí NH3 + O2

Phần trên căng các lưới xúc tác PT theo phương nằm ngang của thiết bị Có từ 3-4 lưới

PT dưới lớp xúc tác PT có một lớp xúc tác không phải là PT, nó được đặt trên một hệ thống ghi đỡ Phần dưới của thiết bị là khu vực trao đổi nhiệt thừa sau phản ứng với H2O

để sản xuất hơi H2O

Hoạt động:

Không khí và NH3 sau khi làm sạch và được đốt nóng tới 200-2500C ở thiết bị (1) sau đó

đi qua thiết bị oxi hoá (2)

NO + H2O◊NH3 + O2

NO2◊NO + O2

Sản phẩm thu được gồm NO, NO2, N2O4, N2, O2 được làm nguội ở thiết bị (3) thiết bị sinh hơi H2O trao đổi nhiệt NO2,◊với H2O ở 35 – 450C tại đây tạo thành HNO3 10 – 20%, NO +O2

NO2 + H2O HNO3+ NO◊

HNO3 loãng tách ra ở thiết bị 4, khí NO được dẫn vào tháp hấp thụ HNO3.◊ NO2 ◊(5) tại đây NO

HNO3 thành phẩm lấy ra đầu tiên ở đây Có thể dd HNO3 50% đem cô đặc tới nồng độ cao hơn 68%, 5% Khí◊dùng 3,4 tháp hấp thụ NO dư được dẫn vào tháp ôxi hoá (6) sau

đó dẫn và tháp hấp thụ 7 (bằng dd kiềm)

NO2;◊NO + O2

NaNO3+ NaNO2 + CO2◊NO2 + NaCO3

sau đó khí thải thoát ra ngoài không khí

+ Sản xuất HNO3 L ở P = 6-8atm, hh NH3 + O2 nén tới ◊ ddHNO3 thành phẩm : 60% và 97-98% NO ◊P = 6-8atm, nhiệt độ = 120 – 1800C HNO3

b Chế tạo HNO3 đặc từ N2O4 lỏng

4HNO3 + 59,5KJ⌠2H2O4 + 2 H2O + O2

Hấp thụ trong nồi hấp ở 50atm, 750C

+ Đ/c N2O4 lỏng có 2 cách:

cách 1: ngưng tụ trực tiếp từ khí NO và làm lạnh ở P thấp Qúa trình này đỏi hỏi NO phải ôxi hoá NO2 và hàm lượng NO ban đầu cao, nhiệt độ làm lạnh không bé hơn –◊hoàn toàn 800C vì N2O4 kết tinh

2NO2 = N2O4

cách 2: hấp thụ khí NO = dd HNO3 đđ ở nhiệt độ thấp do NO2 tạo thành tan tốt trong dd HNO3đđ (97 – 98%) gọi là niterobum HNO3nNO2

NO + 2HNO3 => 3NO2 + H2O

nNO2 + HNO3 => HNO3 – n NO2

NO2 tách◊ dd chứa 30% NO2 đun nóng dd tới 800C ◊hấp thụ NO = dd HNO3đđ N2O4 : 2NO2 =◊ra khỏi dd ở TT khí sau đó làm lạnh và ngưng tụ ở – 80C > N2O4

cách 2 ít sử dụng◊Do đ/c N2O4 phức tạp, khó khăn

Chương iv

ĐIệN PHÂN DUNG DịCH NATRICLORUA

I NHẬN XÉT CHUNG

- Điện phân dung dịch NaCl để đ/c 2 hoá chất cơ bản NaOH, Cl2

Cl2 đ/c dd HCL hợp chất chứa clo, PVC tơ Clorua, dung môi clo rofooc CHCl3,

C6H6Cl6, thuốc tẩy (nước clo, nước gia ven)

NaOH sản xuất xà phòng, CN gi ᠠ

Hóa Công 2

Trường đại học hồng đức

Khoa khoa học tự nhiên

Th.S Ngô Xuân Lương

Thanh Hóa, năm 2008

Chương v

SảN XUấT PHÂN BóN

I KHÁI NIỆM CHUNG

Trong sản xuất nông nghiệp người ta sử dụng chủ yếu 3 dạng phân bón hoá học: đạm – lân – ka li

* Phân đạm:

Hợp chất chứa Nitơ

Cung cấp đạm cho cây trồng dạng NH4+, NO3-

Hàm lượng đạm được đánh giá qua %mN có trong phân bón đó

Bao gồm: Urre (NH2)2CO, đạm một lá: (NaNO3,(NH4)2SO4, NH4Cl, (NH4)2CO3), đạm 2 lá NH4NO3

* Phân lân:

Hợp chất chứa P

Cung cấp P cho cây trồng dạng HPO42-

H2PO4-Hàm lượng lân được đánh giá qua %mP2O5 tương ứng với mp có trong thành phần của nó

Bao gồm: Supephotphat đơn: Ca(H2PO4), CaSO42H2O

Phân phức hợp: amofot (NH4H2PO4, (NH4)2HPO4)

Cu, Zn … phân vi sinh (vi lượng) Co

II SẢN XUẤT PHÂN LÂN

1 Sản xuất Supephotphat đơn theo phương pháp axit

+ Đặc điểm, tính chất

- Bột (hạt) màu xám

- Thành phần: Chính Ca(H2PO4)2, CaSO4 khan

Phụ H3PO4, H2SiO3,Al2(SO4)3, Fe2(SO4)3

- Nguyên liệu: quặng apatit Ca5F(PO4)3, H2SO4

- Suphephotphat đơn sản xuất hoá chất Lâm Thao chứa 18-20 % P2O5 hiệu quả

- Dễ tan trong môi trường PH = 7

+ Cơ sở lý thuyết:

Các yếu tố ảnh hưởng: