Công nghệ sản xuất hợp chất vô cơ cơ bản

Khái niệm về công nghệ hóa học“Công nghệ là một khoa học về phương thức và các quá trình sản xuất các sản phẩm công nghiệp từ những nguyên liệu thô.” 2.. Xu thế phát triển của công nghiệ

Trang 1

CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ SỰ PHÁT TRIỂN

NỘI DUNG:

1 Khái niệm về công nghệ hóa học

2 Xu thế phát triển của công nghiệp hóa học

3 Nguyên liệu cho công nghiệp hóa học

4 Nguyên lý chung về thiết bị

Trang 2

1 Khái niệm về công nghệ hóa học

“Công nghệ là một khoa học về phương thức và các quá trình sản xuất các sản phẩm công nghiệp từ những nguyên liệu thô.”

2 Xu thế phát triển của công nghiệp hóa học

 Tăng kích thước thiết bị

 Tăng cường độ hoạt động của thiết bị

 Cơ giới hóa và tự động hóa

Trang 3

 Thay các quá trình gián đoạn bằng các quá trình

liên tục tiên tiến

 Tận dụng nhiệt phản ứng

 Phát triển các quá trình sản xuất không thải

3 Nguyên liệu cho công nghiệp hóa học

• Vai trò của nguyên liệu đối với quy trình công

nghệ, chất lượng và giá thành sản phẩm.

• Các nguồn nguyên liệu: tự nhiên; bã thải công

nghiệp; bán sản phẩm của các nhà máy hóa chất.

Trang 4

• Các quá trình làm giàu nguyên liệu: sàng; tuyển

trọng lực, tuyển nổi, tuyển từ …

Sàng Đập

Nghiền

Trang 5

Tuyển trọng lực ướt

Trang 6

Tuyển nổi Tuyển từ

Trang 7

4 Nguyên lý chung về thiết bị

Trang 9

Trang 10

5 Sản xuất axit HNO3

6 Sản xuất H3PO4 bằng phương pháp nhiệt

7 Sản xuất H3PO4 bằng phương pháp trích ly

Trang 11

8 Sản xuất soda

9 Sản xuất NaOH – Cl2 và HCl

10 Sản xuất Al(OH)3

11 Sản xuất đồng

12 Sản xuất KClO3, KClO4 và KMnO4

13 Sản xuất than hoạt tính

14 Sản xuất phèn nhôm và PAC.

Các vấn đề về nguyên liệu, cơ sở hóa lý của quá trình sx, các quy trình công nghệ sx, ứng dụng và xu thế phát triển.

Trang 12

NỘI DUNG:

1 Những khái niệm chung về axit sunfuric và

ứng dụng

2 Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric

3 Quá trình công nghệ sản xuất axit sunfuric

3.2 Làm sạch các tạp chất khỏi khí lò

Trang 13

CHƯƠNG II: SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

1 Những khái niệm chung về axit sunfuric và

Trang 14

1.2.1 Nhiệt độ kết tinh của axit sunfuric

SA6 1 /2 - H2SO4.6,5H2O

SA4 - H2SO4.4H2O

SA3 - H2SO4.3H2O

SA2 - H2SO4.2H2O SA1 - H2SO4.H2O (84,5%H2SO4; 8,48 0 C)

Trang 15

1.2.2 Nhiệt độ sôi và áp suất hơi

336,50C

Trang 16

1.2 Ứng dụng: Khoảng 180 triệu tấn H2SO4 được sản xuất(sử dụng)/năm Bảng sau cho biết tỷ lệ % sử dụng axit

H2SO4 trên thế giới năm 2003 (theo Kitto, 2004).

Trang 17

2 Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric

2.1 Lưu huỳnh

S

Trang 18

Khai thác lưu huỳnh

Compressed air under a pressure of 20-25 atmosphere

Super heated water at 170 0 C

Trang 19

Trang 21

2.2 Quặng pyrit (FeS 2 )

2.2.1 Pyrit thường

Quặng pyrit: 30-52%S

Trang 22

2.2.2 Pyrit tuyển nổi

Quặng pyrit

> 1%Cu Nghiền Tuyển nổi chính

Tinh quặng đồng 15-20%Cu

Pyrit tuyển nổi 32-40% S

Trang 23

2.2.3 Pyrit lẫn than

Than đá lẫn pyrit

Pyrit lẫn than 33-42% S 12-18% C

Nghiền, rửa

Pyrit lẫn than 3-6% C

Trang 24

2.3 Các loại nguyên liệu khác

2.3.1 Khí lò hơi, lò luyện kim

Trang 25

2.3.2 Thạch cao

1-cấp liệu; 2-lò nung; 3-tháp rửa khí; 4-nghiền búa; 5,6-sấy; 7-silo chứa; 8-cấp liệu; 9-băng tải; 10-nghiền bi; 11-trộn; 12-máy vê viên; 13-lò nung; 14-làm nguội; 15-cyclon khô; 16-lọc điện khô; 17-làm nguội; 18- nghiền ximăng; 19-tháp rửa khí; 20-lọc điện ướt; 21-tháp sấy; 22-làm nguội axit; 23,24-trao đổi nhiệt; 25- chuyển hoá; 26-tháp hấp thu; 27-tách mù axit; 28-làm nguội axit

1400 0 C

Trang 26

2.3.3 Tái chế axit thải

(1) Phun axit bẩn vào lò đốt (khoảng 1300K) Axit bị phân

Trang 27

3 Quá trình công nghệ sản xuất axit sunfuric

SẢN PHẨM

Trang 28

Quy trình sản xuất H SO tại nhà máy hóa chất Tân Bình

Trang 29

Bể hóa lỏng

S

Hơi nước

xử lý Nước đã Nước sinh hoạt

SO2

S rắn Hơi nước

Không khí khô

SO2

S lỏng

Trang 30

- Bể nấu chảy lưu huỳnh

Trang 31

- Lò đốt lưu huỳnh nằm ngang

Trang 32

3.1.2 Tạo SO 2 từ quặng pyrit

Có thể đốt quặng bằng lò cơ khí, lò đốt phun hay là

đốt tầng sôi.

Phản ứng tổng quát của quá trình cháy:

Hoặc

Sản phẩm của quá trình cháy: khí lò, xỉ lò

Trang 33

Lò cơ khí:

1-Trục lò; 2-bộ phận nạp quặng vào lò;

3-bunke quặng; 4-vỏ lò; 5-đòn cào;

6-răng cào; 7-cửa thao tác; 8-bánh 6-răng

lớn; 9-trụ đỡ; 10-bánh răng nhỏ;

11-trục truyền động; 12-hộp giảm tốc;

13-cửa tháo xỉ

Ưu điểm: bụi trong khí lò thấp.

Nhược điểm: năng suất thấp,

không tận dụng được nhiệt cháy,

hàm lượng S trong xỉ cao, cồng

kềnh, khó xử lý sự cố.

Trang 35

Ưu điểm: năng suất cao, dễ cơ khí hóa và

tự động hóa, hàm lượng S trong xỉ nhỏ.

Trang 36

Nhược điểm: lượng bụi trong khí lò lớn, nồi hơi cồng kềnh

3-Lò tầng sôi 5-Nồi hơi 6-Cyclon 7-Lọc điện khô

Trang 37

3.2 Làm sạch các tạp chất khỏi khí lò

Sơ đồ sản xuất axit sunfuric từ quặng pyrit theo pp tiếp xúc

1,12.Quạt khí; 2.Lò đốt quặng; 3.nồi hơi; 4.Cyclon; 5.Lọc điện khô; 6.Tháp rửa I; 7.Tháp rửa II; 8.Lọc điện ướt; 9.Tháp tăng ẩm; 10.Tháp sấy; 11.Tách giọt axit; 13.Truyền nhiệt; 14.Tháp tiếp xúc; 15.Làm nguội SO3; 16.Tháp hấp thụ oleum; 17.Tháp hấp thụ monohydrat; 18.Giàn làm nguội axit; 19.Giàn làm nguội oleum; 20.Thùng chứa axit

Trang 38

3.2.1 Tách bụi bằng phương pháp cơ học

1-Tấm phân phối khí 2-Lưới

3-Lớp vật liệu hạt 4-Cửa nạp và tháo liệu

Trang 39

Trang 40

3.2.2 Tách bụi bằng phương pháp lọc điện khô

Thiết bị lọc điện khô

Tách 99-99,9% bụi, làm việc được ở nhiệt độ cao và ăn mòn hóa học

Trang 41

3.2.3 Làm sạch khí lò bằng tháp rửa

Tháp rửa I

1.Vỏ tháp 2.Vòi phun axit 1 chiều

4.Hộp dẫn axit ra 3.Vòi phun axit 2 chiều

Trang 43

3.2.4 Tháp tăng ẩm và lọc điện ướt

Nhiệm vụ tháp tăng ẩm:

• Tăng kích thước hạt mù axit

• Giảm nhiệt độ xuống thêm 3-5 0 C

Nếu quặng chứa nhiều hợp chất flo (HF, SiF 4 ) thì dùng kiểu tháp rửa I, ngược lại dùng tháp rửa II.

Lọc điện ướt

• Tách mù axit

• Tách hết asen,

selen

Trang 44

3.2.5 Tháp sấy

Sứ hình yên ngựa (ceramic saddles)

Trang 45

3.3 Quá trình oxi hóa SO 2 thành SO 3

3.3.1 Cơ sở hóa lý của quá trình oxi hóa

3.3.1.1 Cân bằng phản ứng

2 2

0,5.

SO p

P K

Trang 46

Phương trình thực nghiệm (trong khoảng 400-700 0 C có sai số nhỏ hơn 1%)

P x

Trang 47

100 0, 5 ( 0, 5 )

p cb

cb p

cb

K x

a x K

Trang 49

Trang 50

Cơ chế phản ứng trên xúc tác

(VO)2O(SO4)44- + O 2 → (VO)2O(SO4)4O2

4-(VO)2O(SO4)4O24- + SO 2 → (VO)2O(SO4)4O4- + SO 3

(VO)2O(SO4)4O4- + SO 2 → (VO)2O(SO4)4SO3

4-(VO)2O(SO4)4SO34- → (VO)2O(SO4)44- + SO 3

Chất độc đối với xúc tác vanadi:

Asen; Hợp chất của flo (SiF4, HF …); Hơi nước; Mù axit; Bụi, các chất có khả năng khử V2O5 (CO, H2S, NH3 …)

Trang 51

3.3.1.5 Nhiệt độ thích hợp (T th )

ứng với mức chuyển hóa nhất định

dT d

) ) 1

(

( 1

2 , 0 1

1 2 1

2

ax b

ax

x K

x x

x ax

ax b

a

kP d

Trang 53

3.3.2 Thiết bị oxi hóa SO 2

Trang 55

Trang 56

3.4 Quá trình hấp thu SO 3

3.4.1 Cơ sở hóa lý của quá trình hấp thu

Trang 57

3.4.2 Ảnh hưởng của t 0 và C% axit tưới

Trang 58

Đỉnh tháp hấp thu

Thiết bị hấp thu

Trang 59

Thiết bị hấp thu làm nguội

Trang 60

Hệ thống làm nguội kiểu giàn tưới

Trang 61

CHƯƠNG III: SẢN XUẤT CÁC HỢP CHẤT CỦA NITƠ

Trang 62

Nhiệt dung riêng, J/kg K 2097,2 (0°C); 2226,2 (100°C); 2105,6 (200°C)

Độ tan trong nước (% khối

lượng)

42,8 (0°C); 33,1 (20°C); 31,8 (25°C); 23,4 (40 0 C); 14,1 (60 0 C)

Giới hạn bắt lửa trong không

Trang 63

Phân bón (80%) Sản xuất: (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, NH4NO3, (NH2)2CO

Hóa chất Tổng hợp: HNO3, NaHCO3, Na2CO3, HCN, N2H4

Chất nổ NH4NO3

Sợi và nhựa nylon, -[(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-CO]-, dùng để trung hòa H2SO4 nhằm

duy trì pH7; và các polyamit khác

Khác Chất làm lạnh cho gia đình và công nghiệp, xử lý khí thải SOx, NOx.

Dược phẩm Sản xuất thuốc sulfonamit

Trang 64

Sơ đồ quá trình tổng hợp NH

Trang 65

1.2 Chế tạo khí nguyên liệu

H2

Trang 66

0 C

T 0 tới hạn , 0 C T 0

sôi

Nitơ 14,0067 78,09 -210,0 -147,1 -195,8 Oxy 15,999 20,95 -218,7 -119,8 -183,0 Argon 39,94 0,932 -189,4 -122,4 -185,9 Cacbonic 44,010 0,033 - 31,0 -78,5

Neon 20,170 0,018 -248,6 -228,7 -246,1 Heli 4,0026 0,00052 -272,1 -267,9 -268,9 Krypton 83,80 0,00010 -156,6 -63,8 -152,9 Hydro 1,0079 0,00005 -262,8 -239,9 -252,8 Xenon 131,30 0,000008 -111,5 -16,6 -107,1

Thành phần trung bình và một số thông số kỹ thuật của các khí chủ yếu trong không khí

Trang 67

1 Bộ phận trao đổi nhiệt

2 Đáy tháp chưng cất dưới

3 Tháp chưng cất dưới

(0,7MPa)

4 Tháp tinh cất trên

(0,14MPa)

5 Đáy tháp tinh cất trên

A Vùng giàu oxi

B Vùng tích tụ nitơ

C Vùng tích tụ oxi

D Vùng có nồng độ oxi như

Trang 68

1.2.1.2 Phương pháp khí hĩa than khơ bằng khơng khí

Biến thiên thành phần khí theo chiều dày lớp than

Khơng khí

Vùng phản ứng hĩa học từ 900 0 C đến 1200-1300 0 C Xảy ra các phản ứng:

C + O2 + 3,76N2  CO2 + 3,76N22C + O2 + 3,76N2  2CO + 3,76N2

C + CO2 + 3,76N2  2CO + 3,76N2

Trang 69

1.2.2 Chế tạo hydro bằng phương pháp điện phân

Trang 70

Hydro hóa các hợp chất lưu huỳnh:

Trang 71

Reforming sơ cấp: (nhiệt độ, áp suất và tỷ lệ H2O/CnH2n+2)

Trang 73

1.2.3.2 Phương pháp khí hóa than ẩm

Sự biến thiên nhiệt độ, thành phần khí theo chiều cao của lò

Trang 74

N + xO ↔ 2NOx

Trang 75

Trang 76

1.2.3.3 Phương pháp phân ly khí than cốc

Khí Nồng độ, % thể tích Nhiệt độ sôi ở 1atm Nhiệt độ tới hạn

Trang 77

1.3 Tinh chế khí nguyên liệu

1.3.1 Khử các hợp chất của lưu huỳnh

• Phương pháp khô: dùng chất hấp phụ oxit sắt, oxit

kẽm, than hoạt tính, zeolit

• Phương pháp hấp thụ hóa học: dùng các rượu gốc

amin, dung dịch NH3 loãng, kiềm hữu cơ …

• Phương pháp hấp thụ vật lý: dùng polyalkylene

• Phương pháp oxi hóa: dùng dung dịch kiềm-acsenic,

amoni polythionat, antraquinon disunfonic axit trong dung dịch NH3…

Trang 79

(NH4)2Sn → (NH4)2S + (n-1)S (2atm, 1300C)

Trang 80

 Chất hấp phụ oxit kẽm (quá trình reforming)

Trang 81

Diethanolamine (DEA) HOCH2CH2NH CH2CH2OH

Diisopropanolamine (DIPA) HOCH(CH3)CH2NH CH2CH(CH3)OH

Triethanolamine (TEA) HOCH2CH2N (CH2CH2OH)CH2CH2OH

Methyldiethanolamine (MDEA) HOCH2CH2N (CH3)CH2CH2OH

Trang 83

Quy trình tách khí axit theo phương pháp hấp thụ hóa học

Trang 84

1.3.1.3 Phương pháp thụ vật lý

của polyethylene glycol: CH3(CH2CH2O)nCH3 (n=310)

Trang 85

Trang 86

.

H CO p

Trang 87

1.3.2.2 Xúc tác của quá trình chuyển hóa

Fe2O3 (80-90%), Cr2O3 (8-13%), MgO hoặc CuO (1-2%)

Trang 88

Đồ thị biểu độ chuyển hóa cân bằng và độ

chuyển hóa làm việc của CO theo nhiệt độ

Sơ đồ quá trình chuyển hóa CO

70-75%

2-3%V CO 10-30 atm

92-98% CO<0,25%V

Trang 89

Trang 91

Sơ đồ quy trình MEA

Feed gas

Trang 92

1.3.3.2 Phương pháp aMDEA

 Nồng độ MDEA trong nước: 40%

Trang 93

Sơ đồ quy trình aMDEA

9

4

1- thiết bị hấp thụ 2- mâm chóp (bubble cap tray)

3- tuabin thủy lực 4- bơm

5- bình tách cao áp 6- bình tách thấp áp 7- trao đổi nhiệt 8- tháp giải hấp 9- thiết bị làm lạnh 10- thiết bị phân ly

Trang 94

Một số hình ảnh về mâm chóp (bubble cap tray)

Trang 95

Trang 96

Sơ đồ quy trình Benfield

20-30 atm

70-100 0 C

0,4 atm

70 0 C

Trang 97

Trang 98

Nhiệt độ tới hạn

Trang 99

100-120atm 5-20 0 C 50-800C

Trang 100

Thành phần của dung dịch phức đồng I acetat:

Trang 101

Khí cấp

Khí sau xử lý

Trang 102

1.3.4.3 Quá trình metan hóa

Trang 103

Trang 104

a chuyển hóa; b làm lạnh, ngưng tụ; c ngưng tụ t 0

môi trường

d nén khí nguyên liệu;

Trang 105

f K

P*i: áp suất riêng phần cấu tử i ở trạng thái cân bằng

Trang 106

2 2

Y K

Trang 107

1.4.2 Tốc độ phản ứng

Phương trình động học Temkin:

3 2

2

2 3

NH H

2

3

2

3 2

2

NH H

E RT

Trang 109

1.4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Trang 110

Y K

* 2 (

0, 325 .

a

p a

Khi đó:

2 2

2

1,5 1,5

2

r r



 khi r

Trang 111

phản ứng

Trang 112

1.4.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng khác

Trang 113

Trang 114

1.4.3.5 Xúc tác: Fe3O4.Al2O3.K2O.CaO.MgO

Trang 115

• Hoàn nguyên xúc tác trước khi sử dụng:

Fe3O4 + 4H2 570 3(-Fe) + 4H0C 2O ∆H = 149,9 kJ/mol

• Đầu độc xúc tác:

-Các hợp chất của S, As, P, Clo gây đầu độc vĩnh cửu

đầu độc tạm thời

Trang 116

1.4.3.6 Dây chuyền công nghệ tổng hợp NH 3

Trang 117

Tháp tổng hợp trên xúc tác sắt, 5 đoạn

nhiệt, thiết bị làm lạnh trung gian

Thiết bị làm lạnh kèm

bộ phận phân ly NH

Trang 118

2 Sản xuất axit nitric

HNO 3 HNO 3 .H 2 O HNO 3 .3H 2 O

Nhiệt hóa hơi ở 20 0 C, kJ/mol 39,48

Trang 119

Trang 120

2.2 Sản xuất HNO 3 loãng

• Có 3 bước cơ bản trong quá trình

sản xuất

• Các phương pháp sản xuất:

- Phương pháp áp suất đơn: áp suất

thấp (dưới 1,7 atm); áp suất trungbình (3 – 5 atm); áp suất cao (8 –

13 atm)

- Phương pháp áp suất kép

Trang 121

2.2.1 Quá trình oxi hóa NH 3

Trang 123

Xúc tác loại 1:

Thành phần: 92,5% Pt, 3,5% Rh, 4%Pd Hình dạng:

Trang 124

Thành phần xúc tác Nhiệt độ tối ưu Hiệu suất, xA %

Trang 125

Các điều kiện oxi hĩa NH 3

 Điều kiện nhiệt độ:

Làm việc ở áp suất thường:

800 – 8200CLàm việc ở áp suất cao:

900 – 9400C

Trang 126

 Điều kiện áp suất:

Phương pháp Hiệu suất chuyển

hóa NH 3 (%)

Mất mát xúc tác (g/tấn HNO 3 )

Thời gian hoạt động (tháng)

Trang 127

Trang 128

 Tốc độ lưu lượng:

- Tốc độ lưu lượng (W) được xác định qua vận tốc

phản ứng

- Sự tăng cao hay giảm thấp W so với tốc độ phản

- Nhưng tăng W sẽ tăng cường độ sản xuất

 Hệ làm việc ở áp suất thường:

 Hệ làm việc ở áp suất cao:

Trang 129

2.2.2 Quá trình oxi hóa NO

Trang 130

2 2

NO O p

2a: nồng độ ban đầu của NO (%mol)

b: nồng độ ban đầu của oxi (%mol)

x: hiệu suất chuyển hóa NO (%)

P: áp suất chung của hệ

Trang 131



Trang 132

2.2.3 Quá trình hấp thụ NO 2 chế tạo HNO 3 loãng

Trang 133

Quy trình áp suất trung bình Uhde (0,4 → 0,6MPa) E1-Thiết bị hóa hơi; E2-Hơi quá

nhiệt; F3-thiết bị lọc NH3; M4-Thiết bị trộn; F5-Thiết bị lọc không khí; K6-máy nén không khí; R7-Thiết bị chuyển hóa; E8-Thiết bị gia nhiệt khí thải; E9-Thiết bị làm nguội-ngưng tụ; C10-Thiết bị hấp thụ lần 1; C11-Thiết bị hấp thụ lần 2; E12-Thiết bị tiền gia nhiệt khí thải; X13-Bộ xử lý khí thải; K14-Turbin khí thải; E15-Nồi hơi nhiệt thừa; V16-Thùng hơi; K17- Turbin hơi; E18-Thiết bị ngưng tụ hơi turbin; C19-Thiết bị tẩy trắng

(NOx<200ppm)

68%

Trang 135

Quy trình hấp thụ và tẩy trắng Thiết bị oxi hóa NH 3

Trang 136

Quy trình áp suất cao GIAP (0,7MPa) F1-TB lọc không khí; K2a-Máy nén hướng trục;

K2b-Máy nén ly tâm; K2c-Turbin giãn nở; R3-TB phản ứng NSCR; X4-Buồng chuẩn bị; E5,E6-Bộ gia nhiệt; S7,S9-TB phân ly; E8-TB làm nguội-ngưng tụ; C10-TB hấp thụ; C11- Cột tẩy trắng; R12-TB oxi hóa; R13-TB chuyển hóa; E14,E17-Nồi hơi nhiệt thừa (thải);

60%

Định dạng
Số trang	227
Dung lượng	11,74 MB