Công nghệ sản xuất acid sunfuaric

Quy trình sản xuất acid sunfuric bằng phương pháp nitroz NO... Quy trình sản xuất acid sunfuric bằng phương pháp tiếp xúc... Một số tháp làm sạch tạp chấtTháp rửa II 1.Vỏ tháp 2.Lớp lót

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID

Lê Thị Anh Thi Nguyễn Kim Thơ

Biểu đồ tiêu thụ acid trên thế giới

Acid sunfuric

Cấu trúc phân tử của acid sulfuric

Tổng quan

Danh pháp IUPAC Acid sunfuric

Công thức phân tử H2SO4

Biểu hiện Dầu trong suốt, không màu, không mùi

Háo nước

Ứng dụng

Nội dung

1 Nguyên liệu

2 Quy trình công nghệ

3 Sản phẩm

Quy trình đơn giản

• Đốt lưu huỳnh, pyrit, H2S

• Phân hủy thạch cao

• Tách chất thải

Lấy S, SO2

từ đâu ???

Nguồn nguyên liệu sản xuất axit

sunfuric trên thế giới

Nguyên liệu chính

Quặng Lưu

huỳnh Thạch cao Các chất thải có chứa S

Pyrit thường Pyrit tuyển

nổi Pyrit lẫn than

• Hàm

20-50%

• Khói lò: hàng chục trệu tấn/ năm

Tạp

chất • FeCuSCu2S 2, CuS,

• Chì, kẽm, bạc, niken

Nguồn

gốc • Thiên nhiên • Phần bã thải của quá

trình tuyển nổi

• Phần quặng được loại bỏ từ than

• Quặng thiên nhiên.

• Từ giếng khoan, từ lọc dầu

• Thiên nhiên • Từ các lò đốt.• Khí lò luyện

kim.

• Các chất thải trong công nghiệp.

• Tinh chế dầu mỏ

pyrite lưu huỳnh tuyển nổi

Đồng đô la pyrit

Một số hình ảnh về nguồn nguyên

liệu

Lưu huỳnh S

Nguyên liệu được sử dụng phổ biến

ở Việt Nam

• Hiện nay, nguyên liệu được sử dụng phổ biến nhất là quặng

Vì quặng rẻ, dễ khai thác, ngoài ra còn có thể đồng thời sản xuất những kim loại có giá trị khác như: đồng, vàng, sắt

Gia công cơ nhiệt

Pyrit thường Pyrit tuyển nổi Pyrit lẫn than

Kích thước và

độ ẩm 50-200 mm 0,1 mm nhưng độ ẩm khá lớn

(12-15%)

Lớn, hàm lượng carbon nhiều

Phương pháp xử

lý Đập, nghiền sàn Sấy sơ bộ. Nghiền và rửa quặng

Đốt nguyên liệu

Lò đốt quặng

Lò nhiều tầng 1-Trục nhiều 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 răng lớn 9-Trụ đỡ

10-Bánh răng nhỏ 11-Trục truyền động 12-Hộp giảm tốc 13-Cửa tháo xỉ

Lò đốt quặng

Lò đốt quặng tuyển nổi

1.Vỏ lò hình trụ

2 Lớp lót chịu nhiệt

3.Phiễu xỉ 4.Vòi phun hỗn hợp “không khí – quặng”

5.Giàn ống nước làm nguội

Lò đốt quặng

Lò lớp sôi đốt quặng 1- Giá đỡ

2- Ống phân phối khí 3- Giàn ống đục lỗ

4- Bunke xỉ dưới buồng nạp quặng

5,7- Giàn ống nước làm nguội

6- Bảng phân phối khí 8- Vòi phun mazut 9- Buồng nạp quặng 10- Ống không khí bổ sung

Lò cơ khí Lò đốt bụi Lò tầng sôi

Làm sạch hỗn hợp khí

Để loại bụi khỏi sản phẩm khí, người ta phải xứ lí qua

nhiều công đoạn:

- Loại bỏ bụi lớn qua hệ thống buồng lắng Lắng bụi qua hệ thống các xyclon

- Loại bỏ bụi nhỏ hơn bằng các thiết bị rửa khí

- Lọc tĩnh điện để loại bỏ triệt để bụi ra khỏi khí

Làm sạch hỗn hợp khí

Phương pháp cơ học Phương pháp lọc điện

môi trường ăn mòn hóa học

Có thể tự động hóa.

hạt bụi to. Lắng bụi sau khi lắng bằng phương pháp cơ học.

Phương pháp cơ học

Phương pháp lọc điện

Quy trình sản xuất acid

sunfuric

Quy trình sản xuất acid sunfuric

bằng phương pháp nitroz

NO

Quy trình sản xuất acid sunfuric bằng phương pháp tiếp xúc

Một số tháp làm sạch tạp chất

Tháp rửa II 1.Vỏ tháp 2.Lớp lót 3.Đệm 4.Vòi phun acid 5.Lưới đỡ đệm 6.Cột đỡ lưới 7.Thùng chứa acid 8.Giàn làm nguội acid

Một số tháp làm sạch tạp chất

Lọc sợi kiểu thẳng đứng 1.Ghi lỗ

2.Ống lọc 3.Lưới lỗ 4.Lớp sợi 5.Ống tháo acid 6.Van thủy lực

Một số tháp làm sạch tạp chất

Tháp sấy 1.Vỏ thép 2.Lớp lót 3.Lưới đỡ đệm 4.Cửa quan sát 5.Nắp tháp

6.Vòi phun acid 7.Cửa chất và tháo đệm

Đáy tháp

Tách một phần tạp chất (asen, telu ) khỏi hỗn hợp khí.

Tăng hàm ẩm của hợp khí để tăng kích thước hạt mù acid.

Tiếp tục làm nguội xuống vài

độ nữa (3-5 0 C).

Lọc sạch mù acid Tăng lượng oleum,

giảm lượng mù acid.

Vật liệu

làm

tháp

Bằng thép bên trong

lót vật liệu chịu acid. Bằng thép bên trong lót Pb hoặc

vật liệu chịu acid.

Nếu quặng chứa nhiều F thì dùng vật liệu không chứa Si.

Dùng Pb để tránh

ăn mòn acid loãng.

Bằng thép lót gạch chịu acid bên trong xếp đầy đệm sành hoặc sứ.

Vòi

phun Phun acid kiểu ly tâm hoặc va đập. Phun acid từ trên xuống thành

nhưng giọt rất nhỏ.

Cho acid chảy xuống đệm chứ không phun.

Thấp, chỉ tách được những hạt

mù lớn.

Cao.

Một số chỉ tiêu để giai đoạn sau làm việc bình

thường

Hàm lượng bụi trong khí sau khi lọc điện khô,g/m 3

Nồng độ SO2 trong hỗn hợp khí, % V trước tháp sấy ( sau khi

pha loãng)

≤ 0,1

≥ 8,5 7-7,5

Hàm lượng tạp chất trong khí vào tháp tiếp xúc, mg/m 3

Oxy hóa SO 2 thành SO 3

Pt

Một số dạng xúc tác

Xúc tác dạng viên hoặc dạng hạt có đường kính khoảng 4-5mm, dài 7-10mm; dạng vòng đường kính trong 3-5mm, đường kính ngoài 8-12mm; dạng hình cầu đường kính 1,5mm.

Quá trình oxy hóa SO 2 trên chất xúc tác

Cơ chế phản ứng oxy hóa SO 2 trên xúc tác: Phản ứng giữa các chất

khí trên bề mặt chất xúc tác rắn gồm mấy bước sau:

 Các chất phản ứng từ pha khí khuếch tán đến bề mặt ngoài của chất

xúc tác, sau đó tiếp tục khuếch tán vào bề mặt trong của xúc tác.

 Tiến hành phản ứng giữa các chất ban đầu trên bề mặt chất xúc tác.

 Sản phẩm phản ứng được khuếch tán vào bề mặt bên trong ra bên

ngoài của chất xúc tác, sau đó nhả khí xúc tác đi vào pha khí

SO2 + 1/2O2 SO3

+ V2O5

Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình

Ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình

• k = ko e-E/RT

• Xúc tác làm giảm năng lượng hoạt hóa E.

• Nhiệt độ ảnh hưởng tới hằng số tốc độ và hằng số cân bằng

• Diện tích tiếp xúc càng lớn tốc độ phản càng nhanh.

• Áp suất tăng thì mức chuyển hóa tăng

• Nồng độ oxy tăng mức chuyển hóa tăng

Thiết bị trong công đoạn oxy hóa SO2

 Tháp oxy hóa

 Thiết bị trao đổi nhiệt

Tháp tiếp xúc kiểu lớp sôi

Tháp tiếp xúc kiểu sôi 1.Lớp xúc tác

2.Ghi đỡ xúc tác 3.Bộ phận làm nguội

Một số thiết bị trao đổi nhiệt

Hấp thụ SO 3

Quá trình hấp thụ SO 3

Trước tiên, SO3 hòa tan vào dung dịch acid, sau đó mới phản ứng với nước:

nSO3 + H2O  H2SO4 + (n-1)SO3

Tùy theo tỷ lệ giữa lượng SO3 và H2O, mà nồng

độ acid thu được sẽ khác nhau:

Khi n>1: sản phẩm là oleum

n=1: sản phẩm là monohydrat

Khi n<1: sản phẩm là acid loãng

Quá trình hấp thụ SO 3

0 C

Tổn thất SO 3 % Hiệu suất

hấp thụ

Do hấp thụ không hết

Do tạo mù

H2SO4 Do bay hơi H2SO4

80100

1,034,00

0,0030,0190,067

99,7798,9495,93

80100

0,0370,035

99,9999,9599,86

80100

3,349,8031,50

0,0370,135

96,6590,1668,36

Thiết bị trong công đoạn hấp thụ

• Tháp làm nguội SO3

• Tháp hấp thụ

• Thiết bị làm nguội acid

Tháp làm nguội SO 3

Tháp làm nguội SO31.Buồng trên

2.Ống truyền nhiệt 3.Quạt khí

4.Buồng dưới 5.Cửa không khí 6.Tháo acid ngưng

Tháp hấp thụ

 Để hấp thụ SO3 có thể sử dụng nhiều loại tháp hấp thụ khác nhau:

 Tháp đệm: Dùng khá phổ biến Có cấu tạo tương tự tháp sấy

• Tháp hấp thụ sủi bọt kiểu đĩa lỗ hoặc đĩa chóp: có thể tưới acid 98,3% H2SO4 cho hấp thụ SO3 để lấy trực tiếp sản phẩm là

oleum 20% SO3 tự do Hiệu suất hấp thụ đạt tới 99,9- 99,99%

• Tháp hấp thụ - làm nguội: cấu tạo tương tự thiết bị làm nguội oleum và có cường độ chuyển hóa gấp 5-10 lần tháp đệm, hệ

số truyền nhiệt từ 2000- 3500kJ/m2.giờ.0C, có thể làm việc

được cả khi có các chất bẩn

Thiết bị làm nguội acid

chùm

Một vài chỉ tiêu kỹ thuật của công

Nhiệt độ khí, 0C

Ra khỏi tháp oleum

Ra khỏi tháp monohydrat

≤ 60

≤60

Nồng độ acid tướiTháp oleum, % SO3 tự do

Tháp monohydrat, %

H2SO4Hiệu suất hấp thụ, %

19 ± 198,3 ± 0,4

≥ 99,9

An toàn trong quá trình sản xuất

Thường xuyên bảo trì thiết bị

Tự động hóa quy trình sản xuất

Cải tiến công nghệ

Nâng cao hiểu biết an toàn lao động cho công nhân

An toàn phòng cháy chữa cháy

Chọn vật liệu trong dây chuyền sản xuất phải chịu được môi

trường ăn mòn và nhiệt độ cao, có độ bền cơ học lớn

Sản phẩm

• Cách bảo quản

• Cách làm sạch và nâng cao nồng độ acid

• An toàn khi sử dụng

Cách bảo quản

Cách làm sạch và nâng cao nồng độ acid

 Cách làm sạch

Để sản xuất acid sunfuric sạch cần các yêu cầu sau:

- Thiết bị đệm đường ống phải làm bằng vật liệu chịu ăn mòn cao (như thiết bị làm nguội acid, đường ống dẫn acid phải

làm bằng thép X18 H12 M2T, đệm bằng sứ )

- Nhiệt độ tuần hoàn acid phải thấp để giảm lượng Fe và cặn

trong acid Muốn vậy phải tăng bề mặt làm nguội acid

- Giảm hàm lượng tạp chất (asen, nitơ oxit ) trong khí Để

giảm hàm lượng asen phải tách triệt để mù acid trong khí trước khi hấp thụ vì phần lớn asen nằm trong mù acid

 Nâng cao nồng độ acid

- Cô đặc dung dịch acid

- Nâng cao hiệu quả từng giai đoạn sản xuất, yêu cầu kỹ thuật của từng phải cao và nghiêm ngặc hơn

An toàn khi sử dụng

• Sự sôi của acid sunfuric khi thêm nước vào thường sinh ra các đám khói chứa hơi acid sunfuric, hơi này cực nóng cũng như có tính acid cao Các đám cháy gần nơi có axít sulfuric thông

thường được dập bằng các loại bình hay các chất đất khô để

tránh khả năng làm sôi acid Ở những chỗ bắt buộc phải dùng nước thì mục tiêu là phải đổ nước thật nhiều và thật nhanh để có thể làm nguội nhanh nhiệt do phản ứng sinh ra

• Những người chữa cháy phải mặc quần áo chống bắn tóe khi làm việc với acid sunfuric, để bảo vệ chính họ chống lại cả hơi

và sự bắn tung tóe hay lan tràn

• Khi cần phải trộn acid với nước thì acid sunfuric cần phải được thêm vào nước, không bao giờ làm ngược lại

Tài liệu tham khảo

• Kỹ thuật hóa học đại cương - TS Nguyễn Thị Diệu Vân

• Công nghệ axit sunfuric – Đỗ Bình