san xuat H2SO4

áp suất của khí trong lò bao giờ cũng giữ thấp hơn áp suất ngoài khí quyển nhờ quạt hút ở dưới dây chuyền để hỗn hợp khí SO2 không bay ra ngoài làm ô nhiễm môi trường và không khí vào lò

10/27/13 1

Néi dung bµi häc

• I Vai trß cña axit Sun furic

• II Nguyªn liÖu sx axit Sunfuric

• III C¸c giai ®o¹n sx axit Sunfuric

• 1 §iÒu chÕ SO2

• 2 ¤xi hãa SO2 thµnh SO3

10/27/13 3

I vai trß cña axit sunfuric.

Axit H2SO4 ®­îc sö dông réng r·i nhÊt trong nÒn kinh tÕ quèc d©n vµ còng lµ mét s¶n phÈm chñ yÕu vµ quan trong nhÊt cña c«ng nghiÖp ho¸ häc Do vËy s¶n xuÊt axit H2SO4 trªn thÕ giíi ngµy cµng t¨ng Hµng n¨m ThÕ Giíi s¶n xuÊt kho¶ng 160 triÖu tÊn axit sunfuric Axit sunfuric lµ ho¸ chÊt hµng ®Çu trong nhiÒu nghµnh s¶n xuÊt

nên hàm lượng thực tế của lưu huỳnh trong quặng chỉ vào khoảng 50%.

Lưu huỳnh, thạch cao……

FeS tiếp tục bị đốt cháy:

4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2

Kết quả ta thu được hỗn hợp khí chứa từ 7- 9%SO2, gần 10-11% O2 và một

số tạp chất

* Lò đốt pirit.

- Lò đốt nhiều tầng hay còn gọi là lò “ bơi chèo”

Khi cho nguyên liệu vào lò , ở nhiệt độ khoảng 6500 C, quặng bắt đầu phân huỷ: 2FeS2 = 2FeS + S2 - Q

Hỗn hợp khí SO2 được lấy ra ở đỉnh lò

áp suất của khí trong lò bao giờ cũng giữ thấp hơn áp suất ngoài khí

quyển nhờ quạt hút ở dưới dây chuyền để hỗn hợp khí SO2 không bay ra

ngoài làm ô nhiễm môi trường và không khí vào lò đốt

Nguyên liệu cho lò nhiều tầng là quặng pirit có hàm lượng lưu huỳnh

cao( khoảng = 50%) , kích thước hạt quặng 6- 8mm

Hình 4.4 Lò đốt kiểu "bơi chèo"

1 Vách ngăn tầng; 2 Trục lò; 3 Đòn cào; 4 Cửa thông tầng

-Lò phun:

Loại lò này cho phép đốt quặng pirit ở dạng bụi có hàm lượng lưu huỳnh thấp( có khi tới dưới 15%) Lò cao khoảng 10m, đường kính 4m Lò cấu tạo rỗng Quặng và không khí thổi từ phía dưới lò Quá trình cháy không phải thực hiện trên các bề mặt sàn lò mà trong toàn bộ thể tích của lò Phía đỉnh lò

có không khí bổ sung Sản phẩm của quá trình đốt dẫn ra ở phía dưới, hàm lượng SO2 trong không khí chiếm khoảng 12%

Loại lò này có năng suất lớn hơn loại lò bơi chèo, có thể đốt cháy khoảng

100 tấn quặng trong 1 ngày Nhưng nhược điểm của loại lò này là khí thoát ra khỏi lò chứa rất nhiều bụi gây khó khăn cho giai đoận tinh chế

Khí SO 2

Hình 4.5 Lò phun đốt pirit

1 Vỏ; 2 Lớp lót bằng vật liệu chịu lửa; 3 Vòi phun quặng bụi và không khí

- Lò “ tầng sôi” :

Trong những năm gần đây người ta bắt đầu đốt pirit ở trạng thái “sôi” Phần dưới của lò đốt có một lớp thép, trên lưới có quặng pirit đã được nghiền đến kích thước thích hợp Người ta thổi không khí qua lưới từ dưới lên, không khí thổi vào với tốc độ giữ cho các hạt quặng chuyển động kiểu “lớp sôi” trên mặt lưới thép, ta có thể hình dung như một chất lỏng đang sôi ở trạng thái lơ lửng như vậy quặng pirit sẽ bị đốt cháy rất nhanh để tạo ra hỗn hợp khí SO2 Loại lò có thể đốt cháy 200 tấn quặng trong một ngày đêm

Ngày nay người ta bắt đầu sử dụng không khí giàu ôxi để đốt cháy quặng pirit, làm như vậy hỗn hợp khí thu được sẽ có hàm lượng SO2 cao và chứa ít nitơ

Kh«ng khÝ XØ

1

H×nh 4.6 Lß "tÇng s«i"

* Tinh chế hỗn hợp khí sunfurơ.

Hỗn hợp khí ra khỏi lò đốt ngoài SO2 còn chứa rất nhiều tạp chất, như bụi,

hơi nước người ta không thể đưa ngay hỗn hợp khí đó qua giai đoạn ôxi hoá

SO2 thành SO3 , mà phải tinh chế nó

-Tách bụi ra khỏi hỗn hợp khí: tách bụi bằng các hệ thống lắng bụi nhờ lực

li tâm, người ta thường gọi là xiclon

Nhờ chuyển động xoáy tròn của các dòng khí trong các xiclon, các hạt bụi

có kích thước lớn sẽ đập vào thành của xiclon và rơi xuống đáy

Các xiclon chỉ giữ lại được các hạt bụi có kích thước lớn, còn các hạt bụi nhỏ vẫn theo dòng khí Người ta phải tách các bụi này nhờ máy lọc điện

Nguyên tắc làm việc của máy lọc điện là tạo ra điện trường rất mạnh có khả năng ion hoá các chất khí, các ion sẽ chuyển động về các cực trái dấu, trên

đường đi gặp các hạt bụi làm cho các hạt bụi cũng tích điện, cũng chuyển động

Hình 4.8 Sơ đồ máy lọc điện khô

1 Vỏ ống (cực lắng); 2 Sợi dây âm cực; 3 Khí vào; 4 Khí ra

- Tách asen và sêlen ôxít: Người ta cho hỗn hợp khí đi qua các tháp rửa, khí đi từ dưới đáy tháp đi lên, trên đỉnh tháp tưới dung dịch axít H2SO4 xuống Nhiệt độ của hỗn hợp khí giảm, các ôxít ở trạng thái hơi bị đóng rắn và rơi xuống

đáy tháp Nếu không tách asen, sêlen ôxít thì xúc tác ôxi hóa SO2 sẽ bị ngộ độc.

- Tách mù H “ ” 2SO4: Trong quá trình rửa khí có tạo ra các hạt axít rất nhỏ ở dạng như sương mù chuyển động theo dòng khí Người ta phải tách chúng để tránh cho xúc tác

bị hỏng Tách mù axít nhờ các máy lọc điện ướt Nguyên lí làm việc tương tự như tách bụi.

- Tách hơi nước: đây là nhiệm vụ cuối cùng của quá trình tinh chế hỗn hợp khí SO2 Làm khô khí nhờ axít H2SO4 đặc tư

ới vào các tháp từ trên xuống còn các khí từ dưới đi lên

2 «xi ho¸ So2 thµnh so3 b»ng xóc t¸c r¾n( v2o5) c¬ sëho¸ lÝ cña qu¸ tr×nh.

Ph¶n øng «xi ho¸ SO2 trªn xóc t¸c r¾n V2O5 lµ mét qu¸ tr×nh to¶ nhiÖt, thuËn nghÞch:

10/27/13 17

+ Mức độ chuyển hoá SO2 thành SO3 phụ thuộc vào

thời gian tiếp xúc và nhiệt độ: thời gian tiếp xúc của các chất tham gia phản ứng với chất xúc tác tăng thì độ chuyển hoá tăng

+ Kết hợp các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ôxi hoá

SO2 và các yếu tố khác người ta đã chọn điều kiện thích hợp cho quá trình ôxi hoá SO2 trên tác vanađi

ôxit là hỗn hợp khí chứa 7%SO2, 11%O2 còn lại là nitơ

SO3

ở điều kiện cân bằng khi nhiệt độ là 400C, áp suất là 53 mmHg , trong ôlêum chứa khoảng 47% SO3 tự do Bởi vậy ở điều kiện bình thường có thể sản xuất được

ôlêum chứa 20% SO3 tự do trên quy mô công nghiệp

Quá trình hấp thụ SO3 bằng H2SO4 là quá trình dị thể Để tránh hiện tượng tạo mù axít H2SO4 và đạt hiệu suất hấp thụ SO3 cao, người ta dùng hỗn hợp đẳng phí chứa 98,3% H2SO4 và 1,7% H2O, áp suất riêng phần của hơi nước và SO3 trên hỗn hợp này là nhỏ nhất.

Hệ số tốc độ của quá trình hấp thụ đật cực đại khi nồng độ H2SO4 đạt 98,3% Giảm nồng độ HSO4 sẽ làm giảm hệ số hấp thụ SO3 Tốc độ hấp thụ SO bằng dung dịch ôlêum 20% cũng nhỏ hơn tốc độ hấp thụ SO3 của axít H2SO4 98,3% Khi tăng nhiệt độ cũng làm giảm tốc độ của quá trình trên

10/27/13 21

Khí

12

3

5

66

Khí

Olêum

Axít sunfuricHình 13 - Sơ đồ hấp thụ SO3

1 Tháp làm lạnh ống chùm; 2 và 3 Tháp hấp thụ;

4 Thùng chứa; 5 Bơm; 6 Làm lạnh

H 2 SO 4 98.3%

SO 3

H 2 SO 4

10/27/13 23

VII Bài tập về nhà.

1.Trình bày các kỹ thuật để góp phần nâng cao năng suất đã đư

ợc sử dụng trong mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất axit