Tiểu luận môn học hóa lý 2

tiểu luận hóa lý 2 đề tài điện phân naclkfhjgưkjsdddddddddddddddddddddddddddddddddddddgnvkjhbdsvn kạdnlkvnalkdmvklndklvnkladklvndnvklsmdvsdb sb sdqeiwghuoaoônnwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwgggggggggggggggggggvvvvvvvvmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmfffffewwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwfoaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaàiwoooooooodkmckmvknaklnvla;

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG SỨC KHỎE

Tiểu luận môn học : Hóa lý 2

Đề tài: Điện phân muối ăn và quá trình sản xuất các hợp chất

cơ bản

GV: Nguyễn Hải Đăng

Nhóm SV: nhóm Niên khóa :2019-2023

Đồng Nai Tháng 10 Năm 2020

Danh sách sinh viên

Mục lục

I.SƠ LƯỢC VỀ MUỐI & MUỐI ĂN 4

1) Muối 4

2) Muối ăn 4

II QUY TRÌNH ĐIỆN PHÂN MUỐI ĂN 7

1 Sự điện phân 7

2 Điện phân muối ăn( điện phân dung dịch NaCl) 7

III QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐIỆN PHÂN TRONG NHÀ MÁY 9 1 Chuẩn bị điện phân 9

2 Thực hiện điện phân 14

3 Thu sản phẩm sau điện phân 14

4 Xử lý các chất sau điện phân & một số yêu cầu của nhà máy điện phân 15

IV VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA CÁC SẢN PHẨM TẠO THÀNH TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN 16

1 Vai trò của các sản phẩm trực tiếp 16

2 Các sản phẩm gián tiếp 20

V KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

I.SƠ LƯỢC VỀ MUỐI & MUỐI ĂN

1) Muối

- Muối là hợp chất hóa học tạo nên từ một (hay nhiều) nguyên tử kim loại ( hoặc

NH4+) kết hợp với một (hay nhiều) gốc axit

Vd: NaCl, K2SO4, BaCl2,

2) Muối ăn

- Thuât ngữ muối đã có từ hàng ngàn năm trước dùng để chỉ chất rắn tinh thể có vị mặn đặc trưng lấy từ nước biển Tuy nhiên không phải tất cả các muối đều là muối

ăn, có một số muối rất độc như Pb(NO3)2 ; PbCl2

- Muối ăn hằng ngày được khai thác từ nước biển bằng phương pháp bay hơi nước hoặc lấy trực tiếp từ các mỏ muối có sẵn trong lòng đất

(Hình I.1- Nghề làm Muối)

- Muối ăn được biết đến với vị mặn đặc trưng, là gia vị cho nhiều món ăn và khả năng bảo quản thực phẩm Muối còn được biết đến như một thảo dược chữa bệnh.

(Hình I.1- Muối ăn và lịch sử của muối ăn)

- Muối ăn hằng ngày là muối ăn có vị mặn đặc trưng với thành phần chính là NaCl.Muối ăn lí tưởng bổ sung thêm iot dưới dạng NaI, KI,

- Tuy nhiên, ăn quá ít hoặc quá nhiều muối cũng có thể gây ra nhiều bệnh lí như sỏi thận, rối loạn điện giải cũng như các vấn đề về thần kinh

- Không dừng lại ở làm gia vị và sát khuẩn trong đời sống hằng ngày mà muối NaCl còn có một vai trò hết sức quan trọng trong công nghiệp mà bạn có biết ?

II. QUY TRÌNH ĐIỆN PHÂN MUỐI ĂN.

1 Sự điện phân.

- Theo Wikipedia: Điện phân là quá trình sử dụng tác dụng của dòng điện để thúc đẩy một số phản ứng hóa học mà khi không có dòng điện chúng không thể tự xảy ra

- Theo dongachemistry.com: Điện phân là quá trình hoạt động ngược với pin điện hóa

- Bản chất: Trong dd, NaCl phân li hoàn toàn ra ion là Na+ & Cl- Dưới tác dụngcủa dòng điện làm cho mật độ e trên Anot giảm khiến cho Anot hút các ion âm

và ngược lại mật độ e trên Catot tăng làm cho Catot hút ion dương tạo nên dòng

di chuyển các ion:

+ Catot (-): Ion Na+ không điện phân nên ở lại trong dd Tại đây chỉ xảy ra phản ứng:

2H2O + 2e = H2↑ + 2OH- .Do đó, tại catot có khí H2 bay lên

+ Anot (+): Ion Cl- bị oxi hóa thành khí Cl2 bay lên

2H2O = 4H++ 4e + O2 Do đó, tại Anot có khí Cl2 bay lên

2Cl- + 2e = Cl2

+ Trong bình điện phân: Ion Na+ chưa điện phân kết hợp với ion OH- vừa tạothành tạo thành dd NaOH làm cho dd trong bình kiềm hóa

Na+ + OH- = NaOH

+ Dd trong bình sau điện phân đem thử với giấy quỳ sẽ thấy giấy quỳ

chuyển xanh (bazơ) Đó là NaOH.

(Hình II.1- Sơ đồ bình điện phân NaCl )

b) Quy trình thực hiện

- Chuẩn bị dung dịch nước muối NaCl pha từ muối ăn & nước sạch

- Chuẩn bị bình điện phân có hai điện cực làm từ kim loại trơ để tránh hiện tượng dương cực tan, chuẩn bị màng ngăn xốp làm từ polymer có khả năng ngăn cản ion

- Chuẩn bị hệ thống thu khí hidro và clo sinh ra

- Chuẩn bị nguồn điện một chiều từ acquy hoặc bộ đổi điện…

- Cho nước muối vào bình điện phân, lắp đặt các thiết bị và thực hiện cấp nguồn điện để thực hiện điện phân.

- Sau phản ứng, thử các sản phẩm để chứng minh tính chất

- Thu dọn và vệ sinh thiết bị, dụng cụ

III QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐIỆN PHÂN TRONG NHÀ MÁY.

1 Chuẩn bị điện phân.

1.1 Chuẩn bị nước muối

(Hình II.1.1- Sơ đồ quy trình lọc xử lí muối trước điện phân)

(Hình I.1.2- Sơ đồ sản xuất nước muối đưa vào điện phân)

- Nước muối đi qua bể lọc than Anthracit giữ lại các chất lỏng không tan trongnước

- Chuyển đến bể khử clo, tại đây cấp axit HCl 32% vào để trung hòa nước muối, và cấp Na2SO3 vào để khử Cl2 tự do

Na2SO3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + 2HCl

- Chuyển qua thiết bị gia nhiệt, gia nhiệt nước muối lên 60 ÷ 65oC Mục đích của việc trung hòa và gia nhiệt này nhằm tăng hiệu suất làm việc của nhựa trao đổi ion

- Chuyển toàn bố đến bình điện phân để lưu trữ chờ quá trình điện phân

1.2 Chuẩn bị bể điện phân

- Mục đích: Tạo ra bể chưá tiêu chuẩn là nơi chưa dung dịch muối khi thực hiện phản ứng điện phân, cũng là nơi đặt các điện cực

- Quá trình: bình điện phân là một khối lớn có thể tích tùy thuộc vào công suất nhà máy Bể gồm có nhiều ngăn được nối với nhau bằng các tấm lưỡng cực.Trên thân bể có một lỗ ở góc thấp hơn là lỗ nhập, (nước muối bão hòa, NaOH) một lỗ ở góc cao hơn là lỗ ra của dung dịch (nước muối nghèo, NaOH) 4 lỗ trên đường nằm ngang phía trên là 4 lỗ khí ra Tất cả đều phải đảm bảo kín nước/khí, không rò rỉ

1.3 Chuẩn bị các điện cực:

- Mục đích: Đảm bảo các điện cực làm ra từ chất liệu kim loại trơ với dung dịch để cho hiện tượng hòa tan các cực là nhỏ nhất, đảm bảo tính dẫn điện từnguồn vào cực và từ các ngăn của bể với nhau

- Quá trình: Ghép các tấm kim loại vào với nhau, đảm bảo chắc chắn, tiếp xúctốt

1.4 Chuẩn bị màng ngăn:

- Mục đích: màng ngăn có vai trò quan trọng ngăn cách catot với anot để ngănkhông cho khí clo sinh ra ở anot tiếp xúc vs OH- làm giảm hiệu suất quá trình

- Quá trình: Kiểm tra chiều dày màng ngăn và lắp đặt màng ngăn vào đúng vị trí Kiểm tra lại thêm lần nữa trước khi cho phép vận hành

1.6 Chuẩn bị hệ thống thu sản phẩm

- Mục đích: Bề điện phân trong công nhiệp có quy mô lớn nên khi thực hiện lượng sản phẩm sinh ra ào ạt, hệ thống thu gom, lưu trữ sản phẩm có vai trò

quan trong trong đảm bảo hiệu suất quá trình cũng như đảm bảo an toàn cho nhà máy và cho môi trường

1.6.1 Thu Clo: Bao gồm một tháp có ống dẫn thu khí clo, tách các khí tạp chất

và dẫn vào bình chứa

1.6.2 Thu Hidro: Chức năng: làm nguội, làm khô khí H2 trước khi đưa vào két chứa để đem đi điều dụng

Cấu tạo: là tháp đệm có vật liệu đệm bằng sứ

Hoạt động: khí H2 mang theo hơi nước, xút, đi từ dưới lên qua các lớp sứ, nước thuỷ cục đi từ trên xuống sẽ ngưng tụ phần hơi Khí H2 ra khỏi tháp sẽ được đưa về két chứa

2 Thực hiện điện phân.

Các bước thực hiện:

- Sau khi hoàn tất kiểm tra các yếu tố nêu trên, tiến hành cấp nước muối tinh chế vào bể điện phân

- Kiểm tra độ pH của dd, nồng độ muối, nguồn điện và tiến hành điện phân

3 Thu sản phẩm sau điện phân.

3.1 Thu Clo: Clo thu đuọc sau qua trình điện phân sẽ được hóa lỏng và vận chuyển đến nơi sử dụng

Quy trình hóa lỏng clo: Clo sau sau khi thu được sẽ lẫn tạp chất và bị ẩm, dẫn khí qua bình chứa hạ nhiệt độ và tăng áp suất để hóa lỏng Do các tạp chất có nhiệt độ hóa lỏng khác nhau nên ở từng giai đoạn hóa lỏng, ta lần lượt tách được các tạp chất ra ngoài Sau đó, Clo được dẫn qua H2SO4 đặc để hấp thu hơi nước tạo ra Clo khô và cuối cùng là dẫn vào bể chứa

3.2 Thu Hidro: Hidro trong quá trình điện phân theo đường ống dẫn khí ra ngoài sẽ đi qua nước thủy cục, làm lạnh để hạ nhiệt độ và tách tạp chất sau

đó đưa về két chứa

3.3 Thu NaOH: dung dịch còn lại trong bể điện phân gồm NaOH, NaClO, Nướcmuối nghèo… trong đó nước muối nghèo là một trong những chất cần tách riêng và xử lí

NaOH sẽ được rút ra ngoài qua van ở đáy bể, dung dịch thu được có nồng độ từ32-35%

4 Xử lý các chất sau điện phân & một số yêu cầu của nhà máy điện phân.

4.1 Xử lý một số chất sau điện phân

- Xử lý NaClO: NaClO là một phụ phẩm trong quá trình sản xuất ra NaOH,

nó tạo ra do một phần khí clo tác dụng với dung dịch NaOH làm giảm nồng

độ của dung dịch NaOH tạo thành Sau khi được tách ra khỏi hỗn hợp, NaClO được làm lạnh, pha trộn thêm phụ gia, căn chỉnh lại nồng độ và trở thành nước Javen- một chất tẩy rửa mạnh thường dùng làm thuốc tẩy, chất diệt khuẩn đa dụng

- Xử lý nước muối nghèo: Nước muối nghèo sau điện phân là dung dịch có nồng độ muối từ 200/210g/l chứa ClO- ClO3- và Cl2 hòa tan được xử lí để đưa về trở lại là nước muối sơ cấp để thực hiện điện phân lại

(Hình III.4.1- Quy trình xử lí nước muối nghèo)

4.2 Yêu cầu của nhà máy.

- Yêu cầu về nguồn điện: Phải là nguồn điện một chiều có áp từ 22kV-24kV,

có dòng điện ổn định duy trì thời gian dài Nhà máy cần có hệ thống máy phát điện dự phòng khi hệ thống điện lưới gặp sự cố

- Yêu cầu về các điện cực: Thường làm bằng titan hoặc niken, gồm nhiều lớp ghép với nhau, dảm bảo cách ly và tiếp xúc tốt

- Yêu cầu về màng ngăn: Màng ngăn cách giữa hai điện cực phải được làm từ loại polymer có độ bền rất cao, chịu được axit, bazơ, muối, khả năng chống

ăn mòn cao

- Yêu cầu về vị trí của nhà máy: Nguồn nguyên liệu nhà máy sử dụng là nước muối nên vị trí nhà máy thường gần biển, dễ dàng thu mua hoặc nhập khẩu muối, ngoài ra phải thuận lợi liên kết với lưới điện quốc gia

- Một số yêu cầu khác: khí nén nhằm lưu trữ và bảo v ệ các chất khí, về nguồnnước ngọt, về nhân lực, về hệ thống xử lí chất thải bảo vệ môi trường…

IV VAI TRÒ QUAN TRỌNG CỦA CÁC SẢN PHẨM TẠO

THÀNH TỪ QUÁ TRÌNH ĐIỆN PHÂN.

1 Vai trò của các sản phẩm trực tiếp.

1.1 Clo (Cl2): Clo với khả năng tẩy màu, diệt khuẩn, sát trùng, thêm vào

nước để khử trùng nguồn nước sinh hoạt Tham gia vào quá trình lưu hóa cao su, sản xuất nhựa PVC…Từ clo có thể sản xuất ra nhiều sản phẩm phụ cũng có vai trò hết sức quan trọng như clorua vôi, javen, axit clohdric…

(Hình IV.1.1-Ứng dụng của Clo trong đời sống-sinh hoạt)

1.2 Hidro (H2): Hidro tạo thành từ quá trình điện phân nói chung không nhiều và thường được sử dụng làm chất đốt tại chỗ hoặc tinh chế và kết hợp với clo sản xuất axit HCl

1.3 NaOH (xút): Hằng năm thế giới tiêu thụ hàng trăm ngàn tấn NaOH Có đến 70% sản lượng được sàn xuất từ quá trình điện phân muối ăn đủ cho thấy vai trò quan trọng của NaOH Có thể kế đến một vào nơi có mặt của NaOH như nhà máy giấy, nhà máy sản xuất xà phòng, nấu nhôm, cao su…

(Hình IV.1.2- Ứng dụng của NaOH) ->Tình hình sản xuất và tiêu thụ NaOH tại Việt Nam & thế giới:

- Việt Nam: + Nhà máy hóa chất Đông Á công suất sản xuất Xút: 15.000 tấn/năm

+ Nhà máy hóa chất công ty giấy Bãi Bằng công suất sản xuất Xút:10.000 tấn/năm

+ Nhà máy hóa chất Việt Trì công xuất sản xuất Xút: 40.000 tấn/năm

+Nhà máy hóa chất Biên Hòa công xuất sản xuất Xút: 40.000tấn/năm

+ Nhà máy hóa chất của công ty Vedan công xuất sản xuất Xút:80.000 tấn/năm

- Thế Giới:

(Hình IV.1.3- Tình Hình sản xuất NaOH trên thế giới)

1.4 NaClO: là một sản phẩm không mong muốn xuất hiện sau quá trình điện phân, nó làm giảm nồng độ NaOH, giảm hiệu suất quá trình av2 tăng nhiệt

độ bể điện phân Tuy nhiên, nhờ khả năng tẩy rửa do tính oxi hóa mạnh của oxi đơn phân tử mà NaClO sau khi kiểm soát nồng độ được sử dụng làm chất tẩy rửa rộng rãi với giá thành rẻ mang lại hiệu quả cao

(Hình IV.1.4- Nước Javel)

2 Các sản phẩm gián tiếp.

2.1 Từ Clo & Hidro: Kết hợp để sản xuất axit clohidric => Axit clohidric sử dụng làm chất xúc tác rất quan trong quá trình tổng hợp hữu cơ

- Clorua vôi: sản xuất từ Clo và vôi tôi có khả năng diệt khẩn,làm sạch cao

- CH2=CH-Cl (Vinyl clorua): Monome của quá trình sản xuất PVC- chất dẻo đa dụng

-Hidro thường được dùng như chất đốt, song nó còn có thể sản xuất NH3, Nạp vào khinh khí cầu, hàn cắt kim loại…

2.2 Từ NaOH

- NaHCO3: Làm thuốc chữa bệnh trào ngược dạ dày, giải độc, sản xuất nước súc miệng, làm chất tẩy rửa siêu sạch…

(Hình IV.2.1- Bột baking Soda)

- Na2CO3: Sản xuất chất tẩy rửa, làm sạch bề mặt kim loại, xử lý nước

- Na2SiO3: Chất rắn quan trọng trong công nghiệp thủy tinh… Từ silicat sản xuất được silicagen- axit silixic có khả năng hút ẩm cao và trơ về mặt hóa học thường được dùng làm gói hút ẩm trong công nghệ bảo quản thực phẩm

(Hình IV.2.1- Sản xuất Natrisilicat trong công nghiệp)

- Na2S2O3: Chất rắn có khả năng tẩy mùi của nước Javen, xử lý ảnh, với tính chất của một dd siêu lạnh.

- Na3AlF6: Criolit chất rắn được trộn kèm vơi boxit nhôm giúp hạ nhiệt độ quátrình sản xuất nhôm, tiết kiệm chi phí…

V KẾT LUẬN.

- Ngày nay, trong bất kì lĩnh vực nào của đời sống đều có sự hiện diện của các chấthóa học, do đó nghành công nghiệp hóa chất đóng một vai trò hết sức quan trong sản xuất không chỉ những hóa chất chuyên dụng phục vụ cho các nghành công nghiệp công nghệ cao mà các sản phẩm gia dụng trong gia đình như xà phòng, nước tẩy rửa, nước lau sàn… Nhà máy điện phân muối ăn sản xuất các sản phẩm

cơ bản là một trong những nhà máy như thế

- Bản thân muối ăn NaCl đã có nhiều ứng dụng trong đời sống và trong côngnghiệp Song, các sản phẩm thu được từ quá trình điện phân còn có nhiều ứng dụngquan trọng hơn nữa Do vậy, việc phát hiện và đưa vào công nghiệp hóa quá trìnhđiện phân muối ăn là một bước tiến đột phá góp phần vào phục vụ cho đời sốngcủa con người

Sản phẩm tạo ra từ quá trình điện phân NaCl mang lại nhiều lợi ích cho côngnghiệp và phục vụ cuộc sống con người Đây sẽ là một công nghệ sẽ còn phát triểnbền vững trong tương lai khi mà nhu cầu cầu của nhân loại ngày càng cao

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

Natriclorua- từ điển khoa học việt nam

Salt(sodium clorit)- english inf

Dongachemistry- hóa học trực tuyến

Youtube- Sự điện phân

Labchem.vn salf and salf…

F.ACerady chemistry…

…

-The