MỘT SỐ KHẢ NĂNG CÓ TÍNH NGUYÊN TẮC CỦA
9.4. CÁC PHẢN ỨNG TRONG PHA RẮN
9.4.1. Các phản ứng khí - rắn và phản ứng giữa các chất rắn với nhau
Đối với những phản ứng giữa các chất rắn với nhau, khi người ta muốn thực hiện những quỏ trỡnh kỹ thuật như sản xuất ximọng từ đỏ vụi, aluminosilicat và oxit sắt, người ta thường gặp rất nhiều khó khăn trong việc điều hành nhiệt của lò phản ứng. Quá trình sấy nóng gián tiếp thông qua những bức tường dẫn nhiệt tỏ ra rất kém hiệu quả vì khả năng dẫn nhiệt kém của các lớp chất rắn và sự truyền nhiệt cũng kém từ những bức
tường rắn tới các lớp chất rắn. Do vậy người ta phải dẫn trực tiếp khí nóng (khí đốt) vào
lò phản ứng hay người ta phải trộn các chất rắn tham gia phản ứng với cốc, than hay dau căn và tạo nhiệt của hỗn hợp phản ứng qua điều hoà không khí. Vì những lý do đó phản
Hóa kỹ thuật 195
lớn các phản ứng giữa các chất rắn luôn đi kèm sự tham gia của không khí và do đó những kỹ thuật của chúng tương tự với phản ứng khí - rắn
Khí ra
Khí vào. Khí vào. ‡
let \ Kes,
4) b) Gg '
Khira
` Khí ra
Ấ— Khí vào 4) lv
Hình 9.23. Những khả nâng mang tính nguyên tác của quá trình sản xuất liên tục các phản ứng khí
ran trong các tiêu chuẩn kỹ thuật:
3) lò cao; b) lò tầng; c) lò tầng si: đ) lò ống quay Lò cao (hình 9.23a)
Lò cao có thể sử dụng cho cả quá trình sản xuất liên tục lẫn gián đoạn. Ví dụ sản xuất gián đoạn cacbondisunfua từ than củi và hơi lưu huỳnh ở nhiệt độ 800 đến 9000C:
C+§,—>CS, AH=-3kcal
hay quá trình luyện thép trong lò cao là một quá trình sản xuất liên tục ở nhiệt do 1300
đến 1600:
Fe,O; + 3C —› 2 Fe+3CO AH=+117kcal
196... Chương 9. Một số khả năng có tính nguyên tác
kỹ thuật tiến hành phản ứng hoặc là sự nung vôi:
CaCO, > CaO + CO, AH = +39 kcal ở 900 đến 1000°C. Quá trình khử s
cung nhiệt. Người ta trộn nguyên liệu (sắt oxit cũng như đá vôi) cùng với than cốc rồi thổi không khí từ bên dưới, các phản ứng thu nhiệt đi kèm với quá trình phát nhiệt của
sự cháy cốc:
oxit vi nung vôi được tiến hành theo nguyễn tác tư
2C+0,32CO A/=-52keal
C+O,—> CO, AH = -94 kcal
Để tiết kiệm năng lượng, người ta đốt nóng sơ bộ không khí trước nhờ trao đổi nhiệt với khí thải nóng. Trên nguyên tắc người ta có thể tận dụng nhiệt của phản ứng qua khí đốt nóng, sự đốt cháy than hay khí. Từ lâu người ta đã tìm cách tận dụng quá trình
nung vôi trong lò cao theo hướng này vì có thể thay thế than cốc rất đắt bằng những bụi than, khí tự nhiên hay dầu nóng. Từ nửa đầu thế kỷ, ở bán đảo Scandinavia người ta đã nung nóng những lò cao bằng năng lượng điện vì ở đó diện nàng tương đối rẻ do nhiều nguồn thuỷ điện. Ngày nay người ta cũng sử dụng lò cao đốt nóng bảng điện trong quá trình điều chế photpho từ canxi photphat:
Ca, (PO,); + 5C + 3SiO; — 3CaSiO, + P; + 5CO AH = + 344 kcal Ngoài ra lò khuấy còn được dùng cho quá trình khí hoá than cốc:
2C+O,~>2CO AH =~52 kcal
C+H,O — CO +H, AH = +31 kcal
Lò tầng (hình 9.23b). Loại lò này hay được sử dụng cho quá trình oxy hoá quảng pyrit:
2FeS, + 5,5 O, — Fe,O, + 4 SO,
ở nhiệt độ 650 dén 850°C. Những phản ứng này thuộc loại thu nhiệt và khí thải sẽ được sử dụng vào sản xuất axit sunfuric.
Lò tầng sôi (hình 9.23c). Quá trình oxy hoá ôxit sắt ở trên có thể tiến hành với công suất lớn bằng kỹ thuật lò tầng sôi. Người ta cũng có thể dùng lò này cho quá trình
nung vôi và nó có thể làm việc trong khoảng 1000°C mà không gặp bất cứ khó khăn gì.
Lò ống quay (hình 9.234). Loại lò này thích hợp cho những phản ứng diễn ra rất
nhanh dưới áp suất cao. Ví dụ công nghệ Solvay để sản xuất soda:
2 NaHCO, — Na,CO, + H,O + CO,
ở nhiệt độ 170 đến 200°C.
Một quy trình sản xuất quan trọng của Đức trong sản xuất ximăng trước kia là
công nghệ thạch cao-axit sunfuric:
Hóa kỹ thuật 197 CaSO, + C + SiO, + CaSiO, + CO + SO, AH = +73 kcal
SO, trong khí thải được dùng để sản xuất axit sunfuric còn chất rắn được sử dụng trong công nghệ sản xuất ximang.
Bang 9.5. Những phản ứng quan trong giữa khí rắn và giữa các chat rắn với nhau
trong hoá kỹ thuật
=
| Loại phản ứng Khoảng nhiệt đỏ ,°C
_ Nung NaHCO, - 170 - 200
_ Chuyển hoá metylclorua và siic thành dimetyl-diclo-sitan 300 - 350
Khử lưu huỳnh than nâu 500 - 700
Nung quang pyri a 650 - 850,
Chuyển hoá lưu huỳnh và cacbon thành sunfua cacbon 800 - 900
Cốc hoá than đá 800 - 1100
Khí hoá cốc 800 - 1100
Nung voi 7 900 - 1000
San xuat ximang 1100 - 1400
Điều chế SO. tir anhydrit (cong nghệ thạch cao-axit sunfuric) 1100 - 1400
| Azo hoa cacbua canxi i 1100 - 1300
(____ Điều chế photpho từ canxi phophat 7 " 1200 - 1400
Khử quậng sắt thành sit 1300 - 1600
9.4.2. Các phản ứng lỏng - rắn Bình khuấy
Bình khuấy được sử dụng cho cả quá trình liên tục lẫn gián đoạn, đặc biệt với những chất rắn nghiền nhỏ và tỷ lệ lỏng-rắn lớn, độ nhớt hỗn hợp nhỏ,
Người ta tiến hành chuyển hoá hợp kim chì - natri vdi etylclorua thành tetraetyl chì qua phản ứng:
4 PbNa + 4EICI —> 3 Pb + 4NaCl + PbEt,
Phản ứng được tiến hành gián đoạn ở nhiệt độ 70 dén 80°C va dp suất 5 đến 6 atm. Cũng tương tự như thế với phản ứng của oxit nhôm với dung dịch kiểm 30 + 35 %:
Al,O, + 2 NaOH + 3 H,O —> 2 Na [Al(OH),}
198 Chương 9. Một số khả năng có tính nguyên tắc của kỹ thuật tiến hành phản ứng.
ở nhiệt độ 150 đến 180C và áp suất 6 đến 8 atm trong bình khuấy, tại đó cả công nghệ
liên tục lẫn gián đoạn đều được áp dụng. Người ta đưa vào apatit nghiền mịn với axit sunfuric (điều chế axit photphoric);
Ca„(PO,)„ F; +10H;SO, > 6H,PO, + 2HE + 10CaSO,
tại nhiệt độ 100 đến 120C với việc sử dụng một dãy những bình khuấy mắc nối tiếp
Lò trộn
Người ta dùng nó khi tỷ lệ lỏng - khí thấp, độ nhớt của hỗn hợp vì thế rất cao.
Trong trường hợp này phải tính đến sự truyền nhiệt rất kém giữa khối các chất tham gia
phản ứng và lớp tường truyền nhiệt. Lò trộn thường được dùng cho quá trình chuyển hoá
apatit với axit sunfuric thành supephotphat:
Ca,,(PO,), F, + 7H,SO, — 3Ca(H,PO,), + 7CaSO, + 2HF
tại nhiệt độ 100 dén 160°C va quá trình chuyển hoá apatit với axit photphoric thành supephotphat kép:
Ca(PO,), F; + 14H,SO, —ằ 10Ca(H,PO,); + 2HE
trong cùng một khoảng nhiệt độ.
CáC;
Nước
1 Ca(OH);
Hình 9.24. Quá trình sản xuát axetylen.