Bài giảng Sản xuất axit sunfuric

 sản xuất axit sunfuricNhóm thực hiện: Đoàn Thị Thu Hiền Nguyễn Thị Hà 	 Lê Anh Quân20/01/20051Nội dung bài họcI. Vai trò của axit Sun furicII. Nguyên liệu sx axit SunfuricIII. Các giai đoạn sx axit Sunfuric 1. Điều chế SO2 2. Ôxi hóa SO2 thành SO3 3. Tạo ra axit Sunfuric từ SO320/01/20052I. vai trò của axit sunfuric. Axit H2SO4 được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tế quốc dân và cũng là một sản phẩm chủ yếu và quan trong nhất của công nghiệp hoá học. Do vậy sản xuất axit H2SO4 trên thế giới ngày càng tăng. Hàng năm Thế Giới sản xuất khoảng 160 triệu tấn axit sunfuric. Axit sunfuric là hoá chất hàng đầu trong nhiều nghành sản xuất . 20/01/20053II. nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric .1. Quặng pirit. Thành phần chủ yếu của quặng pirit là FeS2. Pirit sắt nguyên chất chứa 53,44% S và 46,56% Fe, có màu vàng xám. Trong thực tế do có chứa nhiều tạp chất nên hàm lượng thực tế của lưu huỳnh trong quặng chỉ vào khoảng 50%.2. Các nguồn nguyên liệu khác : Lưu huỳnh, thạch cao 20/01/20054III. Các giai đoạn sx axít sunfuric.Điều chế SO2. Khi đốt pirit trong các lò dùng để chế tạo khí SO2 có các phản ứng hoá học sau : Pirit bị phân huỷ : 2FeS2 = 2FeS + S2 - 103,9kj Hơi lưu huỳnh cháy tạo SO2 : S2 + 2O2 = 2SO2 + 724,8kj 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. 20/01/20055* 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. 20/01/2005620/01/20057Lò 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. 20/01/2005820/01/20059 - 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. 20/01/20051020/01/200511 *. 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 về các cực, được giữ lại và tách ra khỏi dòng khí. 20/01/20051220/01/200513 - 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” H2SO4: 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 tưới vào các tháp từ trên xuống còn các khí từ dưới đi lên qua tháp. 20/01/20051420/01/200515 2. ôxi hoá So2 thành so3 bằng xúc tác rắn( v2o5). cơ sởhoá lí của quá trình. Phản ứng ôxi hoá SO2 trên xúc tác rắn V2O5 là một quá trình toả nhiệt, thuận nghịch: 2SO2 + O2 2SO3 + Q Cân bằng phản ứng chuyển dịch về phía tạo thành SO3 khi tăng áp suất và giảm nhiệt độ: 20/01/200516 +. 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 và các khí trơ khác, phản ứng tiến hành ở 4500C và áp suất khí quyển.. + Đây cũng là loại máy được sử dụng ở nhà máy hoá chất Lâm Thao. Ghi chú:20/01/20051720/01/2005183. hấp thụ SO3. Phản ứng của SO3 với nước để tạo ra axít sunfuric: SO3 + H2O = H2SO4 + Q+ là phản ứng toả rất nhiều nhiệt. Khi hoà tan SO3 vào H2SO4 người ta sẽ thu được một dung dịch gọi là ôlêum.+ Thành phần của ôlêum được đặc trưng bằng phần trăm trọng lượng SO3 tự do trong H2SO4. 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. 20/01/200519 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. 20/01/20052020/01/20052120/01/200522Dây truyền sản xuất axit H2so420/01/200523VII. Bài tập về nhà. 1.Trình bày các kỹ thuật để góp phần nâng cao năng suất đã được sử dụng trong mỗi giai đoạn của quá trình sản xuất axit sunfuric. 2. Viết các phương trình phản ứng thực hiện dãy biến hoá sau với đầy đủ các điều kiện kèm theo: FeS2 SO2 SO3 H2 SO4 3. Các bài tập sách giáo khoa. 20/01/200524