Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 2: Sản xuất Axit Sunfuric

Chia sẻ: Phuc Nguyen | Ngày: | Loại File: PPTX | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Sản xuất Axit Sunfuric, nguyên liệu sản xuất Axit Sunfuric, chế tạo hỗn hợp khí,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hóa công nghệ - Chương 2: Sản xuất Axit Sunfuric

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÓA CÔNG NGHỆ TH.S NGÔ XUÂN LƯƠNG
PHẦN GIỚI THIỆU: HOÁ CÔNG NGHỆ BAO GỒM: + Hoá công nghệ I: 45t (Hoá công nghệ và môi ttrường) + Hoá công nghệ II: 45t (Hoá nông nghiệp) Tài liệu tham khảo 1, Trần Thị Bích. Phùng Tiến Đạt. Hoá học công nghệ và môi ttrường. NXB giáo dục 1999. 2, Phùng Tiến Đạt. Trần Thị Bích Kỹ thuật hoá học. NXb giáo dục 1996. 3, Trần Thị Bích, Phùng Tiến Đạt. Hoá kỹ thuật đại cương T1. Nhà xuất bản giáo dục.
PHẦN I: HÓA CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG
CHƯƠNG II. SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC (4T)
I. VAI TRÒ CỦA AXIT H2S04. + H2S04 đã biết từ lâu, vào TK X nhà giả kim thuật Gobe điều chế H2S04 trong PTN từ Fs2(S04) giữa thế kỷ XVIII người ta đ/c = PP nitroza hoá đốt lưu huỳnh vớ mối nitơ rát -> h2 khí S02, N03, 02 S + NaN03 -> N02S + N02 + 02 + S02 hấp thụ khí = H20 -> H2S04- S02 + 02 + h20 N02 H2S04 Nồng độ H2S04 thu được 67% -> 75% phù hợp SX phân bón (còn nhiều tạp chất) Ngày nay dùng PP tiếp xúc. S02 + 02 S03 + H2S04 nồng độ đ H2S04 thu được V205 là 98% cao hơn và sạch hơn PP nitroza hoá và thu được cả oleum xS03yH20.
+ Là hoá chất quan trọng nhất của CNHH, ứng dụng rộng rãi nhất trong nền KTQD vì thế SX H2S04 ngày càng gia tăng H2S04 - SX phân bón: sufe phốt phat đơn. G(H2P04)2CaS04 amoni phốt phát (NH4)S04 - Chế các nhiên liệu lỏng để làm sạch xăng dầu, faraffis, Hidrocac bon. - Dùng trong tổng hợp hữu cơ: xúc tác - (CnH2n + H20 este hoá) phẩm nhuộn - Dùng trong ngành luyện kim mạ điện Nhà máy supehốt phát Lâm Thao H2S04 SX theo PPTX: XT V205 II. Nguyên liệu sản xuất H2S04 1. Nguyên liệu phong phú: - Lưu huỳnh - Hợp chất của S: Sun phua, kim loại, sunphát, quặng Firitsắt.
- Các phế thải chứa S và hợp chất của nó (VD: luyện kim màu phế thải chứa S02). 1. Lưu huỳnh Trong tự nhiên có nhiều mỏ lưu huỳnh nó là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất H2S04 vì dây chuyền SX đơn giản hơn đi từ nguyên liệu khác (T0 đốt cháy thấp, tinh chế S02 đơn giản). Các nước có nhiều S: Mỹ, LX, Ba Lan, Canađa (Việt Nam chứa ít S) trước 1835 S là nguyên liệu để sản xuất H2S04. 2. Quặng Firit Thành phần chính FeS2: Firít sắt nguyên chất chứa 53,44%S, 46,56% Fe có màu vàng xám. Thành phần phụ: - Các kim loại màu Co, Ni, Cu... - Các hợp chất của Cu, Ni, AS, Si, Selen.
- Các oxit Al, Au, Ag, CaC03, Supat-> hàm lượng S trong Firit sắt = 50% ở nước ta quặng Firis sắt chứa nhiều tạp chất -> % S= 15% nên không sử dụng trực tiếp mà phải nhập khẩu (CT sufe phốt phát Lâm Thao) Muốn sử dụng quặng nghèo để SX thì phải làm giàu quặng (loại bớt tạp chất ) 3. Thạch cao: CaC04.2H20 - Thành phần chính: CaS04.2H20 hoặc CaS04 khan nung thạch cao: CsS04 -> Ca0 + S02 + 02-> SP là Ca0, S02 -> dùng thạch cao vừa SX xi măng vừa SX H2S04, PP này ít sử dụng chỉ phù hợp với H20 chứa ít S, Firit sắt.
4. Các phế thải công nghiệp chứa hợp chất của S. +S04: phế thải lô cao luyện gang, thép, kim loại màu. + H2S phế thải khí lô cốc, khói lô đốt than chứa nhiều S + dd thải của kỷ nghệ gia công KL chứa H2S04 (pp thu hồi) III. CHẾ TẠO HỖN HỢP KHÍ S02. 1. Nguyên tắc: + ở nước có nhiều S: Phun S ở trạng thái lỏng vào lò đốt, S1 + 02 -> H < 0 phản ứng toả nhiệt, T0 12000C phản ứng nhanh, hoàn toàn + Đi từ Firit sắt (quặng thường dùng) Đốt FeS2 trong lò đốt (trong KK) 6000C: 2FeS2 -> 2Fe + S2 (hơi) H > 0 (thu) t0 > 6000C S2 + 2002 -> 2S02 H < 0 (toả)
Sau khi lưu huỳnh tách ra thì nguyên liệu trở nên xốp, thì FeS2 + 02 8500 FS203 + S02= (3) Kết quả h2 khí gồm: 7 - 9% S02; 10-11% 02 còn lại là N2 và một số tạp chất cần loại bỏ khí tích chế H20, S03, S203, Sr02 HF... và bụi (trong không khí C0S03 do một số sunphat phân huỷ hoặc 1 phần S02 Fe203 S03. - Tp xi: chuyển Fe203, Fe203 dùng cho kỷ nghệ luyện gang hay SX xi măng. + Ngoài ra, đốt H2S trong không khí H2S + 02 -> H20 + S02 H < 0
2. Các điều kiện ảnh hưởng tới quá trình đốt quặng nhiệt độ. - Vì FeS2 là nguyên liệu vắn -> T0 càng cao QT cháy càng nhanh, vì QT toả nhiệt -> chỉ cung cấp nhiệt cho phản ứng lúc đầu sau đó tự xảy ra phản ứng càng mạnh liệt nhiệt toả ra càng nhiều (> 8500) ở T0 quá cao nguyên liệu nóng chảy kết khối -> V thấm -> tắc lò, ngừng SX vậy không thể tăng T0 1 cách tuỳ ý mà thực tế SX t0 = 600 - 8500C. - Khi nhiệt độ tăng tốc độ QT phân huỷ FeS2 tăng mạnh hơn QT đốt Fé2 -> QT đốt Fe xảy ra chậm nhất -> nó QĐ tốc độ toàn bộ QT đốt FeS2. - T0 của lò đốt còn phụ thuộc vào cấu tạo lò đốt. Diện tích tiếp xáuc của nguyên liệu và 02 (KK) Diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và 02 (KK)
- QT đốt là QT xảy ra trong hệ dị thể vắn - khí - tốc đọ quá trình phụ thuộc vào diện tích tiếp xáuc F. F càng lớn - V càng lớn (vì phản ứng xảy ra trên bề mặt quặng) vì vậy - Nghiền quặng tới 1 kích thước phù hợp cho từng loại lò đốt < 8mm. (lò bơi chèo 6-8mm, tân sôi 2-5mm..) nhưng kích thước không quá nhỏ vì dễ kết khôi ở độ ca0, khí đi ra khỏi lò chứa nhiều bụi khó tinh chế. - Tăng cường khuấy trộn để làm vở lốp oxit bao quanh bề mặt quặng Tốc độ thổi oxi vào lò. - Tốc độ QT phụ thuộc vào C02 -> tốc độ thổi 02 càng lớn -> C02 càng lớn - QT đốt cháy càng nhanh -> toả nhiều nhiệt -T0 trong lò vượt quá nhiệt độ cho phép không có lợi
- Tốc độ thổi càng lớn - sẽ mang theo nhiều N2 và 02 dư -> giảm hàm lượng S02 (< 700C%), đồng thời giảm T0 của lò do tiêu tốn vào việc đốt nóng không khí. - Thực tế SX khống chế 02 vào lò để cho hh khí có 71, S02 11% 02 (lượng 02 dư đủ để dùng oxi hoá S02, C03) ngoài ra tốc độ cháy, Firít sắt còn phụ thuộc vào tích thể của nó và các tạp chất trong quặng. 3. Lò đốt. - Trong SX H2S04 người ta dùng các lò đốt khác nhau để đốt FeS2 ở kích thước khác nhau và tp thích hợp,
a. Lò "bơi chèo" hay lò nhiều tầng + Cấu tạo: hình trụ cao 8m, đường kính 6m, vỏ bằng thép, phía trong xay bằng gạch chịu lửa, có 7 tầng để đốt quặng, tầng trên cùng để sấy quặng và có cửa dẫn hh khí đi ra, tầng cuối cùng có các cửa cho kk đi vào lò. Các tầng đánh số theo thứ tự từ trên xuống, các tầng giữa có các cửa để sửa chữa và bổ sung kk. Giữa lò có 1 trục quay bằng gang đường kính 0,9m và kéo cho nó chuyển động từng T1 - T7. KHi trục quay nó là 1 máy khuấy, phía dưới tầng T7 có lỗ tháo xỉ ra. + Hoạt động: Quặng từ bể quặng đổ vào tầng sấy các năng vào đảo quặng và cào nó vào gần trục lò rồi rơi xuống các tầng đốt.
Tầng đốt 1: 6500C 2Fé2 -> 2Fé + S2 1 phần S2 + 202 -> 2S02 Tầng đốt 2: 650 - 7500C, S2 + 02 -> S02 (đại bộ phận) 1 phần: FeS + 02 -> Fe203 + S02 Tầng 3, 4: phản ứng chảy mạnh nhất FeS + 02 -> Fe203 + S02 (800 - 8500) T5 - T7: QT cháy dần HH khí lấy ra ở đỉnh lò, kk đi lên tử cửa tầng T7 ngược với chiều c/đ của FeS2 Nhờ quạt hút mà Plô < Pkk -> S02 không hay ra ngoài làm ô nhiễm môi trường. NL: Quặng Firit sắt chứa 50% S. 6 - 8mm
b. Lò tần sôi Trong lò tần sôi quặng luôn luôn c/đ giống hiện tượng sôi của chát lỏng. Để tạo ht "sôi" phía dưới lò đốt quặng có 1 lưới thép, kk thổi từ phía dưới lò qua lưới thép - quặng trên lưới thép luôn c/đ giống như sôi - ở trạng thái lư lửng quặng tiếp xúc tốt với kk, bị đốt cháy nhanh -> S02. Xí có kích thước nhỏ bị thổi lên phía trên, và tháo ra ngoài (d bé) hh khí lấy ra phía trên lò. H cao hơn lò "bơi chèo" t0 phản ứng cao hơn -> cao hơn kích thước quặng 2- 5mm
c. Lò phun: Đốt quặng ở dạng bụi (kt bé) có % S bé không thể đốt trong các lò khác. Cao 10m, đường kính 4m cấu tạo rỗng. Quặng được kk phun vào lò từ dưới đáy lò ở trạng thái đó quặng bị đốt cháy (phản ứng xăng ra toàn bộ lò) từ đích lò bổ sung không khí vào lò xí rơi xuống đáy lò. hh khí S02 = 12% Công suất lớn -> hh khí nhiều bụi, khs tích chế do bé. IV. TÍNH CHẾ HH KHÍ S02. HH khí ra khỏi lò đốt chứa 7% S02 và nhiều tạp 11% 02 N2 Chất: bụi, hơi H20, oxit asen, selen và các hợp chất của F (GF). Các tạp chất làm mất tác dụng xúc, tác (HĐ) oxi hoá S02 -> S03, làm cho a x H2S04 bị nhiễm bẩn - phải loại bỏ - PP tinh chế.
+ Tách bụi: Cho h khi đi qua hệ thống lắng lcọ bụi nhờ lực li tâm, khi đó các hạt bụi lớn va đập vào các xiclon và rơi xuống đáy - Sau đó đi qua thiết bị máy lọc điện tạo ra điện trường mạnh còn hoá chất khí, các ion c/đ về cực traid dấu gặp các hạt bụi nhỏ, tích điện và cùng d/đ về điện cực bị giữ lại + Tách asen oxit - se len oxit. Cho hh khi đi qua tháp rữa các oxit của asen, selen bị giữ lại do t0 V các hơi của oxit đóng vắn, rơi xuống.
+ Tách "mù" axit H2S04. Do trong dòng khí có S03, hơi H20 - chúng kết hợp với nhau tạo các hạt H2S04 ở dạng sương mù - > ăn mòn thiết bị và hỏn xt. Tách mù nhờ hệ thống lọc điện vớt. + Tách hơi H20 (làm khô) H20 làm xúc tác bị ẩm, vở vụn -> tách H20 bằng cách cho đi qua chất háo H20 ( dd H2S04 98%). Tưới H2S04 đ từ trên đỉnh tháp xuống, H2 khi đi từ dưới lên.
V. Oxi hoá S02 thành S03 bằng xúc tác V205 1. Cơ sở lý thuyết - Phản ứng oxh S02 bằng 02 là 1 phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt S02 + 1/2 02 S03 + Q ở nhiệt độ thường hoặc cao nếu không có xúc tác phản ứng không xảy ra - Cân bằng chuyển dịch theo chiều thuận khi tăng P va giảm T0 độ