Quá trình và thiết bị truyền chất - Chương 4

Chia sẻ: Afasg Agq | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG IV CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFUARIC I. Khái niệm chung: 1/ Các tính chất của axit sunphuaric: - Axit sunphuaric là một chất lỏng nhớt, không màu, sôi dưới áp suất thường ở nhiệt độ 296.2oC. - Axit sunphuaric có thể hoà tan trong nước với một bất kì tỉ lệ nào, tạo thành các loại hydrat H2SO4.H2O, H2SO4.2H2O, ..., H2SO4.42H2O.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Quá trình và thiết bị truyền chất - Chương 4

30 CHÆÅNG IV CÄNG NGHÃÛ SAÍN XUÁÚT AXIT SUNFUARIC I. Khaïi niãûm chung: 1/ Caïc tênh cháút cuía axit sunphuaric: - Axit sunphuaric laì mäüt cháút loíng nhåït, khäng maìu, säi dæåïi aïp suáút thæåìng åí nhiãût âäü 296.2oC. - Axit sunphuaric coï thãø hoaì tan trong næåïc våïi mäüt báút kç tè lãû naìo, taûo thaình caïc loaûi hydrat H2SO4.H2O, H2SO4.2H2O, ..., H2SO4.42H2O. Trong ké thuáût, ngæåìi ta goüi chung dung dëch cuía H2SO4 trong næåïc åí caïc näöng âäü (H2SO4+nH2O) laì axit sunphuaric. - Axit sunphuaric cuîng taûo thaình caïc håüp cháút våïi SO3, taûo thaình H2SO4.SO3, vaì H2SO4.2SO3 , goüi laì oleum (näöng âäü oleum âæåüc xaïc âënh bàòng % troüng læåüng SO3 tæû do trong axit) - Axit sunphuaric hoaì tan âa säú caïc kim loaûi vaì âáøy âæåüc caïc axit khaïc ra khoíi muäúi cuía chuïng, vaì âäút chaïy táút caí caïc tãú baìo âäüng thæûc váût do tênh huït næåïc cuía noï. 2/ ÆÏïng duûng cuía axit sunphuaric: Axit sunphuaric laì mäüt trong nhæîng håüp cháút vä cå cå baín coï vai troì quan troüng nháút trong cäng nghãû hoaï hoüc. Axit sunphuaric âæåüc sæí duûngk háöu hãút trong caïc ngaình cäng nghiãûp: hoaï cháút, phán boïn (sunphephätphat, amänisunphat, ...), âiãöu chãú caïc loaûi axit khaïc (HCl, H3PO4, HF, ...), thuäúc nhuäüm, sån, thuäúc näø, cháút táøy ræía täøng håüp, cháút deío, este, ngaình luyãûn kim, cäng nghãû vaíi såüi, accu, thæûc pháøm, ... 3/ Caïc phæång phaïp saín xuáút axit sunphuaric: Hiãûn nay saín xuáút axit sunphuaric bàòng caïch cho næåïc taïc duûng våïi khê anhydric sunphuaric (SO3). Quaï trçnh naìy gäöm 3 giai âoaûn: - Âiãöu chãú khê sunphuarå (SO2) tæì quàûng pyrit (FeS2) hoàûc âäút læu huyình (S). - Oxy hoaï SO2→ SO3: 2 SO2 + O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 - Háúp thuû SO3 bàòng H2O: Trong cäng nghiãûp coï hai phæång phaïp saín xuáút H2SO4 chuí yãúu khaïc nhau åí giai âoaûn oxy hoaï SO2→ SO3 . Âoï laì phæång phaïp tiãúp xuïc (xuïc taïc ràõn) vaì phæång phaïp Niträza (duìng nitå oxyt cháút chuyãøn oxy) II. Âiãöu chãú khê sunphuarå: 1/ Nguyãn liãûu laì quàûng pyrit: - Thaình pháön chuí yãúu laì FeS2 , ngoaìi ra coìn coï caïc håüp cháút sunphua cuía Cu, Zn, Pb, ... vaì muäúi sunphat cuía K, Mg, Ag, Au, ... Khi âäút quàûng seî xaíy ra caïc phaín æïng: 4 FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3 ÅÍ nhiãût âäü cao vaì dæ nhiãöu oxy thç phaín æïng xaíy ra nhæ sau: 3 FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4
31 Caïc phaín æïng âãöu toaí nhiãût vaì nhiãût toaí ra âuí âãø duy trç quaï trçnh âäút quàûng, khäng cáön phaíi cung chap nhiãût tæì bãn ngoaìi. - Coï hai kiãøu loì âäút quàûng pyrit: loì táöng säi vaì loì táöng cå khê (BXZ Liãn Xä), loaûi naìy hiãûn nay êt âæåüc sæí duûng vç kãút cáúu phæïc taûp vaì nàng suáút tháúp. * Så âäö nguyãn lê cuía loì táöng säi (Hçnh 4.1.) - Loì hçnh truû bàòng theïp, bãn trong coï loït mäüt låïp váût liãûu chëu læía (1). Phêa dæåïi coï ghi loì (2). Quàûng âæåüc nghiãön nhoí cåî haût 6mm âæa vaìo phêa trãn læåïi (ghi loì). Khäng khê âæåüc thäøi tæì dæåïi lãn qua læåïi, våïi täúc âäü âuí âãø duy trç låïp quàûng åí traûng thaïi lå læîng, âæåüc goüi laì táöng säi. - Quaï trçnh âäút âæåüc tiãún haình liãn tuûc, khäng khê, quàûng âæa liãn tuûc vaìo vaì quàûng thiãu âæåüc liãn tuûc láúy ra. Khê SO2 láúy ra trãn thaïp. Khê ra khoíi loì táöng säi âem theo mäüt læåüng buûi låïn tåïi 90%-95% khäúi læåüng quàûng thiãu. - Nhiãût âäü táöng säi phaíi duy trç åí 750oC âãø caïc haût quàûng thiãu khäng dênh âæåüc våïi nhau. Âãø duy trç nhiãût âäü naìy trong táöng säi thæåìng bäú trê caïc thiãút bë laìm laûnh bàòng næåïc hoàûc hãû thäúng caïc äúng loì håi âãø ruït nhiãût do phaín æïng âäút quàûng toaí ra. Do âoï, táöng säi coï taïc duûng phuû laì saín xuáút håi næåïc. Kiãøu loì táöng säi cuîng coï thãø duìng âäút læu huyình. Æu âiãøm: cáúu taûo âån giaín, dãù âiãöu khiãøn. Khê SO2 coï näöng âäü äøn âënh, læåüng læu huyình coìn laûi trong quàûng tháúp. Nhæåüc âiãøm: täún nàng læåüng âãø thäøi khäng khê nhàòm duy trç quàûng åí traûng thaïi táöng säi vaì khê SO2 chæïa nhiãöu buûi (300g/m3) 2/ Nguyãn liãûu laì læu huyình: S + O2 = SO2 Phaín æïng naìy xaíy ra nhanh vaì toaí nhiãût. Hiãûn nay, ngæåìi ta sæí duûng räüng raîi laì âäút læu huyình loíng. * Så âäö læu trçnh âäút læu huyình loíng (Hçnh 4.2.) - Læu huyình âæåüc âæa vaìo ngàn thæï nháút cuía näöi náúu (1). Læu huyình chaíy loíng âæåüc båm (2) âæa qua thiãút bë loüc (3) âãø taïch taûp cháút, räöi qua ngàn thæï hai cuía näöi náúu (1). Sau âoï âæåüc båm (4) âæa læu huyình loíng cuìng våïi khäng khê âaî laìm saûch (khäng khê qua thiãút bë loüc (7) âãø taïch taûp cháút vaì qua thaïp sáúy (8) âãø taïch håi næåïc bàòng H2SO4) vaìo voìi phun læu huyình vaì vaìo loì âäút (6). Loì âäút hçnh truû nàòm ngang bàòng theïp, trong coï loït váût liãûu chëu nhiãût, vaì coï caïc ngàn âãø taïch taûp cháút. (coï thãø thay loì naìy bàòng thiãút bë táöng säi våïi cháút mang laì caït, quàûng thiãu). - Khê SO2 ra khoíi loì âäút coï nhiãût âäü 850-900oC âæåüc âæa qua näöi håi thu häöi (9) âãø táûn duûng nhiãût thæìa. III. Laìm saûch khê SO2: Khê SO2 åí loì âäút ra coìn chæïa buûi vaì taûp cháút (As2O3 vaì SeO2: laìm giaím hoaût tênh xuïc taïc). Læåüng buûi trong khê tuyì thuäüc vaìo loì âäút, coï thãø dao âäüng khaï låïn 300g/m3 (táöng säi) → 10-15 g/m3 (táöng cå khê). Cáön phaíi khæí buûi vaì taûp cháút vç noï seî laìm báøn axit
32 H2SO4 taûo thaình vaì laìm giaím hoaût tênh xuïc taïc trong thiãút bë oxy hoaï SO2. (xuïc taïc cho phaín æïng oxy hoaï SO2 thæåìng laì V2O5). * Så âäö læu trçnh laìm saûch khê SO2 (Hçnh 4.3.): - Træåïc hãút, ngæåìi ta duìng cyclon âãø laìm saûch buûi så bäü, nhàòm giaím haìm læåüng buûi xuäúng coìn khoaíng 15-20 g/m3 (táöng säi). Sau âoï, khê âæåüc âæa vaìo thiãút bë loüc âiãûn khä (1), âãø tiãúp tuûc khæí buûi âãún 0.25 g/m3. Nhiãût âäü trong thiãút bë loüc âiãûn khä khoaíng 350-400oC. ÅÍ nhiãût âäü naìy, håüp cháút cuía As vaì Se åí thãø håi khäng khæí âæåüc. Âãø khæí taûp cháút naìy bàòng thiãút bë loüc âiãûn cáön phaíi chuyãøn chuïng thaình muì, bàòng caïch cho khê qua thaïp ræía (2) vaì (3) træåïc khi vaìo thiãút bë loüc âiãûn sau (vç váûy goüi laì thiãút bë loüc âiãûn æåït). ÅÍ thaïp (2) khê âi tæì dæåïi lãn trãn vaì âæåüc laìm laûnh bàòng H2SO4 60-70% do mäüt hãû thäúng voìi phun li tám vaìo thaïp (âæåüc båm tæì thuìng (9) lãn). Nhiãût âäü cuía khê âæåüc haû xuäúng 80oC. Taûi thaïp naìy seî khæí mäüt pháön buûi coìn laûi, ngæng tuû âæåüc mäüt pháön muì axit taûo thaình trong thaïp do khê SO3 coï trong khê phaín æïng våïi axit laìm laûnh. Mäüt pháön håüp cháút cuía As vaì Se âæåüc hoaì tan trong axit hoàûc làõng xuäúng dæåïi daûng buìn. Thaïp ræía (3) laì mäüt thaïp âãûm âæåüc tæåïi bàòng H2SO4 30% laìm cho nhiãût âäü khê giaím xuäúng 30oC. - Sau khi qua thaïp (3) khê liãn tiãúp âi qua hai thiãút bë loüc âiãûn (4) vaì (6) âãø taïch hãút muì axit vaì caïc håüp cháút cuía As vaì Se. Vaì âãø taïch hoaìn toaìn muì axit træåïc khi qua thiãút bë loüc âiãûn (6), khê âæa qua thaïp tàng áøm (5) tæåïi bàòng axit H2SO4 5%, nhàòm laìm cho caïc haût muì nhoí maì loüc âiãûn (4) khäng taïch âæåüc to lãn. Sau khi qua thiãút bë loüc âiãûn, nhiãût âäü khê giaím xuäúng coìn 25-30oC vaì näöng âäü SO2 khoaíng 9-15% (näöng âäü täúi æu cuía SO2 âäúi våïi phaín æïng oxy hoaï laì 7%). Do váûy, phaíi måí van chuyãøn khäng khê vaìo âãø âiãöu chènh. Sau âoï, khê qua thaïp sáúy (7) coï cáúu taûo nhæ thaïp ræía (3), thaïp âæåüc tæåïi bàòng H2SO4 93-95% âãø huït næåïc, laìm giaím âäü áøm cuía khê xuäúng dæåïi 0.15 g/m3. IV. Âiãöu chãú axit H2SO4 theo phæång phaïp tiãúp xuïc: Häùn håüp khê SO2 khä vaì saûch coï haìm læåüng SO2 tæì 7-7.5% vaì nhiãût âäü 45-50oC âæa sang cäng âoaûn âiãöu chãú H2SO4 . Cäng âoaûn naìy gäöm hai giai âoaûn: oxy hoaï SO2 thaình SO3 vaì háúp thuû khê SO3. 1/ Oxy hoaï SO2: Phaín æïng oxy hoaï SO2 toaí nhiãût våïi cháút xuïc taïc V2O5, nhiãût âäü phaín æïng oxy hoaï täút nháút khoaíng 440oC räöi giaím xuäúng 415-420oC. Do âoï, træåïc khi âæa vaìo thiãút bë tiãúp xuïc âãø thæûc hiãûn phaín æïng oxy hoaï, khê phaíi gia nhiãût âãún mäüt nhiãût âäü cáön thiãút. * Så âäö læu trçnh cäng nghãû cuía cäng âoaûn naìy (Hçnh 4.4.) - Häùn håüp khê sau khi âæåüc maïy neïn (1) neïn qua thiãút bë loüc (2), âi vaìo thiãút bë truyãön nhiãût kiãøu äúng chuìm (3) vaì âæåüc gia nhiãût âãún nhiãût âäü 230-240oC bàòng nhiãût âäü khê SO3 tæì thiãút bë tiãúp xuïc (4) ra. Coï nhiãöu kiãøu thiãút bë tiãúp xuïc, åí âáy sæí duûng thiãút bë tiãúp xuïc coï kiãøu truyãön nhiãût trung gian. Thiãút bë naìy coï 4 táöng xuïc taïc (I, II, III vaì IV) vaì coï 3 thiãút bë truyãön nhiãût trung gian (A, B, vaì C) (Hçnh 4.4.).
33 - Tæì thiãút bë truyãön nhiãût (3) ra, khê láön læåüt qua caïc thiãút bë truyãön nhiãût trung gian tæì A âãún C vaì nhiãût âäü cuía khê lãn tåïi 440oC âi vaìo âènh thaïp tiãúp xuïc. Sau khi qua låïp xuïc taïc I, 70% khê SO2 bë oxy hoaï thaình SO3 vaì nhiãût âäü khê tàng lãn 590-600oC, häùn håüp khê âi vaìo thiãút bë truyãön nhiãût C âæåüc laìm laûnh xuäúng âãún 450-460oC, khê tiãúp tuûc qua låïp xuïc taïc II nángmæïc oxy hoaï SO2 lãn 90%. Sau khi qua thiãút bë truyãön nhiãût B âãø haû nhiãût âäü xuäúng 440oC, khê âi vaìo låïp xuïc taïc III náng mæïc chuyãøn hoaï SO2 lãn 96%. Khi âi vaìo låïp xuïc taïc IV khê åí nhiãût âäü 415-418oC vaì taûi âáy SO2 chuyãøn hoaï tiãúp lãn âãún 98%. 2/ Háúp thuû SO3: - Häùn håüp khê SO3 tæì thiãút bë tiãúp xuïc (4) ra qua thiãút bë truyãön nhiãût (3) âi vaìo thiãút bë laìm laûnh bàòng næåïc (5) haû nhiãût âäü xuäúng 60oC räöi âi vaìo hãû thäúng caïc thiãút bë háúp thuû SO3 (6), (7) (âáy laì caïc thaïp âãûm). Âáöu tiãn khê âi vaìo (6) âiãöu chãú oleum 18.5- 20% SO3 âãø háúp thuû SO3. Oleum ra khoíi thaïp (6) coï näöng âäü SO3 hoaì tan lãn âãún 22%. Mäüt pháön oleum âæåüc pha loaîng âãún näöng âäü qui âënh bàòng axit thæì thaïp (7) sangvaì tuáön hoaìn tråí laûi thaïp. - ÅÍ thaïp (7) khê âæåüc háúp thuû bàòng axit 68.3%. Sau khi ra khoíi thaïp (7) näöng âäü axit lãn âãún 98.7-99%, sau âoï âæåüc pha loaîng bàòng næåïc hoàûc bàòng axit vaì tuáön hoaìn tråí laûi. Axit caí hai thaïp træåïc khi båm lãn thaïp âãöu phaíi âæåüc laìm laûnh. Hiãûu suáút háúp thuû SO3 caí hai thaïp lãn âãún 99.9%. - Khi ra khoíi hãû thäúng háúp thuû, khê coìn chæïa êt SO2 vaì âem theo boüt axit. Træåïc khi thaíi ra ngoaìi khê quyãøn âæåüc âæa qua thuìng taïch boüt (8) âãø giæî laûi axit, sau âoï vaìo thaïp âãûm (9), åí âáy duìng dung dëch NH4OH âãø háúp thuû SO2. Saín pháøm quaï trçnh naìy laì caïc muäúi (NH4)2SO3, NH4HSO3, vaì (NH4)2SO4.