Bài 33. Axit sunfuric - Muối sunfat

20/01/2005
1
sản xuất axit sunfuric
Nhóm thực hiện: Đoàn Thị Thu Hiền
Nguyễn Thị Hà Lê Anh Quân
20/01/2005
2
Nội dung bài học
I. Vai trò của axit Sun furic
II. Nguyên liệu sx axit Sunfuric
III. Các giai đoạn sx axit Sunfuric
1. Điều chế SO2
2. Ôxi hóa SO2 thành SO3
3. Tạo ra axit Sunfuric từ SO3
20/01/2005
3
I. 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 .

20/01/2005
4
II. 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..











20/01/2005
5
III. 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.

20/01/2005
6
* Lß ®èt pirit.
- Lß ®èt nhiÒu tÇng hay cßn gäi lµ lß “ b¬i chÌo”.
Khi cho nguyªn liÖu vµo lß , ë nhiÖt ®é kho¶ng 6500 C, quÆng b¾t ®Çu ph©n huû:
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.
20/01/2005
7
20/01/2005
8
Lò 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.
20/01/2005
9
20/01/2005
10
- Lß “ tÇng s«i” :
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ng­êi ta b¾t ®Çu ®èt pirit ë tr¹ng th¸i “s«i”. PhÇn d­íi cña lß ®èt cã mét líp thÐp, trªn l­íi cã quÆng pirit ®· ®­îc nghiÒn ®Õn kÝch th­íc thÝch hîp. Ng­êi ta thæi kh«ng khÝ qua l­íi tõ d­íi lªn, kh«ng khÝ thæi vµo víi tèc ®é gi÷ cho c¸c h¹t quÆng chuyÓn ®éng kiÓu “líp s«i” trªn mÆt l­íi thÐp, ta cã thÓ h×nh dung nh­ mét chÊt láng ®ang s«i. ë tr¹ng th¸i l¬ löng nh­ vËy quÆng pirit sÏ bÞ ®èt ch¸y rÊt nhanh ®Ó t¹o ra hçn hîp khÝ SO2. Lo¹i lß cã thÓ ®èt ch¸y 200 tÊn quÆng trong mét ngµy ®ªm.
Ngµy nay ng­êi ta b¾t ®Çu sö dông kh«ng khÝ giµu «xi ®Ó ®èt ch¸y quÆng pirit, lµm nh­ vËy hçn hîp khÝ thu ®­îc sÏ cã hµm l­îng SO2 cao vµ chøa Ýt nit¬.
20/01/2005
11
20/01/2005
12
*. 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.
-T¸ch bôi ra khái hçn hîp khÝ: t¸ch bôi b»ng c¸c hÖ thèng l¾ng bôi nhê lùc li t©m, ng­êi ta th­êng gäi lµ xiclon.
Nhê chuyÓn ®éng xo¸y trßn cña c¸c dßng khÝ trong c¸c xiclon, c¸c h¹t bôi cã kÝch th­íc lín sÏ ®Ëp vµo thµnh cña xiclon vµ r¬i xuèng ®¸y.
C¸c xiclon chØ gi÷ l¹i ®­îc c¸c h¹t bôi cã kÝch th­íc lín, cßn c¸c h¹t bôi nhá vÉn theo dßng khÝ. Ng­êi ta ph¶i t¸ch c¸c bôi nµy nhê m¸y läc ®iÖn.
Nguyªn t¾c lµm viÖc cña m¸y läc ®iÖn lµ t¹o ra ®iÖn tr­êng rÊt m¹nh cã kh¶ n¨ng ion ho¸ c¸c chÊt khÝ, c¸c ion sÏ chuyÓn ®éng vÒ c¸c cùc tr¸i dÊu, trªn ®­êng ®i gÆp c¸c h¹t bôi lµm cho c¸c h¹t bôi còng tÝch ®iÖn, còng chuyÓn ®éng vÒ c¸c cùc, ®­îc gi÷ l¹i vµ t¸ch ra khái dßng khÝ.
20/01/2005
13
20/01/2005
14
- T¸ch asen vµ sªlen «xÝt : Ng­êi ta cho hçn hîp khÝ ®i qua c¸c th¸p röa, khÝ ®i tõ d­íi ®¸y th¸p ®i lªn, trªn ®Ønh th¸p t­íi dung dÞch axÝt H2SO4 xuèng. NhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ gi¶m, c¸c «xÝt ë tr¹ng th¸i h¬i bÞ ®ãng r¾n vµ r¬i xuèng ®¸y th¸p. NÕu kh«ng t¸ch asen, sªlen «xÝt th× xóc t¸c «xi hãa SO2 sÏ bÞ ngé ®éc.
- T¸ch “ mï” H2SO4: Trong qu¸ tr×nh röa khÝ cã t¹o ra c¸c h¹t axÝt rÊt nhá ë d¹ng nh­ s­¬ng mï chuyÓn ®éng theo dßng khÝ. Ng­êi ta ph¶i t¸ch chóng ®Ó tr¸nh cho xóc t¸c bÞ háng. T¸ch mï axÝt nhê c¸c m¸y läc ®iÖn ­ít. Nguyªn lÝ lµm viÖc t­¬ng tù nh­ t¸ch bôi.
- T¸ch h¬i n­íc: ®©y lµ nhiÖm vô cuèi cïng cña qu¸ tr×nh tinh chÕ hçn hîp khÝ SO2. Lµm kh« khÝ nhê axÝt H2SO4 ®Æc t­íi vµo c¸c th¸p tõ trªn xuèng cßn c¸c khÝ tõ d­íi ®i lªn qua th¸p.
20/01/2005
15
20/01/2005
16
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:





20/01/2005
17
+. 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:
20/01/2005
18
20/01/2005
19
3. 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.



20/01/2005
20
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.
20/01/2005
21
20/01/2005
22
20/01/2005
23
Dây truyền sản xuất axit H2so4
20/01/2005
24
VII. 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.