Hóa Công nghệ và môi trường I

Technology and Environment Chemistry
CHƯƠNG II
SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC
Giảng viên chính - Thạc sĩ : Võ Thị Bích Lâm
Technology and Environment Chemistry
Hiểu được ý nghĩa và tầm quan trọng của axit sunfuric, trang bị cho giáo sinh tiềm lực để chuẩn bị giảng dạy tốt bộ môn HH ở THCS.
Sinh viên nắm chắc cơ sở lí thuyết của mỗi giai đoạn sản xuất axit sunfuric như : Các phản ứng HH, điều kiện thích hợp của các quá trình sản xuất.
Hiểu nguyên tắc vận hành , cấu tạo của thiết bị phản ứng, sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất axit sunfuric.
Mục tiêu
Technology and Environment Chemistry
Nội dung:
1. Nguyên liệu của sản xuất axit sunfuric
2. Sản xuất khí SO2
3. Tinh chế khí SO2
4. Oxi hóa SO2 bằng xúc tác V2O5
5. Phương pháp Nitro hóa.
6. Hấp thụ SO3.
Technology and Environment Chemistry

Những nguyên liệu nào được sử dụng để sản xuất axit sunfuric?
Technology and Environment Chemistry
Các hợp chất chứa lưu huỳnh khác như: khí SO2, H2S.
Trả lời
1. Nguyên liệu sản xuất H2SO4
Lưu huỳnh: Dây chuyền sản xuất đơn giản, chủ yếu ở các nước có mỏ lưu huỳnh.
Quặng pirit: Chủ yếu là FeS2. Thành phần trung bình của quặng chiếm 40-50% lưu huỳnh. Ở VN, quặng pirit nghèo, chiếm 15%, nên phải nhập khẩu từ nước ngoài.
Thạch cao: Thành phần chính là CaSO4. khan. Thạch cao vừa để sản xuất xi măng, vừa sản xuất H2SO4
Technology and Environment Chemistry
2. Saûn xuaát khí SO2
2.1. Sản xuất SO2 từ lưu huỳnh
S + O2 đốt SO2 < 0
Phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn ở 12000C.
Technology and Environment Chemistry
2.2. Sản xuất SO2 từ H2S.
H2S + 3O2 đốt cháy2SO2 + 2H2O, ?H < 0.
Đây là phương pháp kinh tế nhất, nhưng khó khăn trong việc tinh chế SO2.
Technology and Environment Chemistry
2.3. Sản xuất SO2 từ pirit sắt.

FeS2 ? 2FeS + S2(hơi) ; ?H > 0.
S2 +2O2 ? 2SO2. ?H < 0.
4FeS + 7O2 ? 2Fe2O3 + 4SO2 ?H < 0.

4FeS2 + 11O2 ? 2Fe2O3+ 8 SO2
Technology and Environment Chemistry
Câu hỏi thảo luận 1
Dựa vào bản chất của quặng pirit sắt và các quá trình hoá học trên hãy cho biết cơ sở lí thuyết và các điều kiện kĩ thuật cần thiết để sản xuất SO2?
Technology and Environment Chemistry

Quặng pirit trước khi đưa vào sản xuất được làm sạch và nghiền nhỏ với kích thước phụ thuộc cấu trúc của lò ( lò tầng sôi là 2 -5 mm; lò bơi chèo 6 -8 mm).
Nhiệt độ:
- Lúc đầu cần cung cấp nhiệt cho phản ứng.
- Sau đó phản ứng toả nhiệt, nhiệt độ cao sẽ làm nguyên liệu nóng chảy kết khối . Nhiệt độ thích hợp khoảng 600 -8500C, cao nhất không qúa 10000C.
Diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và không khí
Quá trình đốt pirit trong không khí là quá xảy ra trong hệ đồng thể. Vì vậy kích thước phù hợp tạo sự tiếp xúc tốt giữa quặng và oxi trong không khí.
Tốc độ thổi không khí vào lò thích hợp, sao cho hỗn hợp khí thu được chứa khoảng 7% SO2, 11% O2
Cấu trúc tinh thể và thành phần của quặng. Tuỳ theo cấu trúc tinh thể, kích thước và thành phần trong quặng mà người ta sử dụng loại lò đốt khác nhau.
Technology and Environment Chemistry
Các kiểu lò đốt
Lò đốt kiểu" bơi chèo"
Nhìn vào hình vẽ hãy trình bày cấu tạo và cách vận hành của lò đốt kiểu " bơi chèo"?
Pirit
KK
Xỉ
SO2
Technology and Environment Chemistry
Lò đốt kiểu" tầng sôi"
Nhìn vào hình vẽ hãy trình bày cấu tạo và cách vận hành của lò đốt kiểu "tầng sôi"?
SO2
Không khí
Xỉ
FeS2
Technology and Environment Chemistry
Lò phun đốt pirit
Nhìn vào hình vẽ hãy trình bày cấu tạo và cách vận hành của lò phun đốt pirit.
SO2
Xỉ
Quăng bụi và không khí
Không khí bổ xung
Technology and Environment Chemistry
3. Tinh chế hỗn hợp khí
3.3. Tách "mù" H2SO4
Do có một lượng nhỏ SO3 tác dụng với hơi nước tạo ra H2SO4, như sương mù đi theo các đường ống, ăn mòn thiết bị. Tách bằng các lọc điện ướt.
3.1. Tách bụi.
Nhờ hệ thống lắng cơ học gọi là xyclon và máy lọc điện khô.
3.2. Tách asen oixt và selen oxit
Đây là các hóa chất làm ngộ độc xúc tác, được tách bằng cách cho qua các tháp rửa.
3.4. Tách hơi nước.
Cho hỗn hợp khí đi qua các tháp tưới H2SO4 đặc 98%.
Technology and Environment Chemistry
Câu hỏi thảo luận 2
Anh chị hãy trình bày cơ sở lý thuyết của quá trình oxi hóa SO2 bằng xúc tác V2O5 .
4. Oxi hoá SO2 bằng xúc tác V2O5
Technology and Environment Chemistry
4.1. Cơ sở lí thuyết
Phản ứng hoá học:
2SO2 + O2 2SO3 ?H <0.
Phản ứng này không xảy ra ở nhiệt độ thường kể cả ở nhiệt độ cao, mặt khác SO3 không bền, dễ bị phân hủy.Khi dùng xúc tác V2O5 thì nhiệt độ thực tế sản xuất được duy trì khoảng 4500C,
Xúc tác là V2O5 có thêm Al2O3, SiO2, K2O, CaO rẻ tiền, bền hơn.
Technology and Environment Chemistry
Khi taêng noàng ñoä O2 thì toác ñoä phaûn öùng taêng. Trong ñieàu kieän phaûn öùng treân thì haøm löôïng oxi trong hoãn hôïp khí laø 11% coøn SO2 laø 7% thì H=98%.
Ñeå taêng dieän tích tieáp xuùc, xuùc taùc ñöôïc cheá taïo ôû daïng vieân coù caáu truùc xoáp.

Technology and Environment Chemistry
4.2. Thiết bị oxi hoá
Hãy trình bày cấu tạo và cách vận hành của tháp oxi hoá SO2
Technology and Environment Chemistry
5. Hấp thụ SO3 thành H2SO4
Câu hỏi thảo luận 3
Hãy giải thích tại sao trong sản xuất H2SO4 người ta không trực tiếp dùng nước để hấp phụ SO3 ?
Cho biết cơ sở lí thuyết, quá trình hấp thụ SO3 và cấu tạo của tháp hấp thụ SO3 ?�
Technology and Environment Chemistry
Phản ứng hoá học
SO3 + H2O H2SO4 ?H < 0
Phản ứng này toả nhiệt mạnh , tạo " mù" axit H2SO4 không ngưng thành giọt lớn theo ống thải thoát ra ngoài gây ô nhiễm môi trường.
Trong sản xuất người ta dùng oleum ( SO3 trong H2SO4 đậm đặc ) để hấp thụ. Dùng hai tháp hấp thụ đặt liền nhau để thu hoàn toàn SO3 trong hỗn hợp khí .
Cấu tạo và cách vận hành của tháp hấp thụ SO3.
Technology and Environment Chemistry
Vỏ tháp bằng thép
Vỏ chống ăn mòn
Các vật đệm
Lưới phân phối khí
H2SO4 100%
SO3
Technology and Environment Chemistry
Bài tập ở nhà:
1/ Vẽ sơ đồ mô tả dây truyền sản xuất H2SO4 từ nguyên liệu ban đầu là pirit sắt.

2/ Trả lời câu hỏi sách trong giáo trình .
Technology and Environment Chemistry
THÂN ÁI CHÀO CÁC BẠN