23
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÀI TIỂU LUẬN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC Giảng viên hướng dẫn: Học viên thực hiện: GS.TS. LƯU CẨM LỘC Bùi Thúy Vy M2014011 1

Công Nghệ Sản Xuất H2SO4

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tiểu luận mô tả công nghệ sản xuất H2SO4 và các quá trình động học diễn ra để thúc đẩy phản ứng.

Citation preview

I

TRNG I HC CN TH

KHOA KHOA HC T NHIN

BI TIU LUN

CNG NGH SN XUT AXIT SUNFURICGing vin hng dn: Hc vin thc hin: GS.TS. LU CM LC

Bi Thy Vy M2014011

MC LC5I. TNG QUAN V CNG NGH SN XUT AXIT SUNFURIC V NG DNG

51.1 S lc lch s

51.2 Tnh cht v ng dng ca H2SO4

51.2.1 Tnh cht ca H2SO4

61.2.2. ng dng ca H2SO4

7II. NI DUNG

72.1. Cng ngh sn xut H2SO4

72.2. Nguyn liu sn xut H2SO4

72.2.1. Lu hunh

72.2.2. Qung pirit

72.2.3. Thch cao

82.2.4. Cc hp cht cha lu hunh khc

82.3. Nguyn l chung ca cng ngh sn xut axit H2SO4

82.3.1. Phng php Nitrozo

82.3.2. Phng php tip xc

152.3.3. Cht xc tc V2O5 v cc cht xc tc khc

TI LIU THAM KHO16

MC LC HNHHnh 1: ng dng ca H2SO4 trong i sng v sn xut5Hnh 2: Quy trnh sn axit H2SO4 theo cng ngh tip xc..8

Hnh 3: S hot ng ca cc thit b oxy ha SO2 .10

Hnh 4: Thp hp th SO3 ..14Hnh 5: Cc dng khc nhau ca cht xc tc V2O5...15

I. TNG QUAN V CNG NGH SN XUT AXIT SUNFURIC V NG DNG

1.1 S lc lch s

Axit sunfuric( H2SO4) c bit t lu, s pht hin ra H2SO4 c canh gi kim thutHi gio, Jabir ibn Hayyan vo th k VIII.Gia th k XIV ngi ta tng hp H2SO4 t lu hunh bng cch t lu hunh cng vi mui Nitrat sinh ra bng nc s thu c dung dch H2SO4. V c mt ca oxit nit ng vai tr nh cht xc tc cho qu trnh oxi ha SO2 thnh SO3 nn phng php ny c tn gi l phng php Nitroza.Th k th XVII ngi c-H LanJohann Glauber iu ch axt sulfuric bng cch tlu hunhcng vikali nitrat(KNO3), vi s c mt ca hi nc. Trong nm 1736, Joshua Ward, mt dc s ngiLondon s dng phng php ny bt u vic sn xut hng lot axt sulfuric ln u tin.

Nm 1831, nh bundmngi AnhPeregrine Phillips ly bng sng ch cho cng ngh kinh t hn sn xut trixt lu hunh v axt sulfuric m c, ngy nay c bit n nh lcng ngh tip xc. Cui cng th tt c cc ngun cung cp axt sulfuric trn th gii ngy nay u sn xut theo phng php ny.1.2 Tnh cht v ng dng ca H2SO41.2.1 Tnh cht ca H2SO4H2SO4 l mt cht lng snh nh du, khng mu, si nhit 296,2C. N chuyn sang mu vng en khi c ln tp cht. T trng 1,84g/cm3Tan trong nc theo mt t l bt k v to nhit mnh to thnh cc loi hydrat:H2SO4.H2O, H2SO4.2H2OvH2SO4.4H2O. T trng 1,84g/cm3H2SO4cng to viSO3thnh cc hp cht:H2SO4.SO3,H2SO4.2SO3. Dung dch caSO3trongH2SO4c gi l oleum.

H2SO4rt hot ng, n ha tan cc oxit kim loi v a s cc kim loi. Do to thnh cc hydrat nnH2SO4 ht nc rt mnh, c th ht nc ca cc t bo thc vt, ng vt , g ,tinh bt lm chng b "chy" thnh than. 1.2.2. ng dng ca H2SO4H2SO4c vai tr quan trng nht trong ngnh cng nghip ha cht v trong nn kinh t quc dn v c s dng nhiu nht sn xut phn Superphotphat,sunfat amon, phn phc hp v iu ch HCl, HF,H3PO4, CH3COOH...Ngoi ra, H2SO4 cn c dng lm sch b mt kim loi trong cng ngh m kim loi mu hay lm sch cc sn phm thu c khi ch bin du m.H2SO4c th dng sn xut cc loi thuc nhum vi, thuc nhum vi, sn xut la nhn to.

Trong cng nghip thc phm H2SO4 dng ch bin h tinh bt,..

Hnh 1: ng dng ca H2SO4 trong i sng v sn xutII. NI DUNG

2.1. Cng ngh sn xut H2SO4- Phng php nhit kim sunfat st ( kuparos st) :hin nay khng c dng.- Phng php Nitroza.- Phng php tip xc.2.2. Nguyn liu sn xut H2SO4Lu hunh v cc hp cht cha lu hunh u c th lm nguyn liu sn xut

H2SO4.2.2.1. Lu hunh S l nguyn liu tt nht sn xut ra kh SO2. Dy chuyn sn xut axit sunfuric i t lu hunh n gin hn i t cc ngun nguyn liu khc v nhit t chy lu

hunh thp v qu trnh tinh ch kh SO2 n gin hn. S thng c khai thc t cc

m. Nc ta khng c m lu hunh m ch yu tp trung cc nc Lin x c, M, Canada, Balan. 2.2.2. Qung pirit

Thnh phn ch yu ca qung pirit l pirit st FeS2, ngoi ra cn c pirit ca kim loi mu, cc hp cht ca niken, ng, silic,.. Hm lng lu hunh trong qung dao ng t 40 - 50%. nc ta c qung pirit, nhng hm lng lu hunh thp di 15% nn cha s dng trc tip lm nguyn liu sn xut H2SO4 m phi nhp t nc ngoi. 2.2.3. Thch caoThnh phn chnh ca thch cao l CaSO4 ngm nc hoc CaSO4 khan. Khi

nung thch cao ngi ta thu c SO2 v CaO nn dng thch cao va sn xut

H2SO4 va sn xut xi mng. Ngun nguyn liu ny ch ph hp vi nhng

nc thiu ngun lu hunh v cc qung pirit do ngy nay t c s dng.2.2.4. Cc hp cht cha lu hunh khc

Sn phm ph thi v kh thi m trong thnh phn c cha SO2 u c s dng

sn xut axit sunfuric va kinh t va gip gii quyt cc vn v mi trng 2.3. Nguyn l chung ca cng ngh sn xut axit H2SO4

Trong cng nghip c hai phng php sn xut H2SO4 ch yu khc nhau giai on oxy ho SO2SO3. l phng php tip xc (xc tc rn) v phng php Nitrozo (dng nitoxyt cht chuyn oxy).2.3.1. Phng php Nitrozo

Oxy ha SO2 tin hnh trong pha lng, s dng cht xc tc l cc oxit nit (NOx) v thc hin trong cc thp m nn phng php ny cn gi l phng php thp. Phng trnh tng qut

SO2 + NO2 H2SO4 + NO

2.3.2. Phng php tip xc Cng ngh tip xc l cng ngh hin i v c p dng ph bin nht c hai loi dy chuyn sau:

2.3.2.1. Dy chuyn tip xc v hp th mt ln (tip xc n)

c p dng ph bin trc nm 1970 vi hiu sut chuyn ha SO2 thnh SO3 t 98%. Nguyn liu s dng l qung pyrit s c tim nng cao gy nhim mi

trng bi: Kh thi cha SO2, H2SO4 , bi x pyrit vi nng cao; Nc thi

c tnh axt cao v x pyrit c cha hm lng lu hunh ng k (4% i vi

l t ghi bng v 1% i vi l t tng si). Do vy, hin nay phng php

ny gn nh khng cn c p dng. 2.3.2.2. Dy chuyn tip xc v hp th 2 ln (tip xc kp) Phng php ny s dng 2 thit b chuyn ho (chuyn ho 2 cp), hiu sut chuyn ha t 99.5 n 99.9%. Do hiu sut chuyn ho cao nn gim c lng SO2 thot vo kh quyn v do hiu sut hp th SO3 vi nc cao nn gim c lng SO3 tht thot ra ngoi. Vi vic p dng cng ngh ny ng thi nguyn liu s dng l lu hunh

thay cho pyrit, sn xut axit sunfuric gn nh l cng ngh khng c nc thi v cht

thi rn v kh thi c cha cht nhim vi nng thp, bo m nm trong gii hn cho php khong 500 mg/m3, m acid sulfuric t 35 mg/m3.Hnh 2: Quy trnh sn axit H2SO4 theo cng ngh tip xcQu trnh ny gm 3 giai on chnh sau:

Sn xut kh SO2

Oxy ho SO2SO3: 2SO2+ O22 SO3

Hp th SO3 bng H2O: SO3+ H2OH2SO4Trong giai on oxy ho SO2SO3 trong nhng iu hin bnh thng xy ra rt chm v vy cn phi dng cc cht xc tc tng nhanh tc ca qu trnh.

a) Sn xut SO2Nu i t S , ngi ta phun lu hunh trng thi lng vo l t, xy ra phn ng.

S(hi)+ O2 SO2 H < 0

Phn ng ta nhit, nhit ca l c th t ti gn 12000C. Ti nhit ny phn ng xy ra rt nhanh v hon ton.

Nu i t H2S ngi ta cng t chy n trong khng kh.

2H2S + 3O2 2SO2 + 2H2O H < 0

Phn ng cng ta nhiu nhit, hu nh khng thun nghch.

Ch to kh SO2 t H2S l kinh t nht, nhng trong hn hp kh c ln nhiu hi nc nn gp kh khn hn trong vic tinh ch.

Nu i t FeS2 xy ra cc phn ng sau:

nhit khong 6000C

2FeS2 2FeS + S2 H > 0 (Phn ng thu nhit).

nhit cao hn lu hunh chy to ra SO2 S2 + 2O2 2SO2 H < 0

Sau FeS tip tc chy.

4FeS + 7O2 4SO2 + 2Fe2O3 H < 0

*Lo ot pyrit kieu tang soi

1. Lp lot bang vat lieu chu la

2. Ghi lo

3. Tang soi

b) Oxi ho SO2 bng xc tc V2O5Qu trnh oxy ha xc tc c chia lm cc giai on:

1. Khuych tn cu t phn ng t trung tm dng kh n b mt ht xc tc, sau khuych tn trong cc mao qun ca khi tip xc.

2. Hp th kh O2 bng cht xc tc.

3. Hp th SO2 chuyn thnh phc [SO2.O.Xt].

4. Chuyn nhm in t to thnh phc [SO3.Xt].

5. Gii hp ph SO3.

6. Khuych tn SO3 t cc mao qun ca khi tip xc v t b mt ca cc ht.

Hnh 3: S hot ng ca cc thit b oxy ha SO21: My nn; 2:Thit b lc kh; 3: Thit b truyn nhit kiu ng chm; 4: Thp tip xc; 5: Thit b lm sch bng nc; 6,7: Thit b hp th kh; 8: thng tch bt; 9: Thp hp th khSO2.

Hn hp kh nn (1) qua thit b lc (2) i vo thit b truyn nhit kiu ng chm (3) nhit 230 240C, thit b tip xc (4) nhit tng ln 415 418C. Kh i vo lp xc tc chuyn haSO2thnhSO3t 98%.

Phn ng gia SO2 v O2 trong iu kin bnh thng, ngay c nhit cao hu nh khng xy ra. Nguyn nhn l do hng ro nng lng cha b ph v trong nhng iu kin trn do vy thc hin phn ng d dng ngi ta s dng xc tc.

Mt trong nhng xc tc cho hiu qu cao nht l V2O5 trn thm cc ph gia lm tng hat tnh xc tc ca cht xc tc cn gi l cht xc tin nh K2O, SiO2, Ag2O, thng c mang trn aming hoc gm v c hot ha bng nhit.

C ch hot ng ca xc tc V2O5Phn ng oxi ha SO2 bng O2 l mt qu trnh thun nghch v ta nhit.

H < 0

Hng s cn bng ca phn ng

chuyn ha

Trong l p sut ring phn cn bng ca cc cu t SO2, SO3 hay nng .Do phn ng ta nhit nn phn ng xy ra cng mnh khi nhit cng thp v thc hin qu trnh ny qua nhiu tng xc tc. Tuy nhin, khi nhit tng ln ti khong 4000C th cht xc tc mi bt u hot ng do vy nhit thp nht phn ng xy ra r rt vo khong 4000C. nhit thp phn ng chuyn dch cn bng v pha to thnh SO3..

Khi nhit trn 4000C th K2O bt u b chy lng v bao bc quanh ht xc tc lm tng hiu qu tip xc gia pha kh v pha xc tc rn. Kh SO2 khuych tn qua mng cht lng K2O v tip xc vi V2O5, SO2 b oxy ha thnh SO3 ri khuyt tn ra ngoi. Kh O2 cng khuych tn qua con ng ny v tip xc vi V2O4 oxy ha V2O4 li thnh V2O5 ban u.Cc phn ng xy ra

V2O5 + SO2 V2O4 + SO3

V2O4 + O2 V2O5Nu nhit thp qu cht xc tc cha th hin tc dng xc tin phn ng, nhng nhit qu cao cht xc tc li b ph v cu trc lm mt tc dng, mt khc phn ng li dch chuyn cn bng v pha phn hy SO3 thnh SO2 v O2. Do , phn ng c tin hnh nhit t 4200C 6000C.Trong thc t sn xut ngi ta duy tr nhit khong 4500C khi dng xc tc l oxit vanadi (V2O5), hm lng ca O2 trong hn hp kh 11% cn SO2 l 7% th chuyn ha ca SO2 c th t c 98%.

ng hc qu trnh oxy ha SO2 trn xc tc V2O5Phng trnh ng hc Boreskov dng cho thit b y l tng:

Trong : l hng s tc phn ng xc tc.

, , l nng SO2, SO3, O2 trong hn hp kh ti thi im ang xt.

l nng SO2 trng thi cn bng.

Hay

Trong ,: nng ban u.

x: mc chuyn ha SO2.

t: thi gian tip xc ca kh vi khi tip xc.Nng ca cc cht tham gia phn ng:

Nng ca O2 trong hn hp kh tng tc ca phn ng tng cn bng chuyn dch v pha to thnh SO3, ng thi hiu sut chuyn ha SO2 thnh SO3 cng tng.

c) Hp th kh SO3Phng trnh phn ng

SO3 + H2O H2SO4

H < 0

Hp th SO3 l qu trnh ta nhit, trong trng hp ny gn ging nh qu trnh ha tan SO3 trong H2SO4 cho nn nhit ca qu trnh hp th cng thp th tc hp th SO3 cng nhanh. Ngi ta phi lm ngui kh SO3 n 300C trc khi vo thp hp th v gi nhit trong thp khng qu 600C, bng cch lm ngui dung dch ti.

Trong sn xut ngi ta khng dng trc tip nc hp th SO3 v to thnh "m" axit sunfuric, l nhng ht nh H2SO4 khng ngng t thnh nhng git ln cho ta H2SO4 lng m chng theo dng kh bay ra ngoi theo ng thi khi lm tn tht mt phn ln H2SO4, ngoi ra chng cn lm nhim mi trng, n mn cc h thng kim loi ca nh my v cc vng xung quanh. khc phc hin tng ny ngi ta dng oleum (dung dch SO3 trong H2SO4 m c). Cht ny c kh nng ha tan SO3 t do. Khi pha long oleum bng nc ngi thu c H2SO4 c nng ty . Hoc dng H2SO4 m c 98,3% hp th SO3, v n cng c kh nng ha tan SO3.Trong sn xut ngi ta dng hai thp hp th t lin nhau hp th hon ton SO3 trong hn hp kh (99%).

Hnh 4: Thp hp th SO32.3.3. Cht xc tc V2O5 v cc cht xc tc khc

Khi tip xc vanai thng l nhng ht xp, vin hay vng cha trung bnh khong 7% V2O5 . C cc loi xc tc vanai khc nhau:

BAV - V2O5.12SiO2.0,5Al2O3.2K2O.2BaO.2KCl gi tt l bari-vanai- iatomit.

SVD - V2O5. 2,7K2O.0,6SO3.0,75CaO.25SiO2 gi tt l sunfo- vanai- iatomit. Hnh 5: Cc dng khc nhau ca cht xc tc V2O5Cc cht xc tc khc

Xc tc kim loi: Thi k u ngi ta dng platin lm cht xc tc, platin c hot tnh cao, nhit hot tnh thp khong 375- 4000C nhng rt t tin v d b nhim c bi cc tp cht trong kh t, c bit l As.

Xc tc oxit kim loi: Fe2O3, V2O5 Xc tc Fe2O3 r tin, khng b nhim c bi As nhng cho hiu sut chuyn ha thp ( 50-60%) v hot xc tc ch xut hin nhit trn 6250C. Trong nhng nm gn y ngi ta dng vanadi oxit V2O5 v c hot tnh cao hn Fe2O3. Trn thm Al2O3, SiO2, K2O, CaO v V2O5 ngi ta to ra c cht xc tc thch hp cho qu trnh oxi ha SO2 thnh SO3.Xc tc ny vn gi c hot tnh cao khng km nhiu so vi cht xc tc Pt m li r tin hn, bn hn trong cc iu kin lm vic thch hp nn c s dng thng dng trong cng ngh sn xut H2SO4.TI LIU THAM KHO1. L Cng Ha, Trn Vn Nim, ng ha hc NXB Bch Khoa H Ni- 2008.

2. Trn Hng Cn, Nguyn Trng Uyn, Cng ngh ha hc v c NXB Khoa hc v k thut H Ni- 2008.

3. Nguyn Th Diu Vn, K thut ha hc i cng- NXB Khoa hc H Ni- 2007.4. Trn Th Ngc Bch, Gio trnh Cng ngh v mi trng, HSP Nng.5. A. Kayode Coker. Modeling of chemical Kinetics and Reactor Design; Gulf Professional Publishing. Boston, Oxford 2002.

6. o Vn Tng, ng hc xc tc- NXB Khoa hc v k thut- 2006.

V2O5/K2O

SO2 + EMBED Equation.3 O2 SO3

Cn Th, 03 - 2015

tho

Hp th SO3H2SO4

Oxi ha SO2SO3

SO2

Nguyn liu

Cc vt m

Li phn phi kh

H2SO4 99%

SO3

PAGE 13

_1486991106.unknown

_1486991751.unknown

_1486992320.unknown

_1486992337.unknown

_1486992039.unknown

_1486991247.unknown

_1486990695.unknown

_1486990832.unknown

_1486906969.unknown

_1486907075.unknown

_1486903498.unknown

_1486906897.unknown

_1486903471.unknown