Công nghệ sản xuất acid suntuaric
H2SO4 khan là một chất lỏng nhớt, không màu, sôi ở nhiệt độ 296,2°C ,ở áp suất thường, H2SO4 hỗn hợp với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào và tạo thành các loại hydrat: H2SO4.H2O, H2SO4.2H2O và H2SO4.4H2O.
H2SO4 cũng tạo với SO3 thành các hợp chất: H2SO4.SO3, H2SO4.2SO3. Dung dịch của SO3 trong H2SO4 được gọi là oleum.
BÀI 6:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID SUNTUARIC
******
I. KHÁI NIỆM CHUNG
1. Tính chất cảu acid sunfuaric
2. Ứng dụng của H2SO4
3. Các phương pháo sản xuất H2SO4
II. ĐIỀU CHẾ KHÍ SUNFUARƠ (SO2)
1. Nguyên liệu là quặng pyrit thành phần chủ yếu là FeS2
2. Nguyên liệu là lưu huỳnh
III. LÀM SẠCH KHÍ SO2
IV. ĐIỀU CHẾ H2SO4 THEO PHƯƠNG PHÁP TIẾP XÚC
1. Giai đoạn oxi hóa SO2
2. Giai đoạn hấp thụ SO3
I. Khái niệm chung:
1. Tính chất của acid Sunfuaric:
H2SO4 khan là một chất lỏng nhớt, không màu, sôi ở nhiệt độ 296,2°C ,ở áp
suất thường, H2SO4 hỗn hợp với nước ở bất kỳ tỉ lệ nào và tạo thành các loại hydrat:
H2SO4.H2O, H2SO4.2H2O và H2SO4.4H2O.
H2SO4 cũng tạo với SO3 thành các hợp chất: H2SO4.SO3, H2SO4.2SO3. Dung
dịch của SO3 trong H2SO4 được gọi là oleum.
H2SO4 rất hoạt động, nó hòa tan các oxit kim loại và đa số các kim loại. Do tạo
thành các hydrat nên H2SO4 hút nước rất mạnh, có thể hút nước của các tế bào thực
vật, động vật , gỗ ,tinh bột làm chúng bị "cháy" thành than.
2. Ứng dụng của H2SO4:
H2SO4 là acid vô cơ có vai trò quan trọng nhất trong ngành công nghiệp hóa
chất và trong nền kinh tế quốc dân. H2SO4 dùng để sản xuất phân Superphotphat,
(NH4)2SO4, phân phức hợp và điều chế HCl, HF, H3PO4, CH3COOH .... Ngoài ra để
tinh chế các hợp chất hữu cơ, sản xuất thuốc nhuộm, sơn...
Tóm lại, sự ứng dụng của nó rất rộng rãi, rất đa dạng hầu hết các ngành đều sử
dụng nó nên gọi nó là máu của ngành công nghiệp.
3. Các phương pháp sản xuất
H2SO4:
Dùng nước tác dụng với SO3 tiến hành qua 3 giai đoạn:
a) Ðiều chế SO2: khí SO2 ( SO2 trong không khí có nồng độ từ 7( 15%) SO2
được điều chế từ nhiều nguồn khác nhau, có thể từ lưu huỳnh và quặng pyrit.
b) Oxi hóa SO2 thành SO3 theo phản ứng:
2SO2 + O2 = 2SO3
c) Hấp thụ SO3 bằng nước theo phản ứng:
SO3 + H2O = H2SO4
II. Ðiều chế khí Sunfuarơ ( SO2):
1. Nguyên liệu là quặng pyrit: thành phần
chủ yếu là FeS2.
Khi đốt quặng bằng không khí, xảy ra phản ứng tạo thành SO2:
4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3
Ðốt ở nhiệt độ cao dư oxi không nhiều nên
3FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4
Quặng nghiền nhỏ đường kính 6 mm đưa vào phía trên lưới, không khí được
thổi từ dưới lên đủ để lớp quặng ở trạng thái lơ lủng được gọi là tầng sôi (3). Khí SO2
được lấy ra ở phía trên tháp, nhiệt độ tầng sôi là 750°C. Lò tầng sôi có thể đốt lưu
huỳnh được.
Ngày nay chủ yếu sử dụng lò đốt pyrit kiểu tầng sôi.
1. Lớp lót bằng vật liệu chịu lửa
2. Ghi lò
3. Tầng sôi
2. Nguyên liệu là lưu huỳnh:
S + O2 = SO2
Sơ đồ nguyên lý của lò tầng sôi.
1: nồi nấu; 2,4: bơm; 3,7: thiết bị lọc; 5 vòi phun; 6: lò đốt; 8: tháp sấy; 9: nồi hơi-thu
hồi.
Lưu huỳnh được đưa vào ngăn thứ nhất của nồi nấu (1). Lưu huỳnh chảy lỏng
được bơm (2) đưa qua thiết bị lọc (3) tách tạp chất, rồi vào ngăn 2 của nồi nấu (1), lưu
huỳnh chảy lỏng cùng với không khí được bơm (4) đưa qua vòi phun (5) vào lò đốt
(6), không khí vào lò đốt phải được lọc qua thiết bị lọc (7) trước lọc chất bẩn vào qua
tháp sấy (8) để tách nước bằng H2SO4 .
Khử SO2 ra khỏi lò đốt lưu huỳnh có nhiệt độ là 850 →900°C đưa qua nồi hơi -
thu hồi (9) để tận dụng nhiệt thừa.
III. Làm sạch khí SO2:
Khí SO2 ra lò còn chứa bụi và các tạp chất cần phỉa làm sạch bụi để chúng
không phủ lên xúc tác trong thiết bị oxi hóa SO2 khỏi làm bẩn H2SO4 tạo thành.
Người ta dùng xyclon để làm sạch bụi sơ bộ và dùng thiết bị lọc điện để khử
hoàn toàn bụi và các tạp chất.
IV. Ðiều chế H2SO4 theo phương pháp tiếp xúc:
Hỗn hợp khí SO2 khô và sạch có hàm lượng SO2 khoảng 7→ 7,5% ,nhiệt độ
45→50°C, được đưa sang công đoạn điều chế H2SO4 . Công đoạn này gồm 2 giai
đoạn: oxi hóa SO2 và hấp thụ SO3.
1. Giai đoạn oxi hóa SO2:
- Phản ứng oxi hóa SO2 xảy ra tốt nhất ở nhiệt độ 440°C, chất xúc tác có thành phần
chủ yếu là V2O5.
Sơ đồ lưu trình oxi hóa khử khí Sunfuarơ.
1: máy nén; 2:thiết bị lọc khí; 3: thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm; 4: tháp tiếp xúc;
5: thiết bị làm sạch bằng nước; 6,7: thiết bị hấp thụ khí; 8: thùng tách bọt; 9: tháp hấp
thụ khí SO2.
Hỗn hợp khí nén (1) qua thiết bị lọc (2) đi vào thiết bị truyền nhiệt kiểu ống
chùm (3) nhiệt độ 230 → 240°C, ở thiết bị tiếp xúc (4) nhiệt độ tăng lên 415 →
418°C.
Khí đi vào lớp xúc tác chuyển hóa SO2 thành SO3 đạt 98%.
2. Giai đoạn hấp thụ SO3:
Hỗn hợp khí SO3 ở thiết bị tiếp xúc (4) đi vào thiết bị làm sạch (5) nhiệt độ hạ
xuống 60°C, rồi vào hệ thống hấp thụ SO3 ( Các tháp (6), (7)) điều chế oleum nồng độ
18,5 → 20% . Sau khi ra khỏi tháp, nồng độ acid lên tới 98,7 → 99%.
Khí ra khỏi hệ thống hấp thụ còn chứa một ít SO2 và bọt H2SO4 nên cần phải
đưa qua thùng tách bọt (8) để giữ acid lại, rồi vào tháp đệm (9), dùng dung dịch
NH4OH để hấp thụ SO2 sản phẩm của quá trình này là các muối (NH4)2SO3,
NH4HSO3 và (NH4)2SO4.
