Bài giảng Công nghệ s̫ản xuất các hợp chất Vô Cơ – 2006: CHƯƠNG I CÁC QUÁ TRÌNH ĐỊNN HÌNH TRONG KỸ THUẬT SẢN XUẤT CÁC CHẤT VÔ CƠ

Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

CH
NG I
CÁC QUÁ TRÌNH ĐI N HÌNH TRONG K THU T S N
XU T CÁC CH T VÔ C
I. NUNG V T LI U R N:
1. Định nghĩa:
Nung là quá trình biến đổi tính chất hóa lý do tận d ng nhiệt.
t0
Vd: CaSO4.2H2O

CaSO4.1/2H2O (hemi hydrate-th ch cao phi) + 3/2H2O

Th ch cao dihydrate
CaSO4 khan
2. Các d ng nung:
a. Nung khô: tách n ớc, phân h y CO2 ra kh i vật liệu mà khơng làm thay đổi m c
oxi hóa các chất c a vật liệu đem nung.
t0
Vd: CaCO3

CaO + CO2
t0

CaHPO4.2H2O

CaHPO4 + 2H2O

b. Nung oxi hóa: là q trình oxi hóa vật liệu nung thành chất mới bằng các tác
nhân oxy hóa nh O2, Cl2, …
Vd: xử lý quặng cromit:
FeO.Cr2O3 + Na2CO3 + O2 = Fe2O3 + Na2CrO4 (tan) + CO2
Chất tr dung/chất ch y
Na2CO3 làm thay đổi b n chất quá trình nung, quá trình x y ra nhanh hơn, h thấp
nhiệt độ ph n ng. Có thể thay O2 bằng Cl2,…
c. Quá trình nung khử: sử d ng tác nhân có tính khử để khử chất ban đ u.
Vd: Ca3(PO4)2 + C = CaO + CO2 + P2
Ph n ng ph : C + O2

CO
CO2

3. B n ch t quá trình nung v t li u r n:
Chia làm 2 l ai:
+ Nung phân h y chất
+ Nung có x y ra ph n ng

tr ng thái rắn

Quá trình nung cung cấp nhiệt thúc đ y s dao động m ng tinh thể dẫn đến các
nguyên tử có thể b thay thế, hóan v và có tr ng h p chúng tách hẳn ra kh i m ng tinh
thể. Khi đó, nhiệt độ cung cấp ph i lớn hơn nhiệt độ giới h n khuếch tán nội.
1


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

D ới tác d ng nhiệt, m ng l ới tinh thể tr nên x p hơn, các nguyên tử dao động
m nh hơn làm tăng s l ng khuyết tật m ng l ới và làm cho vai trị q trình khuếch tán
tăng. Đó là yếu t cơ b n giúp cho vật chất th c hiện ph n ng trong tr ng thái rắn.
Tuy nhiên, th c tế t c độ ph n ng trong pha R-R không đáng kể do:
+ Độ tiếp xúc rất nh vì kích th ớc khơng đồng đều, trộn lẫn khơng đều, có nhiều
lỗ x p h n chế việc truyền nhiệt và dẫn nhiệt, dẫn đến độ tiếp xúc biểu kiến không đáng
kể.
+ T c độ khuếch tán chậm 10-12-10-14 cm/s.
Do đó hiệu suất c a quá trình nung nh .
Tuy nhiên hiệu suất q trình nung th c tế cao hơn tính theo lý thuyết vì:
+ Vật liệu nung khơng tinh khiết, có lẫn t p chất mà nh ng t p chất này làm gi m
nhiệt độ nung do có nhiệt độ nóng ch y thấp hơn, t o h p chất/hỗn h p mới có nhiệt độ
nóng ch y thấp hơn,…
+ Các chất khơng có độ bền nhiệt nh nhau và tính chất hóa lý cũng khác nhau.
+ ng với nhiệt độ ph n ng có xuất hiện pha khác: l ng, khí. Tịan bộ bề mặt chất
rắn b bao ph b i chất kia (L, K).
Khi bề mặt tiếp xúc tăng thì hiệu suất ph n ng tăng.
Nh vậy mu n tăng hiệu suất ph n ng thì chuyển quá trình nung đồng thể thành
q trình nung d thể. Có thể dùng các biện pháp:
+ Dùng chất tr dung để t o pha d thể nhiệt độ thấp hơn và kết h p để t o hỗn
h p dễ nóng ch y, tr giúp cho q trình chuyển pha.
Cịn nhiều biện pháp khác để nâng cao hiệu suất quá trình nung.
4. Đ ng học c a quá trình:
Ph n ng tr ng thái rắn ph c t p chỗ quá trình nung diễn biến liên t c theo nhiều
giai đ an. Nh ng giai đ an này ít nhiều ( nh h ng) h n chế t c độ bình th ng x y ra
quá trình ph n ng. Vì thế khơng cho phép ta nêu lên ph ơng trình động h c tổng quát
cho m i ph n ng.
Thông th ng các ph n ng pha rắn b h n chế do b giới h n b i giai đ an khuếch
tán tác nhân ph n ng qua lớp s n ph m ph n ng vào bề mặt vật chất đ c khuếch tán.

Các quá trình nung:
a. Quá trình nung và ph n ng x y ra chỉ có s thay đổi bề mặt rắn, cịn nồng độ
chất kia không thay đổi, và t c độ nung b giới h n b i t c độ ph n ng hóa h c.
Nh vậy chất ph n ng
khơng thay đổi về nồng độ.

d ng nóng ch y hoặc khí, chỉ thay đổi về l

ng ch

Vd: nung oxit nhôm rắn nóng ch y

dx
= k (1 − x) 2 / 3 → kτ = 1 − (1 − x) 1 / 3
dτ

x: m c độ chuyển chất ban đ u thành s n ph m (%)
τ : th i gian chuyển hóa, s

k: hằng s t c độ ph n ng ph thuộc vào tính chất c a vật chất điều kiện quá trình
2


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

(k đ

BM Cơng Nghệ Hóa Học

c tính theo ph n ng bậc 1, bậc 2,…và nồng độ,…)

b. Ngịai q trình trên, cịn x y ra q trình nồng độ thay đổi
dx
= k (1 − x) 5 / 3 → kτ = (1 − x) − 2 / 3 − 1
dτ

Áp d ng: Na2SO4.10H2O, lẫn t p chất nóng ch y, hóa hơi.
c. Q trình b giới h n b i t c độ thăng hoa hay hóa hơi
dx
= k (1 − x) 1 / 3 → kτ = 1 − (1 − x) 2 / 3
dτ

500-6000C
Vd: CuO + C

Cu + CO2 (rất chậm)

(1)

CuO + CO = Cu + CO2 (nhanh)

(2)

T c độ quá trình khử CuO thành Cu ph thuộc ph n ng (1).
d. Quá trình b giới h n b i t c độ khuếch tán c a các cấu tử ph n ng, trong đó
cấu tử này khuếch tán qua lớp s n ph m ph n ng ngày càng tăng trên bề mặt c a cấu tử
kia (nh ng t c độ ngày càng chậm)
(1 − x) 1 / 3
dx
2

=k
→ kτ = 1 − x(1 − x) 2 / 3
1/ 3
dτ
3
1 − (1 − x)

Vd: điều chế kim l ai từ oxit kim l ai bằng ph n ng x y ra
Fe3O4 (r) + 4H2 (k)

áp suất thấp.

3Fe (r) + 4H2O (k)

5. Các bi n pháp đẩy m nh quá trình nung:
a. Tăng nhiệt độ:

Nhiệt độ nung ≥ nhiệt độ ph n ng

Tăng nhiệt độ:

+ T c độ khuếch tán các cấu tử tăng
+ T c độ ph n ng tăng

Quá trình nung là quá trình x y ra ph n ng d thể, khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt
gi m, quá trình chuyển pha L
K, R
L nhanh do tăng bề mặt tiếp xúc.
Vậy: khi tăng nhiệt độ, th i gian nung gi m do t c độ quá trình tăng.
b. Thay đổi kích thước h t:

Thay đổi kích th ớc h t dẫn đến thay đổi bề mặt tiếp xúc.
Khi kích th ớc h t càng nh , bề mặt riêng càng lớn thì diện tích tiếp xúc gi a các
pha tăng nên vận t c ph n ng tăng.
S không đồng đều gi a các kích th ớc h t nh h
pháp: sàng phân l ai để đồng đều.

ng lớn đến quá trình. Biện

Hiện t ng kết kh i: các h t nh có xu h ớng kết kh i thành h t lớn hơn. H t có
kích th ớc càng nh thì càng dễ kết kh i làm gi m bề mặt riêng nên t c độ gi m.
c. Chuyển pha một hay nhiều cấu tử ph n ứng:
Cho vào hệ 1 t p chất có kh năng t o hỗn h p eutecti (hỗn h p cơ h c) với 1 trong
nh ng chất có sẵn trong hệ, điều này làm gi m nhiệt độ nóng ch y:
3


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

A+B

BM Cơng Nghệ Hóa Học

AB

+
C

eutecti

Nếu s có mặt chất C làm s n ph m xấu hơn thì khơng sử d ng C mà cho vào hỗn

h p A và B một ít s n ph mAB cũng làm gi m nhiệt độ nóng ch y vì TncAB < TncA, TncB
Chất C đ

c g i là chất tr dung. Hỗn h p eutecti là hỗn h p có nhiệt độ thấp nhất.

Vd: Na2CO3, tràng th ch,…
L a ch n chất tr dung: d a trên gi n đồ pha và có nh h
q trình nung.

ng khá quan tr ng đến

d. Nâng cao nồng độ cấu tử:
- Tr ớc khi nung c n làm giàu để lo i t p chất.
+ Nếu l

ng t p chất lớn Ō tiêu t n nhiệt nâng nhiệt độ

+ T p chất làm ngăn c n (che ph ) và gi m bề mặt tiếp xúc pha gi a hai
chất ph n ng Ō gi m vận t c nung, tăng th i gian nung, tiêu t n nhiều nhiệt.
Nh vậy, s có mặt t p chất đa ph n làm xấu s n ph m.
Vấn đề: có c n lo i t p chất hay không? Ō Tùy tr

ng h p.

e. Đ o trộn ph i liệu
- Đ o trộn hóa h c : cho vào hệ một s chất có kh năng t o khí CO2, H2O thốt
kh i hỗn h p và có tác d ng đ o trộn.
Cho ví d :
- Đ o trộn cơ h c: dùng tay, con lăn, môtơ giúp quay đều…
f. Độ ẩm của vật liệu

Xu h ớng nung lo i bớt n ớc vì dễ b vón c c nếu độ m lớn, kích th ớc h t tăng,
dễ kết kh i.
Nếu s n ph m khơng kết kh i Ō có thể nung không c n sấy.
Nếu s n ph m hydrat Ō sấy tr ớc rồi mới nung để tránh hiện t

ng kết kh i.

- Tăng nhiệt độ quá nhanh Ō không t t.
- H nhiệt đột ngột : làm c ng điện tr .
II. HOÀ TAN VÀ TÁCH TAN
1. Định nghĩa:
Hoà tan: chuyển từ Rắn, L ng Rắn Ō L ng
+ Hoà tan lý h c: chuyển pha + solvat hố.
+ Hồ tan hố h c: có ph n ng hố h c.
a. Hồ tan lý học:
Chỉ x y ra quá trình chuyển pha R/K Ō L và solvat hố gi a chất tan và
dung mơi.
4


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

Kh năng hoà tan ph thuộc s t ơng tác gi a dung môi và chất tan. “Chất
tan t ơng t tan trong dung môi t ơng t ”.
* Mô t quá trình solvat hố:
Ví d : NaCl +H2O
H 2O

Ion solvat/hydrat
Đ

ng + H2O : đ

ng hồ tan d ng phân tử khơng điện ly.

* Đặc điểm: - Hoà tan thuận ngh ch
- Pha chế dung d ch, tinh chế làm s ch dung d ch hỗn h p.
b. Hồ tan hố học:
Hồ tan bất kỳ có x y ra ph n ng gi a chất tan và dung mơi.
Ví d : Điều chế H3PO4 từ apatit
Ca5F(PO4)3 +

5H 2 SO 4 ⎫
⎬ Ō 5CaSO4 + 3H3PO4 + HF
H 2O ⎭

* Đặc điểm: quá trình khơng thuận ngh ch
- H2SO4 đ c g i là dung mơi ho t tính vì chỉ có H2SO4 ph n ng với apatit,
n ớc không ph n ng. Biểu th bằng nồng độ dung mơi ho t tính. Khi thay đổi nồng độ,
t c độ hòa tan c a hỗn h p sẽ thay đổi theo.
- Do x y ra t ơng tác nên q trình khơng thuận ngh ch.
2. B n ch t quá trình :
Chất tan tiếp xúc với dung môi l ng theo cơ chế
+ Lý h c: phân tử chất tan khuếch tán từ bề mặt chất tan ra ngồi dung mơi theo cơ
chế khuếch tán
+ Hố h c:

• Khuếch tán từ bề mặt chất tan Ō dung môi và khuếch tán dung môi ho t tính

tới bề mặt chất tan và ph n ng x y ra.

• Khuếch tán s n ph m t o thành từ bề mặt chất tan ra ngoài dung d ch. Có hiện
t ng th động hố do s n ph m nằm l i trên bề mặt chất tan, có độ bền lớn hơn
bề mặt ban đ u.
Xem l i b n chất q trình hồ tan trong sách hố đ i c ơng.
Ví d : Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 Ō 5CaSO4ō + 3H3PO4 + HF
Khi thay đổi nồng độ H2SO4 thì l

ng CaSO4 t o thành thay đổi.

5


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

CaSO4

C

H SO
2

4

Q trình hồ tan thế nào là thu nhiệt, to nhiệt
∆Hht = ∆HCp + ∆HS
∆HS luôn to nhiệt < 0 Ō ph thuộc ∆HCp

- Khí hồ tan trong l ng ∆HCp < 0 Ō ∆Hht < 0
- Rắn hoà tan trong l ng ∆HCp > 0 (phá h y m ng tinh thể đòi h i cung cấp năng
l ng) Ō ∆Hht có thể > 0 hoặc < 0
3. Động h c q trình hịa tan
a. Hồ tan lý h c:
* Đ nh luật khuếch tán:

dG
= k(x o − x)
Fdτ

G: l

ng chất b hố tan

τ: th i gian hồ tan ng với G
F: diện tích bề mặt pha
k: hệ s t c độ hịa tan
xo: nồng độ

tr ng thái bão hồ.

x: nồng độ

th i điểm ng với τ.

x0 – x : động l c q trình.
dG
: t c độ hồ tan ng với 1 đơn v bề mặt
Fdτ

Để nâng cao t c độ khuếch tán (hồ tan) có thể dùng các biện pháp sau:

• Tăng xo t c tăng nồng độ th i điểm bão hoà, mu n ph i tăng nhiệt độ Ō
tiêu t n nhiều nhiệt, không t i u.

• Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc pha: bằng cách gi m kích th ớc h t Ō
nghiền.

• Gi m x bằng cách tăng dung môi, hoặc lấy bớt s n ph m ra.

Đ i với q trình hồ tan khơng cấp nhiệt thì khơng sử d ng biện pháp tăng nhiệt
độ để tăng xo mà làm gi m x.
b. Hồ tan hố h c

6


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

•

BM Cơng Nghệ Hóa Học

dG
= kC : đ i với ph n ng chỉ x y ra trên bề mặt chất tan.
Fdτ

C: nồng độ dung môi ho t tính Ō quyết đ nh t c độ q trình hồ tan.
Ví d : Sử d ng dung d ch H2SO4 30% hoà tan Ca3F(PO4)3 Ō C = 0,3.

- Tăng nồng độ dung mơi ho t tính, t c độ hồ tan tăng nh ng khơng đồng biến.
- Nếu nồng độ lớn, s n ph m t o thành nhanh nh ng ch a khuếch tan k p mà bám
trên bề mặt chất tan làm h n chế t c độ ph n ng.

S n ph m
• Khuếch tán chất tan ra ngoài dung d ch và ph n ng với dung d ch và ph n ng
t i bề mặt.

dG
= k1 + k 2C
Fdτ

: k1 và k2 : tra sổ tay.
Ph n ng trên bề mặt

Khuếch tán
s n ph m hoà
tan

Khuếch tán chất tan + ph n
ng ngoài dung d ch
L

ng G nh h

ng b i l

ng chất ph n ng. Nồng độ tăng G tăng nh ng không

C

đồng biến do nh h

H SO
2

ng c a t p chất.

4

4. Các bi n pháp nâng cao n ng đ q trình hồ tan
D a vào 3 ph ơng trình trên
• Tăng xo Ō tăng nhiệt độ

• Tăng F

• Khuấy trộn
-

L u ý: khuấy trong tr

ng h p nào, t c độ, thiết b , có c n thiết khuấy không?

III. K T TINH
1. Các ph

ng pháp k t tinh

a. Làm l nh: dùng cho các chất có độ tan thay đổi lớn theo nhiệt độ.
7

Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

T1 - x 1o ⎫⎪
2
1
⎬ Với T1 < T2 thì x o < x o
2
T2 - x o ⎪
⎭
Ō L ng kết tinh x 1o - x o2
Ví d :

b. Cơ đặc: các chất có độ tan khơng thay đổi lớn theo nhiệt độ Ō đuổi l

ng dung

mơi.
c. Diêm tích: đ i với các chất có độ tan khơng thay đổi theo nhiệt độ và khơng bền

nhiệt.
- D a vào tích s ion trong dung d ch:
Ví d : MA:

TMA= [M+][A-]

(tích s tan)

-

Cung cấp thêm ion làm thay đổi tích s ion .

-

Nếu [M+][A-] > TMA có kết t a xuất hiện.

-

Mu n vậy ph i thêm chất có ion chung với chất ban đ u.

Ví d : C n kết tinh MgCl2 trong dung d ch, có thể thêm vào NaCl có ion Cl- chung
Ō làm gi m nồng độ ion chung.

S = (m+ n)

lg f =

T
m m .n n .f (m+ n)

− 0,509.Z 2 I
1+ I

Tóm l i, điều kiện diêm tích:
- Chất diêm tích ch a cùng 1 lo i ion với chất kết tinh. Nếu khơng thì ph i có liên
kết với dung mơi.
Ví d : NaCl thêm vào:

+ Dung d ch CaCl2 Ō có kết t a CaCl2.6H2O
+ Dung d ch Na2SO4 Ō kết t a Na2SO4.10 H2O
- Chất diêm tích khơng gây tác động xấu đến dung d ch.
Ví d : C n kết tinh MgCl2:
+ Thêm vào NaCl Ō t t
+ Thêm KCl: không t t do t o ph c Na, Mg clorua
+ Thêm CaCl2: khơng t t do Ca2+ khó tan, nh h

ng đến MgCl2

2. K t t a t p ch t khó tan ở dang hydroxit:
a. Nguyên lý kết tủa:

- Các t p chất khó tan ln tr ng thái bão hoà tuy nồng độ rất nh .
- Tinh chế dung d ch t c là lo i b t p chất.

8


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

- Nhận thấy rằng h u hết các mu i khó tan tr nên khó tan hơn d ng hydroxit. Do
đó ph ơng pháp duy nhất để lo i t p chất là chuyển về d ng hydroxit và sẽ kết t a trong
dung d ch.
T= 3,5.10-11

Ví d : FeCO3:
FeC2O4:

T= 2.10-7

Fe(OH)2:

T= 1,6.10-14

Ō T= [Fe2+][OH-]2, có thể biểu diễn qua nồng độ H+ hoặc pH c a dung d ch.

10 −14
→ T Fe(OH)
[OH ] =
[H + ]

= [Fe

−

2

2+

(10 )
].
−14

2

[H + ] 2

Tích s tan c a 1 chất khó tan là hằng s
1 nhiệt độ nhất đ nh. Mu n thay đổi
điều kiện kết t a có thể thay đổi pH dung d ch Ō thay đổi [H+] (hay OH-)
[Mn+][OH-]n > TM(OH)n : M(OH)n kết t a

Khi tích s ion:

[Mn+][OH-]n < TM(OH)n : M(OH)n tan
b. Độ pH và điều kiện kết tủa

Ion kim lo i

Fe3+ Al3+ Zn2+ Cr3+ Cu2+ Fe2+ Mg2+

pH dung d ch 2,0

4,1

5,2

5,3

5,3

5,5

10,5

Trong quá trình kết tinh ph i theo dõi pH vì pH có xu h ớng gi m làm gi m kết
tinh.

* Mơ t q trình kết tinh:
- T o m m: có thể cho thêm m m nhân t o.
H nhiệt độ từ từ Ō tinh thể lớn sít đặc.
H nhiệt độ nhanh Ō nhiều m m, cỡ h t nh .
- Phát triển m m, chiếm nhiều th i gian hơn th i gian t o m m.
Độ bão hoà c a dung d ch nh h
thể đẹp.
Độ bão hồ

ng đến hình d ng tinh thể. Độ bão hoà thấp, tinh

C − Co
Co

Co: nồng độ bão hoà
C: nồng độ dung d ch qua bão hoà.

9


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

CH

BM Cơng Nghệ Hóa Học

NG II. L U HUǵNH VÀ CÁC H P CH T C A L U
HUǵNH

A. TÍNH CH T

I. L u huǶnh

L u huỳnh là nguyên t thuộc nhóm VI trong b ng HTTH có 6e lớp ngồi cùng, chu
kỳ 3. Z = 16 : 1s22s22p63s2 3p4, khác với oxy chỗ các orbital 3d cũng là các orbital hoá
tr .
S là phi kim điển hình, so sánh về độ âm điện nó chỉ kém oxy, nitơ và các nguyên t
nhóm Halogen.
Nguyên t
Cl

S

Độ âm điện

2,58

O
3,44

N
3,04

2,1

S khá phổ biến, chiếm kho ng 0,1% kh i l ng c a v qu đất. Trong t nhiên th ng
tồn t i 4 d ng đồng v 32S chiếm 95,1%, 33S chiếm 0,74%, 34S chiếm 4,21%, 36S chiếm
0,016%. Ngồi ra có nh ng đồng v phóng x nhân t o khác nh 31S và 37S.
Trong thiên nhiên S tồn t i d ới d ng các khoáng, h p chất nh sulfur (ZnS, FeS2,
CuFeS2…), sulfat (Na2SO4.10H2O, CaSO4.2 H2O …) và c S tr ng thái t do.
Các nguyên tử S có kh năng liên kết với nhau t o nên nh ng m ch đồng thể d ng S4,

S6, S8, ….S∞.
Trong thiên nhiên điều kiện bình th ng S tồn t i d ng tà ph ơng và đơn tà. D ng
tà ph ơng có nhiệt độ nóng ch y 112,80C, d ng đơn tà 119,30C.
tr ng thái nóng ch y S là chất l ng linh động màu vàng. Khi tăng nhiệt độ đến
160 C kh i chất l ng sẫm màu và độ nhớt tăng m nh do m ch vòng 8 b phá huỷ thành
các m ch Sα. Tiếp t c tăng nhiệt độ > 2500C các m ch polymer Sα b phá đ t và chất l ng
l i tr nên linh động. S l ng sôi 444,60C và phân huỷ thành các nguyên tử S nhiệt độ >
15000C.
0

II. Các h p ch t c a l u huǶnh (tự đọc – sách Hoá Vô C )
B. ACID SULFURIC
I. Giới thi u

Acid sulfuric là một axit vô cơ đ c sử d ng rất rộng rãi và là một trong nh ng axit
vô cơ m nh nhất. H2SO4 tác d ng với h u hết các kim lo i và các oxit c a chúng. Ngồi ra
cịn tham gia các ph n ng phân huỷ, trao đổi … và có tính hút n ớc m nh. H2SO4 đậm
đặc có tính oxy hố m nh.
Từ năm 940 nhà gi kim thuật ng i Ba t đã nói đến acid sulfuric. Lúc đó đ
điều chế bằng cách ch ng các mu i sulfat, nên còn g i là d u sulfat.

c

Cu i thế kỷ XV, ng i ta mới điều chế H2SO4 bằng cách đ t S với diêm tiêu (mu i
nitrat) trong các bình thuỷ tinh lớn có thêm n ớc.
Đến 1740, S và diêm tiêu đ c đ t trong các bình kim lo i, khí bay ra đ
th trong các bình thuỷ tinh ch a n ớc.

10

c hấp


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

Đến 1746 bình thuỷ tinh đ
phịng chì.
Đ u thế kỷ XX ng
rất nhiều.

BM Cơng Nghệ Hóa Học

c thay bằng phịng chì nên hình thành ph ơng pháp

i ta thay phịng chì bằng tháp đệm và nâng cao năng suất lên

Năm 1831, Philip ng
có mặt oxy khơng khí.

i Anh đề ngh oxy hố SO2 tr c tiếp trên xúc tác Pt với s

Ngày nay, ng i ta thấy ngồi Pt, có thể sử d ng các oxit kim lo i khác có kh
năng làm xúc tác chuyển hoá SO2 nh oxit sắt, oxit đồng, các vật liệu bằng g m
s ,…Trong đó quan tr ng nhất là V2O5.
II. Khái niêm chung v acid sulfuric và tính ch t
1. Khái ni m chung

Trong hoá h c H2SO4 đ c biểu diễn bằng công th c SO3.H2O hay H2SO4, là một
hỗn h p gi a anhydric sulfuric và n ớc.
Trong kỹ thuật ký hiệu xSO3.yH2O

• x/y <1 : dung d ch axit

• x/y = 1 : axit khan

• x/y > 1 : axit b c khói, oleum H2SO4.mSO3

Để biểu th nồng độ H2SO4 ng i ta dùng % tr ng l ng c a SO3 hay H2SO4 có trong
hỗn h p đó. Ví d : acid sulfuric 98% H2SO4 hay 80% SO3 … Nồng độ oleum đ c biểu
th bằng % tr ng l ng c a SO3 t do hay SO3 chung. Ví d oleum 20% SO3 t do hay
85,3% SO3 chung.
2. Vài tính ch t c a H2SO4 và oleum

H2SO4 khan l ng không màu, sánh kh i l ng riêng 1,83g/cm3. 10,37 0C, 1 atm
x y ra s kết tinh. Nâng nhiệt độ 296oC acid sulfuric bắt đ u sôi và b phân huỷ thành hỗn
h p đẳng phí ch a 98,3% H2SO4 và 1,7% H2O. Hỗn h p đẳng phí sơi nhiệt độ 336,50C.
a. Nhi t đ k t tinh

Vì acid sulfuric đ c coi là hỗn h p cùa SO3 và H2O kết h p theo bất kỳ tỉ lệ nào.
Do đó nồng độ axit thay đổi rất rộng dẫn đến tính chất b biến đổi theo.
Dung d ch có nồng độ bất kỳ c a acid sulfuric và oleum đều có thể đ
hỗn h p c a hai trong các h p chất sau:
Hàm l
STT

ng , %

Nhiệt độ kết tinh, 0C

Tên chất
H2SO4

SO3 tổng

SO3 t do

-

-

-

0,0

1

H2O

2

H2SO4. 4H2O

57,6

46,9

-

-24,4

3

H2SO4.2H2O

73,2

59,8

-

-39,6

4

H2SO4.H2O

84,5

69

-

8,48

5

H2SO4

100

81,6

-

10,37

11

c xem là


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

6

H2SO4.SO3

110,1

89,9

44,95

35,35

7

H2SO4.2SO3

113,9

93

62

1,2

8

SO3

-

100.0

100,0

16,8

Gi i thích: gi a hai chất t o nên h p chất eutecti nên nhiệt độ kết tinh thấp hơn.

Nhiệt độ kết tinh c a acid sulfuric thay đổi thất th ng nên trong th c tế s n xuất
ng i ta th ng ph i quy đ nh nghiêm ngặt nồng độ H2SO4 thành ph m và oleum sao cho
chúng khơng b kết tinh ngay trong q trình s n xuất, vận chuyển và b o qu n. Mu n vậy
axit và oleum thành ph m ph i có nồng độ bằng hoặc g n bằng t i các điểm eutecti.

Đ thị k t tinh c a h H2O – SO3
b. Nhi t đ sôi và áp su t h i

Khi tăng nồng độ acid sulfuric nhiệt độ sôi c a nó tăng và đ t c c đ i t i nồng độ
98,3% H2SO4 ng với nhiệt độ 336,50C, nồng độ cao hơn 98,3%, nhiệt độ sôi gi m.
Gi i thích : ng với nồng độ <98,3oC khi đun nóng, pha hơi ch yếu là n ớc do
n ớc b c hơi. Nồng độ > 98,3 % pha hơi ch yếu là SO3. Khi dung d ch acid sulfuric tr
nên đậm đặc, việc b t SO3 ra kh i dung d ch là khó khăn nên nhiệt độ sơi tăng. Khi tăng
nồng độ > 98,3%, SO3 dễ dàng b c ra càng nhiều, năng l ng b t ra kh i dung d ch càng
nh , nên nhiệt độ sơi gi m.
Hiện t
SO3 + H2O
HCl)

ng b c khói c a oleum:
H2SO4

hơi

ng ng t thành mù axit (gi ng mù s ơng t ơng t

12


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

Nhi t đ sôi c a acid sulfuric và oleum ở 760 mmHg

Khi tăng nồng độ, áp suất hơi trên dung d ch axit gi m, đ t c c tiểu 98,3%
H2SO4, sau đó l i tăng. Áp suất hơi trên oleum tăng khi tăng hàm l ng SO3 t do.
Có thể tính áp suất hơi trên dung d ch acid sulfuric và oleum :

lgP = A – B/T
với P – áp suất h i (mmHg)
A,B - hằng s ph thuộc nồng độ,
T – nhiệt độ H2SO4 (0K)
H2SO4 %
20

40

60

% SO3 t do

80

98,3

100

5

A 8,922 8,844 8,841 9,293 9,78 9,805 8,51
B

2268

2299

2458

10

20

9,01

30

65

9,84 10,44 10,5

100
9,89

3040 4211 3944 2750 2812 2915 2965 2510 2230

H2SO4 %
85

90

93

95

98

A

7,751

7,897

8,17

8,316

9,47

B

3742

3685

3656

3637

3593

Nh vậy khi đun nóng dung d ch acid sulfuric lỗng s n ph m cu i cùng là axit
98,3% H2SO4 ch không ph i 100% H2SO4. Khi đ t đến điểm đẳng phí, thành ph n pha
hơi bằng pha l ng.
Chú ý: các hệ s chỉ chính xác
phân huỷ H2SO4 === H2O + SO3

nhiệt độ < 250 0C vì

C. S n xu t acid sulfuric
I. Dây chuy n s n xu t:

13

nhiệt độ cao có q trình


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

Thuyết minh quy trình s n xuất:

Dẫn điện là kỹ thuật có l i nhất (cost – effective) về
mặt điều khiển nh ng điều kiện c a quá trình và b o vệ
thiết b ph n ng.
Đ u tiên, S (hoặc quặng ch a S) đ c đ t bằng
khơng khí t o thành SO2. Khí nóng đ c làm nguội đến
kho ng 4000C. Sau đó đi qua tháp từ 2 đến 4 bậc ch a
xúc tác Pt hoặc Vandi để chuyển hóa thành SO3. Ph n
ng xúc tác to nhiều nhiệt và thuận ngh ch. Vì vậy
tháp xúc tác đ c b trí luân phiên nh ng lớp xúc tác
và bộ phận làm nguội (t n nhiệt) khí để h n chế ph n
ng x y ra theo chiều ngh ch nhiệt độ cao.
Nhà máy s n xu t acid sulfuric

S n ph m khí SO3 sau đó đ c làm nguội đến kho ng 2500C trong thiết b làm
l nh và đ c hấp thu b i một dòng oleum tu n hoàn. Tỉ lệ tu n hoàn/thu hồi do đặc điểm
kỹ thuật (specification) c a oleum mong mu n. Nói chung ng i ta đặt một thiết b đo độ

dẫn trong hệ th ng tháp tu n hoàn oleum. SO3 không đ c hấp th bay ra kh i tháp oleum
sẽ đ c hấp th bằng dòng tu n hoàn acid sulfuric 98 – 99%. Tỷ lệ thu hồi acid sulfuric do
độ tinh khiết theo yêu c u c a s n ph m acid sulfuric quyết đ nh. Thông th ng nh ng
quy đ nh về môi tr ng yêu c u khí th i từ tháp acid sulfuric ph i đi qua một tháp hấp th
khác để gi m nồng độ SO2 th i ra mà đây là nguyên nhân gây nên m a axit. Một thiết b
đo độ dẫn đ c đặt cu i vòng tu n hoàn gi a acid sulfuric giai đo n cu i và bồn tu n
hoàn.
S n ph m acid sulfuric sau đó đ c chuyển tới bồn ch a. Bồn ch a và ng dẫn nhà
máy acid sulfuric có thể đ c làm bằng thép không rỉ ch a acid sulfuric có nồng độ khơng
bao gi d ới 95%. Axit có nồng độ thấp hơn đ c sử d ng vào nh ng m c đích khác.

14


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

II. S n xu t SO2
II.1 Nguyên li u:

Có thể sử d ng tất c các h p chất có ch a l u huỳnh nh các mu i sulfua, sunfat kim
lo i, khí thiên nhiên … C thể là quăng pyrit sắt, khí th i ch a S (khí lị lun kim màu,
H2S, khói lị đ t than thì ph i làm giàu), S nguyên t .
II.1.1 C sở k thu t quá trình đốt nguyên li u

a. Ph n ng đ t cháy:
L u huỳnh 112 – 118oC ch y l ng và t b c cháy trong khơng khí.
S + O2 = SO2
4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3 (1)

3FeS2 + 8O2 = 6SO2 + 2Fe3O4 (2)
Th ch cao :

t
CaSO4 ⎯⎯→
o

CaO + SO2 + ½ O2

Cơ chế ph n ng quặng sắt.
Giai đo n 1: Ph n ng nhiệt phân
t
FeS + S (3)
FeS2 ⎯⎯→
o

Giai đo n 2:
S + O2 = SO2 (4)
4FeS + 7O2 = 4SO2 + 2Fe2O3 (5)
FeS + O2 = SO2 + Fe3O4 (6)
Ph n ng (6) x y ra trong điều kiện nhiệt độ cao, l

ng SO2 cao, l

ng t p chất

trong pyrit cao Ō mô t chính xác hơn.
FeS2 + Fe2O3 Ō Fe3O4 + SO2
FeS + Fe2O3 Ō Fe3O4 + SO2
FeS2 + Fe3O4 Ō FeO + SO2

FeS + Fe3O4 Ō FeO + SO2
Các oxit sắt hoá tr cao ph n ng với FeS, FeS2 là oxit sắt hoá tr thấp.
Các ph n ng to nhiệt t o oxit sắt hoá tr cao.
FeO + O2 = Fe3O4

15


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

Fe3O4 + O2 = Fe2O3
* S n ph m quá trình:
- Pha khí: O2 d , N2, SO2, t p chất (CO2 , H2O khí khác).
- Pha rắn: oxit sắt và t p chất (xỉ).
b. Thành ph n khí đ t lị:
ng O2 trong khơng khí t ơng đ ơng 21% thể tích (% thể tích).

- G i n: hàm l
y: l

ng SO2 t o thành (m3)

z: l

ng SO3 t o thành (m3) (nh ph n ng SO2 + O2 Ō SO3)

- G i m: tỉ lệ mol gi a l
-l

ng oxy tham gia ph n ng / SO2 t o thành.

ng khơng khí dùng: 100 (% thể tích).

Giá tr m tuỳ thuộc vào d ng nguyên liệu đem đ t.
Ví d :
4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3 (1)
my

y

SO2 + ½ O2 = SO3 (2)
z

z/2
m=

11
8

* Gi sử khơng có ph n ng (2)
L

ng oxy tham gia ph n ng: m.y
Oxy còn l i : n – my.

T p chất ( khí khác: N2, CO2…trong khơng khí): 100 – n.
Tổng hàm l

ng khí lị đ t: gồm (O2 d + SO2 + khí khác) :

(n – my) + y + (100 – n) = 100 – (m – 1).y
Hàm l
CO =
2

ng % các khí trong lị (thể tích).

n − my
.100
100 − y(m − 1)

(a)

16


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

C SO =
2

BM Cơng Nghệ Hóa Học

y
.100
100 − y(m − 1)

(b)

n(m - 1) ⎤
⎡
⇒ C O (còn l i) = n − ⎢m −
.C
2
100 ⎥⎦ SO2
⎣

Ch ng minh:
(b) ⇒

100y = (100 – my + y) CSO

2

y(100 + m CSO – CSO ) = 100 CSO
2

⇒

y=

100C SO

2

2

100 + mCSO − CSO

2
2
2

Thay vào (a)
n − my
.100
100 − y(m − 1)

⇒

CO =

⇒

n(m − 1) ⎤
⎡
.C
C O = n − ⎢m −
2
100 ⎥⎦ SO 2
⎣

2

* Gi sử có thêm ph n ng (2)
Làm t ơng t , ta có l

ng oxy còn l i :

n(m − 1) ⎤
n(m − 0,5) ⎤
⎡
⎡
n − ⎢m −
.C SO − ⎢m + 0,5 −
.C
⎥
2
100 ⎦
100 ⎥⎦ SO3
⎣
⎣

c. Thành ph n xỉ lò
G i C Sq hàm l
C Sx hàm l
⇒ Hàm l

Hàm l
L
⇒ L

ng S trong quặng khô, ph n đơn v
ng S trong quặng xỉ lò, ph n đơn v

ng FeS2 trong quặng :

120 q
CS

64

ng t p chất trong quặng : 1 –

ng FeS2 trong xỉ lò:

120 x
C S .x
64

ng FeS2 tham gia ph n ng cháy:

17

(PTL FeS2 = 120, S2 = 2.32 = 64)
120 q
CS .
64


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

120 q 120 x
CS –
C S .x
64
64

Theo ph n ng cháy:
4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3
4 x 120g
⇒ L

L

⎡120

2 x 160g
⎤ 2 x 160

ng Fe2O3 t o thành: ⎢
C Sq −
C Sx .x ⎥
64
⎣ 64
⎦ 4 x 120

ng xỉ thu đ

120

c Fe2O3, t p chất, FeS2 d :
120 q 120 x
⎡120 q 120 x ⎤ 2 . 160
x=⎢
+1−
CS −
C S .x ⎥

CS +
C S .x
64
64
64
⎣ 64
⎦ 4 .120
1,6 − C Sq
x=
( tính bằng ph n đơn v ).
1,6 − C Sx

Nếu tính bằng ph n trăm kh i l

x=

ng:

160 − C Sq
160 − C Sx

II.1.2 Các thi t bị sử d ng trong q trình đốt ngun li u
a. Lị nhi u t ng:

u điểm : l

ng b i nh (vài gam /m3).

Nh c điểm: ph c t p cồng kềnh, năng suất thấp, khơng tận d ng nhiệt, hàm l
cịn l i trong xỉ cao.

Hiện nay ít đ

c sử d ng.

18

ng S


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

1 - Trục lị
Trục truyền động

BM Cơng Nghệ Hóa Học

6 – Răng cào

2 - Bộ phận n p quăng vào lò
Hộp gi m t c

7 - Cửa thao tác

3 – Bunke quặng
Cửa tháo xỉ

8 – Bánh răng lớn
9 - Trụ đỡ

4 - V lò

5 – Đòn cào

10 – bánh răng nh
S đ nguyên t c c a lò nhi u t ng

19

11

-

12

-

13

–


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

b. Lị đốt quặng b t:
C u t o rất đơn gi n :
là một hình tr bằng thép
(đ ng kính kho ng 4m,
chiều cao hơn 10m), bên
trong lót g ch ch u lửa. ph n

d ới lị có phễu xỉ, ph n trên
đặt một giàn các ng thép dẫn
n ớc làm nguội để quặng
kh i dính vào vịm lị (nhiệt
độ n ớc sau khi làm nguội
kho ng 45 – 500C)

Hỗn h p khí và quặng
khơ đ c thổi vào lị qua vòi
phun (nghiêng 7 độ so với
ph ơng thẳng đ ng). để
quặng cháy triệt để, khơng
khí bổ sung đ c thổi vào
ph n trên c a lò (chiếm 60 –
80% l ng khơng khí chính).
Nhiệt độ khí lị kho ng
900 – 950 0C, nhiệt độ xỉ 600
– 7000C, hàm l ng l u
huỳnh trong xỉ nh hơn 2%.
1 - V lò hình trụ

2 - Lớp lót chịu nhiệt

4 – Vịi phun hỗn hợp “khơng khí – quặng”
nguội

3 - Phễu xỉ
5 – Giàn

ng nước làm

Lò đốt quặng tuy n n i

Quặng tuyển nổi rất m n nên cháy rất nhanh (chỉ sau 1 giây), vì vậy l ng quặng trong
lị khơng nhiều nên rất dễ t động hố q trình đ t quặng, đồng th i dễ dàng khắc ph c
đ c nh ng khó khăn khi dừng lị đột ngột. Nh ng cũng do t c độ cháy c a quặng rất lớn
nên khi l ng quặng hoặc hàm l ng l u huỳnh trong quặng thay đổi một chút là nồng độ
SO2 trong khí lị thay đổi khá nhiều.
Khuyết điểm ch yếu c a lo i lò này là hàm l ng b i trong khí lị rất lớn (đến 100
g/m3), chế độ làm việc không ổn đ nh, nồng độ SO2 thay đổi trong ph m vi khá rộng.
C ng độ c a lò đ t quặng kho ng 700 kg/m3.ngày (năng suất kho ng 100
tấn/ngày).
c. Lị lớp sơi :
Hiện nay kỹ thuật lớp sôi đ c dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh v c công nghệ khác
nhau : hố h c, luyện kim, gia cơng d u m , th c ph m, y h c, s n xuất vật liệu xây d ng,
năng l ng h t nhân…

20


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

Cấu t o lị gồm một hình tr bằng thép, bên trong lót VLCL.
một b ng để phân ph i khơng khí đều trên tồn tiết diện c a lị.
trong lớp sơi b trí các ng n ớc làm nguội.

ph n d ới c a lò đặt
buồng n p quặng và

Quặng sau khi đ c đập nghiền đến kích th ớc quy đ nh, nh bộ phân tiếp liệu đ a
vào vào buồng n p quặng. th i gian l u quặng trong lò từ 6 – 9 giây. để quặng cháy triệt
để, ng i ta bổ sung khơng khí vào trên lớp sôi. ng tháo xỉ đặt ngang m c lớp sơi. Khí lị
tr ớc khi sang cơng đo n tiếp theo đ c đ a qua làm nguội nồi hơi tận d ng nhiệt thừa
và qua cyclon, l c điện khô để tách b i.
Khuyết điểm lớn nhất c a lị lớp sơi là l ng b i theo khí lị rất lớn (trên 90% tổng
l ng xỉ), vì vậy việc tách b i rất khó khăn. mặt khác b i xỉ là chất xúc tác cho q trình
oxy hố SO2 thành SO3 trong nồi hơi nên khí lị ph i đ c làm nguội thật nhanh (chỉ sau
0,3 – 0,5 giây, nhiệt độ ph i h từ 800 – 900 0C xu ng 400 – 4500C) để tránh t o thành
SO3. Do đó nồi hơi rất cồng kềnh.
Năng suất c a lị lớp sơi kho ng 100 – 400 tấn quặng tiêu chu n/ ngày. Do có nhiều
u điểm nổi bật nên lị lớp sơi đang thay thế d n lo i lị cơ khí và tiếp t c đ c nghiên c u
để có năng suất cao hơn và tính u việt hơn.
G n đây, ng i ta cịn đề ngh dùng lị hai lớp sơi để đ t quặng vì kho ng 50% l ng
nhiệt ph n ng đ c rút ra từ lò với hệ s truyền nhiệt rất lớn, còn l ng nhiệt rút ra từ khí
lị có hệ s truyền nhiệt nh , l i yêu c u h nhiệt độ khí xu ng rất nhanh. Do đó kích
th ớc lị rất lớn. nếu dùng lị 2 lớp sơi (lớp đ u là quặng, lớp sau là xỉ) thì lớp th 2 vừa
đ t n t l ng S còn l i, vừa làm nguội khí đồng th i th c hiện q trình sulfat hoá
(chuyển các kim lo i màu trong xỉ thành các mu i sulfat hoà tan, dễ tách đem ra thuỷ
luuyện kim). Q trình sulfat hố x y ra nhiệt độ thấp, điều này không thể th c hiện
đ c trong lị một lớp sơi bình th ng.
Th c tế sử d ng lị hai lớp sơi, ng

i ta rút ra duc nh ng kết luận sau:

-

Đ t quặng trong lị hai lớp sơi có thể sử d ng tổng h p đ c quặng pyrit:
thu đ c SO3, hơi n ớc, xỉ (dùng tr c tiếp để thuỷ luyện kim).

-

Thu đ

-

M c sunfat hoá các kim lo i trong xỉ đ t trên 90%.

-

Trong hỗn h p khí h u nh khơng có asen và SO3.

Lị lớp sơi cũng đ

c hơi n ớc quá nhiệt mà không c n nồi hơi.

c dùng để đ t l u huỳnh có nhiều t p chất (b n).

21


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vô Cơ – 2006

1. Giá đỡ
2.

6. b ng phân ph i khí
8. vịi phun mazut để nhóm lị

ng phân ph i khí

3. giàn ng đục lỗ
4. bunke xỉ dưới buồng n p quặng

BM Cơng Nghệ Hóa Học

9. buồng n p quặng
10. ng khơng khí bổ sung

5; 7. giàn ng nước làm nguội

Lị lớp sơi đốt quặng

22


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

d. Lị phun đốt l u huǶnh

• Lo i nằm ngang: là một ng thép trong lót g ch ch u lửa. S sau khi nấu ch y và
tách cặn đ c khơng khí thổi vào lị qua các vịi phun. Để S cháy hết, trong lò
xây các t ng ngăn và có bổ sung khơng khí vào ngăn th hai.

1 - V thép
2 - Lớp g ch chịu nhiệt
4 – Vách ngăn

5 – Vòi phun S l ng
liệu

3 - Lớp amian

6 - Hộp đưa khơng khí vào lị

7 – Vịi phun nhiên

S đ lò phun l u huǶnh nằm ngang

* lo i đ ng: có thể đ t S lẫn nhiều cặn. S có thể phun từ trên xu ng hoặc từ d ới
lên.
II.2 Làm s ch h n h p khí:

Khi đ t quặng, khí lị th ng kéo theo các h t b i xỉ. l ng b i trong hỗn h p khí
ph thuộc vào lo i quặng, kích th ớc h t xỉ, cấu t o lị đ t … Đ ng kính trung bình c a
các h t b i này từ vài cho đến vài ch c micromet. Các h t b i này gây nhiều khó khăn cho
q trình s n xuất vì chúng:
-

Lắng trong các thiết b , đ
làm tắt van, ng dẫn …

-

Theo axit tu n hoàn lắng trên bề mặt các ng làm nguội, làm gi m hệ s
truyền nhiệt.

-

Làm b n axit.

-

Che ph bề mặt xúc tác, làm gi m ho t tính c a nó.

ng ng làm tăng tr l c c a hệ th ng, có thể

Ngồi b i, các t p chất khác cũng c n đ c khử nh các oxit c a As và Se (As2O3 và
SeO2), các h t h t acid sulfuric do một s SO3 t o thành trong lò đ t kết h p với hơi n ớc,
hơi ấm…
Có thể làm s ch khí bằng ph ơng pháp cơ h c, ph ơng pháp l c điện hoặc kết h p c hai.
a. Ph

ng pháp c học:

Theo ph ơng pháp này quá trình tách b i d a vào l c tr ng tr ng và l c ly tâm c a
h t b i. Nh ng thiết b trong đó h t b i lắng d ới tác d ng c a trong tr ng g i là phòng
lắng dùng để lắng nh ng h t b i lớn. Nh ng h t b i nh hơn đ c lắng nh l c ly tâm
trong thiết b phổ biến là cyclon. Hiệu suất khử b i trong các cyclon có thể đ t trên 90%.
b. Ph

ng pháp lọc đi n:

Đ c dùng phổ biến trong cơng nghiệp nói chung và trong nhà máy acid sulfuric nói
riêng vì nó có nh ng u điểm sau:
23

Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

- Có thể tách đ

c nh ng h t b i rất nh , hiệu suất tách b i đ t trên 99 %.

- Tổng năng l
- Làm việc đ

BM Cơng Nghệ Hóa Học

ng tiêu hao nh .
c

nhiệt độ cao và mơi tr

ng ăn mịn hố h c.

- Có thể t động hố hồn tồn q trình làm s ch.
Trong nhà máy s n xuất acid sulfuric th ng dùng hai lo i l c điện : l c điện khơ (c c
lắng hình tấm) để tách b i và l c điện ớt (c c lắng hình tổ ong bằng chì) để tách mù axit
lỗng (hoặc bằng ferrosilic để tách mù axit đặc). Chúng có nguyên lý làm việc gi ng nhau.
Ph n ch yếu c a thiết b là hệ th ng dẫn khí mà mỗi ng có cấu t o nh sau:
tâm c a ng là dây dẫn một đ u đ c n i với c c âm máy chỉnh l u. C c d ơng
c a máy chỉnh l u và ng đ c tiếp đất. Điện áp gi a hai c c kho ng trên 60.000 volt,
làm hỗn h p khí trong kho ng khơng gian gi a hai c c b ion hóa. Khí đi trong ng từ
d ới lên, các h t b i sẽ b tích điện âm, do đó b hút vào thành ng, truyền điện cho nó và
rơi xu ng.
Nhiệt độ c a khí trong thiết b l c điện khô kho ng 350 –
4000C. nhiệt độ này các h p chất c a asen và selen thể

hơi nên không thể khử đ c. mu n khử các h p chất này
bằng các thiết b l c điện c n chuyển chúng thành mù bằng
cách cho các khí đi qua các tháp rửa tr ớc khi cho vào thiết
b l c điện. Vì thế lo i thiết b l c điện này còn g i là thiết b
l c điện ớt. Ngoài ra thiết b l c điện ớt còn tách đ c mù
axit.
1 – ng dẫn khí
2 – Dây dẫn điện
S đ nguyên lý thi t bị lọc đi n
III.

S n xu t acid sulfuric theo ph

ng pháp ti p xúc

Việc s n xuất acid sulfuric theo ph ơng pháp tiếp xúc gồm các cơng đo n ch yếu sau:
-

Chế t o khí sulfurơ

-

Làm s ch t p chất kh i hỗn h p khí

-

Chuyển hố SO2 thành SO3

-

Hấp th SO3

III.1 Giai đo n oxy hố SO2
III.1.1 Cân bằng :

SO2 + ½ O2 === SO3 + Q là ph n ng to nhiệt, đồng thể làm tăng thể tích.
Hằng s cân bằng :

KP =

PSO 3
PO12/ 2 . PSO 2

24

( th i điểm cân bằng)


Bài gi ng Công nghệ s n xuất các hợp chất Vơ Cơ – 2006

BM Cơng Nghệ Hóa Học

G i yi là ph n mol c a từng khí trong hỗn h p
Pi là áp suất riêng phân c a từng khí
P là áp suất tổng

Pi == P. yi

Trong tính toán kỹ thuật:
lgK == 4905,5/T – 4,6455 với T là nhiệt độ tuyệt đ i

III.1.2 M c đ chuy n hoá

ng SO3 t o thành / SO2 ban đ u

Là tỉ s gi a l

x=

PSO3

PSO2 + PSO3

KP =

PSO3
PSO2 .PO12/ 2

(1)
(2)

G i a - nồng độ ban đ u c a SO2, % thể tích
b - nồng độ ban đ u c a O2, % thể tích
x - m c độ chuyển hố SO2 thành SO3
SO2
Ban đ u

+ ½ O2

a

==

b

Ph n ng

ax

Cân bằng

a – ax

SO3
0

ax/2
b – ax/2

ax

Khí khác 100 – a – b
Tổng các khí trong hỗn h p == (a – ax) + (b – ax/2)+ ax + (100 – a – b ) == 100 – ax/2
Nồng độ c a các khí:

b − ax

C O2 =
C SO2
C SO3

2
ax
100 −
2
a − ax
=
100 − ax
2
ax
=
100 − ax
2

(3)

Từ (2) Š PSO = K P .PSO .PO1 / 2 (4)
3

2

2

Thay (4) vào (1) :
x=

K P .PSO2 .PO12/ 2

PSO2 + K P .PSO2 .PO12/ 2

Pi = yi.P

Thay (3) vào (5) , ta đ

c:

25

(5)