ĐỀ TÀI SẢN XUẤT AXIT H2SO4

CHƯƠNG 1: SẢN XUẤT AXIT H
2
SO
4
1.1. Các tính chất hóa lí chung
Axit sunfuric là một chất lỏng nặng, không màu, sánh như dầu, không bay hơi. Nó chuyển
sang màu vàng đen khi có lẫn tạp chất.
Tỷ trọng H
2
SO
4
98% : 41,84g/cm
3
T
s
= 336,5
o
C, T
kt
= -10
o
C
Có thể coi axit sunfuric như một hợp chất giữa phân tử nước và phân tử khí SO
3
. Axit
sunfuric có thể hỗn hợp với nước theo bất kỳ tỷ lệ nào và tạo thành các loại hydrat H
2
SO
4
∙H
2

O;
H
2
SO
4
∙2H
2
O; H
2
SO
4
∙nH
2
O, khi đó nó sẽ toả ra một lượng nhiệt lớn.
Axit sunfuric cũng tạo thành các hợp chất với SO
3
: H
2
SO
4
∙SO
3
v à H
2
SO
4
∙2SO
3
. Dung dịch
của SO

3
trong H
2
SO
4
được gọi là oleum. Nồng độ oleum được xác định bằng phần trăm trọng
lượng của SO
3
tự do trong axit.
Axit sunfuric là một axít vô cơ mạnh, hòa tan phần lớn các kim loại và oxyt kim loại. Ở
nhiệt độ cao, axit sunfuric đẩy được tất cả các axit khác ra khỏi muối của chúng. Al và Fe thụ
động trong axit sunfuric đặc nguội.
Axit đặc rất háo nước nó có thể hút nước các tế bào thực vật và động vật, các dẫn xuất
hydro cacbon chứa oxy như gỗ, đường, tinh bột làm cho chúng cháy thành than.
1.2.Ứng dụng
- Axit sunfuric là một trong những hợp chất vô cơ cơ bản có vai trò quan trọng nhất trong
ngành công nghiệp hóa chất và trong nền kinh tế quốc dân nói chung.
- Được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp hoá chất và phân bón để sản xuất các loại
phân khoáng như supephotphat hay sunfat amon, tinh chê các hợp chất hữu cơ, nhất là các sản
phẩm dầu mỏ, chế biến thuốc nổ, thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa, tổng hợp hữu cơ (chất dẻo, rượu,
este)v.v…
- Axit sunfuric được dung trong ngành công nghiệp dệt để xử lý sợi.
- Trong ngành mạ nó được dùng để tẩy các lớp oxit trước khi mạ.
- Trong ngành năng lượng nó được dùng để sản xuất acqui chì.
- Trong hoá học axit sunfuric có thể dùng để hút ẩm.
1.3. Nguyên liệu
Lưu huỳnh và các hợp chất chứa lưu huỳnh đều có thể làm nguyên liệu sản xuất
H
2
SO

4
.Trong thực tế ta có thể kể đến các loại nguyên liệu sau đây:
Lưu huỳnh nguyên tố: S là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất ra khí SO
2
. Dây chuyền sản
xuất axit sunfuric đi từ lưu huỳnh đơn giản hơn đi từ các nguồn nguyên liệu khác vì nhiệt độ đốt
cháy lưu huỳnh thấp và quá trình tinh chế khí SO
2
đơn giản hơn. S thường được khai thác từ các
mỏ lưu huỳnh tự nhiên. Tuy nhiên nước ta không có mỏ lưu huỳnh, vì thế mà lưu huỳnh cung
cấp cho các ngành công nghiệp hầu như phải nhập từ nước ngoài.
Quặng pirit: đây là nguồn nguyên liệu quan trọng trong CN sản xuất axit sunfuric. Pirit là
loại quặng sunfua.
- Thành phần chủ yếu của quặng pirit là pirit sắt FeS
2
, ngoài ra còn có pirit của kim loại
màu, các hợp chất của niken, đồng, kẽm chì silic, cacbonat, canxi, các oxit nhôm, bạc và vàng.
- Hàm lượng lưu huỳnh trong quặng dao động từ 40 - 50%.
Thạch cao: CaSO
4
đây cũng là một nguồn nguyên liệu phong phú vì nhiều nước có mỏ
thạch cao. Ngòai ra trong quá trình sản xuất axit photphoric, supe photphat kép…cũng thải ra
một lượng lớn CaSO
4
.
Các hợp chất chứa lưu huỳnh khác như sản phẩm phế thải và khí thải (ví du như khí thải
trong công nghiệp luyện kim màu) mà trong thành phần có chứa SO
2
hay H
2

S từ CN khai thác và
chế biến dầu đều được sử dụng để sản xuất axit sunfuric vừa kinh tế vừa giúp giải quyết các vấn
đề về môi trường.
1.4 Một số nhà máy sản xuất axit sunfuric trong nước:
Nhà máy Super lân Long Thành, tỉnh Đồng Nai thuộc công ty phân bón miền Nam.
Nhà máy Supe Lâm Thao, tỉnh Phú Thọ.
Nhà máy hoá chất Tân Bình tp HCM
1.5 Phương pháp sản xuất
Có nhiều phương pháp sản xuất axit sulfuric như phương pháp tiếp xúc, phương pháp
Nitroz và nhiệt kim sunfat sắt. Ngày này axit sunfuric được sản xuất chủ yếu theo phương pháp
tiếp xúc và nitroz. Sản xuất axit H
2
SO
4
có những giai đoạn chính sau:
- Đốt cháy nguyên liệu chứa S thu SO
2
.
- Oxy hoá SO
2
.
- Cho SO
2
hấp thụ nước thành H
2
SO
4
.
1.5.1 Phương pháp Nitroz
Phương pháp này sử dụng chất xúc tác là oxit nitơ. Trong tháp phản ứng SO

2
và NO
2

được hấp thụ vào chất lỏng được phun từ trên xuống. NO
2
tác dụng với nước tạo HNO
2
và
HNO
3
:
2NO
2
+ H
2
O → HNO
2
+ HNO
3
SO
2
+ H
2
O → H
2
SO
3
+ Q
H

2
SO
3
+ HNO
3
→ NOHSO
4
+ H
2
O
H
2
SO
3
+ 2HNO
2
→ H
2
SO
4
+ 2NO + H
2
O
2NOHSO
4
+ H
2
O → 2H
2
SO

4
+ NO
2
+ NO – Q
2NO + O
2
→ 2NO
2
Phương trình tổng quát: 2SO
2
+ 2H
2
O + O
2
→ 2H
2
SO
4
Bằng phương pháp này người ta chỉ nhận được axit có nồng độ 75 – 77 %. Phương pháp
này được sử dụng để sản xuất axit sunfuric ở đầu thế kỉ 18 và tồn tại đến nay hơn 200 năm.
1.5.2 Phương pháp tiếp xúc
Phương pháp hiện nay được sử dụng rộng rãi là phương pháp tiếp xúc. Bằng phương
pháp này có thể sản xuất axit đậm đặc và cả oleum. Quá trình sản xuất H
2
SO
4
theo phương pháp
tiếp xúc được mô tả theo sơ đồ tổng quát sau:
1. Sản xuất SO
2

Trong quá trình này lưu huỳnh hoặc các hợp chất chứa lưu hùynh bị đốt để tạo ra điôxít
lưu huỳnh.
S(rắn) + O
2
(khí) → SO
2
(khí) + Q
2H
2
S + 3O
2
→ 2SO
2
+ H
2
O
CaSO
4
→ CaO + SO
3
CaSO
4
+ C → CaO + CO + SO
2
4FeS
2
+ 11O
2
→ 2Fe
2

O
3
+ 8SO
2
+ Q
Quá trình đốt pirit thực tế bao gồm một dãy các phản ứng hoá học song song và nối tiếp
nhau:
Đầu tiên xảy ra sự phân ly pirit: 2FeS
2
→ 2FeS + S
2
Nối tiếp nó là phản ứng đốt lưu huỳnh: S
2
+ O
2
→ SO
2
Song song đó là sunfua sắt bị oxy hoá: 4FeS + 7O
2
→ 2Fe
2
O
3
+ 4SO
2
Trên thực tế nếu nhiệt độ dưới 600
o
C thì đầu tiên xảy ra sự tạo thành sunfat sắt. Khi nhiệt
độ cao hơn thì thoạt tiên tạo thành FeO sau đó là Fe
3

O
4
và Fe
2
O
3
.
Trong mọi trường hợp thì khi đốt pirit sẽ tạo màng mỏng oxit sắt. Vì thế việc tiếp tục đốt
pirit bị hạn chế bởi quá trình khuếch tán O
2
từ ngoài vào trong vào, đồng thời là khuếch tán
ngược SO
2
từ chiều sâu hạt pirit ra ngoài. Quá trình này khống chế tốc độ chung của quá trình
đốt quặng pirit.
Đối với hệ dị thể thì các yếu tố ảnh hưởng lên tốc độ quá trình là: V = k∙∆C∙F
1. Tăng động lực quá trình : ∆C sẽ tăng lên khi tăng hàm lượng FeS
2
và khi tăng nồng độ
oxy trong hỗn hợp khí vào.
Để tăng hàm lượng sunfua người ta tách tạp chất khỏi FeS
2
nhờ pp tuyển nổi. Để tăng
nồng độ oxy người ta đốt quặng bằng không khí đã được làm giàu oxy. Tuy nhiên hai
pp này tốn nhiều chi phí nên ít được dùng.
2. Tăng hằng số k: có thể tăng nhiệt độ, tuy nhiên pp này bị hạn chế vì sẽ làm cháy các
hạt pirit trong bộ phận nuôi.
3. Tăng bề mặt tiếp xúc F: để tăng bề mặt tiếp xúc của pirit với oxy không khí phải đem
nghiền mịn quặng pirit và kết hợp với khuấy trộn.
Mỗi loại nguyên liệu người ta sử dụng các lọai lò đốt khác nhau.

Một số thiết bị đốt nguyên liệu để sản xuất SO
2
:
a. Lò "bơi chèo" hay lò nhiều tầng
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý lò “bơi chèo”
1. Lớp gạch chịu lửa; 2. Trục lò; 3. Mái chèo; 4/ Răng cào; 5. Bunke;
6. Bộ phận nạp liệu; 7. Đĩa cấp liệu; 8. Lổ rơi quặng; 9. Máng dẫn,
Cấu tạo: hình trụ cao 8m, đường kính 6m, vỏ bằng thép, phía trong xây bằng gạch chịu lửa.
Lò được chia thành một tầng sấy quặng ở trên cùng và 7 tầng để đốt quặng được đánh số theo
thứ tự từ I đến VII, các tầng giữa có các cửa để sửa chữa và bổ sung không khí. Ở tâm có một rục
rỗng (2), ứng với mỗi tầng có gắn 2 mái chèo (3) có các răng cào (4) giúp cho quặng di động
cùng chiều trên các tầng lò đồng thời dịch chuyển theo chiều từ ngòai vào trong hoặc từ trong ra
ngòai. Kkông khí được đưa vào lò ở tầng (VII) và khí sunfurơ được lất ra ở tầng (I) ngược chiều
với đường đi của quặng.
Hoạt động: nguyên liệu sau khi được gia công tới cỡ hạt phù hợp được nạp đầy bunke. Khi
lò được được mồi tới nhiệt độ cháy, cần gạt trong các tầng quay đều. Quặng từ bunke (5) qua bộ
phận nạp liệu đổ vào tầng sấy, được mái chèo có răng cào làm cho vừa quay tròn vừa dịch
chuyển từ ngòai vào trong và qua đĩa cấp liệu (7) rơi xuống tầng nung I. Ở đây, quặng vừa quay
tròn vừa dịch chuyển từ trong ra ngoài và qua lỗ ở tầng lò (8) rơi xuống tầng nung II. Quá trình
cứ tiếp diễn như vậy cho đến tầng cuối cùng và quặng thiêu qua máng dẫn (9) xuống băng tải.
Đây là lò vạn năng có thể đốt bất kì loại quặng nào. Dùng lò này có thể đốt quặng pirit
tuyển nổi , quặng nguyên khai và các quặng sunfua khác có kích thước hạt khác nhau. Trong khi
đốt, những hạt pirit nhỏ có thể nóng chảy vón thành cục nên nhiệt độ trong lò không cho phép
cao quá 850 -900
o
C.
Trong lò có thể chia ra 3 zôn theo quá trình đốt hay vùng nhiệt độ. Từng trên xuống, những
tầng trên cùng là zôn 1: ở những tầng này chỉ có quá trình sấy nóng quặng, nhiệt độ dưới 400
o
C.

Zôn 2 là những tầng nằm ở phần giữa lò, nơi xày ra quá trình đốt cháy nguyên liệu. Nhiệt
độ lò cao nhất ở các tầng nung (III) và (IV), khỏang 850-900
o
C, sau đó giảm dần ở các vùng tiếp
theo.
Zôn 3 bao gồm những tầng còn lại ở phía dưới xuống đáy lò. Ở zôn này chủ yếu diễn ra sự
trao đổi nhiệt giữa xỉ lò và khí mới đưa vào. Đốt pirit bằng lò cơ khí cho hiệu suất thấp hơn
nhưng ít bụi hơn lò tầng sôi.
Khí sunfurơ ra khỏi lò có hàm lượng khỏang 9- 10%.
Xỉ đi ra khỏi chứa 2%S chưa cháy.
Lượng bụi trong khí khỏang 10-15g/m
3
.
b. Lò tần sôi
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của lò tầng sôi
1. Buồng đốt; 2. Phễu chứa; 3. Lưới; 4. ống nạp quặng;
5. ống thái xỉ; 6. Cửa ra khí lò; 7. Trao đổi nhiệt
Lò hình trụ, bằng thép, bên trong có lót vật liệu chịu lửa, phía dưới có ghi lò dạng lưới (3).
Trong lò tầng sôi quặng luôn luôn chuyển động giống hiện tượng sôi của chất lỏng. Quặng được
nghiền nhỏ cỡ hạt có đường kính khỏang 6mm và đưa vào phía dưới tại cửa (4) và không khí
được thổi qua lưới từ dưới lên để gặp nhau tại buồng đốt (1), với vận tốc đủ để duy trì lớp quặng
ở trạng thái lơ lửng. Tại vùng đốt, nhiệt lúc đầu được mồi bằng dây điện trở hoặc bằng ngọn lửa
khí hoặc dầu; sau đó quá trình cháy sẽ tự cung cấp nhiệt cho lò. Khi hạt quặng rơi vào vùng đốt
đó sẽ tự bốc cháy. Khối plasma xung quanh nó sẽ nâng nó bay lên. Khi sunfua cháy hết tỷ trọng
hạt quặng tăng lên và không còn vùng plasma xung quanh nữa, nó sẽ rơi xuống đáy lò thành xỉ.
Xỉ được thải ra ở cửa (5). Khí sunfurơ được lấy ra ở phía trên tháp theo cửa (6). Quá trình đốt
được tiến hành liên tục; không khí, quặng được liên tục đưa vào và quặng thiêu được liên tục lấy
ra. Vì các hạt pirit được bao phủ hoàn toàn bằng không khí nên cường độ làm việc cao.
Nhiệt độ tầng sôi phải duy trì ở 600-800
o

C để các hạt quặng thêu không bị dính vào với
nhau. Để giữ nhiệt độ ổn định bằng phương pháp dẫn nhiệt ra.
Lò tầng sôi có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển; khí có nồng độ SO
2
ổn định 15%
SO
2
, lượng lưu hùynh còn lại trong quặng thêu thấp 0,5% S. Nó có nhược điểm là phải tốn năng
lượng để thổi không khí nhằm duy trì quặng ở trạng thái tầng sôi và khí sunfurơ chứa nhiều bụi
( tới 300g/m
3
).
c. Lò phun:
Đốt quặng ở dạng bụi (kt bé) có % S bé không thể đốt trong các lò khác. Cao 10m, đường
kính 4m cấu tạo rỗng. Quặng được không khí phun vào lò từ dưới đáy lò ở trạng thái đó quặng bị
đốt cháy (phản ứng xăng ra toàn bộ lò) từ đáy lò bổ sung không khí vào lò, xỉ rơi xuống đáy lò.
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý lò phun
1. Vỏ lò; 2. Bảo ôn; 3. Phễu chứa; 4. Vòi phun
Lò được dùng để đốt quặng pirit tuyển nổi và khô. Những hạt pirit bay vào lò được bao bọc
bằng không khí nên cháy mạnh và không bị kết khối như lò cơ khí. Lò này nhiệt độ có thể đạt tới
1000
o
C.
Kết quả thu được khí 13% SO
2
.
Trong xỉ còn chứa 1-1,5% S chưa cháy hết.
Độ bụi >100g/m
3
.

Nhược điểm chính làm lò này không được sử dụng rộng rãi là cần phải dùng pirit tuyển
nổi và khô. Nếu quặng ẩm thì độ ẩm có thể làm vỡ vòi phun và làm hỏng lò.
d.Thiết bị vòi phun đốt lưu huỳnh:
Hình 1.4 Sơ đồ lưu trình đốt lưu huỳnh
1. Nồi nấu; 2, 4. Bơm; 3, 7. Thiết bị lọc 5. Vòi phun;
6. Buồng đốt lưu huỳnh; 8. Tháp sấy; 9. Ống thép có lót.
Lưu huỳnh được đưa vào ngăn thứ nhất của nồi nấu (1). Lưu huỳnh cháy lỏng và được bơm
(2) đưa qua thiết bị lọc (3) để tách tạp chất rồi đưavào ngăn thứ hai của nồi nấu. Từ đây lưu
huỳnh được bơm (4) đưa vào vòi phun (5) và dùn g khí nén để phun lưu huỳnh vào buồng đốt
(6). Không khí đốt lưu huỳnh được đưa qua thiết bị lọc (7) để tách tạp chất và qua tháp sấy (8) để
tách hơi nuốc bằng axit sunfuric. Lưu huỳnh trong buồng đốt sẽ bay hơi và bốc cháy.
2. Tinh chế khí
Khí SO
2
ở lò đốt ra còn chứa bụi và các tạp chất như hơi nước, oxit asen, selen, các hợp
chất của Flo. Cần làm sạch bụi để chúng không làm ngộ độc chất xúc tác trong thiết bị oxi hóa
SO
2
, hay làm tắt các thiết bị phía sau và làm bẩn axit sulfuric tạo thành. Thường người ta phải
xử lý qua nhiều công đoạn như loại bỏ bụi có cỡ hạt lớn bằng hệ thống các xyclon sau đó lọc bụi
triệt để bằng các thiết bị lọc điện (khô và ướt), tháp rửa, tháp đệm, máy sấy để khử hòan tòan
bụi, các tạp chất và hơi nước.
+ Tách bụi:
Cho hỗn hợp khí đi qua hệ thống lắng lọc bụi nhờ lực li tâm, khi đó các hạt bụi lớn va đập
vào các xiclon và rơi xuống đáy
- Sau đó đi qua thiết bị máy lọc điện. Các hạt bụi sẽ bị tích điện âm và bị hút vào thành ống
tích điện dương.
 Xyclon:
Hình 1.4 Sơ đồ cấu tạo của cyclone
Cyclon là thiết bị xử lý bụi dựa trên nguyên lý của lực ly tâm. Khi dòng khí và bụi được

dẫn vào cyclon theo cửa (1) chuyển động theo quỹ đạo tròn, các hạt bụi có trọng lượng lớn sẽ bị
văng vào vách và rơi xuống phía dưới. Dòng khí được lấy ra tại ống thoát khí (2) ở không gian
gần tâm. Bụi được lấy ra ở cửa xả (3) Để tăng hiệu quả xử lý người ta thường lấp đặt nối tiếp hệ
thống nhiều xyclon lại với nhau. Hệ thống xyclon có thể xử lý được tới 95% bụi.
 Thiết bị lọc điện:có 2 loại lọc điện là lọc điện khô và lọc điện ướt
Sau khi đã xử lý sơ bộ hỗn hợp khí. Khí được đưa vào thiết bị lọc điện khô để tiếp tục khử
bụi đến 99%.
Hình 1.5 Thiết bị lọc điện
Lọc điện được thiết kế theo kiểu hình ống với cực âm là một dây dẫn đặt chính giữa tâm.
Cực dương nối với ống và được tiếp đất. Điện áp giữa 2 cực khoảng vài nghìn vôn.
Nguyên tác làm việc của thiết bị lọc điện như sau: giữa hai điện cực có sự phóng điện từ từ
cực âm sang cực dương. Các hạt bụi đi vào va chạm với electon sẽ bị tích điện âm và bị hút về
phía cực dương và rơi xuống dưới.
Nhiệt độ dòng khí lúc này là 350 – 400
o
C, các hợp chất của asen và selen ở thể hơi, không
khử được. Để khử các hợp chất này cần phải chuyển chúng thành mù bằng cách cho khí qua các
tháp rửa và sau đó cho vào thiết bị lọc điện (lọc điện ướt)
 Tháp rửa khí:
Nguyên lý của phương pháp rửa khí là hỗn hợp khí và bụi được dẫn qua và tiếp xúc với
dòng chất lỏng thích hợp (thường là nước); bụi bị thấm ướt và bị kéo vào trong lòng chất lỏng
còn khí được đi ra ngoài. Ở tháp rửa có cấu tạo như hình, khí đi từ dưới lên và được tưới bằng
dung dịch axit lạnh 60-70% bằng hệ thống các vòi phun. Tại đây nhiệt độ khí giảm xuống còn
khoảng 80
o
C. Tại đây, sẽ khử được phần bụi còn lại một phần hợp chất của asen và selen, một
phần mù axit sunfuric.
Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý tháp rửa hỗn hợp khí sunfurơ
1. Thân tháp; 2. Vòi phun đơn; 3. Vòi phun đôi
 Tháp đệm:

Hình 1.6 Tháp đệm
1. Thân tháp; 2. Phun chất lỏng; 3. Lưới; 4. Đệm
Cấu tạo: thân tháp rỗng, bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (nhựa,
thủy tinh, gốm, gỗ, kim loại…) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, lò xo, yên
ngực ) và được đỡ bằng lưới đỡ đệm. Tại tháp đệm hỗn hợp khí được rửa bằng dung dịch
axit sunfuric 30%. Quá trình diễn ra tương tự như ở tháp rửa, nhiệt độ khí lúc này giảm
xuống còn 30
o
C.
 Tách asen oxit - selen oxit và "mù" axit H
2
SO
4
.
Sau khi cho hỗn hợp khi đi qua tháp rữa các oxit của asen, selen bị giữ lại do các hơi của
oxit đóng vắn, rơi xuống. Phần còn lại tạo mù được tách nhờ hệ thống lọc điện ướt.
 Tách hơi H
2
O (làm khô)
H
2
O làm xúc tác bị ẩm, vở vụn → tách H
2
O bằng cách cho đi qua chất háo nước (như dd
H
2
SO
4
98%). Tưới H
2

SO
4
đặc từ trên đỉnh tháp xuống.
3. Oxy hóa tiếp xúc SO
2
thành SO
3
Sau khi đốt nguyên liệu thành SO
2
, qua các thiết bị lọc bụi, tách tạp chất SO
2
đi vào thiết bị
oxi hóa SO
2
thành SO
3
.
- Phản ứng giữa SO
2
và O
2
ở điều kiện thường và ở nhiệt độ cao hầu như không xảy ra
- Mặt khác SO
3
lại không bền ở nhiệt độ cao, dễ bị phân hủy thành SO
2
và O
2
. Như vậy phản
ứng oxi hóa SO

2
bằng O
2
là một quá trình thuận nghịch và tỏa nhiệt.
2SO
2
+ O
2

⇌
2SO
3
+ Q
△
H < 0
Năng lượng hoạt hoá của phản ứng là 160 kJ/g.mol.SO
3
.
Theo quy tắc Le-Chatelier cân bằng sẽ dịch chuyển về phía thu SO
3
khi giảm nhiệt độ và
tăng áp suất.
Các chất xúc tác:
Có nhiều chất xúc tác có khả năng tăng tốc độ phản ứng oxy hoá SO
2
nhưng chỉ có 3 loại
tốt nhất là Pt kim loại, oxyt sắt và oxit vanadi.
Xúc tác Năng lượng hoạt hoá Nhiệt độ châm mồi (*) t
cm
Oxyt sắt 160 kJ/g.mol 600 – 650

o
C
Oxyt vanadi (IV) 92 kJ/g.mol > 400
o
C
Platin 68 kJ/g.mol <350
o
C
(*) Nhiệt độ châm mồi là nhiệt độ tại đó phản ứng xúc tác bắt đầu xảy ra, hoặc là nhiệt độ
tại đó chất xúc tác bắt đầu hoạt động.
Ta thấy Pt kin loại là chất xúc tác mạnh nhất, tuy nhiên người ta ít dùng vì đắt và vì nó dễ
bị ngộ độc bởi các tạp chất trong khí đốt, đặc biệt là Arsen.
Fe
2
O
3
rẻ tiền, không bị nhiễm độc bởi Arsen nhưng nhiệt độ châm mồi cao làm giảm
hiệu suất quá trình.
V
2
O
5
là chất xúc tác kém hoạt động hơn Pt nhưng rẻ và độ nhiễm độc Arsen thấp hơn hơn
Pt vài ngàn lần. Do vậy nó được sử dụng thông dụng trong CN sản xuất H
2
SO
4
.
Trong công nghiệp thường dùng khối tiếp xúc vanadi chứa trung bình 7% V
2

O
5
ngoài ra
có các chất phụ gia như oxyt kim loại kiềm K
2
O và chất mang alumino silicat.
Hoạt động xúc tác của oxyt vanadi nẳm trong khoảng 400-600
o
C. Khi nhiệ độ > 600
o
C
xúc tác giảm hoạt động do hiện tượng kết khối với các chất phụ gia, chất đệm tạo thành hợp chất
không hoạt động.
Cơ chế xúc tác: O
2
và SO
2
bị hấp thụ trên bề mặt xúc tác và hòa tan hòan tòanvào xúc tác
nóng chảy và sẽ tác dụng với V
2
O
5
theo phương trình:
V
2
O
5
+ SO
2
= V

2
O
5
+ SO
3
2V
2
O
4
+ O
2
= 2V
2
O
5
- Nồng độ của các chất tham gia phản ứng:
Nồng độ của O
2
trong hỗn hợp khí tăng tốc độ của phản ứng tăng cân bằng chuyển dịch
về phía tạo thành SO
3
, đồng thời hiệu suất chuyển hóa SO
2
thành SO
3
cũng tăng.
Trong sản xuất, oxy hóa SO
2
trên xúc tác vanađioxit ở t
0

≈ 450
0
C, hàm lượng của oxy
trong hỗn hợp khí 11% còn SO
2
là 7% thì độ chuyển hóa của SO
2
có thể đạt được 98%. Khối
vanadi được thay trung bình 4 năm 1 lần nếu khí lò được tinh chế tốt. Nếu quá trình làm sạch khí
không tốt thì chế độ làm việc của thiết bị sẽ bị quá hỏng sau vài ngày.
Thiết bị oxi hóa
Phản ứng oxy hoá SO
2
là phản ứng toả nhiệt nên thiết bị tiếp xúc được thiết kế hợp lí gồm
nhiều tầng xen kẻ cứ một tầng xúc tác lại đến một tầng trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt toả ra
đồng thời để tránh nhiệt độ trong thiết bị tăng quá cao.
Hình 1.6 Tháp oxi hoá
1 - Chất xúc tác; 2- Sàn đỡ xúc tác; 3 - Ống trao đổi nhiệt
Khí SO
2
sau khi làm sạch lần lượt đi qua các tầng trao đổi nhiệt để có nhiệt độ khoảng 400-
500
o
C trước khi thực hiện phản ứng chuyển hoá
Hỗn hợp khí lần lượt qua các thiết bị truyền nhiệt trung gian để tăng nhiệt độ lên đến
khỏang 440
o
C và đi vào đỉnh thiết bị tiếp xúc. Sau khi qua lớp xúc tác I, 70% SO
2
được ôxi hóa,

hỗn hợp đi qua thiết bị truyền nhiệt C được làm lạnh xuống 450-460
o
C. Khí tiếp tục qua lớp xúc
tác II, nâng mức ôxi hóa SO
2
lên 90% . Sau khi qua thiết bị truyền nhiệt để hạ nhiệt độ xuống
440
o
C, khí đi vào lớp xúc tác III nâng mức chuyển hóa SO
2
lên 96%. Sau khi qua lớp tiếp xúc IV
98% SO
2
được chuyển hóa.
1.4.3. Hấp thụ SO
3
tạo H
2
SO
4
Về nguyên tắc, khí SO
2
khi kết hợp với H
2
O sẽ cho sản phẩm axit sunfuric. Nhưng trong
thực tế chúng sẽ hình thành các hạt mù không thể lắng đọng hay ngưng tụ được. Để khắc phục
hiện tượng này người ta tiến hành hấp thụ SO
3
bằng dung dịch axit đậm đặc. Quá trình hấp thụ
được tiến hành theo sơ đồ sau:

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống hấp thụ SO
3
trong sản xuất axit sunfuric
Khí SO
3
sau khi được làm nguội tại tháp trao đổi nhiệt (1) được hấp thụ bằng dd H
2
SO
4
98,3% để tạo ra oleum tại tháp hấp thụ (2). Khí oxi dư sang tháp hấp thụ (3) được hấp thụ bởi dd
axit khoảng 96% lấy từ thấp sấy. Dung dịch thu được la axit 98,3% dùng để cung cấp cho tháp
(2).
SO
3
được hấp thụ bằng H
2
SO
4
trong tháp hấp thụ. Trong các tháp pha khí được dẫn từ
dưới lên và pha lỏng được phun từ trên xuống.
(3) SO
3
(khí) + H
2
O(lỏng) → H
2
SO
4
(lỏng)
(4) H

2
SO
4
(lỏng) + nSO
3
(khí) → H
2
SO
4
∙nSO
3
(lỏng)
Để giảm bớt kho bãi và cước phí vận chuyển, trong sản xuất axit sunfuric, người ta
thường cho ra sản phẩm cuối củng là oleum (chứa từ 20 đến 65% SO
3
tự do); khi cần sử dụng
axit ở nồng độ nào thì sẽ pha loãng phù hợp.
(5) H
2
S
2
O
7
(lỏng) + H
2
O(lỏng) → 2 H
2
SO
4
(lỏng)

1.4.4. Sơ đồ sản xuất H
2
SO
4
bằng phương pháp đơn
Dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ một lần. Được áp dụng phổ biến trước năm 1970 với hiệu
suất chuyển hóa SO
2
thành SO
3
đạt 98%. Lượng SO
2
không chuyển hóa bị thải vào khí quyển,
gây ô nhiễm môi trường.
1.4.5. Sơ đồ sản xuất H
2
SO
4
kép
Dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 2 lần. Hiệu suất chuyển hóa đạt 99,5 đến 99,9%. Với dây
chuyền này lượng SO
2
trong khí thải bảo đảm nằm trong giới hạn cho phép khỏang 500mg/m
3
,
mù axit sunfuric đạt 35 mg/m
3
.

Hình 1.8 Sơ đồ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp kép

Khí qua bộ phận trao đổi nhiệt 1 và 2 vào lớp xúc tác I, sau đó tới lớp xúc tác II và III. Sau
khi đi qua lớp III khí vào bộ phận trao đổi nhiệt rồi vào tháp hấp thụ thứ nhất rồi lại qua bộ phận
trao đổi nhiệt và vào lớp xúc tác IV. Khí qua thiết bị trao đổi nhiệt lần nữa và đi vào tháp hấp thụ
thứ 2 rồi sau đó ra khí quyển.
1.5. Xu hướng cải tiến công nghệ
-Tăng công suất thiết bị đồng thời tự động hóa quá trình. Tăng công suất lên 2 -3 lần thì
đầu tư cơ bản giảm 25 – 30% và giá thành giảm 15 - 20%. Năng suất lao động sẽ tăng lên 2 lần.
-Cường hóa quá trình bằng cách dùng thiết bị tầng sôi, dùng các chất xúc tác mạnh.
-Dùng những sơ đồ tận dụng nhiệt tối đa do phản ứng tỏa ra kể cả những sơ đồ vòng hay áp
suất.
-Tăng mức độ chuyển hóa trên tất cả các công đọan để giảm hệ số tiêu tốn nguyên liệu và
giảm những chất thải độc hại.
-Dùng các hợp chất của lưu hùynh (S, SO
2
, SO
3
, H
2
S) từ bã thải của nhá máy khác.
-Khử độc cho khí thải và nước thải.