Giáo trình kỹ thuât Công nghệ Hóa

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
1
TÊN HỌC PHẦN:
CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG 1 (HÓA CÔNG)


MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

Học phần này nhằm trang bị cho sinh viên về các quá trình sản xuất những vật
liệu quan trọng trong đời sống và công nghệ hóa học. Trên cơ sở các kiến thức cơ
bản về công nghệ hóa học, các sinh viên sau khi tốt nghiệp có thể hoàn thành tốt
nhiệm vụ trong truyền đạt các kiến thức về giáo dục kỹ thuật tổng hợp trong các nhà
trường phổ thông.
Nội dung của học phần này có thể giúp cho sinh viên chuyển đổi nghề khi họ
có nguyện vọng làm việc ở các cơ sở nghiên cứu khoa học và sản xuất hóa học.
Đối với sinh viên khi học học phần này cần nắm vững các cơ sở hóa lý của
mỗi quá trình sản xuất như: sự ảnh hưởng của nồng độ, nhiệt độ, chất xúc tác đến
các quá trình sản xuất. Đồng thời sinh viên phải nắm vững được cấu tạo và hoạt động
của những thiết bị chính trong một dây chuyền sản xuất. Cuối cùng là phải nắm được
dây chuyền sản xuất của một số sản phẩm chủ yếu.
Sau phần thực hành sinh viên phải biết tiến hành những thí nghiệm tương tự
như đã được học.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
2
Chương I
NGUYÊN TẮC CỦA NỀN SẢN XUẤT HÓA HỌC

Mở đầu: Đối tượng của kỹ thuật công nghiệp hoá học

Hoá kỹ thuật công nghiệp nghiên cứu quá trình sản xuất và các sản phẩm sử
dụng trong nhiều lĩnh vực.
Thực tế sản phẩm của công nghệ hoá học đóng vai trò rất quan trọng trong sự
phát triển của một quốc gia. Từ những sản phẩm sử dụng trong sinh hoạt đến các sản
phẩm công nghệ cao đều được sản xuất từ những nhà máy hoá học.
Quá trình sản xuất hoá học ở qui mô công nghiệp phụ thuộc rất nhiều yếu tố.
Ngoài việc nghiên cứu động học các chuyển hoá hoá học cơ bản để chọn lựa cấu tạo
thiết bị, xác định các tính chất như độ bền hoá, bền nhiệt, bền cơ học của thiết bị, nó
còn giúp lựa chọn nguyên liệu và tổ chức lực lượng lao động phù hợp.
Tổ chức một quá trình sản xuất phải tính đến:
* Yếu tố kinh tế: Tính kinh tế phụ thuộc vào
- Chất lượng và giá thành của nguyên liệu,
- Năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm
- Trình độ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình sản xuất. Hiện náy các ngành
khoa học tự nhiên phát triển rất mạnh như toán học, vật lý, hoá học, sinh học có tác
động rất hiệu quả vào các quá trình sản xuất hoá học. Đặc biệt trong các quá trình tự

động hoá người ta còn ứng dụng tin học để kiểm tra các thông số trong quá trình sản
xuất.
Một số nền công nghiệp đạt đến trình độ cao phải kể đến công nghệ các hợp
chất cao phân tử và chế biến dầu mỏ.
Một cách tổng quát nhiệm vụ chủ yếu của công nghiệp hoá học là:
- Từ nguyên liệu đầu điều chế, tổng hợp thành các chất có giá trị khác
- Nghiên cứu quá trình sản xuất hoàn chỉnh để đạt hiệu quả tốt nhất mà không gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng đời sống của dân cư. Không ngừng cải tiến thiết bị
để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của sản phẩm.
- Xác định các chế độ kỹ thuật để tăng năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định.
- Xác định hiệu quả kinh tế và giải quyết hàng loạt các vấn đề kinh tế, kỹ thuật.
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
3
Những chỉ tiêu quan trọng nhất đặc trưng cho hiệu quả kinh tế của một
quá trình công nghệ hoá học:
- Tiêu hao nguyên liệu, nhiên liệu cho một đơn vị sản phẩm thấp nhất.
- Hiệu suất và chất lượng sản phẩm cao nhất.
- Giá thành hạ.
Phương hướng hiện nay của ngành hoá học thế giới là giải quyết, phát
triển các mối liên quan:
- Đạt tối đa năng suất với một thiết bị sản xuất.
- Cơ khí hoá các quá trình lao động.
- Tự động hoá và điều khiển từ xa, thay các quá trình gián đoàn thành các quá trình
liên tục
- Sử dụng tổng hợp nguyên liệu.
- Liên hiệp các xí nghiệp sản xuất hoá học liên quan
Để đáp ứng các nhu cầu đặt ra ở trên, thực tế sản xuất hoá học phải tuân theo

một số các nguyên tắc cơ bản sau

§1. TĂNG TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG CỦA QUÁ TRÌNH HÓA HỌC
Một đặc trưng rất quan trọng của sản xuất hóa học là làm biến đổi thành phần
hóa học của nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm thông qua các phản ứng giữa các
chất. Tốc độ của quá trình sản xuất phụ thuộc vào tốc độ của các phản ứng hóa học.
Do vậy làm tăng tốc độ của các phản ứng hóa học sẽ ảnh hưởng lớn đến giá thành
của sản phẩm.
Để làm tăng tốc độ của phản ứng, chúng ta cần biết tốc độ phản ứng phụ
thuộc vào các yếu tố nào?
Giả sử trong một hệ xảy ra phản ứng hóa học giữa hai chất A và B ta có
phương trình:
mA + nB = qD
Tốc độ phản ứng được biểu thị bằng phương trình tổng quát:

v =

dC

dt
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
4
Đó là sự biến thiên nồng độ của các chất tham gia phản ứng trong một đơn vị
thời gian.
Trong trường hợp phản ứng một chiều diễn ra trong hệ đồng thể thì:
v = k.
m

a
C .
n
b
C
C
a
- Nồng độ chất A
C
b
- Nồng độ chất B
k - Hằng số tốc độ phản ứng
m, n - Hệ số tỉ lượng của các chất tương ứng
Trong trường hợp phản ứng là thuận nghịch và diễn ra trong hệ đồng thể
với tốc độ của phản ứng thuận là V
1
, tốc độ phản ứng nghịch là V
2
, thì tốc độ chung
của quá trình hóa học:
V = V
1
- V
2
= k
1
m
a
C .
n

b
C - k
2
q
d
C
(k
1
, k
2
là hằng số tốc độ)
Nếu phản ứng hóa học xảy ra trong hệ dị thể (giữa khí - lỏng, khí - rắn, lỏng -
rắn) thì ngoài yếu tố nồng độ, tốc độ phản ứng còn phụ thuộc vào diện tiếp xúc của
các pha (còn gọi là diện tiếp xúc giữa các chất).
V = k.

C.F


C - Các yếu tố nồng độ
F - Diện tiếp xúc
Ngoài các yêu tố có mặt trong phương trình tốc độ còn có các yếu tố khác như
chiều chuyển động của các chất tham gia phản ứng trong thiết bị là ngược chiều,
cùng chiều hay chéo chiều.
Từ phương trình tổng quát ở trên để làm tăng tốc độ của phản ứng hóa học
phải tăng hệ số tốc độ k. Hệ số này phụ thuộc vào nhiệt độ và chất xúc tác của phản
ứng.
k = k
0
.e

-
RT
E

E - Năng lượng hoạt động hóa học của phản ứng
T - Nhiệt độ tuyệt đối
R - Hằng số khí. Khi dùng xúc tác thì năng lượng hoạt động hóa học
của phản ứng sẽ giảm và do đó làm tăng hằng số tốc độ của phản ứng. Nhiệt độ tăng
cũng làm tăng hệ số tốc độ của phản ứng.
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
5
Từ những điều phân tích trên đây ta thấy muốn tăng tốc độ của phản ứng phải
tăng nồng độ các chất tham gia phản ứng, tăng diện tiếp xúc giữa chúng và dùng chất
xúc tác thích hợp, tiến hành phản ứng ở những điều kiện thích hợp về nhiệt độ, áp
suất và môi trường.
I - TĂNG NỒNG ĐỘ CỦA CÁC CHẤT THAM GIA PHẢN ỨNG
Muốn vậy các chất nguyên liệu ban đầu cần làm giàu, tức là loại bỏ bớt tạp
chất. Ví dụ: làm giàu quặng apatit trước khi cho phản ứng với axit sunfuric để sản
xuất phân lân supephotphat, tăng áp suất chất khí; lấy sản phẩm ra khỏi khu vực
phản ứng; cho các chất ban đầu tiếp xúc nhau theo chiều thích hợp.
II - DÙNG CHẤT XÚC TÁC THÍCH HỢP
Hầu hết các quá trình sản xuất hóa học đều sử dụng các chất xúc tác để làm
tăng tốc độ của quá trình. Rất nhiều quá trình thiếu chất xúc tác, trong điều kiện bình
thường phản ứng hóa học xảy ra rất chậm, thậm chí hầu như không xảy ra. Ví dụ:
phản ứng giữa nitơ và oxi, SO
2
và oxi nhưng khi có mặt chất xúc tác thích hợp ở các

nhiệt độ thích hợp thì phản ứng xảy ra nhanh gấp hàng triệu lần. Việc nghiên cứu chế
tạo xúc tác cho các quá trình sản xuất hóa học là một nhiệm vụ rất quan trọng của
hóa học lý thuyết. Công nghiệp sản xuất các hợp chất hữu cơ càng cần có xúc tác.
Ngoài các xúc tác hóa học còn có các xúc tác vi sinh, nét đặc biệt của xúc tác vi sinh
là hoạt động ở nhiệt độ thấp và có độ chọn lọc rất cao tức là chỉ cho phản ứng diễn ra
theo một chiều xác định, hạn chế tạo ra sản phẩm phụ. Những ngành sử dụng một
lượng lớn xúc tác: sản xuất phân bón, hóa dầu và sản xuất các hợp chất cao phân tử.

III - TĂNG NHIỆT ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG HÓA HỌC
Như trên đã giải thích khi tăng nhiệt độ sẽ tăng hằng số tốc độ của phản ứng.
Trong sản xuất hóa học hầu hết các phản ứng đều diễn ra ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
thường, có khi rất cao. Ví dụ: Phản ứng đốt cháy pirit sắt ở nhiệt độ khoảng 800
o
C,
phản ứng tổng hợp NH
3
ở 450
o
C, chế tạo dầu mỏ khoảng 500
o
C…
Về mặt lí thuyết nhiệt độ tăng, tốc độ phản ứng tăng, nhưng ở nhiệt độ cao
nhiều chất bị phân hủy, sự ăn mòn thiết bị rất nhanh, tiêu hao nhiều năng lượng cho
quá trình sản xuất nên sự tăng nhiệt độ cần phù hợp với tình hình thực tế sản xuất.
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
6
Người ta đang tìm các chất xúc tác có hoạt độ cao để hạ nhiệt độ thích hợp của phản

ứng, giảm giá thành sản phẩm. Xúc tác và nhiệt độ của phản ứng hóa học có liên
quan với nhau.

IV - TĂNG TIẾP XÚC CỦA CÁC CHẤT PHẢN ỨNG
Có nhiều quá trình hóa học diễn ra trong hệ dị thể hoặc giữa chất rắn với chất
lỏng, hoặc giữa chất lỏng với chất khí. Trong những trường hợp như vậy phản ứng
hóa học diễn ra trên ranh giới tiếp xúc giữa hai pha, do đó tăng diện tiếp xúc giữa
chúng sẽ làm tăng mạnh tốc độ của quá trình sản xuất. Để làm việc đó các chất rắn
thường được đập, nghiền đến một kích thước nhỏ thích hợp, các chất lỏng được đưa
vào thiết bị dưới dạng nhỏ hoặc dòng chảy hoặc tưới chất lỏng chảy trên các vật đệm
rồi cho chất khí đi ngược chiều với dòng chất lỏng (hấp thụ SO
3
để chế tạo H
2
SO
4
).
Khuấy trộn là một biện pháp làm tăng diện tiếp xúc giữa các chất tham gia phản ứng.


§2. THỰC HIỆN CÁC QUÁ TRÌNH LIÊN TỤC TUẦN HOÀN KÍN

Trong sản xuất có thể thực hiện theo quá trình gián đoạn, liên tục, tuần hoàn
Quá trình gián đoạn là quá trình diễn ra mang tính chất chu kì: nạp nguyên
liệu vào thiết bị, cho phản ứng diễn ra, khi kết thúc phản ứng lấy sản phẩm ra khỏi
thiết bị. Như vậy trong quá trình gián đoạn, điều kiện phản ứng hóa học trong một
thiết bị luôn luôn thay đổi về nồng độ các chất, về nhiệt độ, do đó thiết bị có năng
suất thấp và chóng bị hỏng. Quá trình gián đoạn đang được thay thế dần bằng các
quá trình liên tục. Quá trình gián đoạn chỉ thích hợp với sản xuất nhỏ.
Quá trình liên tục là quá trình được thực hiện không mang tính chu kì: nguyên

liệu đưa vào thiết bị một cách liên tục đồng thời sản phẩm được lấy ra một cách liên
tục, các điều kiện phản ứng luôn luôn ổn định tại các khu vực khác nhau của thiết bị
Quá trình liên tục so với quá trình gián đoạn có các ưu điểm sau:
- Năng suất làm việc của thiết bị cao, giảm được giá thành sản phẩm.
- Do giữ ổn định điều kiện làm việc của thiết bị nên tạo điều kiện điều khiển
tự động và cơ khí hóa sản xuất.
- Giảm được chi phí xây dựng trên một đơn vị sản phẩm.
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
7
Đối với những quá trình hiệu suất chuyển hóa thấp, người ta cần đưa các chất
ban đầu chưa phản ứng quay trở lại điều kiện phản ứng ban đầu để tận dụng triệt để
nguyên liệu, tăng hiệu suất chuyển hóa. Quá trình như vậy gọi là quá trình liên tục
tuần hoàn kín, ví dụ quá trình tổng hợp amoniac, sản xuất rượu etylic từ khí etilen.


§3. LIÊN HIỆP GIỮA CÁC XÍ NGHIỆP VÀ NHÀ MÁY

Trong sản xuất hóa học các nhà máy hoặc các xí nghiệp của cùng một nhà
máy có mối liên quan hữu cơ với nhau, sản phẩm của nhà máy này là nguyên liệu
của nhà máy khác, giữa các xí nghiệp cũng như vậy; sự phát triển của ngành sản xuất
này đòi hỏi những sản xuất khác cùng phát triển. Sự liên hiệp sẽ làm giảm bớt chi phí
vận chuyển, bảo đảm an toàn sản xuất, góp phần chống ô nhiễm môi trường, từ đó
làm giảm giá thành sản phẩm. Do vậy các nhà máy hóa chất thường xây dựng cạnh
nhau tạo ra một khu công nghiệp hóa học rộng lớn gồm nhiều ngành sản xuất.
Ở nước ta, tuy công nghiệp chưa phát triển nhưng cũng đã có những khu liên
hiệp hóa chất: liên hiệp hóa chất Việt Trì, liên hiệp hóa chất phân đạm Bắc Giang,
liên hiệp các nhà máy ở Biên Hòa, khu công nghiệp khí - điện - đạm Phú Mỹ.

Một ví dụ về sự liên hiệp giữa các xí nghiệp:
Điện phân NaCl

H
2
Cl
2
NaOH

khí HCl giấy

PVC axit HCl Thuốc trừ sâu

Mì chính



§4. CƠ KHÍ HÓA VÀ TỰ ĐỘNG HÓA CÁC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
8

Muốn tăng năng suất lao động, tăng hiệu quả sử dụng các nguồn nguyên liệu
thiên nhiên cũng như nhân tạo, người ta không những áp dụng các quá trình liên tục,
tuần hoàn kín mà còn phải cơ khí hóa, tự động hóa các quá trình sản xuất. Một đặc
trưng nổi bật của công nghiệp hóa học là các phản ứng hóa học xảy ra trong thiết bị
thường ở nhiệt độ cao, áp suất cao, các điều kiện ấy lại đòi hỏi ổn định và nghiêm
ngặt, con người rất khó hoặc không thể điều khiển trực tiếp một cách thủ công được.

Trong sản xuất hóa học các nguyên liệu cũng như các sản phẩm đều là những chất có
thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe có khi còn gây cháy, nổ làm
thiệt hại đến của cải và tính mạng con người. Có những khu vực phản ứng con người
không thể tiếp cận được. Cho nên cơ khí hóa, tự động hóa các quá trình sản xuất là
một yêu cầu khách quan không phải chỉ vì mục đích kinh tế mà còn vì an toàn lao
động đối với con người. Có thể tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất, hoặc tự động
hóa từng khâu sản xuất. Ngày nay với sự tiến bộ của "người máy" tin học đã tạo điều
kiện thuận lợi cho việc tự động hóa điều khiển từ xa các quá trình sản xuất. Người ta
đã chế tạo được các hệ thống tự động kiểm tra nguyên liệu vào và chất lượng sản
phẩm xuất xưởng, tự động điều khiển các điều kiện phản ứng theo những chương
trình lập sẵn nhờ các hệ thống máy vi tính hiện đại.
Một nền sản xuất hóa học được cơ khí hóa và tự động hóa cao sẽ làm nhẹ và
tiết kiệm lao động, tăng năng suất lao động, tạo điều kiện làm tăng chất lượng, giảm
giá thành của sản phẩm.
Ví dụ việc tự động hóa và cơ giới hóa sản xuất xô đa làm tiêu thụ hơi và điện
giảm xuống 50%. Tự động hóa các thiết bị phản ứng trong sản xuất NH
3
làm giảm
tiêu tốn nguyên liệu 1%, tăng năng suất lao động 5%.


§5. TẬN DỤNG CÁC PHẾ THẢI CN CHỐNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Trong một nền sản xuất hóa học bất kì, ngoài sản phẩm chính còn có các sản
phẩm phụ và các chất phế thải. Những chất thải này sẽ làm ô nhiễm môi trường, phá
hoại các điều kiện sinh sống bình thường của động vật trên Trái Đất, khí quyển, thủy
quyển và cả điều kiện sống của con người. Sự ô nhiễm môi trường do các ngành sản
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
9
xuất hóa học đã đến mức báo động không chỉ giới hạn ở một vùng, một nước. Vì vậy
cả thế giới đang hợp sức lại để tiến hành các biện pháp bảo vệ môi trường. Bên cạnh
việc xử lý các chất độc hại có hại cho sức khỏe, người ta phải tìm cách biến các chất
phế thải thành sản phẩm có ích cho con người. Trong sản xuất axit sunfuric giai đoạn
đốt pirit sắt để tạo khí SO
2
đã sinh ra một khối lượng rất lớn Fe
2
O
3
, quá trình làm
sạch khí SO
2
cũng thu được bụi xỉ, oxit kim loại asen và selen. Việc sử dụng các phế
thải đó sao cho lợi về mặt kinh tế là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá
một dây chuyền sản xuất có hiệu quả trong thực tiễn. Công nghệ càng kém hoàn
thiện, kĩ thuật sản xuất lạc hậu thì phế thải bỏ đi càng nhiều. Sử dụng phế thải sẽ làm
giảm giá thành của sản phẩm chính, chống ô nhiễm cho các vùng xung quanh xí
nghiệp. Trong luyện kim màu thường thải ra một lượng khí có hàm lượng SO
2
thấp,
trước đây người ta không sử dụng được cho thải vào không khí làm ô nhiễm môi
trường gây ra các trận "mưa axit" gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Ngày nay
người ta đã tìm cách sử dụng các khí thải của ngành luyện kim để sản xuất H
2
SO
4
.

Xỉ của các lò cao, lò hơi trước đây bỏ đi, nay cũng được sử dụng làm bê tông xỉ
trong xây dựng. Xỉ lò luyện thép và xỉ lò của sản xuất mangan sau khi nghiền nhỏ
được dùng làm phân bón rất tốt vì chứa lân và nguyên tố vi lượng. Xỉ lò cao đốt bằng
than gỗ dùng chế tạo các vật liệu cách điện có chất lượng cao. Từ bụi của quá trình
đốt pirit sắt và tinh chế SO
2
người ta chế tạo được selen, telu. Từ bụi của sản xuất
kẽm đã chế tạo được cađimi.
Trong sản xuất hóa học hiện đại dùng rất nhiều chất xúc tác quý, sau một thời
gian làm việc các chất này mất hoạt tính, người ta đã tìm cách tái sinh lại để phục hồi
hoạt tính của chúng và tiếp tục dùng lại trong quá trình sản xuất.
Nhiệt thừa của một số quá trình sản xuất, ví dụ khí hóa nhiên liệu rắn thành
nhiên liệu khí cũng là một dạng phế thải. Người ta sử dụng nó vào việc sản xuất hơi
nước, sưởi ấm hoặc gia nhiệt cho các chất đầu trước khi đi vào vùng phản ứng chính.
Chống ô nhiễm môi trường không chỉ bằng biện pháp sử dụng các phế thải để
chế biến thành các sản phẩm có ích mà còn phải chuyển hóa các chất thải của nhà
máy thành những chất không hoặc ít làm hại môi trường trước khi thải. Ví dụ khí
thải của các nhà sản xuất HNO
3
còn chứa một lượng khí NO gây ảnh hưởng đến bầu
khí quyển cho nên phải nguyên cứu các chất xúc tác để khử NO triệt để. Các lò cao
sản xuất phân lân thuỷ tinh đưa vào khí quyển khí HF hoặc SiF
4
rất độc đối với cây
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
10
trồng cùng xung quanh, người ta phải dùng các dung dịch kiềm để xử lí khí lò trước

khi thải vào môi trường. Nhiều nhà máy thải nước vào các dòng sông đã gây ô nhiễm
nước làm ảnh hưởng xấu đến các thủy sinh vật và sức khỏe con người sống ven các
sông và sự phát triển của nông nghiệp. Do vậy phải kiểm tra thành phần của nước
thải để có phương pháp xử lý thích hợp. Đối với các chất thải của các nhà máy điện
nguyên tử người ta phải bao gói cẩn thận rồi tìm cách "chôn cất" chúng xuống đáy
đại dương.
Chống ô nhiễm môi trường giờ đây đang trở thành nghĩa vụ của mỗi con
người để bảo vệ môi trường sống của chính mình. Công nghiệp hóa học hàng ngày,
hàng giờ đang cung cấp cho con người những chất mới, những sản phẩm tiêu dùng
phục vụ nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của con người, nhưng công nghiệp hóa
học cũng từng ngày, từng giờ đang đưa vào môi trường khối lượng lớn các chất độc,
ngày càng đầu độc chính sự sống của con người. Chống ô nhiễm môi trường trở
thành một nguyên tắc của công nghiệp hóa học.


__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
11
Chương II
SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC


§1.VAI TRÒ CỦA AXIT SUNFURIC

Axit sunfuric đã được biết từ lâu, người đầu tiên chế nó từ sắt sunfat-(FeSO
4
)
trong phòng thí nghiệm là nhà giả kim thuật ai cập Gôbe (Geber) vào thế kỷ thứ 10.

Giữa thế kỷ 15 người ta tổng hợp H
2
SO
4
từ lưu huỳnh bằng cách đốt lưu huỳnh cùng
với muối Nitrat sinh ra bằng nước sẽ thu được dung dịch H
2
SO
4
. Vì có mặt của oxit
nitơ đóng vai trò như chất xúc tác cho quá trình oxi hóa SO
2
thành SO
3
nên phương
pháp này có tên gọi là phương pháp Nitroza.
Ngày nay người ta oxi hóa SO
2
trên xúc tác rắn thành SO
3
, nên phương pháp
này có tên gọi là phương pháp tiếp xúc sản xuất axit sunfuric. Phương pháp tiếp xúc
đang dần dần thay thế phương pháp nitroza. Theo phương pháp tiếp xúc sản xuất
được axit sunfuric có nồng độ trên 98%, sạch hơn trong khi phương pháp nitroza chỉ
sản xuất được axit sunfuric nồng độ dưới 75% và còn lẫn nhiều tạp chất chỉ thích
hợp cho việc sản xuất phân bón.
Axit sunfuric là một hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tế
quốc dân và cũng là một sản phẩm có khối lượng lớn của công nghiệp hóa học. Sản
xuất axit sunfuric trên thế giới ngày càng tăng.
1900 : 4,2 triệu tấn

1937: 18,8 triệu tấn
1960: 47 triệu tấn
1980: Trên 100 triệu tấn
Phần lớn axit sunfuric được sử dụng để sản xuất phân bón, chế biến các nhiên
liệu lỏng, tổng hợp hữu cơ, sản xuất thuốc nhuộm, dùng trong ngành luyện kim, mạ
điện v.v….


§2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
12
Có thể nói lưu huỳnh và các hợp chất của nó đều có thể làm nguyên liệu sản
xuất axit sunfuric.

I. LƯU HUỲNH
Trong tự nhiên có các mỏ lưu huỳnh, nó 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. Liên xô cũ, Mĩ, Canada, Balan là những nước có nhiều mỏ lưu
huỳnh.

II. QUẶNG PIRIT

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, asen, đồng, silic, cacbonat, canxi, các oxit
nhôm, bạc và vàng. Thành phần trung bình của lưu huỳnh trong quặng dao động từ
40 đến 50%. Pirit sắt nguyên chất chứa 53,44% lưu huỳnh. Ở nước ta có quặng pirit,
nhưng hàm lượng lưu huỳnh thấp dưới 15% nên chưa sử dụng trực tiếp làm nguyên
liệu sản xuất H
2
SO
4
. Công ty Supephotphat Lâm Thao ở nước ta phải nhập pirit sắt
từ nước ngoài để sản xuất H
2
SO
4
.
Muốn sử dụng quặng nghèo làm nguyên liệu sản xuất axit sunfuric phải làm
giàu quặng bằng các phương pháp tuyển nổi để loại bỏ bớt các tạp chất nâng hàm
lượng pirit kim loại cao hơn.

III. THẠCH CAO
Thành phần chính của thạch cao là CaSO
4
ngậm nước hoặc CaSO
4
khan. Khi
nung thạch cao người ta thu được SO
2
và CaO nên dùng thạch cao vừa để sản xuất

axit sunfuric vừa để sản xuất xi măng. Nguồn nguyên liệu này chỉ phù hợp với những
nước thiếu nguồn lưu huỳnh và các quặng pirit, ngày nay ít được sử dụng.
IV. CÁC HỢP CHẤT CHỨA LƯU HUỲNH KHÁC
Các lò luyện gang thép, lò luyện kim màu, các khí thải của chế biến dầu, khí
than, … có chứa khí SO
2
với hàm lượng tương đối lớn, nếu thải vào khí quyển sẽ
làm ô nhiễm môi trường nên người ta đã sử dụng nó để sản xuất axit sunfuric.
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
13
Khí sunfuahidro (H
2
S) sinh ra trong khí các lò cốc hoặc tách ra từ quá trình
chế biến dầu mỏ cũng được dùng làm nguồn nguyên liệu chế tạo khí SO
2
để sản xuất
axít sunfuric.
Một số ngành gia công kim loại có nước thải chứa nhiều axit H
2
SO
4
cũng
được sử dụng thu hồi H
2
SO
4
.

§3. CHẾ TẠO HỖN HỢP KHÍ SO
2


I. NGUYÊN TẮC
Nếu đi từ lưu huỳnh, người ta phun lưu huỳnh ở trạng thái lỏng vào lò đốt, ở
đó xảy ra phản ứng.
S
hơi
+ O
2
= SO
2
H < 0
Phản ứng tỏa nhiệt, nhiệt độ của lò có thể đạt tới gần 1200
0
C. Tại nhiệt độ này
phản ứng xảy ra rất nhanh và hoàn toàn.
Nếu đi từ H
2
S người ta cũng đốt cháy nó trong không khí.
2H
2
S + 3O
2
= 2SO
2
+ 2H

2
O H < 0
Phản ứng cũng tỏa nhiều nhiệt, hầu như không thuận nghịch.
Chế tạo khí SO
2
từ H
2
S là kinh tế nhất, nhưng trong hỗn hợp khí có lẫn nhiều
hơi nước nên gặp khó khăn hơn trong việc tinh chế.
Quặng pirit sắt là nguyên liệu thường dùng, khi đốt quặng pirit trong không
khí xảy ra các phản ứng sau:
Ở nhiệt độ khoảng 600
0
C và thiếu oxi xảy ra sự phân hủy quặng pirit sắt thành
hơi lưu huỳnh và FeS.
2FeS
2
= 2FeS + S
2
H > 0
Phản ứng thu nhiệt.
Ở nhiệt độ cao hơn lưu huỳnh cháy tạo ra SO
2

S
2
+ 2O
2
= 2SO
2

H < 0
Sau đó FeS tiếp tục cháy.
4FeS + 7O
2
= 4SO
2
+ 2Fe
2
O
3
H < 0

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
14
II. CÁC ĐIỀU KIỆN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH ĐỐT PIRIT
1. Nhiệt độ.
Đây là quá trình đốt cháy nguyên liệu rắn cho nên nhiệt độ càng cao quá trình
cháy của pirit sắt trong không khí thành SO
2
càng nhanh. Do quá trình tỏa nhiệt nên
chỉ phải cung cấp nhiệt cho phản ứng lúc đầu, sau đó quá trình tự diễn ra. Phản ứng
càng mãnh liệt nhiệt tỏa ra càng nhiều và càng làm cho nhiệt độ phản ứng có thể
vượt quá 850
0
C. Ở những nhiệt độ quá cao đó sẽ làm cho nguyên liệu nóng chảy kết
khối lại dẫn đến tốc độ phản ứng giảm nhanh và nguyên liệu trong lò phản ứng
chuyển động khó khăn. Cho nên trong thực tế sản xuất, nhiệt độ của lò phản ứng dao

động từ 600 đến 850
0
C, nhiệt độ thích hợp này còn phụ thuộc vào cấu tạo của lò đốt.
Nhiệt độ cao nhất cũng không vượt quá 1000
0
C.
2. Diện tiếp xúc giữa nguyên liệu và không khí.
Quá trình đốt cháy pirit trong không khí là một quá trình xảy ra trong hệ dị thể
(giữa chất rắn và chất khí) cho nên phản ứng của oxi với quặng diễn ra trên bề mặt
của quặng. Cùng một khối lượng, bề mặt của quặng càng lớn tốc độ phản ứng càng
nhanh. Kích thước của quặng pirit trước khi đưa vào lò đốt còn phụ thuộc vào cấu
trúc của lò, nếu dùng lò "bơi chèo" thì kích thước quặng từ 6-8mm, dùng lò "tầng
sôi" kích thước quặng từ 2-5mm, còn dùng lò phun quặng có kích thước nhỏ hơn.
3. Tốc độ thổi oxy vào lò
Tốc độ thổi oxy vào lò càng lớn thì quặng pirit cháy càng nhanh vì khi ấy
nồng độ oxy trong lò càng tăng. Phản ứng mạnh, nhiệt tỏa ra nhiều sẽ làm cho nhiệt
độ của vùng phản ứng vượt quá mức quy định. Mặt khác tốc độ thổi không khí nhanh
sẽ mang theo nhiều nitơ của không khí vào hỗn hợp khí sau phản ứng làm giảm nồng
độ SO
2
của hỗn hợp khí sau phản ứng và kéo nhiều bụi theo SO
2
. Người ta phải điều
chỉnh cho không khí vào lò đốt sao cho hỗn hợp khí thu được chứa khoảng 7% SO
2
,
11% oxy.
4. Tốc độ cháy của pirit sắt
Tốc độ cháy của pirit sắt còn phụ thuộc vào cấu tạo tinh thể của nó và các tạp
chất chứa trong nó.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
15
III- LÒ ĐỐT PIRIT
Hiện nay người ta thường dùng 3 loại lò đốt để đốt các quặng có kích thước
và thành phần khác nhau.

1. Lò "bơi chèo"
Khäng khê vaìo
laìm nguäüi truûc loì
Khäng khê ra
Khäng khê
vaìo loì âäút
VII
XI
1
2
3
Fe
2
S
0
SO
2
I
4
II

III
5
IV
6
V
VI

Hình II.1. Lò đốt "bơi chèo" để đốt pirit
1. Cửa thải xỉ 4. Thành lò
2. Chiều rơi của quặng 5. Trục lò (*)
3. Bun ke chứa quặng 6. Đòn cào
Là một loại lò đốt có nhiều tầng, thông thường có cấu trúc hình trụ cao
khoảng 8m kể cả giá đỡ, đường kính 6m, vỏ bằng thép, phía trong xây gạch chịu lữa.
Lò có 7 tầng để đốt quặng và phần trên cùng của lò dùng để sấy khô quặng trước khi
cho vào các tầng đốt. Thứ tự của các tầng lò được đánh số từ trên xuống. Tầng trên
cùng có cửa dẫn hỗn hợp khí SO
2
thu được sau phản ứng sang giai đoạn tinh chế.
Tầng dưới cùng có các cửa cho không khí vào lò, các tầng còn lại có các cửa để sửa
chữa lò và bổ sung thêm không khí. Giữa lò có một trục quay bằng gang đường kính
khoảng 0,9m gắn với các đòn cào có răng cào để đảo trộn và kéo quặng chuyển động
từ tầng I xuống tầng VII. Khi trục lò quay nó đóng vai trò một máy khuấy. Trong
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
16
trục lò có hệ thống dẫn không khí lạnh làm nguội trục lò và hệ thống đòn cào. Phía
dưới của tầng lò cuối cùng là lỗ tháo xỉ.
Khi lò bắt đầu hoạt động, quặng được đổ tự động từ bể chứa quặng vào tầng

khuấy trên đỉnh lò, các răng cào trên tầng sấy đảo quặng và cào nó từ phía thành lò
vào gần trục lò, qua các khe hở sát trục lò quặng rơi xuống tầng thứ I. Nhiệt độ ở đây
khoảng 650
0
C quặng bắt đầu phân hủy thành hơi lưu huỳnh và FeS. Một phần lưu
huỳnh bị đốt cháy ngay ở tầng này. Tiếp đó hệ thống răng cào ở tầng I lại đảo và cào
quặng từ trục lò ra phía thành lò qua khe hở rơi xuống tầng II… cứ như vậy quặng
được chuyển qua các tầng xuống tới tầng VII thì bị cháy hoàn toàn tạo thành xỉ (các
oxit sắt) theo ống tháo xỉ ra khỏi lò.
Hỗn hợp khí SO
2
được lấy ra ở đỉnh lò
Không khí để đốt quặng đi theo các cửa ở tầng VII theo chiều ngược lại với
chiều đi của quặng.
Áp suất trong lò đốt bao giờ cũng giữ thấp hơn áp suất ngoài khí quyển để
hỗn hợp khí SO
2
không bay ra làm ô nhiễm môi trường.
Kích thước quặng cho vào lò đốt từ 6 - 8mm.
2. Lò "tầng sôi"
Trong những năm gần đây người ta thay thế dần lò "bơi chèo" bằng lò "tầng
sôi" để đốt quặng. Trong lò này quặng luôn ở trạng thái chuyển động giống như hiện
tượng sôi của chất lỏng. Để tạo nên hiện tượng "sôi" của quặng, phía dưới của lò đốt
có một lưới thép, không khí thổi từ phía dưới lò qua lưới thép làm cho quặng trên
lưới thép chuyển động liên tục giống như "sôi". Ở trạng thái lơ lửng như vậy quặng
tiếp xúc tốt với không khí và bị đốt cháy rất nhanh để tạo SO
2
. Xỉ quặng có kích
thước nhỏ nên bị thổi lên phía trên và theo lỗ tháo xỉ ra ngoài.
Khí SO

2
lấy ra ở phía trên của lò.
Năng suất loại lò này cao hơn lò "bơi chèo", đốt pirit ở nhiệt độ cao hơn nên
tốc độ phản ứng cũng cao hơn.
Kích thước quặng nhỏ hơn 6mm, nhưng không quá nhỏ.
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
17
1
3
Xi
KK
Fe
2
S
SO
2
2


Hình II.2. Lò đốt pirit ở "tầng sôi"
1 - Phòng đốt
2- Lưới phân phối không khí
3 - Quặng ở trạng thái "sôi"

3. Lò phun (hình II.3)
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
18
3
Qu?ng
1
Xè
SO
2
2

Hình II.3. Lò phun đốt pirit
1. Vỏ
2. Lớp lát vỏ lò bằng vật liệu chịu lửa
3. Vòi phun quặng bụi và không khí
Loại lò này cho phép đốt quặng pirit ở dạng bụi có hàm lượng lưu huỳnh thấp
không thể đốt trong các loại lò khác. Lò cao khoảng 10m, đường kính 4m. Lò có cấu
tạo rỗng. Quặng được không khí phun vào lò từ phía đáy. Ở trạng thái như vậy quặng
bị đốt cháy. Quá trình phản ứng xảy ra trong toàn bộ thể tích của lò. Từ đỉnh lò
người ta có thể bổ sung không khí vào lò. Xỉ lò rơi xuống đáy. Hàm lượng SO
2
trong
sản phẩm khí có thể đạt tới 12%
Loại lò này có công suất lớn hơn lò "bơi chèo", có thể đốt cháy khoảng 100
tấn quặng trong một ngày đêm. Nhược điểm của nó là hỗn hợp khí SO
2
chứa rất

nhiều bụi gây khó khăn cho quá trình tinh chế.





§4. TINH CHẾ HỖN HỢP KHÍ SO
2

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
19

Hỗn hợp khí ra khỏi lò đốt ngoài SO
2
(khoảng 7%) còn chứa nhiều tạp chất
như bụi, hơi nước, các oxit asen, selen và các hợp chất của flo v.v… Người ta phải
loại chúng ra khỏi hỗn hợp khí, nếu không chúng sẽ làm hỏng chất xúc tác oxy hoá
SO
2
hoặc bao phủ bề mặt chất xúc tác làm cho nó không có tác dụng hoặc làm cho
axit H
2
SO
4
bị nhiểm bẩn.
1. Tách bụi nhờ một hệ thống lắng cơ học và máy lọc điện để giữ lại các bụi
có kích thước lớn, các bụi nhỏ sẽ sẽ bị tách nốt trong các tháp rửa khí.

2. Tách asen oxit và selen oxit: asen oxit làm ngộ độc chất xúc tác nên phải
tách triệt để bằng cách cho hỗn hợp khí SO
2
qua các tháp rửa, hơi asen oxit và selen
oxit sẽ bị giữ lại.
3. Tách "mù" H
2
SO
4
: do trong dòng khí có hơi nước và một lượng nhỏ SO
3
,
nên chúng tạo ra những giọt rất nhỏ H
2
SO
4
, ăn mòn các đường ống và làm hỏng xúc
tác. Tách mù nhờ các lọc điện ướt.
4. Tách hơi nước hay còn gọi là làm khô hỗn hợp khí SO
2
: sau các giai đoạn
rửa khí, khí mang theo nhiều hơi nước, nếu qua xúc tác sẽ làm xúc tác bị ẩm và vỡ
vụn, nên phải làm khô khí bằng cách cho đi qua các tháp tưới H
2
SO
4
đậm đặc 98%.
Sau khi tinh chế, hỗn hợp khí có độ ẩm 0,01% và nhiệt độ 50
0
C tiếp tục đi vào

hệ thống oxi hoá SO
2
thành SO
3.


§5. OXI HÓA SO
2
BẰNG XÚC TÁC V
2
O
5


I - CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Phản ứng giữa SO
2
và O
2
trong điều kiện bình thường, ngay cả ở nhiệt độ cao
hầu như không xảy ra, mặt khác SO
3
là sản phẩm của sự oxi hóa đó lại không bền ở
nhiệt độ cao, nó 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
△H < 0
Ở nhiệt độ thấp phản ứng chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành SO
3
. Nhiệt
độ thấp nhất để phản ứng xảy ra rõ rệt vào khoảng 400
0
C. Nếu ở nhiệt độ thấp quá
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
20
chất xúc tác chưa thể hiện tác dụng xúc tiến phản ứng, nhưng ở nhiệt độ quá cao chất
xúc tác lại bị phá vỡ cấu trúc làm mất tác dụng, mặt khác phản ứng lại dịch chuyển
cân bằng về phía phân hủy SO
3
thành SO
2
và O
2
. Trong thực tế sản xuất người ta duy

trì nhiệt độ khoảng 450
0
C khi dùng xúc tác là oxit vanadi (V
2
O
5
).
Có nhiều chất có thể làm chất xúc tác cho phản ứng này. Thời kỳ đầu người ta
dùng platin làm chất xúc tác, platin có hoạt tính cao, nhưng rất đắt tiền nên người ta
lại dùng sắt (III) oxit Fe
2
O
3
. Trong những năm gần đây người ta dùng vanadi oxit
V
2
O
5
vì có hoạt tính cao hơn Fe
2
O
3
. Trộn thêm Al
2
O
3
, SiO
2
, K
2

O, CaO và V
2
O
5
người ta đã tạo ra được chất xúc tác thích hợp cho quá trình oxi hóa SO
2
thành SO
3
.
Xúc tác này vẫn giữ được hoạt tính cao không kém nhiều so với chất xúc tác Pt mà
lại rẻ tiền hơn, bền hơn trong các điều kiện làm việc thích hợp.
Về yếu tố nồng độ của các chất tham gia phản ứng, khi tăng nồng độ của O
2

trong hỗn hợp khí thì tốc độ của phản ứng tăng và cân bằng sẽ chuyển dịch về phía
tạo thành SO
3
, đồng thời hiệu suất chuyển hóa SO
2
thành SO
3
cũng tăng. Trong điều
kiện sản xuất, oxy hóa SO
2
trên xúc tác vanađioxit ở nhiệt độ khoảng 450
0
C, hàm
lượng của oxy trong hỗn hợp khí là 11% còn SO
2
là 7% thì độ chuyển hóa của SO

2

có thể đạt được 98%.

II- THIẾT BỊ OXI HÓA (hình II.4)
Tháp oxi hóa SO
2
trong công nghiệp gọi là tháp tiếp xúc. Nó có cấu trúc hình
trụ cao khoảng 8-10m, đường kính 3-4m, phần dưới đường kính rộng hơn. Xung
quanh có vỏ thép bọc lớp giữ nhiệt để giữ nhiệt độ của tháp. Phía trong tháp xây
gạch chịu lửa chống ăn mòn. Chất xúc tác trong thiết bị được chia thành 4 hoặc 5
lớp, đặt nằm ngang trong thiết bị. Giữa các lớp xúc tác là các ống hình trụ đặt song
song để thực hiện việc trao đổi nhiệt giữa khí SO
3
và SO
2
trước khi qua xúc tác (khí
SO
3
đi

trong ống, khí SO
2
đi ngoài ống).
Khí SO
2
sau khi đã được đốt nóng sơ bộ đi vào phần trao đổi nhiệt phía dưới
cùng của tháp sau đó qua phần trao đổi nhiệt ở giữa, tiếp tục thu thêm nhiệt ở phần
trao đổi nhiệt trên cùng để đạt nhiệt độ khoảng 450
0

C và đi qua lớp xúc tác thứ nhất,
tại đây phản ứng oxi hóa SO
2
diễn ra, tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ của dòng khí tăng
lên vượt quá 450
0
C. Người ta phải làm lạnh khí xuống 450
0
C nhờ khí SO
2
đi ngoài
ống, còn SO
3
đi trong ống trao đổi nhiệt. Qua trao đổi nhiệt dòng khí tiếp tục qua lớp
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
21
xúc tác thứ hai. Phản ứng oxi hóa SO
2
lại diễn ra, nhiệt độ của dòng khí lại tăng,
người ta lại cho trao đổi nhiệt với SO
2
tương tự như trên, rồi sau đó dòng khí qua lớp
xúc tác thứ ba và thứ tư. Sau khi đi qua các lớp xúc tác hiệu suất chuyển hóa SO
2

thành SO
3

đạt 98%. Đây là một kiểu tháp tiếp xúc thường được sử dụng hiện nay.
Tại công ty supephotphat Lâm Thao có loại thiết bị kiểu này.
1
2
3
1
2
3
SO
3
SO
2
1
2
3

Hình II.4. Tháp oxi hoá
1 - Chất xúc tác ; 2- Sàn đỡ xúc tác, 3 - Ống trao đổi nhiệt
Ở những nước tiên tiến người ta đã sử dụng các tháp tiếp xúc "tầng sôi" vì
nó cho năng suất lao động cao hơn do tốc độ của quá trình nhanh hơn.

§6. HẤP THỤ SO
3


Khi nước phản ứng với SO
3
sẽ tạo thành H
2
SO

4

SO
3
+ H
2
O = H
2
SO
4
△H < 0
Trong sản xuất người ta không dùng trực tiếp nước để hấp thụ SO
3
, tức là
không dùng nước tưới lên các tháp hấp thụ SO
3
vì khi đó tạo thành "mù" axit
sunfuric, là những hạt nhỏ H
2
SO
4
không

ngưng tụ thành những giọt lớn để cho ta
H
2
SO
4
lỏng mà chúng theo dòng khí bay ra ngoài theo ống thải khói. Như vậy tổn
thất một phần lớn H

2
SO
4
, ngoài ra chúng còn làm ô nhiễm môi trường, ăn mòn các
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
22
hệ thống kim loại của nhà máy và các vùng xung quanh. Để khắc phục hiện tượng
này người ta dùng oleum (dung dịch SO
3
trong H
2
SO
4
đậm đặc). Chất này có khả
năng hòa tan SO
3
tự do. Khi pha loãng oleum bằng nước người thu được H
2
SO
4
có
nồng độ tùy ý. Hoặc dùng H
2
SO
4
đậm đặc 98,3% để hấp thụ SO
3

, vì nó cũng có khả
năng hòa tan SO
3.
Dëch tæåi
SO
3
H
2
SO
4
1
2
3
4

Hình II.5. Tháp hấp thụ SO
3

1 - Vỏ tháp bằng thép, 2 - Vỏ chống ăn mòn
3 - Lưới phối khí, 4 - Các vật đệm
Trong sản xuất người ta dùng hai tháp hấp thụ đặt liền nhau để hấp thụ hoàn
toàn SO
3
trong hỗn hợp khí (99%).
Hấp thụ SO
3
là quá trình tỏa nhiệt, trong trường hợp này gần giống như quá
trình hòa tan SO
3
trong H

2
SO
4
cho nên nhiệt độ của quá trình hấp thụ càng thấp thì
tốc độ hấp thụ SO
3
càng nhanh. Người ta phải làm nguội khí SO
3
đến 30
0
C trước khi
vào tháp hấp thụ và giữ nhiệt độ trong tháp không quá 60
0
C, bằng cách làm nguội
dung dịch tưới.
Tháp hấp thụ có cấu tạo hình trụ cao khoảng 10m, phía trong tháp lát gạch
chịu axit, phần không gian của tháp xếp đầy các đệm rỗng hình trụ bằng sứ hoặc chất
dẻo để tăng diện tiếp xúc giữa chất lỏng và khí SO
3
. Chất lỏng được phun từ đỉnh
tháp xuống, nó được chảy trên mặt các vật đệm xuống phía dưới tháp. Khí qua một
hệ thống phân phối đi từ dưới lên. Như vậy, chất khí và chất lỏng đi ngược chiều
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
23
nhau (hình II.5). Quá trình hấp thụ được mô tả theo sơ đồ hình II.6. Đầu tiên khí SO
3

được làm nguội sau đó vào tháp thứ nhất, ở đó tưới oleum để hấp thụ SO
3
. Khí SO
3

còn lại được đưa sang tháp hấp thụ 2, ở đó tưới H
2
SO
4
98,3%.
Håi
H
2
O
1
Khê SO
3
Oleum
4
5
2
6
Khê
Oleum
H
2
SO
4
98,3%
5

6
3
Khê

Hình II.6. Sơ đồ hấp thụ SO
3
1. Tháp làm lạnh ống chùm; 2 và 3. Tháp hấp thụ;
4. Thùng chứa; 5 Bơm ; 6. Làm lạnh




CÂU HỎI
II.1. Các nguồn nguyêu liệu để sản xuất axit H
2
SO
4
?
II.2.Cơ sở lí thuyết và các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình sản xuất SO
2
từ
pirit ; quá trình oxi hóa SO
2
và quá trình hấp thụ SO
3
.
II.3. Nêu rõ vai trò của việc phải tinh chế hỗn hợp khí SO
2
.

__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
24

Qui trình công nghệ sản xuất xít sunfuric từ pirit










Bụi
Tách Oxit asen, selen
Nguyên liệu Pirit
Nung (đốt pirit)
Tinh chế hỗn hợp khí SO
2

SO
2
Nghiền
__________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________
Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng.
25
"mù" H
2
SO
4

Hơi nước


Oleum












Chương III
TỔNG HỢP AMONIAC VÀ SẢN XUẤT AXIT NITRIC


§ 1. GIỚI THIỆU CHUNG

Các hợp chất của nitơ có vai trò rất quan trọng trong đời sống của động thực
vật và con người. Nitơ có trong thành phần của các chất protit, nên có thể nói nitơ là
nguyên tố của sự sống. Hợp chất chủ yếu để tổng hợp protit trong thực vật là NH
3
và
các muối của axit nitric. Một ứng dụng quan trọng nhất của các hợp chất chứa nitơ là
làm phân bón và làm thức ăn cho gia súc. Amoniac và axit nitric còn được sử dụng

trong công nghiệp để sản xuất các sản phẩm trung gian, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu,
chất dẻo, dược phẩm, sợi hóa học và nhiều hàng hóa quan trọng khác cho nền kinh tế
quốc dân.
Hấp thụ SO
3
Oxi hóa SO
2
thành

SO
3
Dung dịch H
2
SO
4
98%