Công nghệ sản xuất các chất vô cơ cơ bản

B
Ộ

CÔNG THƯƠNG

TRƯ
Ờ
NG Đ
Ạ
I H
Ọ
C CÔNG NGHI
Ệ
P TH
Ự
C PH
Ẩ
M TP HCM

KHOA CÔNG NGH
Ệ

HÓA H
Ọ
C


o0o

Môn H

ọ
c
Công Ngh
:
ệ

S
ả
n Xu
ấ
t Các Ch
ấ
t Vô

Cơ Cơ
B
ả
n


T
i
ể

u
u l
ậ
n:
S
ả
n x
u
ấ
t sôđ
a




GVHD:

Th
ạ
c sĩ. Tr
ầ
n Văn Hòa

Nhóm ti
ể
u lu
ậ
n:

Trần Thị Mai Hiên

2004110056

Bùi Mạnh Trình


2004110192

Trần Văn T
rường


2004110201

Nguyễn Công Trứ


2004110204

Nguyễn Văn Tuấn



2004110211

L
Ớ
P:

02
DHHH
1
Tp H
ồ

Chí Minh, tháng
12/2014

Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 0


Mục Lục:
Chương 1:Tổng Quan Về Soda 2
1.1.Khái niệm 2
1.2.Lịch sử hình thành và phát triển 4
1.3.Các nguồn soda trong tự nhiên. 5
1.4.Tnh chất của sô đa 7
1.4.1.Tnh Chất Vật Lý 7
1.4.2. Tnh chất ha hc: 8
Chương 2: Sản xuất sôđa 9
2.1.Sản xuất theo phương pháp ha hc 9
2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên. 10
2.3.Phương pháp Leslanc 11

2.4.Phương pháp Solvay hay phương pháp ammoniac : 11
2.4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất: 11
2.4.2.Ðiều chế muối amôn ha: 13
2.4.3.Cacbon ha nước muối amôn ha : 13
2.4.4.Tái sinh amôniac : 14
2.5. Phương pháp Solvay cải tiến 16
2.6.Phương pháp cacbonat ha xút. 17
2.7.Phương pháp LeBlanc: 18
Chương 3: ng dụng 19
3.1.ng dụng trong thủy tinh 19
3.2. ng dụng trong chất tẩy rửa 20
3.3. ng dụng trong ha chất 21
3.4. Các ng dụng khác 22


Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 1





LỜI MỞ ĐẦU
Sô đa là mặt hàng hóa chất mà lượng tiêu thụ có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với
tỷ lệ tăng dân số và tốc độ tăng trưởng sản phẩm quốc dân của các nước.
Nhu cầu sô đa ngày càng tăng khi nền công nghiệp ngày càng phát triển. vì vậy sản

lượng sô đa tăng liên tục trong vòng 100 năm nay.
Trên thế giới hiện có 9 nước có công suất sản xuất sô đa trên 1 triệu tấn/ năm đó là:
Mỹ, Trung Quốc, Nga, Ấn Độ, Đức, Pháp, Italia, Ba Lan và Anh.
Phần lớn các nước sản xuất sô đa hàng đầu thế giới đều có dân số lớn và nhu cầu cao
đối với các sản phẩm tiêu dùng được sản xuất từ nguyên liệu sô đa. Nhìn chung, so với
các nước công nghiệp phát triển, các nước kém phát triển hơn có xu hướng có tốc độ
gia tăng nhu cầu sô đa cao hơn và nghành sản xuất sô đa tại các nước này cũng thường
đạt tốc độ tăng trưởng cao hơn.
Trong hơn mười năm qua, vai trò của Trung Quốc trên thị trường sô đa thế giới đã
thay đổi mạnh. Đầu thập niên 1990 Trung Quốc còn phải nhập nhiều sô đa để cung cấp
cho các ngành sản xuất thủy tinh, hoá chất và chất tẩy rửa. Nhưng từ giữa đến cuối
thập niên 1990, ngành sản xuất sô đa của Trung Quốc đã phát triển nhanh đến mức có
lúc trở thành nguồn cung ứng sô đa lớn nhất cho các ngành sản xuất nội địa, vượt qua
nguồn nhập khẩu từ Mỹ. Năm 2002, sản lượng sô đa của Trung Quốc đạt 8,2 triệu tấn.
Dự kiến năm 2003 sản lượng sô đa tại nước này sẽ tăng 5,7%, đạt 8,7 triệu tấn. Có
nhiều khả năng là Trung Quốc sẽ sớm vượt Mỹ để trở thành nước sản xuất sô đa lớn
nhất thế giới.
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 2

Chính vì nhu cầu cao nên sô đa được các nước trên thế giới tập trung phát triển không
ngừng nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Chính vì vậy nhóm chúng em đã tìm hiểu
cách điều chế sô đa cơ bản. Một cách nhìn tổng quát về sô đa để mọi người có thể hiểu
về nó một cách đơn giản nhất.

Chương 1:Tổng Quan Về Soda

1.1.Khái niệm
Natri cacbonat, hay còn gọi là sôđa, là một sản phẩm khoáng chất tồn tại tự nhiên
ở quặng trona, nacolit và trong nước khoáng giàu natri cacbonat hoặc nước biển. Sôđa
được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.
Ngoài sản xuất từ các loại quặng tự nhiên, sôđa còn được sản xuất tổng hợp từ nguyên
liệu đá vôi, muối và amoniac.Quặng sôđa được tìm thấy với số lượng lớn ở Botswana,
Trung Quốc (TQ), Ai Cập, Ấn Độ, Kenia, Mêxicô, Pêru, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ và Mỹ.
Hơn 60 loại quặng sôđa đã được phát hiện trên toàn thế giới, và những loại quặng này
đã chiếm 1/3 sản lượng toàn cầu (35 triệu tấn/năm). Còn 2/3 sản lượng là được sản xuất
bằng phương pháp tổng hợp.Sôđa có dạng nặng và dạng nhẹ. Sôđa nặng, với khối lượng
riêng là 1 kg/dm
3
, được sử dụng cho sản xuất thủy tinh. Còn sôđa nhẹ, với khối lượng
riêng là 0,5kg/dm
3
, được sử dụng để sản xuất các loại hóa chất, xà phòng, chất tẩy rửa.
Sôđa cũng được sử dụng trong các ứng dụng: loại bỏ lưu huỳnh từ khí thải của các ống
khói, xử lý nước, tinh chế dầu, sản xuất chất nổ và cao su tổng hợp.
Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, soda có một vị trí rất quan trọng. Nó len lỏi vào
hầu hết quá trình công nghiệp từ các ngành công nghiệp hoá chất đến công nghiệp
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 3

nặng, công nghiệp nhẹ…đều cần sự có mặt của soda. Nhu cầu soda đứng thứ 11 tính

về sản lượng khi so với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hóa dầu.
Bởi tầm quan trọng của mình, soda được đề cập sản xuất từ những năm 1775. Năm
1775, Viện Hàn lâm khoa học Pháp nêu giải thưởng cho phát minh tìm kiếm phương
pháp sản xuất soda trong công nghiệp.
Natri bicacbonat NaHCO
3
; Xô Ða tinh thể (Na
2
CO
3
.10H
2
O và Na
2
CO
3
.H
2
O)
Natricacbonat rất quan trọng thường dùng trong công nghiệp xà bông giấy xenlulozo,
dệt,thủy tinh , luyện kim và nhiều nghành khác.




Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa

Sản Xuất Soda Trang 4



Sodium carbonate (Cacbonat natri)

1.2.Lịch sử hình thành và phát triển
Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, soda có một vị trí rất quan trọng. Nó len
lỏi vào hầu hết quá trình công nghiệp từ các ngành công nghiệp hoá chất đến công nghiệp
nặng, công nghiệp nhẹ…đều cần sự có mặt của soda. Nhu cầu soda đứng thứ 11 tính về
sản lượng khi so với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hoá dầu. Bởi tầm quan trọng của
mình, soda được đề cập sản xuất từ những năm 1775. Năm 1775, Viện Hàn lâm khoa
học Pháp nêu giải thưởng cho phát minh tìm kiếm phương pháp sản xuất soda trong
công nghiệp. Năm 1773 Va-lơ đã đề ra phương pháp sản xuất xút bằng cách cho acid
chì vào dung dịch muối ăn đặc, theo phản ứng:

2NaCl + H
2
O + xPbO = 2NaO[(x-1)PbO].PbCl
2


Phương pháp này không được ứng dụng trong công nghiệp vì nồng độ xút tạo thành
trong dung dịch rất nhỏ, mức độ chuyển hoá của phản ứng rất chậm, acid chì lại rất độc,
hại cho sức khoẻ.
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa

Sản Xuất Soda Trang 5

Vì vậy phương pháp này chỉ mang tính chất lịch sử chứ không có tác dụng thực tế sản
xuất
Sau đó, Lê-bơ-lan đưa ra phương pháp chế tạo soda từ muối ăn, acid sulphuric và đá vôi.
Năm 1791 Lê-bơ-lan đã xây dựng nhà máy sản xuất soda theo phương pháp của mình ở
gần Paris.Từ đó phương pháp Lê-bơ lan ngày càng hoàn chỉnh và chiếm độc quyền trong
công nghiệp chế tạo các hợp chất kiềm. Phương pháp Lê-bơ-lan tuy đã giải quyết được
nhu cầu công nghiệp ở thế kỷ XVIII tuy vậy vẫn tồn tại nhiều nhược điểm: sản phẩm
chưa tinh khiết, quá trình sản xuất phức tạp, nặng nhọc…

Năm 1861, Solvay, kỹ sư người Bỉ đã phát minh ra phương pháp amoniac để chế tạo
soda. Năm 1865, công suất xưởng chế tạo soda theo phương pháp Solvay đạt 10
tấn/ngày. Phương pháp Solvay lúc đầu bị sự cạnh tranh mạnh bởi phương pháp Lê-
bơlan. Sau đó, do tính ưu việt về sự tinh khiết của sản phẩm, giá thành thấp, điều kiện
làm việc nhẹ nhàng so với phương pháp Lê-bơ-lan, không bao lâu phương pháp Solvay
đã chiếm ưu thế và được phát triển mạnh. Cho đến năm 1900, sản xuất soda theo phương
pháp này đã chiếm tới 90% tổng sản lượng soda, và cho đến sau chiến tranh thế giới lần
I phương pháp Lêbơ- lan thực tế không còn tồn tại trong công nghiệp. Hiện nay trong
công nghiệp tồn tại chủ yếu phương pháp amoniac, còn phương pháp Lê-bơ-lan chỉ tồn
tại ở một vài khâu trong quá trình cải tiến phương pháp soda từ nguyên liệu natrisunphat.

1.3.Các nguồn soda trong tự nhiên.
Soda hay các hợp chất kiềm nói chung hình thành trong tự nhiên một cách hoàn
toàn khách quan. Có thể nói trong thiên nhiên có hai dạng hợp chất kiềm có thể khai
thác một cách dễ dàng:
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa

Sản Xuất Soda Trang 6

- Từ dạng rêu biển ở một số vùng đại dương miền Tây Nam Tây Ban Nha có tới
25– 30% Na
2
CO
3
trong tro.
- Từ các hồ hoặc các mỏ ở những miền thung lũng có mưa nhiều, không khíkhô và
gần núi đá vôi. Các hợp chất kiềm khi đó nằm ở dạng các muối ngậm nước:


Na
2
CO
3
.nH
2
O, Na
2
CO
3
.NaHCO
3
.2H
2
O.
Nói chung các dạng hợp chất kiềm này ở dạng không tinh khiết, chứa nhiều hợp chất tan
của các muối clorua, Sunphat và các chất không tan. Một số nơi trên thế giới có các hồ

và mỏ lớn natricacbonat: Magafdi ở Châu Phi, Bora, Tơ-ron ở châu Mỹ, vùng Cát Biên,
Segadin ở Châu Âu, Lu-na ở Ấn Độ. Hiện nay nguồn cacbonat trong thiên nhiên vẫn
được sử dụng, khai thác và chế biến để dùng vào các ngành công nghiệp hoá chất và
luyện kim. Năm 1926 ở Mỹ xây dựng nhà máy chế biến natricacbonat thiên nhiên theo
phương pháp bốc hơi tự nhiên và nhân tạo dung dịch nước hồ chứa natricacbonat tới
nồng độ 12-14% rồi đem kết tinh. Những nơi có natricacbonat nằm sâu dưới đất người
ta khai thác bằng cách cho nước
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 7

nóng xuống giếng khoan hoà tan tới nồng độ Na
2
CO
3
đạt 32 độ Bo-mê thì đưa lên mặt
đất và đem kết tinh. Muốn được sản phẩm tinh khiết phải hoà tan ra và kết tinh phân
đoạn. Nhờ đó soda khai thác ở tự nhiên vẫn có độ tinh khiết cao so với các phương pháp
tổng hợp hiện nay.
1.4.Tnh chất của sô đa
1.4.1.Tnh Chất Vật Lý
Natri Cacbonat (Na
2
CO
3
) khan là chất bột màu trắng, hút ẩm và nóng chảy ở
850

o
C. Na2CO3 tan nhiều trong nước, quá trình tan phát ra nhiều nhiệt do sự tạo thành
các hidrat. Từ dung dịch ở nhiệt độ dưới 32,5
o
C, Na2CO3 kết tinh dưới dạng decacdirat
Na2CO3.10H2O. Đây là những tinh thể trong suốt, không màu, dễ tan trong nước.


Dạng kết tinh của Na2CO3
Khi tan trong nước, Na2CO3 bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm (làm
xanh giấy quỳ tím):
Na
2
CO
3
+H
2
O = NaHCO
3
+NaOH
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 8

-Sôđa có dạng nặng và dạng nhẹ. Sôđa nặng, với khối lượng riêng là 1 kg/dm
3
, được sử

dụng cho sản xuất thủy tinh. Còn sôđa nhẹ, với khối lượng riêng là 0,5kg/dm3, được sử
dụng để sản xuất các loại hóa chất, xà phòng, chất tẩy rửa
-Công thức hóa học là Na2CO3, là muối bền trong tự nhiên thường có trong nước khoáng,
nước biển và muối mỏ trong lòng đất
-Là thể màu trắng, dễ hoà tan trong nước, để ngoài không khí dễ chảy nước.
-Phân tử lượng: 106 g/mol
-Có nhiệt độ nóng chảy ở 851
o
C (1124 K) và có nhiệt độ sôi ở 1600
o
C (2451K)
-Độ hòa tan trong nước là 22 g/ 100ml( 20
o
C)
1.4.2. Tnh chất ha hc:
Vì Na2CO3 là muối của acid yếu nên có các tính chất hóa học sau:
Tác dụng với dd axit:
Na
2
CO
3
+ 2HCl = 2NaCl + CO
2
+ H
2
O
- Na
2
CO
3

tác dụng được với nhiều axit giải phóng khí CO
2

Phương trình ion rút gọn của phản ứng:
𝐶𝑂
3
2−
+ 2𝐻
+
= 𝐻
2
𝑂 + 𝐶𝑂
2
↑
Tác dụng với dd kiềm:
Na
2
CO
3
+ Ba(OH)
2
= BaCO
3
↓ + 2NaOH
Dựa theo thuyết Bronsted đã được học, ta thấy ion cabonnat nhận proton, như vậy ion
cacbonat có tính chất của một bazơ. Muối Na2CO3 có tính bazơ.
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa

Sản Xuất Soda Trang 9

Na2CO3 tác dụng được với một số dung dịch bazơ hoặc muối (lưu ý điều kiện xảy ra
phản ứng trao đổi ion)
Tác dụng với dd muối:
Na
2
CO
3
+ BaCl
2
= BaCO
3
↓ + 2NaCl
Tác dụng với dd muối axit:
Na
2
CO
3
+ Ba(HSO
4
)
2
= Na
2
SO
4
+ BaSO
4

↓ + H
2
O + CO
2
↑
Na
2
CO
3
+ 2NaHSO
4
= 2Na
2
SO
4
+ CO
2
+ H
2
O
Bị phân li trong nước:
Na
2
CO
3
+ 2H
2
O = 2NaOH + H
2
O + CO

2
↑
Na2CO3 dạng dung dịch làm quỳ tím hóa xanh (do bị phân li tạo NaOH)
Chương 2: Sản xuất sôđa
2.1.Sản xuất theo phương pháp ha hc
Khi sản xuất sôđa theo phương pháp hóa học, người ta cacbonat hóa dung dịch
xút (sản xuất bằng phương pháp điện phân) theo phản ứng hóa học sau: 2 NaOH + CO
2

= Na
2
CO
3
+ H
2
O
Sôđa được tạo thành trong dung dịch xút, khi đạt nồng độ quá bão hòa sẽ tách khỏi dung
dịch dưới dạng muối ngậm nước, gọi là sôđa nặng Na2CO3.xH2O. Nếu lọc kết tinh đem
khử nước sẽ thu được sôđa khan Na2CO3 loại thương phẩm.
Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ, thiếu clo và thừa xút.
Hiện nay, sôđa sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ chiếm dưới 10% tổng sản lượng
sôđa tổng hợp trên thế giới.
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 10

2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên.

Sô đa thiên nhiên nằm dưới dạng các dung dịch nước có chứa các muối khoáng,
trong đó có khoáng Na2CO3 hòa tan. Trong các nguồn nước khoáng chứa sô đa thì hồ
Sirlis thuộc bang California, Mỹ có chứa 4 - 6% Na2CO3 là nguồn khai thác sô đa thiên
nhiên lớn nhất thế giới do Công ty American Postash and - Chemical Corp khai thác.
Với công suất 160.000 tấn sô đa/ năm thì phải xử lý trên 4 triệu m3 nước khoáng, tiêu
tốn nhiều nhiệt để bay hơi nước, do đó giá thành sản phẩm khá cao và khó cạnh tranh
trên thị trường hiện nay. Vì vậy, sản xuất sô đa từ nguồn muối tự nhiên chỉ chiếm dưới
3% tổng lượng sản xuất hàng năm.
Sôđa có thể tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau: trong tro của một số loại
cây, trong một số hồ nước khoáng, một số mỏ khoáng dưới đất.Các loại cây chứa sôđa
hàm lượng thấp không có ý nghĩa khai thác công nghiệp. Người ta chỉ tách được sôđa
từ tro của chúng sau khi đốt cháy. Các loại hồ nước chứa sôđa trên thế giới không nhiều
và tập trung ở những vùng ít mưa và không khí khô.
Trước đây, ở Mỹ người ta sản xuất sôđa theo phương pháp khai thác đào lấy quặng, sau
đó chở đến nhà máy xử lý để tiến hành chiết, thu được sản phẩm sôđa. Ngày nay, người
ta áp dụng công nghệ hòa tan để sản xuất sôđa từ quặng. Trước tiên, nước nóng được
bơm vào mỏ quặng, sau đó người ta bơm dung dịch lên và tiến hành tách co2. Bùn chứa
Na2CO3 thu được sẽ được bơm đến nhà máy xử lý để tách nước và lấy sản phẩm sôđa
khan. Một phần sôđa khan được chuyển hóa ngược lại thành NaHCO3 nhờ phản ứng với
CO2 đã được tách ra trước đó từ dung dịch ban đầu. Phương pháp sản xuất này cho phép
giảm nhiều giá thành sản xuất, vì chi phí nhân công chỉ bằng 1/3 so với phương pháp
đào lấy quặng trực tiếp từ mặt đất.
Mặc dù sản xuất sôđa từ các khoáng thiên nhiên như trona, nahcolit có nhiều ưu điểm
và giá thành hạ hơn, nhưng đối với những quốc gia không có những nguồn tài nguyên
Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 11

đó mà lại có nguồn đá vôi, than đá và muối ăn dồi dào thì phương pháp Solvay để sản
xuất sôđa là công nghệ thích hợp nhất.
2.3.Phương pháp Leslanc

Nguyên lý :Ðiều chế Na2SO4 muối ăn và axít H2SO4 :

2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl
Sau đó nung trong lò quay cùng với than và Canxi cacbonat ở1000oC

Na2SO4 + 2C +CaCO3 = Na2SO4 + CaS + +2CO2
2.4.Phương pháp Solvay hay phương pháp ammoniac :
Nguyên liệu đầu là dung dịch NaCl, chuyển hóa bằng amôniac và khí CO2 để tạo thành
sản phẩm trung gian NaHCO3
2.4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất:
Quá trình điều chế Na2CO3 thực hiện qua 2 giai đoạn :
-Ðiều chế NaHCO3 :

NaCl +NH3 + CO2 + H2O => NaHCO3 + NH4Cl (1)

-Từ NaHCO3 diều chế NaCO3 :

2NaHCO3 <=> Na2CO3 + CO2 + H2O (2)

GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 12

Phản ứng (1) tạo thành NaHCO3 có hiệu suất cao nhất 30-32% và dưới 84%. CO2 được
điều chế từ phản ứng nung vôi :
CaCO3 = Cao + CO2 (3)

Cao dùng dể điều chế Ca(OH)2 :
CaO + H2O = Ca(OH)2
Ca(OH)2 dùng để tái sinh NH3 từ NH4Cl tạo thành trong phản ứng (1)

2NH4 Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O

Theo lý thuyết thì NH3 không bị tiêu hao ,do vậy trong thực tế nguyên liệu chủ yếu để
điều chế Na2CO3 là NaCl và đá vôi .
Dung dịch NaCl khoảng 350 310g/l cần phải loại bỏ các ion Ca2+ và Mg2+. khí
CO2 được sử dụng trong công nghiệp Xô Ða có hàm lượng khoảng 39 ->40% và
nhiệt độ khoảng 30oC.
* Giai đoạn 1:
Điều chế NaHCO3 bao gồm ba công đoạn +Ðiều
chế nước muối amôn .
+Ðiều chế NaHCO3 .
+Lọc NaHCO3 .
*Giai đoạn 2:
-Công đoạn nung .
-Công đoạn tái sinh amôniac .
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 13

2.4.2.Ðiều chế muối amôn ha:
Công đoạn này là cho nước hấp thụ NH3 để tạo thành nước muối amôn hóa . Khí NH3
và CO2 tan trong nước sẽ xảy ra các phản ứng :

2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 (4)

(NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5)
và cả phản ứng tạo thành cacbonat :
2NH3 + CO2 = NH2COONH4
Khí chưng có nhiệt độ 67 - 69oCđược đưa vào thiết bị làm lạnh (3) bằng nước.Sau đó
đưa vào thiết bị hấp thụ (2) phần lớn NH3 và 1 phần CO2 trong khí chưng được hấp
thụ trong thiết bị nay .Khí lên tháp chưng (1) để tiếp tục hấp thụ khí NH3 và CO2 , sau
đó vào tháp rửa (5) sau khi ra khỏi tháp (5) đã hấp thụ được khoảng 21,5g/l NH3 & 8,2
g/l CO2 được đưa vào tháp (1) Dung dịch nước muối amôn hóa ra qua hệ thống làm
lạnh (11) để hạ nhiệt độ xuống 30oC rồi sang công đoạn cacbon hóa .
2.4.3.Cacbon ha nước muối amôn ha :
Trong công đoạn này, nước muối amôn có tác dụng với CO2 tạo thành huyền phù Natri
cacbonat - Quá trình này được gọi là cacbon hóa .

2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 (4)
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5)
Khi lượng HCO3 đủ lớn ,bắt đầu xảy ra phản ứng trao đổi ion tạo thành NaHCO3 kết
tủa.

NH4HCO3+ NaCl <=> NaHCO3 + NH4Cl
Hiệu suất tạo thành NaHCO3 phụ thuộc vào nồng độ trong khí và vào nhiệt độ
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa

Sản Xuất Soda Trang 14

NaHCO3 được băng chuyền đưa vào phiễu (1) rồi vào lò nung Xô Ða (2) dài khoảng
25m.
Thời gian nung khoảng 3 giờ ,lò đốt bằng mazut hoặc than .Không khí dùng để đốt
nhiên liệu được thổi qua thiết bị trao đổi nhiệt (3) tới 300oC ,rồi vào buồng đốt (4).
NaHCO3 bị phân hủy thành Na2CO3 có hàm lượng khoảng 96 -> 98% ,sản phẩm ra lò
được (5) đưa vào kho ,sau khi đã làm sạch.
Sau khi phân hủy cacbonat chủ yếu có CO2 ,hơi nước và một ít NH3 và bụi Xô Ða
được đưa qua xyclon (6),khí có nhiệt độ 125oC tập trung vào ống thu khí (7)được làm
sạch bằng khí lò Xô Ða ra .
Sau đó khí vào phía dưới tháp rửa (9) có hàm lượng CO2 khoảng 90% và nhiệt độ là
30oC được đưa vào công đoạn cacbon hóa.
2.4.4.Tái sinh amôniac :
Thu hồi NH3 từ dung dịch lọc chứa NH3 dưới dạng NH4Cl , (NH4)2CO3 ,
NH4HCO3

(NH4)2CO3 -> NH3 + CO2 + H2O

2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O
NH3 tạo thành được tách khỏi dung dịch bằng cách chưng cất
Phương pháp Solvay có những ưu điểm như sau:
Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là muối ăn, đá vôi, đó là những
nguyên
liệu rẻ tiền, sẵn có. Quy trình có thể sử dụng các loại nguyên liệu muối chất lượng khác
nhau và CO
2
thu hồi khi đốt nhiên liệu hoặc nung đá vôi.

GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 15

Các phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ không cao (dưới
100
0
C) và áp
suất gần áp suất khí quyển.
Quá trình sản xuất được thực hiện liên tục trong dòng
nguyên liệu khí -
lỏng là chủ yếu, do đó dễ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất.
Quá trình sản xuất được phân đoạn cho phép thu hồi tối đa
các khí
nguyên liệu NH3, CO2 theo khí phóng không, do đó đảm bảo tổn thất NH3 nhỏ, môi
trường sản xuất sạch, điều kiện lao động tốt.
Công đoạn làm sạch nước muối và amôn hóa nước muối cho
phép loại
triệt để các tạp chất tan làm bẩn sản phẩm sôđa, do đó chất lượng sôđa của phương pháp
Solvay rất cao thỏa mãn yêu cầu sử dụng sôđa cho các ngành công nghệ truyền thống
và công nghệ cao.
Với phương pháp Solvay, nếu kết hợp tốt việc sử dụng các
nguyên liệu NaCl, CO2, NH3 thì có thể tạo được thế cạnh tranh về giá thành
sản phẩm sôđa trong khu vực và trên thế giới.
Nhưng phương pháp Solvay cũng c một số nhược điểm như sau:
Hiệu suất sử dụng nguyên liệu ban đầu thấp.
Thải ra một lượng phế thải lớn cần xử lý.

Chi phí năng lượng cao.
Đầu tư cơ bản cho xây dựng khá lớn.
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 16

Ở quy trình Solvay, nguyên liệu NaCl không được tận dụng triệt để vì hiệu suất chuyển
hóa tối đa chỉ đạt 73%, còn lại 27% NaCl theo dung dịch nước lọc ra ngoài bãi thải.
Ngoài ra, lượng CaCl2 tạo thành khi tái sinh NH3 bằng sữa vôi cũng bị thải ra ngoài theo
dung dịch sau tái sinh. Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống
(tuần hoàn NH3) cần phải có bãi thải chứa các chất không phản ứng và các chất không
sử dụng. Do đó, khi xây dựng nhà máy sản xuất sôđa cần phải lưu ý đến diện tích chứa
chất thải.
2.5. Phương pháp Solvay cải tiến
Để khắc phục nhược điểm về bãi thải của phương pháp Solvay truyền thống, đã
có một số nước như Trung Quốc nghiên cứu cải tiến phương pháp Solvay truyền thống
thành phương pháp Solvay cải tiến: Thay tuần hoàn NH3 bằng tuần hoàn NaCl, còn các
quá trình khác thay đổi không giống nhau.
Quá trình sản xuất sẽ tạo ra 2 sản phẩm là sôđa và phân đạm NH4Cl, bỏ qua công đoạn
tái sinh NH3 và nung vôi, nhưng phải bổ sung thường xuyên lượng NH3 cần thiết cho
giai đoạn amon hóa. Nước lọc sau tách NaHCO3 được tuần hoàn trở lại quá trình amon
hóa và bổ sung NaCl rắn cho đủ nồng độ yêu cầu.
Như vậy, quá trình sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến sẽ không có chất thải
lỏng như phương pháp Solvay truyền thống. Tuy nhiên, phương pháp Solvay cải tiến
đòi hỏi phải có nguồn NH3 bổ sung và nguồn CO2 không lấy từ lò vôi.
Do không dùng sữa vôi cho tái sinh NH3 nên công đoạn nung vôi cũng bỏ qua. Như vậy,
sản xuất sôđa theo Solvay cải tiến công nghệ sẽ gọn hơn và không phải đầu tư cho công

đoạn nung vôi và tái sinh NH3 là hai công đoạn có chi phí đầu tư lớn và làm việc ở nhiệt
độ cao. Nhưng nhà máy sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến cần phải kết
hợp với nhà máy sản xuất NH3 trong cùng một khu vực để có nguồn CO2 và NH3 phục
vụ cho sản xuất sôđa, và cần có nguyên liệu là NaCl sạch bậc công nghiệp.
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 17

Với phương pháp tuần hoàn dung dịch NaCl, cần phải bổ sung NaCl rắn có độ sạch yêu
cầu theo các chỉ số sau:
Hàm lượng NaCl ≥ 99,5%
Tạp chất tan Mg
2+
≤ 0,1%
Ca
2+
≤ 0,02%
SO
4
2-
≤ 0,19%
Tạp chất không tan 0,03%
Hiện nay muối NaCl thu từ các đồng muối nói chung không đạt chất lượng này, cần phải
có biện pháp xử lý tiếp. Dự án của Tổng Công ty Muối Việt Nam đang triển khai ở một
vài cơ sở đã cho phép sản xuất NaCl đạt chất lượng này. Vì vậy, vấn đề sản xuất muối
NaCl rắn đạt chất lượng cho sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến đã có cơ
sở để triển khai. Nếu dùng NaCl chất lượng cao thì trong hệ thống sản xuất sôđa không

cần công đoạn tinh chế nước muối như phương pháp Solvay truyền thống với nguyên
liệu là muối công nghiệp hay nước muối bão hòa khai thác ngầm từ các mỏ muối dưới
đất. Đầu tư cho xưởng làm sạch nước muối ở phương pháp Solvay cải tiến nhỏ hơn đầu
tư cho bộ phận tinh chế muối thô thành muối tinh. Với thành phần tạp chất tan trong
muối tinh chế nêu trên, sau quá trình amôn hóa và cácbonat hóa sơ bộ để tách NH4Cl thì
các tạp chất này cũng bị tách theo, đảm bảo nước muối bão hòa cho giai đoạn kết tinh
NaHCO3 có độ sạch yêu cầu. Do đó chất lượng sôđa tổng hợp không thay đổi khi dùng
muối rắn NaCl vào sản xuất sôđa thay cho dung dịch nước muối sạch.
2.6.Phương pháp cacbonat ha xút.
Phương pháp cacbonat hóa xút là phương pháp đơn giản nhất, chỉ cần dùng CO2 xúc qua
dung dịch xút sẽ thu được sô đa theo phản ứng:
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 18


CO
2
+ 2NaOH = Na
2
CO
3
+ H
2
O
Sau đó làm nguội và kết tinh Na2CO3 .10 H2O rồi lọc tách và làm mất nước sẽ thu được
sô đa (Na2CO3). Tuy nhiên nguyên liệu xút lại đắt hơn sô đa do phải qua giai đoạn điện

phân, cô đặc dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng nên giá thành của xút cao, chỉ những
nước có giá điện năng rẻ mới có thể sử dụng phương pháp này. Tỷ lệ sô đa đi từ xút hiện
nay trên thế giới chiếm dưới 10% tổng lượng sô đa sản xuất và sức cạnh tranh kém.
2.7.Phương pháp LeBlanc:
Nung hỗn hợp Natri Sunfat, đá vôi và than ở 1000
o
C.

Hòa tan hỗn hợp sản phẩm phản ứng vào nước sẽ tách được CaS ít tan ra khỏi Na2CO3.
Phương pháp điều chế Na2CO3 trong công nghiệp hiện nay được sử dụng phổ biến là
phương pháp amoniac do kĩ sư người Bỉ tên E. Solvay (1838 – 1922) đề ra năm 1864.
Các quá trình được diễn tả bằng phản ứng:

Các sản phẩm phụ sau phản ứng được chế hóa lại để sử dụng lại trong quá trình điều chế
Natri Cacbonat.



GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 19


Chương 3: ng dụng

Muối Natri Cacbonat được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thủy
tinh, đồ gốm, xà phòng, phẩm nhuộm, giấy,…, đặc biệt được dùng như chất đầu trong

điều chế nhiều hợp chất quan trọng của natri như xút ăn da, borac, thủy tinh tan,
cromat và đicromat. Dung dịch Na2CO3 dùng để tẩy sạch vết dầu mỡ bám trên chi tiết
máy trước khi sơn, tráng kim loại.Na2CO3 còn được dùng trong công nghiệp sản xuất
chất tẩy rửa.
3.1.ng dụng trong thủy tinh
Sôđa chiếm 13 - 15% trong số nguyên liệu được đưa vào cho sản xuất thủy tinh, nó được
sử dụng để nấu thủy tinh, làm giảm nhiệt độ nấu chảy của cát silic trong quá trình nấu
chảy và làm tăng tính mềm dẻo. Mặc dù sôđa chỉ là vật liệu có khối lượng lớn thứ hai
trong sản xuất thủy tinh, nhưng nó lại chiếm tới 50 - 60% tổng chi phí nguyên liệu đầu
vào.
VD:Thủy tinh Soda lime

GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 20

Thủy tinh Soda lime


Ưu điểm:
- Sản xuất trên lò thủy tinh có công nghệ điện trợ nấu đầu tiên tại Việt Nam.
- Sản phẩm đạt tiêu chuẩn RoHS, bảo vệ môi trường
- Thủy tinh chất lượng cao giúp tăng hiệu suất phát quang của đèn
- Có thể sản xuất theo đơn đặt hàng, đáp ứng tiêu chuẩn xuất khẩu
3.2. ng dụng trong chất tẩy rửa
Sôđa được sử dụng làm chất độn và chất phụ gia trong xà phòng và chất tẩy rửa; đặc biệt
nhu cầu sôđa cho chất tẩy rửa chiếm khoảng 10 - 12% trên toàn thế giới. Hiện mức tiêu

thụ sôđa cho thị trường chất tẩy rửa đã tăng khoảng 100 nghìn tấn/năm do giảm sử dụng
perborat (vì đã được thay thế bằng percacbonat).
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 21



X phng c s dụng phụ gia Soda
3.3. ng dụng trong ha chất
Sôđa được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều sản phẩm hóa chất gốc natri, chiếm 30%
nhu cầu. Các sản phẩm hóa chất này được sử dụng trong nhiều ứng dụng như:
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 22


nông nghiệp, tác nhân làm sạch và phụ gia thực phẩm. Mặc dù, đôi khi xút lỏng cũng
được dùng thay thế cho sôđa nhưng sôđa vẫn là lựa chọn chính vì sẵn có và chi phí thấp.
3.4. Các ng dụng khác
 Natri bicacbonat với tên thường gặp trong đời sống là sô đa hay bột nở có tác
dụng tạo xốp, giòn cho thức ăn và ngoài ra còn có tác dụng làm đẹp cho bánh.
 Dùng để tạo bọt và tăng pH trong các loại thuốc sủi bọt (ví dụ thuốc nhức đầu,
v.v.)

 Baking soda được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm và nhiều ứng dụng
khác, nhưng cần chọn mua loại tinh khiết khi dùng với thực phẩm.
 Vì khi gặp nhiệt độ nóng hay tác dụng với chất có tính acid, baking soda sẽ giải
phóng ra khí CO
2
(carbon dioxide/khí cacbonic), do đó nó thường được dùng
trong nấu ăn, tạo xốp cho nhiều loại bánh như cookies, muffin, biscuits, quẩy…,
thêm vào sốt cà chua hay nước chanh để làm giảm nồng độ acid, hoặc cho vào
nước ngâm đậu hay lúc nấu sẽ làm giảm thời gian chế biến, đậu mềm ngon và
GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa




Sản Xuất Soda Trang 23

hạn chế tình trạng bị đầy hơi khi ăn các loại hạt đậu, đỗ. Baking soda cũng rất
hiệu quả khi được dùng để chế biến các món thịt hầm hay gân, cơ bắp động vật
tương tự như nấu đậu, có được điều đó là do khí cacbonic khi được giải phóng
đã ngấm vào và làm mềm các loại thực phẩm.

 Trong y tế, baking soda còn được dùng trung hòa acid chữa đau dạ dày; dùng
làm nước xúc miệng hay sử dụng trực tiếp chà lên răng để loại bỏ mảng bám và
làm trắng…
 Ngoài sử dụng trực tiếp cho con người, soda còn được dùng lau chùi dụng cụ nhà
bếp, tẩy rửa các khu vực cần vệ sinh nhờ tính năng mài mòn, tác dụng với một
số chất (đóng cặn), rắc vào các khu vực xung quanh nhà để chống một số loại
côn trùng.