CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID SUNFURIC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA HOÁ HỌC VÀ CNTP
-----------------------

CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT ACID SUNFURIC

Giảng Viên Hướng Dẫn: T.s Lê Thanh Thanh

Nhóm 1:
Ngô Linh Chi
Nguyễn Thị Hiền
Trần Thị Hồng Minh
Trần Thị Thanh Nhàn
Lê Thị Anh Thi
Nguyễn Kim Thơ

Vũng Tàu, ngày 20 tháng 9 năm 2012
1


MỤC LỤC
I.

Giới
thiệu .......................................................................................4

1. Tính chất vật lý ........................................................................................4
2. Tính chất hóa học ....................................................................................5
3. Phân biệt acid sunfuric với oleum............................................................6

4. Ứng dụng .................................................................................................8
II.

Nội
dung.........................................................................................8

A. Nguyên liệu, đốt nguyên liệu và làm sạch hỗn hợp khí ..........................8
1. Nguyên liệu ........................................................................................8
1.1 Quặng phyrit ..................................................................................8
1.2 Lưu huỳnh ......................................................................................9
1.3 Thạch cao.......................................................................................10
1.4 Các chất thải có chứa lưu huỳnh ...................................................11
2. Đốt nguyên liệu và tách bụi khỏi hỗn hợp khí .................................12
2.1 Đốt nguyên liệu ...........................................................................12
2.1.1

Đốt quặng .........................................................................12

2.1.2

Lò đốt lưu huỳnh ...............................................................20

2.1.3

Lò đốt hydro sunfua ..........................................................23

2.2 Tách bụi khỏi hỗn hợp khí ..........................................................24
B. Quy trình công nghệ sản xuất acid sunfuric ..........................................27
1.

Quy

trình

sản

xuất

acid

sunfuric

theo

phương

pháp

nitroz.............................................................................................................27
2


2.

Quy trình sản xuất acid sunfuric theo phương pháp tiếp

xúc .....................................................................................................................
.28
2.1 Làm sạch hỗn hợp khí ..................................................................31
2.1.1 Một số tạp chất có hại cho quá trình ...........................................31

2.1.2 Làm sạch ......................................................................................32
2.1.3 Thiết bị làm sạch khí lò ................................................................34
2.2 Oxi hóa SO2 thành SO3 .................................................................40
2.2.1 Chất xúc tác ..................................................................................40
2.2.2 Quá trình oxy hóa SO2 trên chất xúc tác .....................................40
2.2.3 Ảnh

hưởng

của

các

yếu

tố

trong

quá

trình ...................................41
2.2.4 Thiết bị dùng trong công đoạn oxy hóa SO2 ...............................52
2.3 Hấp thụ SO3 thành acid sunfunric ................................................53
2.3.1 Quá trình hấp thụ SO2 và các yếu tố ảnh hưởng ..........................53
2.3.2 Thiết bị trong công đoạn SO3 .......................................................54
3.

An toàn trong sản xuất ..................................................................58

C. Sản phẩm ................................................................................................58
1. Yêu cầu sản phẩm .............................................................................58
2. Cách bảo quản ...................................................................................58
3. An toàn khi sử dụng ..........................................................................59
4. Làm sạch và nâng cao nồng độ acid .................................................60
5. Xu hướng sản xuất acid hiện nay .....................................................60

3


I.

Giới Thiệu Chung về acid
Như chúng ta đã biết acid sunfuric là một hóa chất quan trọng, được sản xuất

với sản lượng lớn nhất thế giới, mức độ tiêu thụ cao do vậy acid sunfuric được coi
như một chỉ số kinh tế quan trọng để đánh giá sức mạnh công nghiệp của một quốc
gia, đặt biệt là với các nước đang phát triển. Công nghiệp sản suất acid sunfuric vì
thế cũng luôn được quan tâm và không ngừng cải tiến, hiện đại hóa để tăng năng
suất và giảm ô nhiễm môi trường. Đó là lý do chúng tôi chọn đề tài công nghệ sản
xuất acid sunfuric. Với đề tài này chúng tôi và các bạn sẽ cùng tìm hiểu về các
nguồn nguyên liệu cũng như là các phương pháp, các thiết bị hiện đại dùng trong
sản xuất acid sunfuric để cho ra được sản phẩm tốt nhất.
1. Tính chất vật lý
Acid sunfuric

Cấu trúc phân tử của acid sunfuric
Tổng quan
Danh pháp IUPAC
Tên khác

Công thức phân tử
Phân tử gam
Biểu hiện

Acid sunfuric
Dầu sunfat, Hiđro sunfat
H2SO4
98,078 g/mol
Dầu trong suốt, không màu, không mùi

4


Thuộc tính
1,84 g/cm3, lỏng
Có thể trộn lẫn (tỏa nhiệt)
10 °C, 283 K
338 °C (dung dịch acid 98%)
-3,0
1,99
Độ nhớt
26,7 cP ở 20 °C
Acid rất háo nước dùng làm khô không khí
Axit sunfuric đặc làm bỏng da
Tỷ trọng và pha
Độ hòa tan trong nước
Điểm nóng chảy
Điểm sôi
pKa

C12H22O11  12C + 11H2O
H2SO4 + C  CO2 + 2SO2 + 2H2O

2. Tính chất hóa học
Acid sunfuric đặc, nóng có tính oxi hóa mạnh, oxi hóa được hầu hết các
kim loại (trừ Pt, Au). Với kim loại mạnh (trước Fe) phản ứng cho nhiều sản
phẩm khử.
Ví dụ:
2H2SO4 đ,n + Cu  CuSO4 + SO2 + H2O
6H2SO4 đ,n + 2Fe  Fe2(SO4)3 + 3SO2 +6H2O
H2SO4 đặc, nóng oxi hóa được nhiều phi kim, các hợp chất có tính khử và
hợp chất hữu cơ.
Ví dụ:
2H2SO4 đđ + S  3SO3 + 2H2O
5H2SO4 đđ + 2Fe(OH)2  Fe2(SO4)3 + SO2 + 6H2O
H2SO4 đđ + C12H22O11  12C + H2SO4.11H2O
5


Acid sunfuric loãng có tính acid mạnh tác dụng với kim loại (trước H
trong dãy điện hóa), với oxit base, base, muối.
Ví dụ:
H2SO4 loãng + Fe  FeSO4 + H2
H2SO4 loãng +CaO  CaSO4 + H2O
H2SO4 + 2NaOH  Na2SO4 + 2H2O
H2SO4 loãng + Fe(OH)2  FeSO4 + 2H2O
3.

Phân biệt acid và oleum
Trong kỹ thuật thì hỗn hợp H 2O và SO3 theo tỉ lệ bất kỳ đều gọi là acid

sunfuric. Nếu tỉ lệ:
- SO3/ H2O < 1 thì gọi là acid sunfuric
- SO3/ H2O > 1 thì gọi là dung dịch của SO3 trong dung dịch acid sunfuric
hay oleum hoặc acid sunfuric bốc khói.
H2SO4 có thể kết hợp với H2O và SO3 theo tỷ lệ bất kỳ, khi đó tạo thành một
số hợp chất có những tính chất khác nhau.
3.1

Nhiệt độ kết tinh

Bảng so sánh nhiệt độ kết tinh của các hợp chất giữa H2O và SO3
TT

Công thức

1

H2O

Hàm lượng %
H2SO4
SO3 tổng
0,0
0,0

Nhiệt

2

H2SO4. 4H2O

57,6

4,6

-24,40

3

H2SO4.2H2O

73,2

59,8

-39,60

4

H2SO4.H2O

84,5

69,0

8,48

5

H2SO4

100,0

81,6

10,37

6

H2SO4. SO3

110,1

89,9

44,95

38,15

7

H2SO4. 2SO3

113,9

93,0

62,0

1,20

8

SO3

122,5

100,0

100,0

16,80

SO3 tự do

độ

kết tinh, 0C
0

6


Nhiệt độ kết tinh của hỗn hợp hai chất không tạo thành tinh thể hỗn hợp
luôn luôn nhỏ hơn nhiệt độ kết tinh của từng chất.
3.2

Nhiệt độ sôi và áp suất hơi
Khi tăng nồng độ, nhiệt độ sôi của dung dịch acid tăng, đạt cực đại

(336,50C) ở 98,3% H2SO4, sau đó giảm.
Khi tăng hàm lượng SO3 tự do, nhiệt độ sôi của oleum giảm từ 296,2 0C (ở
0% SO3 tự do) xuống 44,70C (ở 100% SO3 – tức nhiệt độ sôi của SO3).
Khi tăng nồng độ, áp suất hơi trên dung dịch acid giảm, đạt cực tiểu ở
98,3% H2SO4, sau đó lại tăng. Áp suất hơi trên oleum tăng khi hàm lượng SO 3
tự do.
3.3

Khối lượng riêng
Khi tăng nồng độ, khối lượng riêng của dung dịch acid tăng, đạt cực đại ở

98,3% H2SO4 sau đó giảm. Khi tăng hàm lượng SO 3 tự do, khối lượng riêng của
oleum cũng tăng, đạt cực đại ở 62% SO 3 tự do, sau đó giảm. Khi tăng nhiệt độ,
khối lượng riêng của acid sunfuric và oleum giảm.
3.4

Nhiệt dung
Khi tăng nồng độ, nhiệt dung của dung dịch acid sunfuric giảm. Ngược

lại, khi tăng hàm lượng SO3, nhiệt dung của oleum lại tăng. Khi tăng nhiệt độ,
nhiệt dung của acid sunfuric và oleum tăng.
3.5

Độ nhớt
Độ nhớt của acid sunfuric và oleum có giá trị cực đại ở nồng độ 84,5%

H2SO4 và 50-55% SO3 tự do. Khi tăng nhiệt độ độ nhớt của acid giảm khá
nhanh.
Ví dụ: khi tăng nhiệt độ từ 200C lên 800C, độ nhớt của dung dịch 60%

H2SO4 giảm 3 lần.
7


4.

Ứng dụng
Acid sunfuric có tính hoạt động mạnh mà giá thành sản xuất rẻ vì vậy

được ứng dụng rộng rãi.
Công nghiệp có nhu cầu dùng acid H 2SO4 lớn nhất là công nghiệp sản
xuất phân bón: supephotphat, sunfat amon….
Trong kỹ nghệ luyện kim màu và hiếm, acid H 2SO4 được dùng rộng rãi
để làm tác nhân phân hủy.
Trong lĩnh vực gia công kim loại người ta dùng acid H 2SO4 để làm sạch
bề mặt kim loại trước khi sơn màu hay là mạ crom hoặc niken.
Có thể dùng acid H2SO4 để làm sạch các sản phẩm thu được khi chế biến
dầu mỏ.
Acid H2SO4 có thể dùng để sản xuất các loại thuốc nhuộm vải, thuốc chữa
bệnh, và một số chất dẻo khác. Có thể dùng trong công nghệ sản xuất lụa nhân
tạo.
Trong công nghiệp thực phẩm acid H2SO4 dùng để điều chế hồ tinh bột.
Trong giao thông người ta sử dụng acquy chì – acid.
Trong hóa học acid H2SO4 có thể dùng để hút ẩm khi làm đậm đặc các
acid khác. Acid H2SO4 có thể dùng trong quá trình nitroz hóa và sản xuất thuốc
nổ.
II.

Nội dung chính

A.

Nguyên liệu, đốt nguyên liệu và tách bụi khỏi hỗn hợp khí

1.

Nguyên liệu

1.1

Quặng pyrit

1.1.1 Các loại quặng
a. Pyrit thường

8


Thành phần chủ yếu của quặng pyrit là sắt sunfua FeS2 chứa 53,44% S
và 46,56% Fe. FeS2 thường ở dạng tinh thể pyrit hình lập phương (khối lượng
riêng 4,95 – 5,0 g/cm3), cũng có khi ở dạng tinh thể macazit hình thoi (khối
lượng riêng 4,55 g/cm3). Ở 450oC macazit chuyển thành pyrit có tỏa nhiệt.
Quặng pyrit thường gặp là các loại khoáng màu vàng xám, khối lượng đổ
đống khoảng 2200 - 2400 kg/m3 tùy theo kích thước hạt quặng. Trong quặng có
lẫn nhiều tạp chất như các hợp chất của đồng (chủ yếu là FeCuS 2, Cu2S, CuS),
chì, kẽm, niken, bạc...; các muối cacbonat, sunfat canxi, magie… Vì vậy, hàm
lượng thực tế của lưu huỳnh trong quặng khoảng 30-52 %.
b. Pyrit tuyển nổi
Trong quặng có nhiều tạp chất, một trong số tạp chất cố giá trị là đồng.
Nếu lượng đồng lớn hơn 1% thì sản xuất đồng có lợi hơn là đốt trực tiếp. Sau

khi, làm giàu đồng của quặng bằng phương pháp tuyển nổi lên khoảng 15-20%
Cu. Phần bã thải của quá trình tuyển nổi chứa khoảng 32-40% S gọi là quặng
tuyển nổi, dùng để sản xuất acid sunfuric. Cứ tuyển 100 tấn quặng thu được 80
– 85 tấn pyrit tuyển nổi. Nếu tiếp tục tuyển lần hai sẽ thu được tinh quặng pyrit
chứa tới 45-50% S.
c. Pyrit lẫn than
Than đá ở một số mỏ có lẫn cả quặng pyrit, có loại chứa tới 3-5% S làm
giảm chất lượng của than. Vì vậy phải loại bỏ các cục than có lẫn pyrit. Phần
than cục loại bỏ này chứa tới 33-42% S và 12-18% C gọi là pyrit lẫn than.
1.2

Lưu huỳnh

1.2.1 Lưu huỳnh
Lưu huỳnh là chất rắn màu vàng, nó dẫn điện và nhiệt rất kém, thực tế
không tan trong nước. Nó có hai dạng hình thù: hình thoi (khối lượng riêng 2,07
g/cm3) và đơn tà (khối lượng riêng 1,96 g/cm3).
9


Lưu huỳnh nguyên tố là một trong những dạng nguyên liệu tốt nhất để
sản xuất acid sunfuaric vì:
- Khi đốt lưu huỳnh ta thu được hỗn hợp khí có hàm lượng SO2 và O2 cao.
- Lưu huỳnh chứa rất ít tạp chất và khi cháy không có xỉ.
- Lưu huỳnh là nguyên liệu rẻ tiền.
1.1.2 Điều chế lưu huỳnh từ quặng lưu huỳnh thiên nhiên
Quặng thiên nhiên chứa khoảng 15-20% S, loại giàu chứa tới 70% S.
- Phương pháp tuyển nổi để tách S: lưu huỳnh đốt trong lò phun phải nấu
chảy, lắng tách cặn…
- Có nơi lấy S trực tiếp từ mỏ bằng cách dùng nước quá nhiệt nấu chảy lưu

huỳnh trong quặng ngay tại các giếng khoan, sau đó dùng không khí nén đẩy S
lỏng lên (nhanh rẻ nhưng hiệu suất lấy S thấp 30-60%).
1.3

Thạch cao

1.3.1 Nguồn thạch
Đây là nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất acid sunfuric. Điển hình
là có các loại sunfat như: thạch cao CaSO 4.2H2O, thạch cao anhydric CaSO4,
NaSO4, MgSO4,… Ngoài ra trong quá trình sản xuất acid photphoric, nitrophot,
nitrophotka,… cũng thải ra lượng lớn CaSO4.
1.3.2 Phương pháp xử lý thạch cao
Từ thạch cao người ta sản xuất liên hợp cả acid sunfuric và xi măng.
Muốn thế, cần đốt hỗn hợp thạch cao, đất sét và than trong lò quay. Khi đó,
CaSO4 bị khử, cho SO2 đem đi sản xuất acid sunfuric; phần xỉ còn lại thêm một
số phụ gia, đem nghiền để sản xuất xi măng.
Phương trình khử thạch cao (có mặt SiO2) bằng chất khử C:
CaSO4 + C + SiO2 SO2 + CaSiO3 + CO (1000oC)

10


Khi phân hủy thạch cao (CaSO4.2H2O), đầu tiên nó bị khử nước kết tinh
thành CaSO4 khan, đến 1400-1500oC CaSO4 bị khử.
Phương trình:
2CaSO4  2CaO + 2SO2 + O2
1.4 Các chất thải có chứa lưu huỳnh
1.4.1 Khí lò luyện kim màu
Khí lò trong quá trình đốt các quặng kim loại màu như: quặng đồng, chì,
thiếc, kẽm… có chứa nhiều SO2.

Để đốt quặng trong lò luyện kim màu có thể dùng các loại lò nung, lò bọc
nước, lò chuyển, lò phản xạ, lò lớp sôi… Ở lò nung và lò lớp sôi, thành phần khí
tương tự như khi đốt quặng pyrit nên có thể dùng trực tiếp để sản xuất acid
sunfuric. Còn khí các lò khác, có thể dùng khí thiên nhiên (metan) để khử SO 2
thành S.
Thành phần khí lò phụ thuộc vào nguyên liệu, cấu tạo lò và điều kiện đốt.
1.4.2 Khí hydro sunfua
Lượng lưu huỳnh chiếm khoảng 50% trong khí than cốc, chủ yếu ở dạng
H2S ( 95%). Lượng H2S trong khí than cốc hàng năm trên thế giới tới hàng triệu
tấn.
Mặt khác, trong các chất thải công nghiệp có chứa rất nhiều hợp chất của
lưu huỳnh ( H2S, SO2, CSO2, COS…). Khí H2S, SO2 sau khi tách các tạp chất có
thể đem sản xuất trực tiếp acid sunfuric hoặc đem sản xuất lưu huỳnh.
1.4.3 Khói lò
Khi đốt than trong lò của các nồi hơi, lưu huỳnh và các hợp chất của nó
có trong than sẽ chuyển thành SO2. Hàng năm trên thế giới khói lò thải ra khí
quyển hàng chục triệu tấn lưu huỳnh. Từ SO2 có thể sản xuất acid sunfuric theo
phương pháp trực tiếp.
11


1.4.4 Acid sunfuric thải
Có rất nhiều chất thải chứa H 2SO4 (20-50%): tinh chế dầu mỏ, làm tác
nhân hút nước, sunfo hóa các hợp chất hữu cơ, khi sản xuất TiO 2, rữa kim
loại…
Có 3 phương pháp để sử dụng chất thải này:
- Tách các tạp chất rồi cô đặc để thu hồi H2SO4.
- Phân hủy nhiệt thu hồi SO2 để sản xuất acid sunfuric.
- Dùng trực tiếp vào các mục đích không cần acid sunfuric sạch.
Tóm lại, nguyên liệu để sản xuất acid sunfuric rất phong phú và đa

dạng. Chủ yếu là chúng ta nên chọn nguyện liệu thích hợp nhất, để tránh
làm ô nhiễm môi trường. Hiện nay, nguyên liệu được sử dụng phổ biến
nhất là quặng. Vì quặng rẻ, dễ khai thác, ngoài ra còn có thể đồng thời
sản xuất những kim loại có giá trị khác như: đồng, vàng, sắt...
2. Đốt nguyên liệu và tách bụi khỏi hỗn hợp khí
2.1

Đốt nguyên liệu

II.1.1
a.

Đốt quặng
Giai đoạn gia công cơ, nhiệt

Tùy theo dạng nguyên liệu mà sử dụng phương pháp gia công khác nhau
như: Pyrit thường kích thước từ 50-200mm, nên trước khi đốt phải qua công
đoạn đập, nghiền, sàn để có kích thước nhất định phù hợp với từng loại lò đốt.
Pyrit tuyển nổi thường kích thước rất nhỏ (khoảng 0,1mm) và độ ẩm khá
lớn (12–15%) gây khó khăn cho quá trình vận chuyển và đốt. Vì vậy trước khi
sử dụng đốt phải sấy sơ bộ để giảm hàm ẩm xuống.

12


Pyrit lẫn than tuy có hàm lượng S lớn (33 – 42%) nhưng không thể đốt
ngay để sản xuất axit sunfuric vì hàm lượng carbon trong đó rất lớn, khi cháy
nhiệt lượng tỏa ra rất lớn, làm nhiệt độ khí tăng cao, có thể làm cho lò
đốt mau chóng bị phá hủy; Tiêu tốn nhiều oxi làm giảm nồng độ lượng
SO2 và O2 trong khí lò, gây khó khăn cho các giai đoạn tiếp theo của quá

trình sản xuất. Vì vậy phải nghiền và rửa quặng lẫn than để giảm hàm
lượng carbon trong quặng xuống 3 – 6%.
b.

Đốt nguyên liệu.
Có 3 dạng lò dùng để đốt quặng:
 Lò cơ khí:
Công dụng: đốt quặng pyrit tuyển nổi, quặng nguyên khai, các quặng
sunfua kim loại.
Cấu tạo: phức tạp, có từ 6 đến 9 tầng, phổ biến là kiểu lò BX3 có 8 tầng.
Hoạt động: lò 8 tầng có 1 tầng sấy và 7 tầng làm việc. Khi lò quay răng
cào sẽ gạt quặng rơi từ tầng trên xuống tầng dưới theo đường zic zac, xỉ
tháo ra ở tầng cuối cùng. Không khí qua các cửa ở tầng dưới cùng vào lò,
đi từ dưới lên trên ngược chiều với quặng. Khí lò đi ra ở tàng trên, qua
hộp khí trước khi vào đường ống chung.
Các bộ phận của lò nhiều tầng

1-Trục nhiều lò

8-Bánh răng lớn

2-Bộ phận nạp quặng vào lò

9-Trụ đỡ

3-Bunke quặng

10-Bánh răng nhỏ

4-Vỏ lò

11-Trục truyền động

5-Đòn cào

12-Hộp giảm tốc

6-Răng cào

13-Cửa tháo xỉ

7-Cửa thao tác

13


Hình: sơ đồ của lò nhiều tầng



Lò đốt bụi:(lò đốt quặng bột)

Các bộ phận của lò đốt quặng tuyển nổi
1. Vỏ lò hình trụ
2. Lớp lót chịu nhiệt
3. Phiễu xỉ

4. Vòi phun hỗn hợp “không khí –
quặng”
5. Giàn ống nước làm nguội

14


Hình: lò đốt quặng tuyển nổi

Công dụng: Đốt quặng pyrit tuyển nổi ở dạng bụi có hàm lượng S thấp.
Cấu tạo: Lò đốt cao 10m, đường kính 4m, cấu tạo rỗng.
Hoạt động: Hỗn hợp quặng và không khí được thổi từ dưới lò. Quá trình cháy
diễn ra trong toàn bộ thể tích của lò. Phía đỉnh lò luôn có không khí bổ sung
(chiếm 60-80%) sản phẩm của quá trình đốt thu được ở phía dưới.

15


 Lò tầng sôi: (lò lớp sôi)

Hình lò lớp sôi đốt quặng
1.

Giá đỡ

5,7-

Giàn ống nước làm nguội

2.

Ống phân phối khí

6-

Bảng phân phối khí

3.

Giàn ống đục lỗ

8-

Vòi phun mazut

4-

Bunke xỉ dưới buồng nạp

quặng
9- Buồng nạp quặng

10- Ống không khí bổ sung

Công dụng: đốt được bất kì loại quặng nào.
Cấu tạo: hình trụ, bên trong lót lớp vật liệu chịu lửa. ở phần dưới của lò đặt
một bảng để phân phối khí đều trên tiết diện của lò.

16


Hoạt động: Người ta thổi không khí qua lưới từ dưới lên với tốc độ giữ cho
các hạt quặng chuyển động kiểu lớp sôi trên mặt lưới thép. Trong trạng thái lơ

lửng quặng FeS2 bị đốt cháy rất nhanh để tạo hỗn hợp khí SO2.

Hình sơ đồ công đoạn đốt quặng trong lò lớp sôi
1-Quạt không khí

5-Nồi hơi tận dụng

8,9-Van tháo xỉ

2-Đĩa tiếp liệu

nhiệt

10-Ống thải xỉ

3-Lò lớp sôi

6-Xylon

11-Quạt thải khí

4-Ống làm nguội

7-Lọc điện khô

Khiết điểm lớn nhất của loại lò này là lượng bụi theo khí lò rất lớn (trên 90%
tổng lượng xỉ).
Để giải quyết khiết điểm lớn của lò lớp sôi người ta đã tạo thêm lớp sôi sôi
thứ hai để thu được đồng thời cả SO2, hơi nước, xỉ (dùng trực tiếp để thủy luyện
17

kim) và tạo năng xuất rất cao. Muốn tạo thành lớp sôi thứ hai này phải có một
lưới phân chia để tạo nên giới hạn nhiệt độ giữa vùng cháy và vùng làm nguội.
Áp suất động học của khí thổi vào các lỗ của lưới này phải lớn hơn áp xuất của
lớp sôi thứ hai trên diện tích của các lỗ đó để xỉ khỏi lọt qua lỗ rơi xuống dưới
và không có truyền nhiệt giữa hai lớp.

Hình: lò hai lớp sôi
1-Bộ phận tiếp liệu
2- Mô tơ
3- Buồng nạp quặng
4- Hộp không khí
5- Lò
6- Ống làm nguội
7- Lưới phân phối
khí
8- Xylon tầng hoàn
9- Xylon
10-Ống thải xỉ tầng
trên.

Để tạo lên lớp sôi thứ hai ổn định, ngoài việc ngăn không cho xỉ lọt xuống
dưới, còn phải tránh không cho chúng bay ra ngoài. Bằng cách đặt một xyclon
sau lò giúp tuần hoàn lượng xỉ. Do đó, hàm lượng bụi trong khí tăng dần, tới

18


nồng độ xác định nào đó, các hạt xỉ bắt đầu rơi xuống, tách khỏi dòng khí bụi,

tạo nên lớp sôi thứ hai.
Bảng so sánh ba loại thiết bị:
Các chỉ tiêu
Quặng

Lò cơ khí
Bất kỳ

Cường độ làm việc 185

Lò đốt bụi
Tuyển nổi

Lò tầng sôi
Bất kỳ

700-1000

1000-1800

kg/m3.NĐ
Nhiệt độ làm việc 0C 850-900

1100

800

Hàm lượng SO2 ra,
%

9

13

15

2

1-1,5

0,5

10

>100

Hàm lượng S trong
xỉ, %
Độ bụi, g/m3.
>300

Phương trình đốt quặng pyrit thường:

4FeS2 + 11O2  2Fe2O3 + 8SO2
3FeS2 + 8O2  Fe3O4 + 6SO2
Phương trình đốt quặng pyrit tuyển nổi:

2ZnS + 3O2  2ZnO + 2SO2
Phương trình đốt quặng pyrit lẫn than:

C + O2  CO2
Ngoài ra lượng FeS2 và FeS lẫn trong tinh quặng đồng, kẽm cũng cháy như
khi đốt pyrit.

2.1.2 Lò đốt lưu huỳnh
19


a.

Lò phun đốt

Có 2 loại lò phun đốt lưu huỳnh
 Loại nằm ngang:
Cấu tạo: là ống thép (đường kính 3,4m chiều dài 10,5m) trong lót gạch chịu
nhiệt.
Hoạt động: lưu huỳnh sau khi nấu chảy và tách cặn được không khí thổi vào
lò qua các vòi phun. Để S cháy hết thì cần bổ xung không khí vào ngăn thứ hai.

Hình sơ đồ phun S nằm ngang
1- Vỏ thép

5- Vòi phun S lỏng

2- Lớp gạch chịu nhiệt

6- Hộp đưa không khí vào lò

3- Lớp amian

7- Vòi phun nhiên liệu

4- Vách ngăn
 Loại đứng:
Cấu tạo: bằng thép bên trong lót gạch chịu lửa.
Hoạt động: lưu huỳnh phun từ trên xuống (hoặc từ dưới lên). Không khí
được phun liên tục vào ở lỗ 7. Để tránh việc tạp chất gây khó khăn cho quá trình
cháy thì cần thổi thêm không khí (sủi bọt) vào phần dưới lò qua lỗ 8.

20


Hình sơ đồ lò phun đứng, tiết liệu dưới
1- Ống dẫn khí

5- Tường ngăn

2- Vỏ lò

6- Vòi phun S

3- Gạch chịu lửa

7- Lỗ bổ xung không khí lần 1

4- Lỗ bổ xung không khí lần 2

8- Lỗ thổi không khí vào đáy lò

b. Lò lớp sôi

21


Cấu tạo và hoạt động của lò lớp sôi đốt lưu huỳnh cũng tương tự như khi
đốt pyrit. Chỉ khác là để tạo lớp sôi phải dùng lớp vật liệu trơ (dùng hạt samot
kích thước 0,5-1 mm để giữ lớp sôi ổn định).

Hình sơ đồ lớp sôi đốt lưu huỳnh
1- Lưới đục lỗ

5- Ống không khí bổ sung

2- Buồng nạp liệu

6- Vòi phun nhiên liệu

3- Tiếp liệu

7- Giàn làm nguội

4- Bunke lưu huỳnh

8- Lưới phân phối khí

Phương trình đốt xảy ra dễ dàng hơn đốt pyrit và tiến hành theo phản ứng:
S + O2  SO2
22

2.1.3 Lò đốt hydro sunfua

Hình lò đốt hydro sunfua
1- Van an toàn

4- Cặp nhiệt điện

2- Cửa quan sát

5- Gạch samot

3- Vòi đốt H2S
Hoạt động: Hỗn hợp H 2S và không khí được thổi vào từ đáy lò. H 2S cháy
chia làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn đầu cháy thiếu không khí.
- Giai đoạn sau mới cháy có oxy.
Vì khí H2S thường có tạp chất HCN dư không khí, nếu ở nhiệt độ cao
khoảng 10000C thì sẽ xảy ra phản ứng:
2HCN + 3,5O2  2NO + 2CO2 + H2O
23


NO sẽ bị oxy hóa tạo thành N2O3 gây ăn mòn và làm bẩn sẩn phẩm.
Nếu nhiệt độ thấp thiếu không khí sẽ xảy ra phản ứng:
2HCN + 2,5O2  N2 + 2CO2 + H2O
Để giảm nhiệt độ trong lò người ta đặt màn ống nước của nồi hơi, nhiệt độ
trong lò 800-8500C.
Phương trình đốt H2S:
2H2S + 3O2  2SO2 + 2H2O
4H2S + 2SO2  3S2 + 4 H2O

Từ H2S có thể sản xuất acid sunfuric theo phương pháp xúc tác ướt hoặc sản
xuất lưu huỳnh nguyên tố.
2.2

Tách bụi khỏi hỗn hợp khí
Khí SO2 ra khỏi lò có chứa nhiều bụi và hơi nước. Để loại bụi khỏi sản

phẩm khí, người ta phải xứ lí qua nhiều công đoạn:
-

Loại bỏ bụi lớn qua hệ thống buồng lắng.

- Lắng bụi qua hệ thống các xyclon.
- Loại bỏ bụi nhỏ hơn bằng các thiết bị rửa khí.
- Lọc tĩnh điện để loại bỏ triệt để bụi ra khỏi khí.
Tùy vào loại quặng, cấu tạo lò đốt… mà sử dụng phương pháp thích hợp để
tách bụi.
Ví dụ:
- Hàm lượng bụi trong khí khi đốt quặng trong lò nhiều tầng khoảng 1-10
g/m3, trong lò đốt quặng bột 20-100 g/m3, trong lò lớp sôi đến 300 g/m3.
- Khi đốt quặng tuyển nổi trong lò lớp sôi, hàm lượng bụi:
Sau lò khoảng

300 g/m3

Sau nồi hơi

200 g/m3

Sau xyclon

20 g/m3

Sau lọc điện khô

0,05 g/m3
24


Các hạt bụi này có đường kính trung bình từ vài cho đến vài chục
micromet nên gây ra nhiều khó khăn cho quá trình sản xuất.
Yêu cầu đối với nhà máy sản xuất acid theo phương pháp nitroz, hàm
lượng bụi trong khí không vượt quá 0,2 g/m 3, theo phương pháp tiếp tiếp xúc
thì từ 0,05-0,1 g/m3.
Hiện nay có hai phương pháp tách bụi khỏi hỗn hợp khí:
III.

Phương pháp cơ học

Tách bụi khỏi dòng khí dựa vào lực trọng trường và lực ly tâm của hạt.
Thiết bị lắng bụi kiểu cơ học được dùng phổ biến là xyclon. Có thể dùng đơn
chiếc hoặc một tổ hợp vài chiếc song song. Ở đây lắng bụi được là do tác dụng
của lực ly tâm. Hiệu xuất khử bụi của xyclon có thể đạt trên 90%. Tốc độ khí đi
trong xyclon khoảng 7-20 m/giây, khi đó trở lực của xyclon đến 400
N/m2 (khoảng 40mmH2O).
Bảng hiệu suất lọc bụi của một số loại xyclon
Đường kính xyclon Hiệu suất lọc bụi (%) khi đường kính hạt bụi
D cực đại

5 micromet

10 micromet

20 micromet

800

50

85

97,2

600

55

87

98,0

400

69

89

98,5

200

77

93

99,0

100

83

95

99,5

Khi đốt lưu huỳnh, để tách bụi khỏi hỗn hợp khí trước khi vào tháp tiếp
xúc, người ta thường dùng thiết bị lọc bụi bằng lớp vật liệu hạt.
Lớp vật liệu hạt (đá bọt, cát…) được đặt vào khoảng không gian hình
vành khăn giữa giữa hai tấm lưới.
25