công nghệ sản xuất khí Clo và khí hydro

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
KHÍ Cl2, H2

1


KHÍ CLO
TÍNH CHẤT VẬT LÝ
TÍNH CHẤT HÓA HỌC
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ CLO
ỨNG DỤNG

KHÍ HIĐRÔ
TÍNH CHẤT
TẦM QUAN TRỌNG
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ HIĐRÔ
ỨNG DỤNG

2


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Humphry Davy
Nhà hóa học Cornwall

Carl Wilhelm Scheele
(Nhà hóa học Thụy Điển)

Humphry Davy
(Nhà hóa học Cornwall)

3

3


Ở thượng tầng khí quyển, clo chứa trong phân tử CFC,
có liên quan trong việc gây hại tầng ôzôn.

4


- Ở dạng khí: màu vàng lục
nhạt, nặng hơn không khí
khoảng 2,5 lần, có mùi hắc khó
ngửi và là chất độc cực mạnh.
- Clo là một khí có khả năng
phản ứng ngay lập tức gần như
với mọi nguyên tố. Ở 10 °C
Khuyến
một lít nước
hòa tan 3,10 lít clo
và ở 30 °C chỉ
là 1,77 lít.
mại

5


Một số thông số vật lí của khí clo
Màu sắc

Trạng thái vật chất

Vàng lục nhạt
Chất khí

Nhiệt độ nóng chảy

171,6 K (-101,5 °C, -150,7 °F)

Nhiệt độ sôi

239,11 K (-34,04 °C, -29,27 °F)

Mật độ

3,2 g/L (at 0 °C, 101.325 kPa)

Mật độ ở thể lỏng

ở nhiệt độ sôi: 1,5625g·cm−3

Điểm tới hạn

416,9 K, 7,991 MPa

Nhiệt lượng nóng chảy

(Cl2) 6,406 kJ·mol−1

Nhiệt lượng bay hơi

(Cl2) 20,41 kJ·mol−1

Nhiệt dung

(Cl2)
33,949 J·mol−1·K−1

6




Áp suất hơi

P (Pa)

1

10

100

1 k

10 k 100 k

ở T (K)

128

139

153

170

197

239

9


- Thể hiện t/c của một phi kim điển hình
+ Tác dụng với hầu hết các kim loại  Muối clorua.
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
+ Tác dụng với Hidro tạo thành khí Hidroclorua.
Cl2 + H2 → 2 HCl
- Phương pháp Clo hóa:
Clo thể hiện một số hóa tính trong phản ứng Clo hóa như sau:
Tác dụng với nước tạo dung dịch nước clo:
Cl2 (k) + H2O (l) ↔ HCl (dd) + HClO (dd)
Tác dụng với dung dịch Natri Hiđroxit tạo dung dịch nước Giaven:
Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H 2O (l)

8


Điện phân dung dịch

hoặc muối clo nóng chảy

Công nghệ
sản xuất
Oxi hóa cloruahidro

11


Tại anot: 2Cl- - 2e

→ Cl2 (1)

4OH- - 4e →

O2 + 2H2O (2)

Tại catot: 2H2O + 2e →H2 + 2OH- (3)
Na+ + e →Na (4)
- Quá trình phóng điện trên điện cực cuả các ion nói trên phụ
thuộc vào thế tiêu chuẩn của chúng, vào dòng điện (mật độ
dòng) vào hoạt độ và hóa thế trên điện cực cuả chính các ion
đó.

12


13

Công nghệ
điện phân sử
dụng catot
thủy ngân.

Công nghệ
điện phân có
màn ngăn.

Công nghệ
điện phân
màng tế bào.

16


- Anot bằng titan nằm phía trên catốt bằng thủy ngân lỏng,
dung dịch NaCl nằm ở giữa các điện cực. Khi có dòng điện
chạy qua, clo được giải phóng ở cực dương, còn natri hòa tan
trong catốt thủy ngân tạo thành một hỗn hống.
Na+ nHg →NaHgn
- Hỗn hống có thể tái tạo lại thủy ngân bằng cách cho phản
ứng với nước tạo ra H2 và NaOH. Chúng là những sản phẩm
phụ có ích.
2NaHgn + 2H2O → 2NaOH +2nHg + H2
- Phương pháp này tiêu hao nhiều năng lượng và có vấn đề về
sự thất thoát thủy ngân.

13

14


Nguyên liệu chính để sản xuất xút và Clo : NaCl.
Muối dùng làm nguyên liệu sản xuất xút - Clo
phải theo các tiêu chuẩn:
NaCl > 97,5%
Chất tan < 0,5%  
Ca2+ < 0,4%
Mg2+ < 0,05%
K+ < 0,002%
15
SO42- < 0,84%


Ca2+, Mg2+ là những ion có hại cho quá trình điện phân vì Ca, Mg
tác dụng với kiềm tạo thành hyđroxit khó tan, kết tủa trên màng
cách, bịt kín các lỗ màng, gây cản trở quá trình điện phân.
- Phương pháp xôđa - xút
MgCl2 + 2NaOH → Mg(OH)2 + 2NaCl
MgSO4 +

2NaOH → Mg(OH)2 + Na2SO4

CaCl2   +   Na2CO3  → CaCO3   +   2NaCl

16

17


18


- Sử dụng màng trao đổi ion để tách các ion clo và natri.
- Bể điện phân được chia thành hai khoang.
+ Khoang anôt: dd nước muối bão hòa.
+ Khoang catôt: dd nước khử khóang.
- Màng trao đổi ion cho phép các ion natri di chuyển về
hướng màng, đồng thời giữ khí clo và dung dịch nước
muối trong một khoang ở phía bên kia của bể điện phân.
- Bình điện phân cỡ lớn, thiết diện mỗi bình có thể lên đến
5m2 (kích thước bên ngoài 2 x 4 m). Các bình này sử
dụng điện cực làm từ vật liệu hoàn toàn trơ về mặt hóa
học nên rất bền.

19


20


Sơ đồ dây chuyền điện phân áp dụng phương pháp màng trao đổi ion

21


22

XU HƯỚNG CHUYỂN ĐỔI CÔNG NGHỆ XÚT CLO TRÊN THẾ GIỚI


25


25