Kĩ thuật sản xuất axit sunfuric

ĐỀ CƯƠNG MÔN HỌC

Chương I

Chương II

Chương III

Chương IV

Chương V

Các quá trình
điển hình

Photpho và
hợp chất

Nitơ và hợp
chất

Kĩ thuật sản
xuất phân
bón

Kĩ thuật sản
xuất axit
sunfuric

CHƯƠNG I

Đặt vấn đê

Quá trình nung

Quá trình
hòa tan – kết tinh

Quá trình kết khối


CHƯƠNG II

Tính chất
lí hóa – ứng dụng

Photphat thiên nhiên
Kĩ thuật sản
Kĩ thuật sản xuất
xuất axit photphoric
Photphorit bột

Kĩ thuật sản xuất
super photphat


CHƯƠNG III

Tính chất lí hóa

Kĩ thuật sản
xuất amoniac

Kĩ thuật tổng hợp urê


CHƯƠNG IV

Đại cương vê
phân bón

Kĩ thuật sản xuất
phân bón hỗn hợp

Kĩ thuật sản xuất
phân bón phức hợp

Kĩ thuật sản xuất
phân bón NPK
dạng lỏng


CHƯƠNG V

Tính chất lí hóa

Điêu chế khí SO2

Điêu chế khí SO3

Hấp thụ khí SO3


LỜI MỞ ĐẦU
•

PHÂN LOẠI:

Các chất vô cơ có thể phân loại theo nhiêu cách khác nhau
+Theo phân nhóm: như nhóm IA ; IIA ,IB,…
+Theo chu kỳ

:

+Theo đặc tính: muối , oxyt , hydroxyt ,muối kép,đơn chất,…
+Theo nguyên tố : hợp chất nito, photpho, silic,…
+Theo trạng thái tự nhiên: khoáng chất như canxit, gippsit,… theo hình dạng,trạng thái như :hạt , bột , rắn,
lỏng, khí,dạng thủy tinh,…
+Theo cấu trúc : Tinh thể, vô định hình


PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ
Có rất nhiêu phương pháp được sử dụng để điêu chế các hợp chất vô cơ . Các phương pháp được lựa chọn dựa trên nguồn
nguyên liệu đầu, đặc tính , trạng thái của sản phẩm ,điêu kiện thiết bị,yêu cầu vê chất lượng sản phẩm ,…
• Tùy theo nguồn nguyên liệu:
+Từ khoáng Apatit: + Theo phương pháp trích ly :
+ Theo phương pháp nhiệt :
Ca5F(PO4) 3 + C = CaO + P2 +
+Từ photpho : P2 + O2 + H2O = H3PO4

• Tùy theo đặc tính của sản phẩm:

ví dụ: điêu chế axit photphoric
Ca5F(PO4)2 +H2SO4 = H3PO4 +CaSO4+HF


Chương I: các quá trình điển hình
•

Đặt vấn đề: Trong ngành sản xuất các chất vô cơ có những quá trình thường xuyên được áp
dụng như :

+ Quá trình nung , sấy vật liệu
+ Quá trình hòa tan, tách tan chuyển chất rắn vào lỏng
+ Quá trình kết tinh chuyển chất tan vê dạng rắn
+ Quá trình nghiên, sàng thu chất rắn có d xác định
+ Quá trình che phủ, đóng gói , bảo quản,…
Trong đó các quá trình có tần suất lặp cao có thể coi là các quá trình điển hình trong ngành vô
cơ


I-nung vật liệu
I.1 /quá trình nung:

•
•

0
Định nghĩa: “nung vật liệu là quá trình đốt nóng vật liệu ở t thích hợp làm thay đổi tính
chất lý hóa của vật liệu”

Lưu ý:nung khác sấy ở bản chất chứ không ở t

+Sấy : chỉ loại nước dạng tự do (loại ẩm)
+Nung: dùng nhiệt phá vỡ các liên kết cần thiết

0


1.2 các dạng nung:
1.2.1- nung khô ( nung đơn giản)
+ Dùng nhiệt phân hủy vật liệu để loại nước (dạng liên kết ) hay khí.Quá trình không làm thay
đổi số oxy hóa
+ Ví dụ: CaCO3  CaO + CO2
CaSO4.2H2O  CaSO4.1,5 H2O + H2O
1.2.2-nung oxy hóa-khử
+ Dùng nhiệt và chất oxy hóa-khử phân hủy vật liệu. Quá trình làm thay đổi số oxyhoa của ≥1
nguyên tố
+ Ví dụ :K2Cr2O7 + C  K2CO3 + Cr2O3 + CO2
Ca3(PO4)2 + C → CaO + P2 + CO


I.2- bản chất quá trình nung vật liệu
•

phản ứng xảy ra khi có sự tiếp xúc giữa các cấu tử phản ứng .Lớp màng đơn tinh thể trên bê
mặt các hạt rắn luôn dao động quanh vị trí cân bằng

•

0

Khi t ↑ tăng dao động làm yếu sự liên kết giữa lớp màng với hạt và chúng chuyển dịch ra xa
vị trí ban đầu (sự khuyếch tán nội ) và có thể liên kết với lớp màng chất bên cạnh tạo chất

•

0
0
T khi bắt đầu sự chuyển dịch được coi là t pư


I.2-bản chất quá trình nung
•

Khi nhiệt độ thấp : hệ R-R

+ Bê mặt hạt không phẳng nên bê mặt tiếp xúc thực < bê mặt tiếp xúc biểu kiến
5 7
+ Khoảng cách trung bình giữa các hạt gần nhau cũng > bán kính tác dụng (10 -10 lần)
+ Tốc độ khuyếch tán của các cấu tử trong pha R nhỏ (10

-12

0
 Tốc độ phản ứng trong pha rắn nhỏ ( ngay cả khi t ↑ )

-4
2
- 10 cm /s)

Bản chất quá trình nung
•
•

Thực tế tốc độ phản ứng xảy ra khi nung rất cao là do có sự chuyển pha ( khí hay lỏng )của
một hay nhiêu cấu tử phản ứng . Sự chuyển pha này làm tăng đột biến bê mặt tiếp xúc pha
Vậy quá trình nung vật liệu rắn các phản ứng không chỉ xảy ra trong hệ đồng thể R-R mà
còn trong hệ dị thể R-L ; R-K hay K-L


I.3-Động học quá trình nung
•
•

Quá trình nung xảy ra rất phức tạp,vừa có quá trình hóa học ,vừa có chuyển pha, khuyếch
tán
Tốc độ quá trình tùy thuộc
+ Tốc độ của quá trình hóa học
+ Tốc độ của quá trình chuyển pha
+ Tốc độ của quá trình phân ly
+ Tốc độ của quá trình khuyếch tán ,….


Động học quá trình nung
•

Tốc độ các quá trình trên lại tùy thuộc :
+ Nhiệt độ nung
+ Kích thước hạt

•

+ Mức độ trộn lẫn ,…
Nhiệt độ nung tùy thuộc :
+ Cấu trúc lò đốt
+ Tính chất lý hóa của vật liệu



+ Phương phap cấp nhiệt ,…
Không thể có một phương trình động học duy nhất cho quá trình nung

• Gọi x là lượng chất tham gia phản ứng trong thời gian nung t
k là hệ số


Động học quá trình nung
a/ Trường hợp 1 : quá trình hóa học khống chế và các phản ứng xảy ra chỉ làm thay đổi bê mặt
hạt còn nồng độ các chất trên bê mặt tiếp xúc không đổi
dx/dt =
Lấy tích phân :

k(1–x)

k.t = 1 – (1 – x )

2/3

1/3

b/ Trường hợp 2 : tương tự trường hợp 1 nhưng có sự thay đổi nồng độ của ≥1 cấu tử phản ứng
dx/dt = k ( 1 – x )
Lấy tích phân :

k.t = ( 1 – x )

5/3

-2/3

-1


Động học quá trình nung
c/ Trường hợp 3:quá trình thăng hoa khống chế
dx/dt = k ( 1 – x )
Lấy tích phân : k.t = 1 – (1– x )

1/3

2/3

d/ Trường hợp 4 : quá trình khuyếch tán khống chế. Khi một trong các chất phản ứng khuyếch
tán đến bê mặt chất kia xuyên qua lớp sản phẩm ngày càng dày trên bê mặt tiếp xúc
dx/dt = k . ( 1- x )

1/3

/[1–(1–x)

Lấy tích phân : k.t = 1 – 2x/3 ( 1 – x )

2/3

1/3

]


I.4 các biện pháp nâng cao hiệu quả nung
a/ Nhiệt độ : khi tăng nhiệt độ sẽ làm tăng :
+ Tốc độ phản ứng hóa học
+ Tốc độ chuyển pha
+ Tốc độ khuyếch tán

•

Tuy nhiên việc tăng nhiệt độ bị giới hạn bởi :
+ Tính chất vật liệu
+ Cấu trúc lò , độ bên vật liệu xây lò
+ Tác nhân tạo nhiệt ,…


b/ Kích thước hạt
+ d nhỏ  Sbm càng lớn
 Thế đẳng áp bê mặt ↑
 Khuyết tật mạng tinh thể ↑
 Sự xâm nhập ↑
+ Tuy nhiên nếu hạt quá nhỏ : + tăng kết khối
+ tổn thất dạng bụi

+ Chọn cỡ hạt tùy : + tính chất vật liệu
+ nhiệt độ nung ,kiểu lò
+ mức độ trộn
+ kiểu di chuyển vật liệu ,..


c/ Tạo điêu kiện cho ít nhất một chất chuyển pha
•
•

0
0
0
Để tăng t vật liệu rắn từ t thường tới t pư thường tiêu tốn nhiêu năng lượng và thời gian
do pha rắn thường dẫn nhiệt kém. Mặt khác tốc độ phản ứng pha rắn không cao
0 0
Nếu xuất hiện pha lỏng ở t < t pu sẽ tiêu tốn ít năng lượng và thời gian do pha lỏng thường
có độ dẫn nhiệt tốt hơn.Mặt khác tốc độ phản ứng cao hơn ( do bê mặt tiếp xúc lớn hơn )

 Đưa vào một chất có khả năng tạo hợp chất ơtecti với ≥ một chất với yêu cầu không gây bất
lợi. Lượng chất thêm vào vừa phải để tránh tạo pha lỏng nhiêu.


d/ Nâng cao hàm lượng các chất
•

Nếu tạp nhiêu: + Giảm sự tiếp xúc pha
+ Tiêu tốn năng lượng
+ Tăng thể tích phối liệu

 Cần loại bớt tạp chất ( làm giàu bằng phương pháp tuyển trọng lực , tuyển nổi,…)

•

Tuy nhiên có trường hợp cần duy trì lượng tạp thích hợp để tăng độ xốp , hạn chế sự kết
khối


e/ Đảo trộn phối liệu trong khi nung
•

Việc đảo trộn liên tục phối liệu sẽ tránh làm giảm bê mặt tiếp xúc do:

+ Đổi mới liên tục sự tiếp xúc các chất phản ứng
+ Phá vỡ lớp màng chất sản phẩm che phủ

•

Để thực hiện việc đảo trộn có thể dùng lò quay hay lò đứng có hệ thống cào ,…


f/ Thay đổi độ ẩm của phối liệu
•

Khi độ ẩm cao :
+ Tiêu tốn năng lượng
+ Kéo dài thời gian ( do bay hơi nước)
+ Gây ra kết khối làm giảm sự tiếp xúc
 Phải giảm ẩm bằng cách phơi , sấy ,…

•

Tuy nhiên cũng có khi phải duy trì ẩm (hay sử dụng hợp chất hydrat )để tạo pha lỏng và tạo
độ xốp cho phối liệu ( bay hơi nước tạo khí )