Tải bản đầy đủ

SẢN XUẤT H2 SO4 TỪ QUẶNG PYRIT

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁC CHẤT VÔ CƠ CƠ BẢN

SẢN XUẤT TỪ QUẶNG PYRIT
GVHD: Th.S Nguyễn Văn Hòa

Nhóm 2 _ Lớp : 05DHHH3_
Trần Quốc Đạt

2004140029

Phạm Văn Đạt

2004140496

Lê Thuận Dân

2004140444


TP.Hồ Chí Minh , tháng 4 năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài tiểu
luận này là thành quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dày công dạy bảo
của quý thầy cô. Em xin gửi thư viện nhà trường, đặc biệt đến thầy NGUYỄN VĂN
HÒA lời cảm ơn chân thành, người đã giúp em hoàn thành tốt bài tiểu luận này.
Với thời gian thực tập hạn hẹp và kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên không
tránh khỏi những thiếu xót, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của quý
thầy cô.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn, kính chúc thầy sức khỏe và thành đạt.

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Lò cơ khí...............................................................................................................11
Lò tầng sôi đốt Pirit...............................................................................................13
Lò phun đốt Pirit...................................................................................................13
Tháp Oxi hóa ........................................................................................................16
Tháp hấp thụ SO3...................................................................................................17
Sơ đồ hấp thu SO3.................................................................................................18

3


MỞ ĐẦU
Axit sunfuric là một hóa chất thương mại rất quan trọng, được sản xuất với sản
lượng lớn nhất thế giới, mức độ tiêu thụ axit sunfuric do vậy được coi như một chỉ
số kinh tế quan trọng để đánh giá sức mạnh công nghiệp của một quốc gia, đặc biệt
là với các nước đang phát triển. Công nghệ sản suất axit sunfuric vì thế cũng luôn
được quan tâm và không ngừng được cải tiến, hiện đại hóa để tăng năng suất và
giảm ô nhiễm môi trường. Kỹ thuật sản xuất axit sunfuric là một trong những yếu tố
cơ bản quyết định các chỉ tiêu về kinh tế của sản xuất axit sunfuric vì thế nhiều viện
nghiên cứu và xí nghiệp trên thế giới rất chú ý cải tiến sơ đồ kỹ thuật và cấu tạo
thiết bị. Hiện nay sơ đồ cổ điển được dùng phổ biến nhất trên thế giới, nhưng sơ đồ
này rất phức tạp và không kinh tế. tuy nó đảm bảo cho nhà máy làm việc từ lâu dài,
nhưng vốn đầu từ vào công đoạn rửa khá lớn.


MỤC LỤC

4


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QUẶNG PYRIT
1.1. Lịch sử axit H2SO4

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 2SO4 từ lưu huỳnh bằng cách đốt lưu huỳnh
cùng với muối Nitrat sinh ra bằng nước sẽ thu được dung dịch H 2SO4. Vì có mặt của
oxit nitơ đóng vai trò như chất xúc tác cho quá trình oxi hóa SO2 thành SO3 nên
phương pháp này có tên gọi là phương pháp Nitroza.
Ngày nay người ta oxi hóa SO2 trên xúc tác rắn thành SO3, 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..
1.2. Quặng pyrit
1.2.1. Pyrit thường
Thành phần chủ yếu của quặng pyrit là sắt sunfua Fe, chứa 53,44%S và
46,56% Fe. Fe thường ở dạng tinh thể pyrit hình lập phương (khối lượng riêng 4,95Nguyễn Văn Hòa

5

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

5,0 g/c), cũng có khi ở dạng tinh thể macazit hình thoi (khối lượng riêng 4,55 g/c). ở
nhiệt độ 450 macazit chuyển thành pyrit có tỏa nhiệt.
Quặng pyrit thường gặp là một loại khoáng màu vàng xám, khối lượng đổ
đóng khoảng 2200 đến 2400 kg/ tùy theo kích thước hạt quặng. trrong quặng có lẫn
nhiều tạp chất như các hợp chất của đồng (chủ yếu là FeCu, CS, CuS), chì, kẽm,
niken, bạc, vàng, coban, selen,telu, telu, silic, các muối cacbonat, sunfat, canxi,
magie...vì vậy hàm lượng thực tế của lưu huỳnh trong quặng dao động trong khoảng
30-52%.
1.2.2. Pyrit tuyển nổi
Trong quặng pyrit có rất nhiều tạp chất, một trong số tạp chất có giá trị là
đồng.Nếu hàm lượng đồng trong quặng pyrit lớn hơn 1% thì đem quặng này sản
xuất đồng.có lợi hơn là sản xuất axit sunfuric.
Trước khi đem luyện đồng, thường dùng phương pháp tuyển nổi để làm giàu
đồng của quặng này lên khoảng 15-20% Cu gọi là tinh quặng đồng. phần bã thả của
quá trình tuyển nổi chứa khoảng 32-40% S gọi là quặng pyrỉ tuyển nổi, dùng để sản
xuất axit sunfuric. Cứ tuyển 100 tấn quặng thu được 15-20 tấn tinh quặng đồng và
80-85 tấn pyric tuyển nổi. nếu tiếp tục tuyển nỏi lần hai sẽ thu được tinh quặng pyrit
chứa tới 45-50% S.
Quặng pyrit tuyển nổi có kích thước rất nhỏ khoảng 0,1 mm và có độ ẩm khá
lớn 12-15% gây khó khăn cho quá tring vận chuyển và đốt. vì vậy trước khi sử dụng
phải sấy để giảm hàm ẩm xuống.
1.2.3.
Pyrit lẫn than
Than đã ở một saoó mỏ có lẫn 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.
Pyrit lẫn thân tuy có hàm lượng lưu huỳnh lớn nhưng không thể đốt ngay để
sản xuất axit sunfuric vì hàm lượng C trong đó rất lớn, khi cháy:
Nhiệt lượng tỏa ra rất lớn, làm nhiệt độ khí tăng cao, có thể là cho lò đốt mau
chóng bị phá hủy
Tiêu tốn nhiều oxi làm giảm nồng độ S và trong khí lò, gây khó khăn trong
giai đoạn tiếp theo cảu quá trình sản xuất.
Vì vậy phải nghiền và rửa quặng lẫn than để giảm hàm lượng cacbon trong
quặng xuống 3-6% (riêng lò lớp sôi có thể đốt được cả quặng có hàm lượng C cao).

Nguyễn Văn Hòa

6

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Khi đốt quặng lẫn than ngoài S còn tạo ra một ít khí C, , C, COS, S... những
khí này không có ảnh hưởng gì lớn đến quá trình sản xuất. Nếu dùng không khí giàu
oxi để đốt quặng, có thể giảm được hàm lượng các khí đó.
1.3. Các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình đốt pyrit
1.3.1. 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 SO2 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 8500C. 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 8500C, nhiệt độ thích hợp này còn phụ thuộc vào cấu tạo của lò
đốt. Nhiệt độ cao nhất cũng không vượt quá 10000C.
1.3.2. 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 cơ khí 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.
1.3.3. 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 SO2 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% SO2, 11% oxy.
1.3.4. 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.
Nguyễn Văn Hòa

7

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

1.4. Cơ sở hóa lý của quá trình đốt nhiên liệu
1.4.1. Phản ứng cháy của nguyên liệu
a) Khí đốt pyrit, đầu tiên có phản ứng trung gian phân hủy nhiệt:

2Fe
2FeS + -103,9KJ
Cấu tạo phân tử Fe tương tự cấu tạo phân tử peroxit kim loại hóa trị 2. Vì vậy
quá trình phân hủy peroxit thành oxit và oxi.
Hơi lưu huỳnh tách ra sẽ cháy giống như khi đốt lưu huỳnh nguyên tố:
+2
S + 742,8 KJ
Sau khi tách lưu huỳnh, nguyên liệu trở nên xốp, tạo điều kiệu tốt cho nó tiếp
tục cháy. FeS cũng cháy theo phản ứng:
4FeS + 7
2 +4S
3FeS + 5
+3S
Vì đây là phản ứng giữa nhiều phân tử nên chưa xác định được cơ chế chính
xác của nó: hiện nay có một số giả thuyết sau:
Thuyết thứ nhất cho rằng giai đoạn đầu tiên của quá trình oxi hóa FeS là tạo
thành muối sắt sunfat, sau đó mới phân hủy thành oxit. Thuyết khác lại cho rằng
FeS bị oxy hóa trực tiếp thành oxít.
Theo K.M.Malin, quá trình oxy hóa FeS ở nhiệt độ thấp có giai đoạn trung
gian tạo thành muối sunfat, còn ở nhiệt độ cao thì trực tiếp thành oxit.
Dù theo cơ chế nào thì quá trình phản ứng cháy của pyrit cũng xảy ra theo
phương trình tổng quát sau:
4FeS + 11
2 + 8 S + 3415,7 kJ
3FeS + 8
+ 6 S + 2438,2 KJ (1)
Điều kiện thuận lợi cho phản ứng (1) là nhiệt độ cao, hàm lượng S trong khí và
hàm lượng các tạp chất không cháy trong quặng lớn.
Quá trình cháy của quặng không những chỉ xảy ra giữa pyrit và oxi mà còn
xảy ra giữa các pha rắn với nhau:
Fe + 16
11 + 2 S
FeS +10
7 + S
Fe +5
16 FeO + 2 S
FeS +3
10 + S
Các oxit sắt hóa trị thấp tạo thành lại bị oxi trong khí lò oxi hóa thành , lại
phản ứng với Fe, FeS...
Các muối sunfat có trong quặng (sunfat chì, canxi, bari...) không bị phân hủy,
các muối cacbonat bị nhiệt phân thành C và các muối kim loại tương ứng , sau này
chúng sẽ chuyển thành muối sunfat.
Tóm lại, sản phẩm của quá trình đốt quặng pyrit gồm hỗn hợp khí lò chứa S
(lẫn một ít S) và xỉ chủ yếu là hoặc . sở dĩ có S trong khí lò là vì ở nhiệt độ thấp,
Nguyễn Văn Hòa

8

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

một phần muối sunfat trong những quặng bị phân hủy cho S, mặt khác bản thân
trong xỉ đóng vai trò chất xúc tác chuyển hóa S thành S. Tất nhiên S chỉ tồn tại
trong khí lò khi nhiệt độ khí ra khỉ lò nhỏ hơn nhiệt độ phân hủy hoàn toàn S.
b) Khi đốt pyrit lẫn than, ngoài lưu huỳnh, cacbon có trong quặng cũng cháy theo
phản ứng chủ yếu sau:
C+
C + 409,8Kj
c) Trong các lò luyện đồng, kẽm... tinh quặng cháy theo các phản ứng:

Ngoài ra, lượng Fe, FeS lẫn trong tinh quặng cũng cháy như khi đốt pyrit.
d) Khi thủy phân thạch cao (CaS.2O), đầu tiên nó bị khử nước kết tinh thành CaS

khan, đến 1400 - 1500 CaS bị khử theo phản ứng:
CaS
CaO + – 489,6KJ
Khi có C, Si, , ,... nhiệt độ phân hủy CaS sẽ giẩm xuống
CaS+ C
2CaO + 2 + C - 566,2KJ
e) Quá trình đốt S, S tương đốt đơn giản vì sản phẩm của quá trình cháy chỉ là khí
lò chứa .
S+
+ 297,322 KJ
S+
+ O + 1038,7kJ
1.4.2. Thành phần khí lò
Trong quá trình đốt các loại nguyên liệu chứa lưu huỳnh, oxi không chỉ để tạo
ra SO2 mà còn để oxi hoá các thành phần khác chứa trong nguyên liệu như oxi hóa
kim loại thành các oxit (khi đốt pyrit, tinh quặng đồng, kẽm...); hydro thành nước
(khi đốt H2S); cacbon thành C02; asen, selen, telu... thành cácoxit tương ứng... Vì
vậy, thành phần khí lò phụ thuộc vào dạng nguyên liệu và hàm lượng oxi trong khi
đưa vào lò (không khí, không khí giàu oxi hay oxi nguyên chất...).
- Hàm lượng SO3 trong khí lò phụ thuộc vào nhiệt độ đốt, nồng độ oxi trong
khí lò, cấu tạo lò và phụ thuộc vào điều kiện xảy ra quá trình oxi hoá SO 2 (thời gian
tiếp xúc giữa S02 và xỉ, kích thước hạt quặng, cường độ đảo trộn...).
Khi đốt quặng trong lò nhiều tầng thì hàm lượng SO 2 khoảng 5 - 10% lượng
SO2, trong lò đốt quặng bột thì hàm lượng SO 2 nhỏ hơn (2 - 3% lượng SO 2). Trong
lò lớp sôi, do không khí và quặng được đảo trộn mãnh liệt nên tốc độ cháy của
quặng rất cao. Vì vậy, nồng đô SO2 trong khí lò rất lớn (14 - 15%), nồng độ oxi nhỏ
(2 - 3%). Mặt khác, nhiệt độ trong lò lại rất cao nên mức oxi hoá SO 2 thành SO3 rất
nhỏ
Nguyễn Văn Hòa

9

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

- Như đã nói ở trên, các tạp chất asen, telu, selen... sẽ bị oxi hoá thành các oxit
AS2O,, TeO 2, SeO 2, ReO 2, Re2O 7... một phần theo khí lò, một phần nằm lại trong
xỉ.
Xỉ của lò lớp sôi có khả năng hấp phụ nhiều As 2O, SeO 2; vì vậy khí lò lớp sôi
chứa ít As2O „ SeO2 hơn khí lò khác hàng trăm lần.
Quá trình hấp phụ asen oxit bằng xỉ quặng trong lò lớp sôi gồm ba giai đoạn:
Đầu tiên asen trong quặng bị oxi hoá thành As2O, đi vào pha khí.
Giai đoạn thứ hai: Khí As2O3 bị hấp phụ trên bề mặt xỉ và bị oxi hoá tiếp thành
As2O5:
As2O3 + O 2
As2O5
Ở đây sắt oxit đóng vai trò chất xúc tác cho quá trình oxi hoá.
Giai đoạn thứ ba: As2O5 tác dụng với sắt oxit tạo thành hợp chất ascnat ít bay
hơi:
As2O5 + Fe2O3
2FeAs04
Khi tăng nhiệt độ, đầu tiên mức hấp phụ As2O3 tăng, đạt giá trị cực đại, sau đó
giảm
1.4.3. Lượng và thành phần xỉ

Tính chất hoá lý của xỉ và lượng xỉ tạo thành khi đốt quặng phụ thuộc vào
thành phần nguyên liệu, mức độ cháy của lưu huỳnh, kích thước hạt quặng, điều
kiện đốt quặng...
Để tính lượng xỉ tạo thành khi đốt quặng có thể dùng một số công thức sau:
- Khi đốt pyrit:
X=
trong đó: X: hiệu suất tạo xỉ, kg xỉ/kg quặng khô;
, : hàm lượng lưu huỳnh trong quặng khô và trong xỉ, %.
- Khi đốt quặng kẽm:
X=
- Khi đốt quặng lẫn than:
X=
trong đó:: hàm lượng C trong quặng khô, %.
Khi tính lượng xỉ cần chú ý: lượng xỉ tạo thành gồm lượng xỉ tháo ra ở lò và cả
lượng bụi xỉ đi theo khí lò.
Lưu huỳnh không cháy hết còn nằm lại trong xỉ ở dạng hợp chất với đồng, sắt
(chủ yếu là FeS) và dạng muối sunfat canxi, bary... Ngoài ra, trong xỉ còn có các
muối silicat, các sản phẩm của quá trình oxi hoá các tạp chất trong quặng...
1.4.4. Nhiệt cháy và nhiệt độ bốc cháy của nguyên liệu
1.4.4.1. Nhiệt cháy
Nhiệt toả ra khi cháy nguyên liêu chứa lưu huỳnh (nhiệt cháy) phụ thuộc vào
dạng nguyên liệu và mức cháy của lưu huỳnh trong đó. Có thể tính nhiệt cháy theo
phương trình sau:
Nguyễn Văn Hòa

10

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Q=
trong đó q: nhiệt toả ra khi cháy hoàn toàn l kg S trong nguyên liêu khô, kJ/kg
: hàm lượng lưu huỳnh thực tế đã cháy, %:
1.4.4.2. Nhiệt độ bốc cháy của nguyên liệu
Đối với quặng pyrit, ở nhiệt độ 170 - 260 0C đã xảy ra quá trình oxy hoá chậm
FeS2 thành SO2. Nhiệt độ bốc cháy của các loại quặng khác nhau phụ thuộc vào
thành phần khoáng và độ mịn của quặng, đồng thời phụ thuộc vào tính chất của các
tạp chất.
1.4.5. Tốc độ cháy
Như đã biết, khi đốt pyrit đầu tiên FeS2 bị phân huỷ thành FeS và S, sau đó
FeS và S cháy tạo thành S02. Để nghiên cứu tốc độ cháy của pyrit, trước hết so sánh
tốc độ cháy của FeS và S trong không khí với tốc độ phân huỷ FeS 2 trong khí trơ
(nitơ):
Tốc độ phân ly FeS2 lớn hơn tốc độ cháy của FeS, tốc độ cháy của FeS 2 lại lớn
hơn tốc độ của các quá trình trên vì khi đốt pyrit trong không khí thì xảy ra đồng
thời cả hai quá trình phân ly FeS 2 và cháy FeS, còn S2 tách ra sẽ cháy ngay trong
pha khí.
Tốc độ tách lưu huỳnh:
1- quá trình cháy của FeS2 trong không khí;
2- quá trình cháy của FeS trong không khí;
3- quá trình phân ly của FeS2 trong khí trơ.
Như đã thấy trên đường cong 3, lượng lưu huỳnh tách ra khi đốt pyrit bao giờ
cũng nhỏ hơn so với lý thuyết (<50%) vì:
- Thực tế FeS2 không phân ly hoàn toàn nên không tách được một nửa lượng s
trong PeS,.
- Có thể trong quặng, ngoài FeS2 ngay ban đầu đã có cả FeS.
Ta hãy xét các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ cháy của pyrit:
1.4.4.1. Nhiệt độ
Nói chung, khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phân huỷ FeS 2 và tốc độ cháy của FeS
đều
Dựa vào các giá trị của năng lượng hoạt hoá trên, ta có thể kết luận rằng: tốc
độ quá trình phân ly FeS2 do tốc độ phản ứng hoá học quyết định, còn tốc độ cháy
FeS lại phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán oxi qua màng oxit bao phủ quanh hạt
quặng. Nói cách khác, quá trình phân huỷ FeS, nằm trong vùng động học khống chế
còn quá trình cháy FeS nằm trong vùng khuếch tán.
1.4.4.2. Kích thước hạt quặng
Nguyễn Văn Hòa

11

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Kết luận trên, một lần nữa lại được xác định rõ ràng khi nghiên cứu ảnh hưởng
của kích thước hạt quặng đến tốc độ cháy pyrit. Các kết quả nghiên cứu cho thấy:
tốc độ phân huỷ FeS2 không phụ thuộc vào kích thước hạt quặng. Ngược lại, khi
tăng độ mịn của hạt quặng, tức là tăng bề mặt tiếp xúc giữa hai pha rắn - khí thì tốc
độ cháy của FeS tăng khá nhiều.
1.4.4.3. Nồng độ oxi
Như vậy công thức chung để tính tốc độ cháy của pyrit phải thổ hiện được cả
hai quá trình: phân huỷ FeS2 và cháy FeS, vì rằng nãng lượng hoạt hoá của hai quá
trình này rất khác nhau, mức độ ảnh hưởng của một sổ yếu tố (đô mịn của hạt
quặng, nong độ oxi...) đến tốc độ của chúng cũng khác nhau.
Thực tế ở giai đoạn đầu của quá trình đốt quặng, hai quá trình trên xảy ra đồng
thời và quá trình phân huỷ FeS2 bao giờ cũng kết thúc nhanh hơn quá trình cháy
FeS. Vì vậy kết hợp với các kết quả đã nghiên cứu ở trên, có thể rút ra công thức
chung để tính thời gian cháy của quặng:

Nguyễn Văn Hòa

12

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

Chuẩn bị nguyên liệu

Sản xuất khí

Tinh chế

Oxy hóa

Hấp thụ khí

Hoàn thành sản phẩm

Nguyễn Văn Hòa

13

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

CHƯƠNG 2 :
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1. Nguyên liệu đi từ quặng pirit

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 6000C và thiếu oxi xảy ra sự phân hủy quặng pirit sắt
thành hơi lưu huỳnh và FeS.
2FeS2 = 2FeS + S2

∆H > 0

Phản ứng thu nhiệt.
Ở nhiệt độ cao hơn lưu huỳnh cháy tạo ra SO2
S2 + 2O2 = 2SO2

∆H < 0

Sau đó FeS tiếp tục cháy.
4FeS + 7O2 = 4SO2 + 2Fe2O3

∆H < 0

2.2. 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.
2.2.1. Lò cơ khí

1. Cửa thải xỉ
2. Chiều rơi của quặng
3. Bun ke chứa quặng.
4. Thành lò
5. Trục lò
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
Nguyễn Văn Hòa
14
Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

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 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 6500C 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 SO2 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 SO2 không bay ra làm ô nhiễm môi trường.
Kích thước quặng cho vào lò đốt từ 6 - 8mm.
2.2.2. 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

Nguyễn Văn Hòa

15

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

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 SO2 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.

1. Phòng đốt
2. Lưới phân phối không khí
3. Quặng ở trạng thái "sôi"

Lò tầng sôi đốt Pirit
2.2.3. Lò phun

1.Vỏ
2. Lớp lát vỏ lò bằng vật liệu chịu lửa
3. Vòi phun quặng bụi và không khí

Lò phun đốt Pirit

Nguyễn Văn Hòa

16

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

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 SO2 chứa rất
nhiều bụi gây khó khăn cho quá trình tinh chế.
2.3. Tinh chế hỗn hợp khí SO2
Hỗn hợp khí ra khỏi lò đốt ngoài SO2 (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
SO2 hoặc bao phủ bề mặt chất xúc tác làm cho nó không có tác dụng hoặc làm cho
axit H2SO4 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 SO2 qua các tháp rửa, hơi asen oxit và selen
oxit sẽ bị giữ lại.
3. Tách "mù" H2SO4: do trong dòng khí có hơi nước và một lượng nhỏ SO 3,
nên chúng tạo ra những giọt rất nhỏ H 2SO4 , 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 2SO4 đậm đặc 98%.
Sau khi tinh chế, hỗn hợp khí có độ ẩm 0,01% và nhiệt độ 500C tiếp tục đi vào hệ
thống oxi hoá SO2 thành SO3.
2.4. Oxi hóa SO2 bằng xúc tác .
2.4.1. Cơ sơ lý thuyết.

Phản ứng giữa SO2 và O2 trong điều kiện bình thường, ngay cả ở nhiệt độ cao
hầu như không xảy ra, mặt khác SO3 là sản phẩm của sự oxi hóa đó lại không bền ở
Nguyễn Văn Hòa

17

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

nhiệt độ cao, nó dễ bị phân hủy thành SO 2 và O2. Như vậy phản ứng oxi hóa SO 2
bằng O2 là một quá trình thuận nghịch và tỏa nhiệt.
2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 △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 4000C. Nếu ở nhiệt độ thấp quá
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 SO3 thành SO2 và O2. Trong thực tế sản xuất
người ta duy trì nhiệt độ khoảng 4500C khi dùng xúc tác là oxit vanadi (V2O5).
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 Fe2O3. Trong những năm gần đây người ta dùng vanadi oxit
V2O5 vì có hoạt tính cao hơn Fe2O3. Trộn thêm Al2O3, SiO2, K2O, CaO và V2O5
người ta đã tạo ra được chất xúc tác thích hợp cho quá trình oxi hóa SO 2 thành SO3.
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 SO3, đồng thời hiệu suất chuyển hóa SO 2 thành SO3 cũng tăng. Trong điều
kiện sản xuất, oxy hóa SO2 trên xúc tác vanađioxit ở nhiệt độ khoảng 4500C, 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%.
2.4.2. Thiết bị Oxi hóa

Tháp oxi hóa SO2 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 SO3 và SO2 trước khi qua xúc tác (khí
SO3 đi trong ống, khí SO2 đi ngoài ống).
Khí SO2 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
Nguyễn Văn Hòa

18

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

trao đổi nhiệt trên cùng để đạt nhiệt độ khoảng 4500C và đi qua lớp xúc tác thứ
nhất, tại đây phản ứng oxi hóa SO2 diễn ra, tỏa nhiệt làm cho nhiệt độ của dòng khí
tăng lên vượt quá 4500C. Người ta phải làm lạnh khí xuống 4500C nhờ khí SO 2 đi
ngoài ống, còn SO3 đi trong ống trao đổi nhiệt. Qua trao đổi nhiệt dòng khí tiếp tục
qua lớp 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 SO2 thành SO3 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 - Chất xúc tác ;
2- Sàn đỡ xúc tác,
3 - Ống trao đổi nhiệt

Tháp Oxi hóa
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.
2.5. Hấp thụ SO3

Khi nước phản ứng với SO3 sẽ tạo thành
H2SO4 SO3 + H2O = H2SO4 △H < 0
Trong sản xuất người ta không dùng trực tiếp nước để hấp thụ SO 3 tức là
không dùng nước tưới lên c ác tháp hấp thụ SO3 vì khi đó tạo thành "mù" axit
sunfuric, là những hạt nhỏ H2SO4 không ngưng tụ thành những giọt lớn để cho ta
Nguyễn Văn Hòa

19

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

H2SO4 lỏng mà chúng theo dòng khí bay ra ngoài theo ống thải khói. Như vậy tổn
thất một phần lớn H2SO4, ngoài ra chúng còn làm ô nhiễm môi trường, ăn mòn các
hệ thống kim loại của nhà máy và các vùng xung quanh. Để khắc phục hiện tượng
này người ta dùng oleum (dung dịch SO3 trong H2SO4đậm đặc). Chất này có khả
năng hòa tan SO3 tự do. Khi pha loãng oleum bằng nước người thu được H 2SO4 có
nồng độ tùy ý. Hoặc dùng H2SO4 đậm đặc 98,3% để hấp thụ SO3, vì nó cũng có khả
năng hòa tan SO3.

1 - Vỏ tháp bằng thép,
2 - Vỏ chống ăn mòn
3 - Lưới phối khí,
4

- Các vật đệm

Tháp hấp thụ SO3
Trong sản xuất người ta dùng hai tháp hấp thụ đặt liền nhau để hấp thụ hoàn
toàn SO3 trong hỗn hợp khí (99%).
Hấp thụ SO3 là quá trình tỏa nhiệt, trong trường hợp này gần giống như quá
trình hòa tan SO3 trong H2SO4 cho nên nhiệt độ của quá trình hấp thụ càng thấp thì
tốc độ hấp thụ SO3 càng nhanh. Người ta phải làm nguội khí SO 3 đến 300C trước
khi vào tháp hấp thụ và giữ nhiệt độ trong tháp không quá 600C, 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
Nguyễn Văn Hòa

20

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

chất dẻo để tăng diện tiếp xúc giữa chất lỏng và khí SO3. 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. 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 SO3 còn
lại được đưa sang tháp hấp thụ 2, ở đó tưới H2SO498,3%.

1 Tháp làm lạnh ống
chùm
2 và 3. Tháp hấp thụ
4.Thùng chứa
5. Bơm

Sơ đồ hấp thu SO3
2.6. Ứng dụng và xu thế phát triển

Trên thế giới, công nghệ tiếp xúc là công nghệ hiện đại và được áp dụng phổ
biến nhất. Về nguyên liệu, ở Mỹ người ta chủ yếu sử dụng nguyên liệu lưu huỳnh,
còn các nước khác phần lớn đều sử dụng quặng pyrit để sản xuất axit sunphuric.
Những nguồn nguyên liệu khác cũng có những ý nghĩa nhất định, ví dụ trước đây ở
CHDC Đức người ta sử dụng khá nhiều nguyên liệu CaSO 4 (anhydrit) cho sản xuất
axit sunphuric, do không có quặng pyrit trong khi có nhiều nguyên liệu CaSO 4 và
sản xuất axit sunphuric theo phương pháp này được tiến hành song song với sản
xuất xi măng để đạt hiệu quả kinh tế cao hơn.
Theo phương pháp tiếp xúc, có 2 loại dây chuyền sau:
* Dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 1 lần (tiếp xúc đơn):
Nguyễn Văn Hòa

21

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Dây chuyền tiếp xúc đơn được áp dụng phổ biến trước năm 1970 với hiệu suất
chuyển hóa SO2 thành SO3 chỉ đạt 98%. Lượng SO2 không chuyển hóa bị thải vào
khí quyển, gây ô nhiễm môi trường.
* Dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 2 lần (tiếp xúc kép):
Từ năm 1970 đến nay, do những quy định nghiêm ngặt của quốc tế về bảo vệ
môi trường, dây chuyền tiếp xúc đơn dần dần bị loại bỏ và thay vào đó là dây
chuyền tiếp xúc kép với hiệu suất chuyển hóa SO 2 đạt từ 99,5% - 99,9%. Với dây
chuyền này, lượng SO2 trong khí thải được bảo đảm nằm trong giới hạn cho phép
khoảng 500 mg/m3, mù axit sunphuric đạt 35 mg/m3 (đạt theo tiêu chuẩn TCVN
5939 - 1995: tiêu chuẩn khí thải công nghiệp). Điển hình là các quy trình công nghệ
tiếp xúc kép của MONSANTO, NORAM - CECEBE...
Sơ đồ một nhà máy sản xuất axit sunphuric thông thường hiện nay trên thế
giới, với công nghệ đốt lưu huỳnh và tiếp xúc kép như sau:
Xu hướng cải tiến công nghệ trong sản xuất axit sunphuric:
Có thể nói, về cơ bản công nghệ sản xuất axit sunphuric trên thế giới đã phát
triển và ổn định ở mức tương đối cao. Xu hướng phát triển công nghệ trên thế giới
hiện nay tập trung chủ yếu vào nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, nguyên liệu
và giảm phát tán khí thải độc hại vào môi trường.
Các tiêu chuẩn chính đối với những nhà máy sản xuất axit sunphuric thế hệ
mới là giảm chi phí năng lượng xuống mức tối thiểu, đồng thời đảm bảo tuân thủ
các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường. Các dây chuyền sản xuất
hiện đại phải có khả năng thu hồi tối đa lưu huỳnh và năng lượng, xử lý tốt khí đuôi,
xử lý sản phẩm phụ và tái xử lý, đồng thời phải cho phép thao tác dễ dàng, an toàn
và đáp ứng các tiêu chuẩn cao về môi trường.
- Vấn dề thu hồi nhiệt thải
Trong sản xuất H2SO4 theo phương pháp đốt lưu huỳnh, khoảng 98% năng
lượng đưa vào là năng lượng hóa học tự có của các chất tham gia phản ứng. Phần
nhiệt còn lại được đưa vào qua hệ thống quạt, dưới dạng năng lượng nén. Trong chu
trình sản xuất thông thường, khoảng 57,5% tổng năng lượng được thu hồi ở dạng
hơi cao áp, khoảng 3% mất đi cùng khí đuôi qua ống khói, 0,5% mất đi ở dạng nhiệt
lượng của axit thành phẩm, 39% bị mất đi ở dạng nhiệt thải trong hệ thống làm lạnh
axit. Các tỷ lệ nói trên có thể thay đổi theo hàm lượng SO 2 trong khí đầu ra của lò
đốt lưu huỳnh, nhưng nói chung chúng có xu hướng được giữ nguyên.
Nguyễn Văn Hòa

22

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

Thách thức quan trọng đối với việc cải tiến công nghệ sản xuất axit sunphuric
là thu hồi và sử dụng một cách thích hợp 39% năng lượng tích lũy ở dạng nhiệt thải.
Nhiệt năng này có thể được sử dụng cho những mục đích sau:
- sản xuất nước nóng cho hệ thống cung cấp nước nóng sinh hoạt ở địa phương
- sản xuất nước nóng để cô đặc H2SO4 trong nhà máy
- sản xuất nước nóng cung cấp cho các cơ sở sản xuất liền kề
Nếu thu hồi và sử dụng được các nguồn nhiệt thải trên thì sẽ tận dụng được
toàn bộ nhiệt phản ứng của dây chuyền sản xuất axit sunphuric.
Tuy nhiên, vấn đề là phải tìm ra những vật liệu thích hợp để chế tạo các thiết
bị trao đổi nhiệt có hiệu quả cao và có khả năng vận hành lâu dài trong môi trường
ăn mòn mạnh. Điều kiện đối với các vật liệu này là ở mặt tiếp xúc với axit phải chịu
được cả axit sunphuric ở 160 - 190 oC có nồng độ 94 - 99%, còn ở mặt tiếp xúc với
nước phải chịu được áp suất của nước nồi hơi đến 0,5-1 MPa. Các thiết bị trao đổi
nhiệt có thể có các chi tiết như ống xoắn ruột gà bằng teflon, bình trao đổi nhiệt
bằng thủy tinh, thép không gỉ, có hoặc không có anot bảo vệ. Trên thực tế, một số
công ty chế tạo thiết bị sản xuất hóa chất trên thế giới đã tìm ra những vật liệu có
khả năng chống ăn mòn đặc biệt, với tốc độ ăn mòn có thể chấp nhận được (ví dụ
0,1 mm/năm trong điều kiện không được bảo vệ bằng anot hy sinh) đối với phạm vi
nồng độ H2SO4 95 - 100%. Giá những vật liệu này cũng ở mức hợp lý.
- Cải tiến các công đoạn hấp thụ và làm lạnh
Khi nhiệt độ tăng, các tháp hấp thụ thông thường trong dây chuyền sản xuất
axit sunphuric sẽ đạt đến giới hạn hoạt động của chúng. Để có thể sử dụng axit nhiệt
độ cao mà không làm giảm hiệu suất hấp thụ thì cần phải cải tiến, nâng cao hiệu quả
cả hai công đoạn làm lạnh và hấp thụ. Ở những nhà máy mới xây dựng hiện nay,
người ta áp dụng tháp hấp thụ venturi cho phép đồng thời nâng cao hiệu quả hấp thụ
và làm lạnh. Có thể miêu tả sơ qua công nghệ này như sau: khí chứa SO3 đi vào
tháp rửa khí venturi với nhiệt độ khoảng 300oC, nhiệt độ axit vào từ đầu kia của
tháp khoảng 170. Do hấp thụ và phản ứng với SO 3 nên nhiệt độ axit tăng lên đến
195oC. Khoảng 95% SO3 chứa trong khí được hấp thụ ở phần venturi, nồng độ
H2SO4 được quan sát và kiểm tra trong hệ tuần hoàn của tháp venturi. Axit nóng
chảy xuống dưới được bơm qua lò hơi để trao đổi nhiệt rồi lại được đưa về tháp
venturi. Lò hơi sản xuất hơi bão hoà 0,5 MPa, hơi này có thể được sử dụng trực tiếp
trong nhà máy. Hệ thống làm lạnh axit được thiết kế sao cho có thể lấy đi được 60%
Nguyễn Văn Hòa

23

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

nhiệt hấp thụ ban đầu trong trường hợp hệ thống thu hồi năng lượng gặp trục trặc.
Bộ phận sản xuất hơi nước là một thiết bị bốc hơi kiểu lò hơi đặc biệt, được nối
bằng mặt bích với một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Axit sunphuric nóng
được làm lạnh rồi phun vào đỉnh tháp venturi qua nhiều vòi phun. Nồng độ axit
được khống chế bằng cách bổ sung nước vào bộ phận thu gom axit của tháp venturi.
axit nóng dư, tạo ra trong hệ tuần hoàn của tháp venturi, sẽ chảy vào thùng chứa,
sau đó được sử dụng để gia nhiệt sơ bộ nước nạp nồi hơi. Với nước cấp cho nồi hơi
ở 105oC và hệ hấp thụ kép có các dòng chảy tuần hoàn, có thể thu hồi đến 0,5 tấn
hơi nước áp suất thấp trên mỗi tấn axit. Hơi nước cao áp và thấp áp có thể được nạp
phối hợp vào tuabin phát điện. Công suất điện thu được đạt xấp xỉ 430 kW/tấn
H2SO4. Ví dụ, với công nghệ mới một nhà máy H 2SO4 công suất 2000 tấn / ngày sẽ
tạo ra một công suất điện năng là 36 MW mà không phát tán khí gây hiệu ứng nhà
kính (CO2), góp phần đáng kể cho bảo vệ môi trường.
- Cải tiến các hệ thống an toàn
Để đảm bảo yêu cầu vận hành an toàn ngày càng cao, các nhà máy mới ngày
nay thường kết hợp các hệ thống an toàn sau:
- hệ thống đo liên tục tốc độ ăn mòn.
- hệ thống quan sát rò rỉ, có còi hoặc đèn báo hiệu.
- hệ thống đo độ dẫn điện, dẫn nhiệt, độ pH của nước nồi hơi, kết hợp với hệ
thống khóa liên động tương ứng.
2.7.

Nguyễn Văn Hòa

24

Nhóm 2


Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hóa Học

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Đỗ Bình, công nghệ axit sunfủic, NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ
NỘI, 2011.
[2]. Trần Hồng Côn, Nguyễn Trọng Uyển, công nghệ hóa học vô cơ, NXB
KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT, 2008.

Nguyễn Văn Hòa

25

Nhóm 2


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×