Hoá kỹ thuật đại cương - Trường cao đẳng Hóa chất

http://www.ebook.edu.vn

I- Giíi thiÖu m«n häc Chương 1

Giíi thiÖu chung

M«n ho¸ kỹ thuật đại cương cã nhiÖm vụ trang bị cho sinh viªn những kiÕn thức

cơ bản, s¸t với điều kiện thực tế sản xuất ở Việt Nam của ng�nh c«ng nghệ ho¸

học nãi chung.

Trong c«ng nghiệp ho¸ chất sản phẩm rất đa dạng, viÖc m« tả được nhiều c«ng

nghệ cụ thể l� rất khã. Mặt kh¸c trong kỹ thuật sản xuất lại cã nhiều điểm chung.

Nắm được bản chất chung cã thể hiểu được nhiều c«ng nghệ sản xuất cụ thể v� cã

phương hướng cải tiÕn c«ng nghệ. Như vậy một mặt vừa phải nghiªn cứu s©u v�o

từng qu¸ tr×nh sản xuất cụ thể, mặt kh¸c vừa phải kh¸i qu¸t ho¸ çc vấn đề.

Trước khi học m«n hãa kỹ thuật đại cương sinh viªn đ· được học çc m«n cơ

bản v� cơ sở cần thiết, tuy nhiªn çc kiến thức ấy lại t¸ch rời nhau chứ chưa tạo

th�nh một hệ thống. M«n ho¸ kỹ thuật đại cương cã nhiệm vụ nhắc lại çc kiến

thức ấy v� đ· đặt trong điều kiện sản xuất thực tế.

Nhiệm vụ thứ hai của m«n học l� gióp sinh viªn cã çi nh×n tổng qu¸t về kỹ

thuật ho¸ học để khi đi v�o çc qu¸ tr×nh cụ thể sÏ kh«ng bị bỡ ngỡ v� cã thể tự

nghiªn cứu s©u về qu¸ tr×nh đã.

II. Nguyªn liÖu trong c«ng nghÖ ho¸ häc

2.1 Kh¸i niÖm

Nguyªn liÖu lμ nh÷ng vËt liÖu tù nhiªn hoÆc mét sè qu¸ tr×nh gia c«ng kh¸c ®−îc

sö dông ®Ó s¶n xuÊt ra çc s¶n phÈm sö dông trong ®êi sèng vμ kü thuËt.

Nguyªn liệu ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế, quy tr×nh c«ng nghệ v� chất lượng

sản phẩm.

N−íc vμ kh«ng khÝ còng lμ nh÷ng nguyªn liÖu phæ biÕn vμ kh«ng thÓ thiÕu trong

çc ngμnh c«ng nghiÖp.

2.2 Nh÷ng ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn nguån nguyªn liÖu


Trong c«ng nghiÖp ng−êi ta lu«n mong muèn s¶n xuÊt ra nh÷ng s¶n phÈm cã

chÊt l−îng tèt, gi¸ thμnh thÊp. §Ó thùc hiÖn ®−îc ®iÒu nμy khi t×m kiÕm ngu«n

nguyªn liÖu cÇn ph¶i xÐt ®Õn çc vÊn ®Ò sau:

- Sö dông lo¹i gnuyªn liÖu cã hμm l−îng cao.

- T×m kiÕm vμ sö dông lo¹i nguyªn liÖu rÎ tiÒn h¬n.

- Sö dông phøc hîp nguån nguyªn liÖu vμ liªn hîp çc nhμ m¸y.

- Thay thÕ nguån nguyªn liÖu thùc phÈm b»ng nguyªn liÖu kh«ng thùc phÈm.

2.3 Mét sè ph−¬ng ph¸p lµm giµu nguyªn liÖu

Khi khai th¸c kh«ng ph¶i lóc nμo nguyªn liÖu còng tho¶ m·n çc yªu cÇu cña

s¶n xuÊt mμ nguyªn liÖu cÇn ph¶i ®−îc lμm t¨ng hμm l−îng chÊt cã Ých trong

nguyªn liÖu. Trong c«ng nghiÖp ng−êi ta th−êng lμm giμu nguyªn liÖu ngay t¹i n¬i

khai th¸c nh− vËy sÏ gi¶m ®−îc nhiÒu chi phÝ vËn chuyÓn.

2.3.1 Ph−¬ng ph¸p t¸n nhá

Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ dùa vμo sù kh¸c nhau vÒ ®é cøng cña çc

thμnh phÇn trong nguyªn liÖu. Tõ ®ã ng−êi ta sö dông çc qu¸ tr×nh sÊy, ®Ëp nghiÒn,

sμng �®Ó ph©n lo¹i çc thμnh phÇn quÆng.

2.3.2 Ph−¬ng ph¸p träng lùc

Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ dùa vμo sù kh¸c nhau vÒ khèi l−îng riªng

cña çc thμnh phÇn. Tõ ®ã ng−êi ta sö dông sö dông çc dßng láng hoÆc dßng khÝ

®Ó ph©n lo¹i çc thμnh phÇn trong nguyªn liÖu.

2.3.3 Ph−¬ng ph¸p dïng nhiÖt

Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ dùa vμo sù kh¸c nhau vÒ nhiÖt ®é s«i vμ

nhiÖt ®é nãng ch¶y cña çc thμnh phÇn. Tõ ®ã ng−êi ta sö dông ph−¬ng ph¸p ch−ng

luyÖn vμ ph−¬ng ph¸p l¾ng g¹n ®Ó t¸ch çc thμnh phÇn trong nguyªn liÖu.

2.3.4 Ph−¬ng ph¸p ho¸ häc

Néi dung cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ dùa vμo nh÷ng tÝnh chÊt ho¸ häc kh¸c nhau

cña çc thμnh phÇn (sö dông sù hoμ tan cã chän läc hoÆc çc ph¶n øng cã s¶n phÈm

ho¸ h¬i, kÕt tña).

2.3.5 Ph−¬ng ph¸p tuyÓn næi


§©y lμ ph−¬ng ph¸p hiÖn nay ®−îc sö dông rÊt réng r·i.

C¬ së cña ph−¬ng ph¸p lμ dùa vμo ®é thÊm −ít kh¸c nhau cña çc thμnh phÇn.

Tõ ®ã ng−êi ta sö dông “dung dÞch tuyÓn” dung dÞch nμy cã kh¶ n¨ng thÊm −ít

cã chän läc. Nh÷ng h¹t kÞ n−íc sÏ næi lªn trªn theo dßng dÞch ra ngoμi, nh÷ng h¹t

−a n−íc dÇn dÇn sÏ l¾ng xuèng d−íi.

Tuy nhiªn trong thùc tÕ sù chªnh lÖch vÒ ®é thÊm −ít cña çc thμnh phÇn lμ

kh«ng nhiÒu do ®ã ng−êi ta th−êng ph¶i sö dông thªm çc “chÊt gãp” ho¾c “chÊt

t¹o bät” ®Ó kÝch thÝch qu¸ tr×nh tuyÓn næi.

III. N¨ng l−îng trong c«ng nghÖ ho¸ häc

3.1 Kh¸i niÖm

N¨ng l−îng lμ ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng sinh c«ng.

N¨ng l−îng ®−îc sö dông víi nhiÒu môc ®Ých: VËn chuyÓn, thùc hiÖn ph¶n

øng, ®Ëp nghiÒn, nÐn khÝ, läc, b¬m, qu¹t�

ViÖc sö dông hîp lý n¨ng l−îng lμ mét trong nh÷ng yÕu tè lμm gi¶m gi¸ thμnh

s¶n phÈm.

D¹ng n¨ng l−îng dïng phæ biÕn nhÊt lμ n¨ng l−îng ®iÖn vμ nhiÖt n¨ng.

3.2 Ph©n lo¹i

N¨ng l−îng cã thÓ ®−îc ph©n thμnh hai lo¹i c¬ b¶n:

- Lo¹i n¨ng l−îng cã kh¶ n¨ng phôc håi: Thuû ®iÖn, giã, mÆt trêi, ®Þa nhiÖt.

- Lo¹i n¨ng l−îng kh«ng cã kh¶ n¨ng phôc håi: Than, dÇu má, h¹t nh©n�

3.3 Nh÷ng h−íng ph¸t triÓn n¨ng l−îng

Trªn thÕ giíi trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®i s©u vμo çc lÜnh vùc: N¨ng l−îng

mÆt trêi, giã, ®Þa nhiÖt, sãng biÓn, h¹t nh©n.

§Þnh h−íng ph¸t triÓn nguån n¨ng l−îng ë ViÖt Nam lμ thuû ®iÖn vμ çc nguån

n¨ng l−îng kh¸c trong ®ã cã n¨ng l−îng h¹t nh©n. N¨m 2002 th«ng qua dù ¸n x©y

dùng nhμ m¸y ®iÖn h¹t nh©n, dù kiÕn n¨m 2020 tæ m¸y ®iÖn h¹t nh©n ®Çu tiªn b¾t

®Çu ho¹t ®éng.

IV. N−íc trong c«ng nghÖ ho¸ häc

4.1 Vai trß


N−íc ®−îc øng dông réng r·i trong sinh ho¹t còng nh− trong s¶n xuÊt nh−:

Dïng lμm dung m«i, chÊt t¶i nhiÖt, chÊt ph¶n øng, läc röa, sinh ho¹t �

4.2 Ph©n lo¹i

4.2.1 N−íc trong khÝ quyÓn (TuyÕt, n−íc m−a)

T¹p chÊt lμ çc khÝ hoμ tan nh−: O2, CO2, CO, H2S, SO2�Thμnh phÇn vμ hμm

l−îng t¹p chÊt tuú vμo tõng vïng.

4.2.2 N−íc trªn bÒ mÆt (s«ng hå, ao, biÓn)

Ngoμi çc t¹p chÊt nh− n−íc trong khÝ quyÓn n−íc trªn bÒ mÆt cßn cã chøa çc

t¹p chÊt lμ çc muèi kho¸ng hoμ tan. N−íc trªn bÒ mÆt ®−îc chia thμnh 2 lo¹i: N−íc

ngät (<1g NaCl/1 lÝt n−íc) vμ n−íc mÆn (>1g NaCl/1 lÝt n−íc).

N−íc ngät cã thÓ ®−îc ph©n lo¹i theo hμm l−îng Ion Ca2+, Mg2+:

mg ®lg Ca2+,

Mg2+/lÝt

§é cøng

0-1,5 RÊt mÒm

1,5 – 3 N−íc mÒm

3 – 6 Trung b×nh

6 – 10 Cøng

> 10 RÊt cøng

4.2.3 N−íc ngÇm (giÕng, giÕng khoan, suèi ngÇm)

Lo¹i n−íc nμy chøa Ýt t¹p chÊt h¬n hai lo¹i n−íc trªn, tuy nhiªn trong nã vÉn

chøa çc muèi kho¸ng hoμ tan.

* Nh− vËy çc lo¹i n−íc trªn dï Ýt hay nhiÒu ®Òu cã chøa çc t¹p chÊt trong nã v×

vËy tr−íc khi sö dông trong c«ng nghiÖp vµ trong sinh ho¹t n−íc cÇn ph¶i ®−îc xö

lý tr−íc khi sö dông.

4.3 Kü thuËt xö lý n−íc cÊp

Çc c«ng ®o¹n chÝnh cña qu¸ tr×nh xö lý:


- L¾ng läc çc t¹p chÊt c¬ häc

- Lμm mÒm n−íc

- Gi¶i khÝ ®éc vμ s¸t trïng n−íc

4.3.1 L¾ng, läc çc t¹p chÊt c¬ häc

D−íi t¸c dông cña träng lùc çc t¹p chÊt c¬ häc sÏ ®−îc l¾ng xuèng d−íi råi

®−îc läc s¹ch. Qu¸ tr×nh l¾ng n−íc ®−îc thùc hiÖn liªn tôc trong çc bÓ chøa bª

t«ng.

§Ó kÝch thÝch qu¸ tr×nh l¾ng ng−êi ta th−êng cho vμo n−íc mét l−îng nhá dung

dÞch ®iÖn ly Al2(SO4)3.FeSO4 (phÌn chua) vμ mét sè chÊt ®«ng tô kh¸c. Çc chÊt nμy

sÏ hÊp phô çc h¹t keo ®Êt sÐt mang ®iÖn tÝch ©m ®Ó trung hoμ vÒ ®iÖn lμm t¨ng tèc

®é l¾ng ®ång thêi lμm mÊt mμu cña n−íc lμm n−íc trong h¬n.

Sau khi l¾ng huyÒn phï ®−îc läc khái n−íc b»ng ph−¬ng ph¸p läc, ng−êi ta

th−êng sö dông vËt liÖ läc d¹ng h¹t tr¬ nh− çt.

4.3.2 Lµm mÒm n−íc

* Ph−¬ng ph¸p s÷a v«i (Ca(OH)2) : ph−¬ng ph¸p nμy chØ sö lý ®é cøng t¹m thêi

cña n−íc vμ t¸ch ®−îc muèi s¾t, CO2 lμm mÒm ®Õn 0,7 mg®lg/1 lÝt n−íc

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O

Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2 = CaCO3↓ + MgCO3↓ + 2H2O

Ca(OH)2 + Fe2+ = Fe(OH)2↓ + Ca2+

Ca(OH)2 + CO2 = 2CaCO3↓ + 2H2O

* Ph−¬ng ph¸p dïng x« ®a: Ph−¬ng ph¸p nμy cã hiÖu qu¶ t−¬ng ®èi cao lμm mÒm

®Õn 0.3 mg®lg/l

Na2CO3 → 2Na+ + CO32-

Ca2+ + CO32- = CaCO3↓

Mg2+ + CO32- = MgCO3↓

§Ó lμm mÒm triÖt ®Ó h¬n ng−êi ta cho thªm mét l−îng nhá Na3PO4 cã thÓ lμm

mÒm ®Õn < 0,1 mg/ 1 lÝt n−íc.

Na3(PO4) → 3Na+ + PO43-


2Ca2+ + 3PO43-= Ca3(PO4)2↓

2Mg2+ + 3PO43-= Mg3(PO4)2↓

Ph−¬ng ph¸p nμy cã kh¶ n¨ng lμm mÒm rÊt cao do muèi phèt ph¸t cña Canxi

vμ Magie rÊt Ýt tan.

* Ph−¬ng ph¸p trao ®æi ion: Ph−¬ng ph¸p nμy t¸ch ion Ca2+ vμ Mg2+ b»ng çch

dïng çc ionit cã kh¶ n¨ng trao ®æi víi ion Ca2+ vμ Mg2+

Na2[K] + Ca2+ → [K]Ca + 2Na+

Na2[K] + Mg2+ → [K]Mg + 2Na+

H2[K] + Ca2+ → [K]Ca + 2H+

H2[K] + Mg2+ → [K]Mg + 2H+

[K] lμ gèc cationit cã thÓ lμ nhùa cao ph©n tö cã chøa nhãm ho¹t tÝnh nh− H+ ,

Na+...

[An]OH + HCl = [An]Cl + H2O

2[An]OH + H2SO4 = [An]2SO4 + 2H2O

[An] lμ gèc ationit cã thÓ lμ nhùa cao ph©n tö cã chøa nhãm ho¹t tÝnh nh− OH-,

HCO3-�

§Æc tÝnh cña ph−¬ng ph¸p nμy lμ sau khi trao ®æi nhùa cao ph©n tö sau khi sö

dông cã thÓ t¸i sinh l¹i kh«i phôc kh¶ n¨ng trao ®æi ion.

§Ó t¸i sinh Na- kationit ng−êi ta ding dung dÞch muèi ¨n.

Çc anionit th× t¸i sinh b»ng kiÒm hoÆc bicacbonat.

S¬ ®å

V. Çc quy luËt c¬ b¶n cña c«ng nghÖ ho¸ häc

5.1 Ph©n lo¹i çc qu¸ tr×nh ho¸ häc

5.1.1 HÖ ®ång thÓ

Lμ hÖ trong ®ã tÊt c¶ çc chÊt ph¶n øng n»m trong cïng mét pha(pha khÝ, pha

láng). Trong hÖ ®ång thÓ ph¶n øng ho¸ häc x¶y ra nhanh h¬n, c¬ chÕ ph¶n øng ®¬n

gi¶n h¬n, ®iÒu khiÓn dÔ dμng h¬n. V× vËy trong thùc tÕ ng−êi ta cè g¾ng tiÕn ®Õn hÖ

®ång thÓ.


5.1.2 HÖ dÞ thÓ

Lμ hÖ chøa 2 hay nhiÒu pha.

HÖ 2 pha: L – R, K – R, L - R, L – L, R – R

Trong c«ng nghiÖp th−êng gÆp hÖ dÞ thÓ h¬n hÖ ®ång thÓ.

5.1.3 Qu¸ tr×nh xóc t¸c

* §Þnh nghÜa: ChÊt xóc t¸c lμ nh÷ng chÊt cã t¸c dông lμm thay ®æi tèc ®ä cña

ph¶n øng mμ kh«ng lμm thay ®æi tÝnh chÊt ho¸ häc, kh«ng cã trong thμnh phÇn s¶n

phÈm ph¶n øng.

* Vai trß cña chÊt xóc t¸c lμ biÕn qu¸ tr×nh ho¸ häc mét giai ®o¹n cÇn n¨ng

l−îng ho¹t ho¸ E lín thμnh nhiÒu giai ®o¹n cã n¨ng l−îng ho¹t ho¸ e1, e2�nhá h¬n.

V× vËy nhiÒu ph¶n øng khi kh«ng cã xóc t¸c kh«ng x¶y ra ®−îc nh−ng khi cã chÊt

xóc t¸c l¹i x¶y ra víi tèc ®é lín.

C¬ chÕ:

A + B = D

cÇn n¨ng l−îng E

A + Xt = A[Xt]

cÇn n¨ng l−îng e1

A[Xt] + B = D + Xt

cÇn n¨ng l−îng e2

e1, e2 < E


5.2 C©n b»ng trong qu¸ tr×nh ho¸ häc

Cã 2 lo¹i qu¸ tr×nh ho¸ häc:

- Qu¸ tr×nh mét chiÒu

- Qu¸ tr×nh thuËn nghÞch

TÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc thuËn nghÞch ®Òu tiÕn tíi c©n b»ng, t¹i ®ã tèc ®é

qu¸ tr×nh thuËn b»ng tèc ®é qu¸ tr×nh nghÞch. Khi c¸c ®iÒu kiÖn ngoμi biÕn ®æi th×

c©n b»ng sÏ thay ®æi.

5.2.1 Quy t¾c Leshatelia

Trong mét hÖ nÕu do t¸c ®éng bªn ngoμi mμ hÖ lÖch khái tr¹ng th¸i c©n b»ng

th× c©n b»ng sÏ chuyÓn dÞch vÒ chiÒu lμm gi¶m nh÷ng t¸c ®éng khiÕn cho hÖ lÖch

khái c©n b»ng.

Tuú vμo ®Æc ®iÓm cña tong ph¶n øng mμ ta cã sù t¸c ®éng ®Ó ph¶n øng chuyÓn

dÞch theo chiÒu chóng ta mong muèn.

5.2.2 H»ng sè c©n b»ng K

XÐt ph¶n øng:

mA + nB ⇔ pC + qD

Tèc ®é ph¶n øng thuËn:

E

e1 e2

N¨n

g l−

îng

ho¹t

ho¸

H−íng cña ph¶n øng

ΔE

N¨ng l−îng ho¹t ho¸ cña ph¶n øng cã dïng chÊt xóc t¸c


r1 = k1.[A]m.[B]n

Tèc ®é ph¶n øng nghÞch:

r2 = k2.[C]p.[D]q

k1, k2 lμ h»ng sè tèc ®é cña ph¶n øng thuËn vμ ph¶n øng nghÞch.

[A], [B], [C], [D] lμ nång ®é mol çc cÊu tö t¹i thêi ®iÓm xÐt.

Khi c©n b»ng (t¹i thêi ®iÓm c©n b»ng) tèc ®é ph¶n øng thuËn b»ng tèc ®é ph¶n

øng nghÞch.

r1 = r2 ⇔ k1.[A]m.[B]n = k2.[C]p.[D]q

hay

K = nm

qp

BADC

kk

][][][][

2

1 =

ë ®©y [A], [B], [C], [D] lμ nång ®é mol çc cÊu tö t¹i thêi ®iÓm c©n b»ng.

H»ng sè c©n b»ng ph¶n øng ®Æc ch−ng cho hiÖu suÊt ph¶n øng, h»ng sè c©n

b»ng thuËn cμng cao th× hiÖu suÊt ph¶n øng thuËn cμng lín.

5.2.3 HiÖu suÊt qu¸ tr×nh

HiÖu suet s¶n phÈm lμ tû sè gi÷a l−îng s¶n phÈm thùc tÕ thu Gtt trªn l−îng s¶n

phÈm ban ®Çu G®.

d

tt

GG

x =

§èi víi çc qu¸ tr×nh hiÖu suet th−êng ®−îc tÝnh theo chÊt ®Çu chÝnh. ChÊt ®Çu

chÝnh lμ cÊu tö quan träng nhÊt trong hçn hîp ph¶n øng.

Khi ph¶n øng ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng th× lóc ®ã hiÖu suet ®¹t ®−îc lμ hiÖu

suet c©n b»ng xcb.

Víi ph¶n øng 1 chiÒu ph¶n øng x¶y ra hoμn toμn th× xcb =1

Víi ph¶n øng thuËn nghÞch th× xcb < 1

5.3 Tèc ®é cña çc qu¸ tr×nh ho¸ häc

Trong c«ng nghÖ ho¸ häc kÝch th−íc, n¨ng suÊt thiÕt bÞ, l−îng s¶n phÈm phô

thuéc rÊt nhiÒu vμo tèc ®é ph¶n øng. V× vËy sù hiÓu biÕt vÒ tèc ®é ph¶n øng lμ rÊt

cÇn thiÕt.


Tèc ®é ph¶n øng ®ång thÓ lμ l−îng chÊt tham gia ph¶n øng hoÆc t¹o thμnh khi

ph¶n øng sau mét ®¬n vÞ thêi gian trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch.

Tèc ®é ph¶n øng dÞ thÓ lμ l−îng chÊt tham gia hoÆc t¹o thμnh khi ph¶n øng sau

mét ®¬n vÞ thêi gian trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt pha.

C«ng thøc c¬ b¶n cña tèc ®é ph¶n øng víi hÖ ®ång thÓ:

CkddGr Δ== ..ντ

Víi hÖ dÞ thÓ:

CFkddGr Δ== ..τ

Trong ®ã : k: Lμ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng

v: Lμ thÓ tÝch ph¶n øng

CΔ : Lμ ®éng lùc qu¸ tr×nh

F: lμ diÖn tÝch bÒ mÆt tiÕp xu¸c pha.

Nh− vËy tèc ®é ph¶n øng sÏ phô thuéc vμo çc yÕu tè sau:

5.3.1 H»ng sè tèc ®é ph¶n øng k

H»ng sè tèc ®é k lμ ®¹i l−îng phøc t¹p phô thuéc vμo nhiÒu yÕu tè:

- Ho¸ lý tÝnh cña çc chÊt tham gia ph¶n øng

- C¬ cÊu cña thiÕt bÞ

- Tèc ®é cña çc dßng ph¶n øng�

§èi víi hÖ ®éng häc k phô thuéc vμo tèc ®é ph¶n øng thuËn k1, tèc ®é ph¶n

øng nghÞch k2, çc ph¶n øng phô kn, phô thuéc vμo hÖ sè khuÕch t¸n cña çc chÊt

®Çu D1, D2�vμ hÖ sè khuÕch t¸n cña s¶n phÈm D1’, D2

’�Nh− vËy ta cã

,...),,...,,,...,,,( '2

'12121 DDDDkkkk nΨ=

Khi tÝnh to¸n cÇn x¸c ®Þnh xem yÕu tè nμo ¶nh h−ëng yÕu tè nμo kh«ng.

* §èi víi qu¸ tr×nh ®ång thÓ khi khuÊy trén m¹nh sù khuÕch t¸n x¶y ra nhanh

nªn hÖ sè khuÕch t¸n kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh:

),,( 21nkkkk Ψ=


* §èi víi qu¸ tr×nh dÞ thÓ th× khuÕch t¸n ¶nh h−ëng chÝnh ®Õn tèc ®é khi ®ã hÖ

sè khuÕch t¸n sÏ ®ãng vai trß quyÕt ®Þnh:

,...),,...,,( '2

'121 DDDDk Ψ=

§¹i l−îng h»ng sè tèc ®é ph¶n øng k cã thÓ tra cøu trong sæ tay hoÆc cã thÓ tù

tÝnh to¸n.

5.3.2 BÒ mÆt tiÕp xóc pha

§èi víi çc ph¶n øng dÞ thÓ çc ph−¬ng ph¸p t¨ng bÒ mÆt tiÕp xóc pha (t¨ng ®é

mÞn, t¨ng tèc ®é khuÊy, xÕp ®Öm, sö dông th¸p ®Üa�) ®Òu lμm t¨ng tèc ®é ph¶n øng.

§èi víi çc hÖ K – R, L – R bÒ mÆt tiÕp xóc pha sÏ b»ng bÒ mÆt tÊt c¶ çc

h¹t r¾n ®−îc bao bä bëi khÝ hay láng.

§èi víi nh÷ng h¹t xèp (chÊt hÊp phô, chÊt xóc t¸c) ng−êi ta tÝnh c¶ bÒ mÆt bªn

trong cña çc mao qu¶n:

vSF rieng.=

Srieng : BÒ mÆt riªng cña líp ®Öm(m2/m3)

v : ThÓ tÝch líp ®Öm

Trong çc hÖ K – L, L- L khi khuÊy trén m¹nh th× viÖc x¸c ®Þnh bÒ mÆt tiÕp

xóc thùc tÕ lμ rÊt khã khi ®ã ta chØ x¸c ®Þnh ®−îc bÒ mÆt tiÕp xóc pha t−¬ng ®èi.

5.3.3 §éng lùc cña qu¸ tr×nh

* §èi víi ph¶n øng mét chiÒu th× ®éng lùc CΔ lμ tÝch çc nång ®é cña çc chÊt

tham gia ph¶n øng t¹i thêi ®iÓm xÐt.

mA + nB = pD

§éng lùc cña qu¸ tr×nh: nB

mA CCC .=Δ

* §èi víi ph¶n øng thuËn nghÞch: mA + nB ⇔ pD n

BBm

AA CCCCC ).()( ** −−=Δ

* §èi víi qu¸ tr×nh chuyÓn khèi:

)( *CCC −=Δ

Trong ®ã: C: Lμ nång ®é thùc cña cÊu tö t¹i pha cho.


C* : Lμ nång ®é c©n b»ng cña cÊu tö trªn bÒ mÆt

ph©n chia pha.

* §èi víi dßng ch¶y cïng chiÒu, ®èi l−u, dßng chÐo nhau th× ®éng lùc ®−îc

tÝnh theo gi¸ trÞ trung b×nh :

- Trung b×nh logarit:

c

d

cdtb

CcCC

C

ΔΔΔ−Δ

=Δlg3,2

(Khi hiÓu c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn tèc ®é ph¶n øng ®èi víi mçi qu¸ tr×nh

cô thÓ ta sÏ cã c¸c ph−¬ng ph¸p ®Ó t¨ng tèc ®é cña qu¸ tr×nh).


Ch−¬ng 2

C«ng nghÖ çc chÊt V« C¥

I. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axit sunfuric

1. Kh¸i niÖm, tÝnh chÊt vµ øng dông

1.1 Kh¸i niÖm

- Trong ho¸ häc: AxÝt sunfuric lμ hîp chÊt cña anhydrit sunfuric( SO3 ) víi n−íc.

C«ng thøc ho¸ häc H2SO4, khèi l−îng ph©n tö 98,08.

- Trong kü thuËt : Hçn hîp theo tû lÖ bÊt kú cña SO3 víi H2O ®Òu gäi lμ axÝt

sufuric

+ Tû lÖ SO3/H2O < 1 (dung dÞch axÝt sunfuric )

+ Tû lÖ SO3/H2O = 1 (dung dÞch monohydrat hay axit sunfuric 100% )

+ Tû lÖ SO3/H2O > 1 (dung dÞch oleum hay axÝt sunfuric bèc khãi)

1.2. Mét sè tÝnh chÊt cña axÝt sunfuric vµ oleum

- AxÝt sunfuric ë ®iÒu kiÖn th−êng lμ chÊt láng s¸nh vμ nÆng.

- AxÝt sunfuric s¹ch kh«ng mμu, cßn axit kü thuËt v× lÉn nhiÒu t¹p chÊt nªn cã

mμu sÉm.

- AxÝt sunfuric lμ mét axÝt m¹nh vμ lμ mét ®a axÝt. Cã thÓ ®Èy tÊt c¶ çc axit

kh¸c ra khái muèi khi t¨ng nhiÖt ®é.

- AxÝt sunfuric lμ mét chÊt rÊt h¸o n−íc.

- Khi pha lo·ng axÝt sunfuric to¶ nhiÖt m·nh liÖt.

1.3. Nh÷ng øng dông quan träng.

axÝt sunfuric lμ mét trong nh÷ng ho¸ chÊt c¬ b¶n cã s¶n l−îng lín nhÊt do ph¹m

vi øng dông rÊt réng r·i. AxÝt sunfuric ®−îc sö dông chÝnh trong çc lÜnh vùc sau :

- L−îng lín nhÊt ®Ó s¶n xuÊt ph©n bãn supe ph«tphat, sunfat am«n...

- Trong c«ng nghiÖp luyÖn kim mμu axÝt sunfuric ®−îc dïng lμm t¸c nh©n ph©n

huû.

- Trong lÜnh vùc gia c«ng kim lo¹i axÝt sunfuric ®−îc dïng lμm s¹ch bÒ mÆt

tr−íc khi s¬n.


- Lμm nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt ¾c qui axit, thuèc nhuém v¶i, chÊt dÎo, s¶n xuÊt

thuèc næ, r−îu etylic c«ng nghiÖp... vμ lμ nguyªn liÖu ®Ó ®iÒu chÕ çc hîp chÊt v«

c¬ vμ h÷u c¬ kh¸c.

2. Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt

Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt axÝt sunfuric rÊt phong phó bao gåm l−u huúnh nguyªn

tè vμ çc hîp chÊt cã chøa l−u huúnh nh− çc muèi sunfua, sunfat, khÝ thiªn nhiªn...

Sau ®©y lμ mét vμi d¹ng nguyªn liÖu phæ biÕn ®Ó s¶n xuÊt axÝt sunfuric.

2.1 QuÆng pyrit (FeS2).

QuÆng pyrit lμ mét lo¹i nguyªn liÖu phæ biÕn ®Ó s¶n xuÊt axÝt sunfuric v× ®èt

trùc tiÕp quÆng ta ®· thu ®−îc hçn hîp khÝ chøa SO2.

Thμnh phÇn chñ yÕu cña quÆng pyrit lμ s¾t sunfua (FeS2) chøa 53,44% S vμ

46,56% Fe

QuÆng pyrit th−êng gÆp lμ mét lo¹i kho¸ng mμu x¸m, trong quÆng cã lÉn nhiÒu

t¹p chÊt nh− : Çc hîp chÊt cña ®ång, ch× kÏm, niken, b¹c, vμng, coban, asen, selen,

çc muèi cacbonat, canxi sunfat...V× vËy hμm l−îng thùc tÕ cña l−u huúnh trong

quÆng dao ®éng trong kho¶ng 30-52%.

ë miÒn b¾c n−íc ta cã mét sè má quÆng pyrit nh−ng nãi chung hμm l−îng l−u

huúnh thÊp, tr÷ l−îng kh«ng lín.

2.2 L−u huúnh nguyªn tè (S).

L−u huúnh nguyªn tè lμ mét trong nh÷ng d¹ng nguyªn liÖu tèt nhÊt ®Ó s¶n xuÊt

axÝt sunfuric v× :

- Khi ®èt l−u huúnh nguyªn tè ta thu ®−îc hçn hîp khÝ cã hμm l−îng SO2 vμ O2

cao.

- L−u huúnh chøa rÊt Ýt t¹p chÊt (®Æc biÖt lμ t¹p chÊt cña asen vμ selen) nªn d©y

chuyÒn s¶n xuÊt ®¬n gi¶n ®i rÊt nhiÒu.

- Khi s¶n xuÊt víi qui m« lín vμ xa nguån nguyªn liÖu th× l−u huúnh l¹i lμ

nguån nguyªn liÖu rÎ tiÒn nhÊt

2.3 Th¹ch cao


§©y còng lμ mét nguån nguyªn liÖu phong phó ®Ó s¶n xuÊt axÝt sunfuric v× nhiÒu

n−íc trªn thÕ giíi cã má th¹ch cao(CaSO4.2H2O hoÆc CaSO4). Ngoμi ra trong qu¸

tr×nh s¶n xuÊt axÝt ph«tphoric, supe ph«tphat kÐp, nitr«ph«t- nitr«ph«tka...còng th¶i

ra mét l−îng lín CaSO4.

Th−êng th× tõ th¹ch cao ng−êi ta liªn hîp s¶n xuÊt c¶ axÝt sunfuric vμ xi m¨ng

khi ®ã ng−êi ta nung th¹ch cao, ®Êt sÐt vμ than trong lμ quay khi ®ã CaSO4 bÞ khö

phÇn khÝ chøa SO2 ®−axÝt sunfuric ®i s¶n xuÊt axÝt sunfuric, phÇn xØ thªm phô gia vμ

nghiÒn mÞn ®Ó s¶n xuÊt xi m¨ng.

2.4 Çc chÊt th¶i cã chøa S

a. KhÝ lß luyÖn kim mμu

KhÝ lß trong qu¸ tr×nh ®èt çc quÆng sunfua kim lo¹i mμu nh− quÆng ®ång, ch×

thiÕc, kÏm...cã chøa nhiÒu SO2. §©y lμ mét nguån nguyªn liÖu rÎ tiÒn ®Ó s¶n xuÊt

axÝt sunfuric ngoμi ra viÖc thu håi SO2 trong khÝ lß cßn tr¸nh g©y « nhiÔm m«i

tr−êng.

b. KhÝ hydr« sunfua (H2S)

Khi cèc ho¸ than kho¶ng 50% tæng l−îng l−u huúnh cã trong than sÏ ®i theo khÝ

cèc chñ yÕu ë d¹ng H2S. Viªc thu håi khÝ H2S võa cã ý nghÜa kinh tÕ l¹i ®¶m b¶o vÖ

sinh c«ng nghiÖp.

Ngoμi ra ng−êi ta cßn tËn dông mét sè çc lo¹i chÊt th¶i c«ng nghiÖp kh¸c nh− :

tËn dông khÝ lß, tinh chÕ l¹i axÝt sunfuric th¶i c«ng nghiÖp...

3. Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt axit sunfuric theo ph−¬ng ph¸p tiÕp xóc

Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ®−îc m« t¶ theo s¬ ®å tæng qu¸t sau:

3.1. ChuÈn bi nguyªn liÖu

ChuÈn bÞ nguyªn

liÖu

S¶n xuÊt khÝ sunfur¬

(SO2)

Tinh chÕ khÝ

¤xi ho¸ SO2 thμnh

SO3

HÊp thô SO3 thμnh

H2SO4


§Ó s¶n xuÊt khÝ SO2 ta ph¶i thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®èt nguyªn liÖu, tr−íc khi ®èt

nguyªn liÖu cÇn ph¶i ®−îc gia c«ng c¬ häc hoÆc gia c«ng nhiÖt tuú vμo tõng lo¹i

nguyªn liÖu.

VÝ dô : - QuÆng pyrit th«ng th−êng cã kÝch th−íc 50 - 200 mm v× vËy tr−íc khi

®−a vμo lß ®èt cÇn ph¶i ®−îc sÊy, ®Ëp, nghiÒn, sμng ®Ó cã ®é Èm vμ kÝch th−íc thÝch

hîp.

- §èi víi l−u huúnh nguyªn tè cÇn ph¶i ho¸ láng, l¾ng t¸ch cÆn tr−íc khi

®−a vμo lß ®èt.

3.2 S¶n xuÊt khi sunfur¬

Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt khÝ sunfur¬ thùc chÊt lμ qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nguyªn liÖu

trong çc lß ®èt, víi mçi lo¹i nguyªn liÖu ng−êi ta sö dông çc lo¹i lß ®èt kh¸c

nhau.

* Khi ®èt pirit

®Çu tiªn FeS2 bÞ ph©n huû theo ph−¬ng tr×nh sau:

2 FeS2 → 2 FeS + S2 - 103,9 kJ

H¬i l−u huúnh t¸ch ra sÏ ch¸y gièng nh− qu¸ tr×nh ®èt l−u huúnh nguyªn tè:

S2 + 2O2 = 2 SO2 + 724,8 kJ

Sau khi t¸ch l−u huúnh, nguyªn liÖu trë nªn xèp, t¹o ®iÒu kiÖn cho nã tiÕp tôc

ch¸y. FeS còng ch¸y theo ph¶n øng:

FeS + 7O2 = Fe2O3 + 4SO2

hoÆc 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2

C¬ chÕ cña ph¶n øng nμy ch−a ®−îc x¸c ®Þnh râ. Dï theo c¬ chÕ nμo ph¶n

øng ®èt ch¸y FeS2 còng x¶y ra theo ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t nh− sau:

4 FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 3415,7 kJ

hoÆc 4 FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2 + 2438,2 kJ

Qu¸ tr×nh ch¸y cña quÆng kh«ng nh÷ng chØ x¶y ra gi÷a pirit vμ oxi mμ cßn x¶y

ra gi÷a çc pha r¾n víi nhau:


FeS2 + 16Fe2O3 = 11Fe3O4 + 2SO2

FeS + 3Fe3O4 = 10FeO + SO2

- S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ®èt quÆng pirit gåm cã: SO2 , SO3, Fe2O3 hoÆc

Fe3O4 , N2 , O2 , H2O , Al2O3 , SiO2 , bôi, HF , SiF4.

- Qu¸ tr×nh ph©n huû FeS2 n»m trong vïng khèng chÕ ®éng häc, qu¸ tr×nh ch¸y

FeS n»m trong vïng khèng chÕ khuyÕch t¸n.

- Khi t¨ng nhiÖt ®é tèc ®é ph¶n øng t¨ng, tuy nhiªn kh«ng thÓ t¨ng nhiÖt ®é qu¸

cao v× sÏ lμm háng thiÕt bÞ, g©y hiÖn t−îng kÕt khèi trong lß.

NhiÖt ®é vμ vËn tèc cña qu¸ tr×nh ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh:

k = k0. RTE

e−

- Qu¸ tr×nh ch¸y x¶y ra gi÷a pha r¾n vμ pha khÝ qua nghiªn cøu ta thÊy

tèc ®é ph©n huû FeS2 kh«ng phô thuéc vμo kÝch th−íc cña h¹t quÆng. Ng−îc l¹i khi

t¨ng ®é mÞn cña quÆng, tøc lμ t¨ng bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷a pha khÝ vμ pha r¾n th× tèc

®é ch¸y cña FeS t¨ng lªn kh¸ nhiÒu. H»ng sè tèc ®é ch¸y x¸c ®Þnh theo ph−¬ng

tr×nh:

k = k0.Fn

F: BÒ mÆt tiÕp xóc pha

n: HÖ sè tû lÖ

- Tèc ®é ch¸y cña qu¸ tr×nh ®èt quÆng cßn phô thuéc vμo nång ®é O2 theo

quan hÖ:

k = k0.nO2

C

2OC : Nång ®é oxi trong khÝ lß

Ngoμi ra, tèc ®é ch¸y cña quÆng cßn phô thuéc vμo cÊu t¹o tinh thÓ, thμnh

phÇn ho¸ häc vμ thμnh phÇn kho¸ng cña quÆng, vμo c¸c t¹p chÊt trong quÆng.

* Khi ®èt L−u huúnh


Qu¸ tr×nh ®èt l−u huúnh t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n v× s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ch¸y chØ

lμ khÝ lß chøa SO2.

S + O2 = SO2 + 297,322 kJ

Ph¶n øng n»m trong miÒn ®éng häc (tøc ph¶n øng phô thuéc vμo nhiÖt ®é vμ

nång ®é S vμ O2).

Khi t¨ng nhiÖt ®é tèc ®é ph¶n øng t¨ng. Thμnh phÇn khÝ lß chñ yÕu lμ SO2, O2,

N2

* Khi ®èt hydr« sunfua

H2S + O2 = H2O + SO2

* Khi nung th¹ch cao

CaSO4 ⎯→⎯t CaO + SO3

CaSO4 + C ⎯→⎯t CaO + CO + SO2

3.3 Tinh chÕ khÝ

- §©y lμ c«ng ®o¹n t¸ch bôi vμ çc t¹p chÊt ra khái hçn hîp khÝ tr−íc khi ®−a

sang c«ng ®o¹n «xi ho¸.

- Qu¸ tr×nh t¸ch bôi ®−îc thùc hiÖn trong çc thiÕt bÞ xycl«n, läc ®iÖn kh«, th¸p

röa.

- Qu¸ tr×nh t¸ch çc t¹p chÊt ®−îc thùc hiÖn trong çc thiÕt bÞ : Th¸p röa 1,

th¸p röa 2, läc ®iÖn −ít 1, läc ®iÖn −ít 2, th¸p sÊy.

Tuy ph−¬ng ph¸p t¸ch çc t¹p chÊt nμy víi d©y chuyÒn thiÕt bÞ cång kÒnh phøc

t¹p vμ cã nhiÒu m©u thuÉn nh−ng ®©y vÉn lμ ph−¬ng ph¸p dÔ thùc hiÖn vμ hiÖu qu¶

v× vËy hiÖn nay vÉn ®−îc dïng phæ biÕn.

3.4 C«ng ®o¹n «xy ho¸ SO2 → SO3

3.4.1 Ph¶n øng «xi ho¸ SO2

a. C©n b»ng ph¶n øng

Ph¶n øng :

SO2 + 1/2O2 SO3 + Q

§©y lμ ph¶n øng thuËn nghÞch, to¶ nhiÖt, gi¶m thÓ tÝch vμ cã sö dông xóc t¸c.


H»ng sè c©n b»ng ph¶n øng :

2.2

3

OSO

SOcb PP

PK = (I-5)

22

,,3 OSOSO PPP : ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c cÊu tö ë tr¹ng th¸i c©n b»ng, atm.

Trong kho¶ng nhiÖt ®é cã thÓ tÝnh Kcb theo ph−¬ng tr×nh sau.

6455,45,4905lg −=T

Kcb (I-6)

b. Møc chuyÓn ho¸ :

Møc chuyÓn ho¸ lμ tû lÖ gi÷a l−îng SO2 ®· bÞ oxi ho¸ thμnh SO3 vμ tæng l−îng SO2

ban ®Çu.

23

3

SOSO

SO

PPP

x+

= (I-7)

Khi ph¶n øng ®¹t tr¹ng th¸i c©n b»ng th× møc chuyÓn ho¸ ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i, gäi lμ

møc chuyÓn ho¸ c©n b»ng.

)()(

)(

23

3

cbSOcbSO

cbSOcb PP

Px

+= (I-8)

Tõ (I-5) ta cã 2.

3

2

Op

SOSO PK

PP = thay vμo (I-8) ta cã

22

23

3

1.11

1

)()(

)(

Op

p

Op

cbSOcbSO

cbSOcb

PK

K

PKPP

Px

+=

+=

+= (I-9)

Gäi P : ¸p suÊt chung cña hçn hîp khÝ

2a, b : nång ®é ban ®Çu cña SO2 vμ O2, % thÓ tÝch

SO2 + 1/2O2 SO3

Ban ®Çu : 2a b 0

Ph¶n øng : 2axcb axcb 2axcb

C©n b»ng : (2a-2axcb) (b-axcb) 2axcb

Do hçn hîp khÝ ngoμi SO2, O2, SO3 cßn 1 l−îng lín c¸c khÝ kh¸c nªn :

Coi tæng sè mol cña hçn hîp khÝ ®Çu lμ 100 %


Tæng sè mol cña hçn hîp khÝ sau khi ®¹t c©n b»ng lμ (100 - axcb)

Nh− vËy Pax

axbPcb

cbO .

)100()(

2 −−

=

Thay vμo (I-9)

)(100

cb

cbcb

cbcb

axbPaxK

Kx

−−

+= (I-10)

V× vËy ph¶n øng oxi ho¸ SO2 lμ ph¶n øng to¶ nhiÖt, gi¶m thÓ tÝch nªn khi gi¶m

nhiÖt ®é vμ t¨ng ¸p suÊt, møc chuyÓn ho¸ c©n b»ng sÏ t¨ng.

3.4.2 ChÊt xóc t¸c oxi ho¸ SO2

a. Xóc t¸c kim lo¹i

Cã rÊt nhiÒu kim lo¹i cã kh¶ n¨ng xóc t¸c cho ph¶n øng oxi ho¸ SO2.

Xóc t¸c kim laäi ®−îc sö dông ®Çu tiªn trong c«ng nghiÖp axit sunfuric lμ

platin do Philips ®Ò s−íng. Xóc t¸c platin cã ho¹t tÝnh rÊt cao, nhiÖt ®é ho¹t tÝnh

thÊp (kho¶ng 375 – 4000C) nh−ng r¸t bÞ nhiÔm ®éc (®Æc biÖt ®èi víi hîp chÊt cña

asen) vμ rÊt ®¾t tiÒn.

§Ó t¨ng ho¹t tÝnh cña chÊt xóc t¸c vμ gi¶m gi¸ thμnh, ng−êi ta ®em platin (cã

thÓ thªm 20 - 40% paladi) r¶i trªn çc chÊt mang kh¸c nhau nh− amian, mage

sunfat silicagel...

Çc kim lo¹i kh¸c nhau trong nhãm platin còng cã kh¶ n¨ng xóc t¸c cho ph¶n

øng oxi ho¸ SO2 nh−ng ho¹t tÝnh thÊp h¬n: Pt > Rh > Ir > Pd

Ngoμi ra, hîp kim cña b¹c, vμng víi platin, molipden... còng cã ho¹t tÝnh cao.

b. Xóc t¸c phi kim lo¹i

Xóc t¸c oxit kim lo¹i :

Lo¹i xóc t¸c oxit kim lo¹i ®−îc ph¸t hiÖn sím nhÊt lμ xóc t¸c s¾t oxit ®−îc chÕ

t¹o tõ xØ quÆng. ¦u ®iÓm næi bËt cña nã lμ rÎ tiÒn, dÔ kiÕm vμ Ýt nh¹y ®éc víi çc

t¹p chÊt cã trong khÝ lß.

Song v× xóc t¸c s¾t oxit cã nhiÖt ®é ho¹t tÝnh kh¸ cao (d−íi 6250C nã dÔ bÞ

chuyÓn thμnh s¾t sunfat kÐm ho¹t ®éng) nªn møc chuyÓn ho¸ SO2 trªn xóc t¸c nμy


kh«ng v−ît qu¸ 0,5. v× vËy chØ dïng chÊt xóc t¸c s¾t oxit khi kh«ng yªu cÇu møc

chuyÓn ho¸ cao (chuyÓn ho¸ s¬ bé).

Xóc t¸c crom oxit cã ho¹t tÝnh ban ®Çu t−¬ng ®èi cao, nh−ng sau mét thêi gian

lμm viÖc, nã bÞ chuyÓn thμnh d¹ng crom sunfat nªn ho¹t tÝnh gi¶m.

VÝ dô : ë nhiÖt ®é 2500C vμ tèc ®é thÓ tÝch 750 giê (tèc ®é thÓ tÝch tÝnh b»ng thÓ

tÝch hçn hîp khÝ ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn khi qua mét ®¬n vÞ thÓ tÝch chÊt xóc t¸c

trong mét ®¬n vÞ thêi gian) møc chuyÓn ho¸ ban ®Çu ®¹t trªn 0,90. Nh−ng sau 26,

50, 100, vμ 130 giê th× møc chuyÓn ho¸ t−¬ng øng chØ cßn 0,80- 0,40 vμ 0,27.

Çc oxit cña ®ång, mangan, thiÕc, titan, molipden, xeri, thori ... ë nhiÖt ®é cao

(kho¶ng 7000C) còng cã ho¹t tÝnh ®èi víi ph¶n øng oxi ho¸ SO2.

Kh¶ n¨ng xóc t¸c cho ph¶n øng oxi ho¸ SO2 cña vanadi oxit ®−îc ph¸t hiÖn tõ

n¨m 1895. Sau ®ã nhiÒu ng−êi ®· tËp chung vμo nghiªn cøu chÊt xóc t¸c nμy. Çc

c«ng tr×nh nghiªn cøu ®· ®i ®Õn mét sè kÕt luËn sau.

- Vanadi oxit V2O5 nguyªn chÊt cã ho¹t tÝnh kh«ng cao ®èi víi ph¶n øng oxi

ho¸ SO2.

- Xóc t¸c vanadi cã ho¹t tÝnh cao, ngoμi thμnh phÇn chÝnh lμ vanadi oxit V2O5,

ph¶i chøa c¶ hîp chÊt kim lo¹i kiÒm Me2O vμ silic ®ioxit SiO2. Tæng hîp cña ba

thμnh phÇn chªn lμ ®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó chÕ t¹o chÊt xóc t¸c vanadi cã ho¹t tÝnh

cao.

- Silic ®ioxit SiO2 ( ë d¹ng tù do hoÆc liªn kÕt víi çc chÊt kh¸c) chiÕm phÇn

chñ yÕu trong xóc t¸c vμ quyÕt ®Þnh cÊu tróc bªn trong cña h¹t xóc t¸c (®é xèp, bÒ

mÆt bªn trong ...)

3.4.3 §iÒu kiÖn «xi ho¸ SO2 trªn xóc t¸c vanadi

Qu¸ tr×nh «xi ho¸ SO2 lμ mét giai ®o¹n quan träng trong s¶n xuÊt axit sunfuric.

V× vËy cÇn ph¶i nghiªn cøu nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó ®¹t ®−îc n¨ng suÊt, hiÖu

suÊt cao, gi¸ thμnh h¹.

Tr−íc hÕt ta xÐt ®Õn tèc ®é ph¶n øng v× nã quyÕt ®Þnh ®Õn n¨ng suÊt, l−îng xóc

t¸c cÇn dïng, kÝch th−íc thiÕt bÞ...


Trong ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt, ¸p suÊt vμ nång ®é khÝ ban ®Çu lμ kh«ng ®æi th× tèc

®é ph¶n øng chØ phô thuéc vμo h»ng sè c©n b»ng Kcb vμ h»ng sè tèc ®é ph¶n øng k.

Mμ ta biÕt r»ng k vμ Kcb ®Ò phô thuéc vμo nhiÖt ®é. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× h»ng

sè tèc ®é ph¶n øng k t¨ng cßn víi ph¶n øng «xi ho¸ SO2 th× h»ng sè c©n b»ng Kcb

gi¶m. Do ®ã ta xem xÐt ®Õn sù thay ®æi cña k vμ Kcb theo nhiÖt ®é.

Lóc ®Çu ë nhiÖt ®é thÊp khi t¨ng nhiÖt ®é (tõ 400-500 oC) Kcb cã gi¶m chót Ýt

tuy nhiªn k t¨ng rÊt nhanh do ®ã tèc ®é ph¶n øng t¨ng.

VÒ sau khi t¨ng tiÕp nhiÖt ®é h»ng sè tèc ®é t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ hoÆc kh«ng

t¨ng trong khi ®ã h»ng sè c©n b»ng Kcb gi¶m nhanh do ®ã tèc ®é ph¶n øng gi¶m.

Nh− vËy ë mçi mét hiÖu suÊt ph¶n øng ®−êng cong biÓu diÔn sù phô thuéc

gi÷a tèc ®é ph¶n øng vμo nhiÖt ®é sÏ cã mét ®iÓm cùc ®¹i.

0

4

8

12

420 460 500 540NhiÖt ®é, oC

Tèc ®é t−¬ng ®èi «xi ho¸

H×nh ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é ®Õn tèc ®é ph¶n øng

a. NhiÖt ®é thÝch hîp.

NhiÖt ®é thÝch hîp lμ nhiÖt ®é mμ t¹i ®ã tèc ®é ph¶n øng ®¹t cùc ®¹i øng víi mçi

møc chuyÓn ho¸ x¸c ®Þnh.

§Þnh nghÜa nμy biÓu diÔn d−íi d¹ng to¸n häc:

0=∂

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂

=COSNTX

Tddxτ

LÊy tÝch ph©n trªn kÕt hîp víi ph−¬ng tr×nh tèc ®é ph¶n øng ta ®−îc


937,4

100).1(

lg

5,4905

+

−−−

=

axaxbx

xTth

Tõ biÓu thøc trªn ta thÊy nhiÖt ®é thÝch hîp kh«ng ph¶i lμ mét h»ng sè mμ phô

thuéc vμo nång ®é SO2, O2 ban ®Çu vμ phô thuéc vμo møc chuyÓn ho¸ x.

0

20

40

60

80

100

400 500 600§−êng c©n b»ng vμ ®−êng nhiÖt ®é thÝch hîp trªn ®å thÞ

T-X

NhiÖt ®é, oC

Møc chuyÓn ho¸ (%)

B

B

C

C

Trong ®ã BB : §−êng c©n b»ng

CC : §−êng nhiÖt ®é thÝch hîp

Vμ trong ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt khi nång ®é c¸c chÊt ®Çu kh«ng ®æi, khi møc

chuyÓn ho¸ t¨ng th× nhiÖt ®é thÝch hîp gi¶m. Nh− vËy muèn cho tèc ®é «xi ho¸ ®¹t

cùc ®¹i ph¶i tiÕn hμnh ph¶n øng ë nhiÖt ®é thÝch hîp. Nh−ng trong qu¸ tr×nh ph¶n

øng møc chuyÓn ho¸ t¨ng tøc lμ nhiÖt ®é thÝch hîp gi¶m. Do ®ã ta chØ cã thÓ tiÕn

hμnh sao cho gÇn víi ®−êng thÝch hîp nhÊt muèn lμm ®−îc ®iÒu ®ã ng−êi ta chia

qu¸ tr×nh «xi ho¸ SO2 ra thμnh nhiÒu ®o¹n (hay cßn gäi lμ nhiÒu líp) sau mçi líp ta

tiÕn hμnh lμm nguéi hçn hîp khÝ.

Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng sö dông 4 – 5 líp xóc t¸c. Khi ®ã qu¸ tr×nh «xi ho¸

®−îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ T-X nh− sau :

b. Møc chuyÓn ho¸

Khi t¨ng møc chuyÓn ho¸ sÏ:

- Gi¶m ®−îc l−îng SO2 trong khÝ th¶i.


- T¨ng ®−îc møc sö dông l−u huúnh.

Nh−ng ®Ó ®¹t ®−îc møc chuyÓn ho¸ cao ph¶i kÕt thóc qu¸ tr×nh «xi ho¸ ë nhiÖt

®é thÊp mμ t¹i ®iÒu kiÖn ®ã sÏ gÇn ®−êng c©n b»ng khi ®ã tèc ®é ph¶n øng chËm tøc

lμ thêi gian ph¶n øng cÇn thùc hiÖn l©u, muèn kÐo dμi thêi gian ph¶n øng ta l¹i ph¶i

t¨ng l−îng xóc t¸c nh− vËy l¹i lμm t¨ng gi¸ thμnh s¶n phÈm.

¶nh h−ëng cña møc chuyÓn ho¸ vμo gi¸ thμnh s¶n phÈm ®−îc biÓu diÔn trªn ®å

thÞ.

-4

-2

0

2

4

0.96 0.97 0.98 0.99 1

Gi¸ thμnh

¶nh h−ëng cña møc chuyÓn ho¸ ®Õn gi¸ thμnh axit sunfuric

Møc chuyÓn ho¸, x

1

2

3

Trong ®ã :

1- Gi¶m gi¸ thμnh do t¨ng møc chuyÓn ho¸.

2- T¨ng gi¸ thμnh do t¨ng l−îng xóc t¸c.

3- ¶nh h−ëng chung cña c¶ hai yÕu tè.

Nh− vËy vÒ gi¸ thμnh s¶n phÈm th× øng víi møc chuyÓn ho¸ x = 0,98 lμ thÝch hîp

nhÊt, nh−ng vÒ mÆt vÖ sinh c«ng nghiÖp th× møc chuyÓn ho¸ nμy kh«ng ®¶m b¶o

yªu cÇu do khÝ th¶i vÉn cßn chøa nhiÒu SO2.

c. Nång ®é thÝch hîp.

Nång ®é SO2 ¶nh h−ëng ®Õn nhiÒu yÕu tè kü thuËt nh− : Qu¹t khÝ, th¸p chuyÓn

ho¸, hÊp thô (tiªu hao ®iÖn n¨ng, l−îng chÊt xóc t¸c, chÕ ®é nhiÖt... ). NÕu xÐt toμn

bé sù ¶nh h−ëng trªn lμ rÊt khã ë ®©y vÊn ®Ò chÝnh chóng ta quan t©m ®Õn lμ ¶nh

h−ëng cña nång ®é SO2 trong qu¸ tr×nh «xi ho¸.

Khi n¨ng suÊt vμ ®−êng kÝnh thiÕt bÞ kh«ng ®æi nÕu t¨ng nång ®é SO2 th× l−îng

xóc t¸c cÇn dïng sÏ t¨ng nhanh khi ®ã chiÒu cao líp xóc t¸c sÏ t¨ng lμm t¨ng trë lùc


cña th¸p. MÆt kh¸c nÕu nång ®é SO2 qu¸ cao nhiÖt l−îng ph¶n øng to¶ ra lín lμm

nhiÖt ®é cña líp xóc t¸c t¨ng cao lμm xóc t¸c nhanh bÞ mÊt ho¹t tÝnh.

Tuy nhiªn nÕu nång ®é SO2 qu¸ thÊp th× thÓ tÝch hçn hîp khÝ lín ®iÒu nμy còng

dÉn ®Õn viÖc t¨ng trë lùc cña líp xóc t¸c. Sù ¶nh h−ëng cña nång ®é SO2 ®Õn n¨ng

suÊt ®−îc biÓu diÔn b»ng ®å thÞ.

Do vËy nång ®é thÝch hîp cña SO2 sÏ tuú thuéc vμo tõng lo¹i nguyªn liÖu sö

dông.

Nguyªn liÖu ®Çu: SO2100% S FeS2 H2S

Nång ®é SO2 thÝch hîp: 14 8,5 7,0 6,3

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

5 6 7 8 9 10Nång ®é SO2, %

¶nh h−ëng cña nång ®é SO2 ban ®Çu ®Õn n¨ng suÊt th¸p

N¨ng suÊt th¸p,

®¬n vÞ qui −íc

92%

94%

96%

97%

Theo ®å thÞ trªn ta thÊy khi nång ®é SO2 t¨ng tõ 6,5 lªn 9 % th× n¨ng suÊt th¸p

tiÕp xóc chØ thay ®æi kho¶ng 5%. V× vËy trong thùc tÕ s¶n xuÊt ng−êi ta th−êng sö

dông nång ®é SO2 cao h¬n nång ®é thÝch hîp.


0

20

40

60

80

100

400 450 500 550 600 650

Qu¸ tr×nh «xi ho¸ trªn ®å thÞ T-X trªn th¸p tiÕp xóc 5 líp xóc t¸c Sö dông trao ®æi nhiÖt trung gian

NhiÖt ®é, oC

Møc chuyÓn

ho¸

B

BC

C

3.5 HÊp thô anhydrit sunfuric SO3

C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh hÊp thô SO3

Qu¸ tr×nh hÊp thô SO3

§Çu tiªn SO3 hoμ tan vμo dung dÞch axÝt sunfuric, sau ®ã ph¶n øng víi n−íc

trong ®ã:

nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3

Tuú theo tû lÖ gi÷a l−îng SO3 vμ H2O mμ néng ®é axit thu ®−îc sÏ kh¸c nhau:

+ Khi n >1 s¶n ph¶m lμ oleum

+ Khi n =1 s¶n ph¶m lμ monohydrat (axÝt sunfuric 100%)

+ KhÝ n <1 s¶n ph¶m lμ dung dÞch axit lo·ng

Th−êng th−êng, ng−êi ta cã xu h−íng s¶n xuÊt toμn bé s¶n phÈm ë d¹ng oleum

®Ó b¶o qu¶n, vËn chuyÓn vμ sö dông thuËn lîi h¬n.

Muèn vËy, cho hçn hîp khÝ chøa SO3 qua th¸p cã t−íi oleum (th¸p oleum).

Nh− ®· biÕt, oleum lμ dung dÞch axÝt sunfuric 100% cã d− SO3 nªn ¸p suÊt h¬i

riªng phÇn cña SO3 trªn nã kh¸ lín.

Do ®ã, ®Ó hÊp thô SO3 lμ ph¶i ®−a hçn hîp khÝ tiÕp tôc qua th¸p hÊp thô thø hai

t−íi (monohydrat). §Õn ®©y míi kÕt thóc qu¸ tr×nh hÊp thô SO3.

- S« ®å c«ng ®o¹n hÊp thô:


II. C«ng nghÖ tæng hîp am«ni¾c NH3

1. TÝnh chÊt vµ øng dông

- Am«ni¨c ë ®iÒu kiÖn th−êng lμ chÊt khÝ kh«ng mμu, cã mïi khai xèc.

- Mang tÝnh kiÒm

- Am«ni¨c hoμ tan tèt trong n−íc.

- B¾t ®Çu bÞ ph©n huû ë nhiÖt ®é 300 0C , ë 600 – 700 0C ph©n huû m¹nh

- NH3 cã thÓ ph¶n øng víi mét lo¹t c¸c chÊt nh− :

NH3 + H2O = NH4OH

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

NH3 + HNO3 = NH4NO3

NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O

NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4

NH3 + H3PO4 = (NH2)2HPO4

NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4

Nh− vËy ta thÊy NH3 lμ nguyªn liÖu ®Çu ®Ó s¶n xuÊt c¸c hîp chÊt cña nit¬.

2. S¶n xuÊt khÝ nguyªn liÖu ®Ó tæng hîp Am«ni¨c

Hçn hîp khÝ SO3

1: Th¸p hÊp thô olªum

2: Th¸p hÊp thô

M«n«hydrat

3: èng khãi

4: BÓ chøa axit

5: B¬m axit tuÇn hoμn

1 2 3

6

4

5

S¬ ®å c«ng ®o¹n hÊp thô


2.1. Ph©n ly kh«ng khÝ láng t¸ch N2 vµ O2

§Çu tiªn sÏ tiÕn hμnh lμm l¹nh ho¸ láng kh«ng khÝ sau ®ã tiÕn hμnh ch−ng luyÖn

®Ó t¸ch N2 vμ O2.

Tr−íc khi hãa láng kh«ng khÝ th× cÇn lo¹i bá çc khÝ C2H2, CO2, H2O v× çc khÝ

nμy cã nhiÖt ®é ®ãng b¨ng cao sÏ ®ãng r¾n lμm háng, t¾c thiÕt bÞ.

Ph−¬ng ph¸p nμy dùa vμo sù trªnh lÖch nhiÖt ®é s«i kh¸c nhau cña «xy (-183,2 oC) vμ nit¬ (-198,5 oC). Do nhiÖt ®é s«i cña 2 cÊu tö lμ kh¸ gÇn nhau nªn ®Ó t¸ch 2

cÊu tö nμy ng−êi ta ph¶i sö dông ph−¬ng ph¸p ch−ng luyÖn, trong thùc tÕ ng−êi ta

sö dông th¸p ch−ng luyÖn kÐp.

S¬ ®å th¸p ch−ng luyÖn kÐp

Không khí nén

T1

T2

T3

N2

1

O2

2

3

4

1- Th¸p trªn 2- Th¸p d−íi 3- §¸y th¸p d−íi 4- M¸ng chøa Nit¬ láng

T1,T2, T3 : Çc van tiÕt l−u

Th¸p ch−ng luyÖn trªn lμm viÖc ë ¸p suÊt 1÷1,5 atm vμ th¸p ch−ng luyÖn d−íi

lμm viÖc ë ¸p suÊt 6÷7 atm.

Kh«ng khÝ nÐn (120at) sÏ ®i vμo phÝa ®¸y th¸p d−íi vμ chuyÒn nhiÖt gi¸n tiÕp

cho ®¸y th¸p d−íi dun s«i ®¸y th¸p d−íi sau ®ã khÝ ®−îc ®−a qua van tiÕt l−u T1 h¹

¸p xuèng cßn 7 at råi vμo phÝa gi÷a th¸p d−íi.


Trong th¸p d−íi cÊu tö khã bay h¬i lμ oxy sÏ ®i dÇn xuèng phÝa ®¸y th¸p (®¸y

th¸p lμ kh«ng khÝ láng giÇu oxy 35-40%). Cêu tö khã bay h¬i lμ Nit¬ sÏ ®i dÇn lªn

®Ønh th¸p, khÝ nμy l¹i chuyÒn nhiÖt gi¸n tiÕp cho ®¸y th¸p trªn ®un s«i th¸p trªn vμ

chÝnh b¶n th©n l¹i bÞ mÊt nhiÖt nªn ho¸ láng r¬i xuèng ®−îc ng−ng tô ë m¸ng chøa

6.

Kh«ng khÝ láng giμu oxy ë ®¸y th¸p d−íi ®−îc ®−a qua van tiÕt l−u T2 gi¶m ¸p

xuèng cßn ¸p su©t 1,5 at råi ®−îc ®−a vμo gÇn ®¸y th¸p trªn. Nit¬ láng ë m¸ng chøa

6 ®−îc ®−a qua van tiÕt l−u T3 gi¶m ¸p xuèng cßn 1,5 at vμ ®−îc ®−a dÇn vμo ®Ønh

th¸p trªn.

Trong th¸p trªn cÊu tö dÔ bay h¬i lμ N2 sÏ ®i dÇn lªn phÝa ®Ønh vμ cÊu tö khã

bay h¬i lμ O2 sÏ ®i dÇn xuèng phÝa ®¸y. §Ønh lμ N2 kho¶ng 99% vμ ë ®¸y th¸p trªn

nång ®é Oxy kho¶ng 96%.

3) Ph−¬ng ph¸p khÝ ho¸ than (ph−¬ng ph¸p nhiÖt ®é cao)

Ph−¬ng ph¸p nμy dïng c¸c t¸c nh©n Oxi hoÆc h¬i n−íc ph¶n øng víi than ®Ó

t¹o ra thμnh phÇn cña khÝ nguyªn liÖu.

- ChØ dïng t¸c nh©n lμ kh«ng khÝ th× ph−¬ng ph¸p thu ®−îc lμ khÝ ho¸ than kh«

(s¶n phÈm chñ yÕu CO, N2)

- ChØ dïng t¸c nh©n lμ h¬i n−íc th× ph−¬ng ph¸p thu ®−îc lμ khÝ ho¸ than −ít

(s¶n phÈm chñ yÕu CO, H2)

- Dïng t¸c nh©n lμ kh«ng khÝ vμ h¬i n−íc th× ph−¬ng ph¸p lμ khÝ ho¸ than Èm

(s¶n phÈm chñ yÕu CO, N2, H2)

Trong tμi liÖu nμy chØ ®Ò cËp ®Õn ph−¬ng ph¸p khÝ ho¸ than Èm.

Yªu cÇu cña than dïng khÝ ho¸:

o Than ph¶i cã ®é bÒn c¬ bÒn nhiÖt

o Cã tÝnh kÕt dÝnh thÊp

o Hμm l−îng xØ cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp ph¶i nhá

o Cã ho¹t tÝnh cao

S¬ ®å khÝ ho¸ than


Lß khÝ ho¸ ®−îc chia lμm 5 khu vùc

- khu vùc 1: khu vùc sÊy, than ®−îc sÊy do tiÕp xóc víi khÝ nãng ®i tõ d−íi lªn

- Khu vùc 2: Khu vùc ch−ng kh«, vïng nμy c¸c chÊt h÷u c¬ trong than bÞ nhiÖt

ph©n tho¸t ra khái than cßn than bÞ cèc ho¸.

- Khu vùc 3: khu vùc khö chÝnh. ë ®©y x¶y ra ph¶n øng gi÷a h¬i n−íc vμ than.

Mét phÇn CO2 bÞ khö trªn than t¹o thμnh CO.

C + H2O = CO + H2

C + 2H2O = CO2 + 2H2

C + CO2 = 2CO

Khu vùc 4: khu vùc oxy ho¸. Vïng nμy ph¶n øng gi÷a than vμ oxy do c¸c

ph¶n øng to¶ nhiÖt nªn nhiÖt ®é t¨ng nhanh chãng tíi møc gÇn nhiÖt ®é ho¸ mÒm

cña xØ.

C + 1/2O2 = CO

C + O2 = CO2

1

2

3

4

5

CO2 CO H2 H2O

O2

H

Nång ®é khÝ, %

DiÔn biÕn nång ®é khÝ theo chiÒu cao lß khÝ ho¸

N2

Than KhÝ lß

Kh«ng khÝ

H¬i n−íc


CO + 1/2O2 = CO2

Khu vùc 5: khu vùc xØ. Khu vùc nμy chÊt khÝ ho¸ tiÕp xóc víi khÝ than nãng

n©ng nhiÖt ®é tõ 60oC lªn kho¶ng 420oC ®ång thêi xØ nguéi vμ ®i ra ngoμi.

C + O2 = CO2

1) ph¶n øng tæng hîp NH3 vµ çc yÕu tè ¶nh h−ëng

1. C©n b»ng ph¶n øng

N2 + 3H2 = 2NH3 + Q

- §©y lμ ph¶n øng thuËn nghÞch, to¶ nhiÖt, gi¶m thÓ tÝch do ®ã nÕu nhiÖt ®é

gi¶m, ¸p suÊt t¨ng th× c©n b»ng chuyÓn dÞch vÒ phÝa ph¶I hiÖu suÊt tæng hîp t¨ng.

H»ng sè c©n b»ng :

3

22

3.

NH

HNP p

ppK =

Trong thùc tÕ ph¶n øng tiÕn hμnh ë ¸p suÊt cao çch xa so víi ®iÒu kiÖn lý t−ëng

nªn Kp kh«ng chØ phô thuéc vμo nhiÖt ®é mμ cßn phô thuéc vμo ¸p suÊt.

ITTTT

K P +−++−= − 27.10.8564,1.lg.4943,28,2077lg β

Trong ®ã : I lμ h»ng sè tÝch ph©n

β lμ hÖ sè hiÖu chØnh ®èi víi ¸p suÊt.

I vμ β phô thuéc vμo ¸p suÊt theo b¶ng sau.

P atm 100 300 600 1000

β 1,256.10-4 1,256.10-4 1,0856.10-3 2,6833.10-3

I - 2,113 - 2,206 - 3,059 - 4,473

* Çc yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn c©n b»ng ph¶n øng:

a. NhiÖt ®é vμ ¸p suÊt


0

20

40

60

80

100

0 200 400 600 800 1000

¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é vμ ¸p suÊt ®Õn c©n b»ng ph¶n øng

P(atm)

y*(%)

600

500

200

300400

Tõ ®å thÞ trªn ta thÊy:

- ë P = const th× nhiÖt ®é cμng thÊp nång ®é NH3 cμng cao

- ë T = const th× ¸p suÊt cμng cao nång ®é NH3 cμng cao

* ¸p suÊt

¸p suÊt cμng lín th× hiÖu suÊt tæng hîp cμng cao tuy nhiªn kh«ng thÓ t¨ng ¸p

suÊt mét c¸ch tuú ý mμ nã bÞ giíi h¹n bëi ®iÒu kiÖn an toμn cña d©y chuyÒn vμ thiÕt

bÞ. Trong c«ng nghiÖp ng−êi ta chia thμnh 3 lo¹i l−u tr×nh :

- L−u tr×nh thÊp ¸p : P = 100 – 200 atm. L−u tr×nh nμy Ýt ®−îc sö dông v×

hiÖu suÊt tæng hîp thÊp.

- L−u tr×nh trung ¸p : P = 280- 300 atm. L−u tr×nh nμy ®−îc øng dông phæ

biÕn nhÊt, tuy hiÖu suÊt ®¹t ®−îc ch−a cao nh−ng viÖc ®Çu t− cho d©y chuyÒn thiÕt

bÞ ban ®Çu cßn ®¸p øng ®−îc.

- L−u tr×nh cao ¸p : P = 450- 1000 atm. ChØ ®−îc ¸p dông ë c¸c n−íc cã nÒn

c«ng nghiÖp ph¸t triÓn.

* NhiÖt ®é

NhiÖt ®é cμng thÊp th× hiÖu suÊt tæng hîp cμng cao tuy nhiªn ph¶n øng nμy

ph¶i sö dông xóc t¸c nªn nhiÖt ®é sÏ bÞ giíi h¹n bëi nhiÖt ®é ho¹t tÝnh cña xóc t¸c.

Víi xóc t¸c sö dông lμ oxit s¾t tõ (Fe3O4) th× nhiÖt ®é thÝch hîp lμ 450- 500 oC.


ë ¸p suÊt P = 300 atm vμ nhiÖt ®é 500 oC nång ®é NH3 c©n b»ng chØ ®¹t

26,2%. Trong thùc tÕ chØ ®¹t 15 - 18%

b. ¶nh h−ëng cña tû lÖ N2/H2

0

10

20

30

40

50

0 1 2 3 4 5 6

¶nh h−ëng cña tû lÖ H2/N2

Qua nghiªn cøu ë cïng mét ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vμ ë c¸c ¸p suÊt kh¸c nhau

nång ®é NH3 lín nhÊt khi tû lÖ N2/H2 = 1:3 tû lÖ nμy còng phï hîp víi tû lÖ tiªu hao

theo ph¶n øng

c. ¶nh h−ëng cña khÝ tr¬ (CH4+Ar)

KhÝ tr¬ (CH4+Ar) lμm gi¶m ¸p suÊt riªng phÇn cña N2 vμ H2 lμm c©n b»ng

ph¶n øng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch v× vËy trong d©y chuyÒn sau khi ph©n li

NH3 ta phãng kh«ng mét l−îng khÝ t¹i ®iÓm cã nång ®é khÝ tr¬ lín nhÊt ®¶m b¶o

nång ®é khÝ tr¬ tõ 8-12%.

d. ¶nh h−ëng cña NH3 tuÇn hoμn

Khi ph©n ly kh«ng thÓ ph©n ly triÖt ®Ó NH3 do vËy trong hçn hîp khÝ tuÇn

hoμn lu«n cã mét l−îng NH3 lμm c©n b»ng ph¶n øng chuyÓn dÞch theo chiÒu nghÞch

gi¶m hiÖu suÊt tæng hîp. Do vËy khi ph©n ly ta ph¶i gi¶m nhiÖt ®é sao cho l−îng

NH3 tuÇn hoμn < 0,5%

2. S¬ ®å s¶n xuÊt NH3


S¶n xuÊt HNO3

1)TÝnh chÊt vµ øng dông

TÝnh chÊt

Tkt = - 42 C0, ts = 83 C0

HNO3 khan kh«ng bÒn ë ®iÒu kiÖn th−êng

Lμ mét axit rÊt m¹nh, oxy ho¸ hÇu hÕt c¸c hîp chÊt h÷u c¬ vμ kim lo¹i

Hçn hîp HCl & HNO3 (3:1) lμ n−íc c−êng toan

2HNO3 ⎯⎯ →⎯0200C 2NO2 +

21 O2 + H2O

øng dông

75% dïng s¶n xuÊt muèi Nitrat lμm ph©n kho¸ng

15% s¶n xuÊt lμm thuèc næ

Dïng s¶n xuÊt chÊt mμu vμ lμm xóc t¸c

H2

O

NH3h

VÒ kho hø

2 3 4

5

6

78

8

9

1 KhÝ míi

H×nh D©y chuyÒn tæng hîp NH3


2) Mét sè ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt

H2SO4 + 2NaNO3 = Na2SO4 + 2HNO3

N2 + O2 ⎯⎯⎯⎯ →⎯ AV 75,0.8000 2NO

N¨m 1800 NH3 + O2 ⎯⎯ →⎯ 32OFe NO + H2O

N¨m 1839 sö dông xóc t¸c Pt

3) Qu¸ tr×nh s¶n xuÊt HNO3 lo·ng

a) Oxy ho¸ NH3

2NH3 + 25 O2 ⎯→⎯xt 2NO + 3H2O + Q (1)

2NH3 + 2O2 ⎯→⎯xt N2O + 3H2O + Q (2)

2NH3 + 23 O2 ⎯→⎯xt N2 + 3H2O + Q (3)

Vïng kh«ng cã xóc t¸c

2NO → N2 + O2 - Q (4)

3NO +2NH3 → 25 N2 + 3H2O (5)

ë 900 C0 cã K1 = 1051, K2 = 1061, K3 = 1067

Çc h»ng sè c©n b»ng rÊt lín chøng tá çc ph¶n øng 1,2,3 lμ çc ph¶n øng mét

chiÒu,

- Muèn t¹o ra s¶n phÈm mong muèn chóng ta ph¶i sö dông tÝnh chän läc cña xóc

t¸c. Trong s¶n xuÊt sö dông xóc t¸c Pt hoÆc hîp kim cña Pt ®Ó t¹o ra NO

- Khi nhiÖt ®é t¨ng kh¶o s¸t cho thÊy tèc ®é ph¶n øng vμ hiÖu suÊt chuyÓn ho¸ t¨ng

lªn. Tuy nhiªn nhiÖt ®é cao sÏ g©y ¨n mßn thiÕt bÞ vμ t¨ng tæn thÊt Pt.

- H¹n chÕ ph¶n øng phô b»ng çch h¹n chÕ vïng kh«ng cã xóc t¸c, th−êng ®Æt çc

líp xóc t¸c sÝt víi nhau ®Ó h¹n chÕ kho¶ng trèng

- Tû lÖ O2/NH3 cμng thÊp th× hiÖu xuÊt t¹o NO cμng nhá nªn th−êng ph¶i t¨ng tû lÖ

nμy b»ng çch dïng d− O2 kho¶ng 30% lμ thÝch hîp tøc O2/NH3 ~ 1,7÷2,0


b) Oxy ho¸ NO

2NO2 + O2 = 2NO2 + Q (1)

NO + NO2 = N2O3 + Q (2)

2NO2 = N2O4 + Q (3)

S¶n xuÊt ph¶i thóc ®Èy ph¶n øng 1 ®Ó t¹o nhiÒu NO2, hÊp thô NO2 sÏ t¹o ra HNO3

- §Ó t¨ng hiÖu xuÊt chuyÓn ho¸ ph¶n øng 1 th× cÇn gi¶m nhiÖt ®é vμ t¨ng ¸p

suÊt. ë nhiÖt ®é nhá h¬n 200 C0 th× ph¶n øng 1 x¶y ra hoμn toμn, trªn 700 C0

ph¶n øng 1 kh«ng x¶y ra. NhiÖt ®é cμng thÊp th× tèc ®é ph¶n øng cμng nhanh.

HÊp thô NO2 b»ng H2O t¹o HNO3 lo·ng.

Hçn hîp khÝ sau khi oxy ho¸ bao gåm NO, NO2, N2O3, N2O4(NO kh«ng ph¶n øng

víi n−íc).

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2 + Q

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2 + Q

N2O3 + H2O = 2HNO2 + Q

HNO2 ph©n huû nhanh chãng theo ph¶n øng:

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O - Q

NO + 21 O2 = NO2 + Q

§Ó t¨ng tèc ®é hÊp thô th× cÇn ph¶i t¨ng tèc ®é ph©n huû HNO2 víi c¸c biÖn ph¸p:

- khuÊy trén

- Dïng dung dÞch axit lo·ng hÊp thô.

- T¨ng nhiÖt ®é (t<40 C0), nhiÖt ®é cao h¬n th× Oxy hoμ tan Ýt, tèc ®é oxy ho¸

NO l¹i gi¶m xuèng.

- Thùc hiÖn hÊp thô ë ¸p suÊt cao 15-20 at ®Ó t¨ng hiÖu suÊt hÊp thô, tbÞ còng

gän h¬n

- T¨ng nång ®é NO2 th× hiÖu suÊt hÊp thô còng t¨ng lªn.


S¬ ®å tæng hîp HNO3


Ch−¬ng 3 C¤NG NGHÖ PH¢N KHO¸NG §IÖN HãA I- S¶n xuÊt supe l©n ®¬n

1.Tính chÊt: Lμ ph©n bãn mang tÝnh axit, cã mμu x¸m. khèi l−îng riªng 1,5g/cm3

Cung cÊp chÊt dinh d−ìng lμ P

Thμnh phÇn chñ yÕu bao gåm Ca(H2PO4)2.H2O vμ CaSO4, ngoμi ra còn có nhiÒu

chÊt kh¸c nh− FePO4, AlSO4, SiO2�.

Hμm l−îng dinh d−ìng cña ph©n bãn 16-18%.

2.Nguyên liÖu s¶n xuÊt

- axit H2SO4

- quÆng phèt phát(quÆng Apatit Ca5F(PO4)3 vμ Canxi Phèt phát Ca3(PO4)2)

3. S¬ ®å khèi s¶n xuÊt

QuÆng Apatit

SÊy nghiÒn (0,16mm)

Axit H2SO4

(98%)

Pha lo·ng(65%)

Lμm m¸t(60 0C)

Trén ®Òu

Trung hßa Axit du (V«i, NH3...)

ñ

Supe thμnh phÈm


4.C¬ së ho¸ lý

Khi cho quÆng tiÕp xúc víi axit thì x¶y ra ph¶n øng tæng quát sau:

2Ca5F(PO4)3 + 7H2SO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O + 7CaSO4 + 2HF

Thùc tÕ ph¶n øng ph©n huû quÆng x¶y ra theo hai giai ®o¹n

G®1: Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 3H3(PO4) + 5CaSO4 + HF

G®2: Ca5F(PO4)3 + 7H3SO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2.H2O + 2HF

Giai ®o¹n 1 x¶y ra trong kho¶ng thêi gian 20-40 phót giai ®o¹n nμy kÕt thóc khi

aixt H2SO4 ph¶n øng hÕt. Giai ®o¹n 2 x¶y ra trong kho¶ng thêi gian 6-20 ngμy. Giai

®o¹n nμy chËm do quÆng bÞ ph©n huû bëi axÝt yÕu h¬n, c¸c chÊt tham gia ph¶n øng

kÕt khèi nªn kh«ng linh ®éng, Mμng tinh thÓ CaSO4 vμ Ca(H2PO4)2.H2O bao bäc

h¹t quÆng không cho Axit tiÕp xúc víi quÆng.

5.C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng

a)L−îng axit sö dông: Khi t¨ng sö dông l−îng axit trªn mét ®¬n vÞ khèi l−îng

quÆng thì cho thÊy tèc ®é ph©n huû quÆng t¨ng vμ møc ®é ph©n huû quÆng t¨ng.

Trong s¶n xuÊt chØ dïng d− tõ 6-10% axit vì:

- d− nhiÒu axit lμm lãng phí nguyên liÖu

- Khi d− axit thì ph¶i trung hoμ nên l¹i ®em t¹p chÊt vμo s¶n phÈm

b)¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é

CH2SO4 % t C0

61- 65 65-75

66 60-70

67 55-65

68 50-60

Cø øng víi mçi mét nång ®é axit thì có mét nhiÖt ®é thÝch hîp. NhiÖt ®é nμy sÏ t¹o

ra tinh thÓ lín lμm cho líp mμng tinh thÓ sÏ cã khe hë lín.


c)¶nh h−ëng cña nång ®é axit H2SO4

Trªn ®å thÞ cho thÊy møc ®é ph©n huû quÆng ®¹t gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i nång ®é kho¼ng

30 vμ 66%(vÞ trÝ c¸c cùc ®¹i nμy phô thuéc vμo lo¹i quÆng). Møc ®é ph©n huû ë

nång ®é 30% thì cao h¬n. Trong s¶n xuÊt trän nång ®é 66% víi môc ®Ých t¹o ra

s¶n phÈm kh« t¬i xèp.

d)¶nh h−ëng cña kÝch th−íc h¹t quÆng

KÝch th−íc nhá sÏ t¨ng ®−îc diÖn tÝch tiÕp xóc, líp mμng tinh thÓ bao bäc nhá nªn

axit dÔ thÊm qua ph©n huû quÆng. Nh−ng nghiÒn quÆng kÝch thø¬c qu¸ nhá l¹i lμm

t¨ng chi phÝ nghiÒn, vμ tæn thÊt quÆng.

e) ¶nh h−ëng cña khuÊy trén vµ thêi gian ®¶o trén

KhuÊy trén t¨ng ®−îc qu¸ trình khuyÕch tán, tránh hiÖn t−îng qu¸ bão hoμ lμm kÕt

tinh côc bé trên h¹t quÆng. Nên lμm t¨ng møc ®é vμ tèc ®é ph©n huû quÆng. Thêi

gian ®¶o trén cμng nhiÒu thì quá trình khuÊy trén tèt. Tuy nhiên thêi gian lâu sÏ

không có lîi bëi khèi ph¶n øng kÕt khèi sÏ lμm gãy cánh khuÊy, bùn ph¶n øng khó

vËn chuyÓn sang công ®o¹n kh¸c. Thùc tÕ ®èi víi quÆng Apatit Lμo cai thêi gian

l−u tõ 2-4 phót lμ thÝch hîp.

1) S¬ ®å c«ng nghÖ


21

25

4344

34

33

38 39

22 2423 2826 27 2930 31 32 36 37

35

Xuè

ng t

run

g h

oμ

®î

t 1

47

45

46424140

1 2 3 5 6

9

10

11

13

14

12

16

17 18 19

20

7 8 214

12

15

Nø¬c lμm m¸t

s¬ ®å d©y chuyÒn s¶n xuÊt supe phèt ph¸t ®¬n

Qu¹t hót sau sÊy6

Tªn gäiT.T

Hép gi¶m tèc

Qu¹t cÊp giã

§éng c¬ chuyÒn ®éng

M¸y ®Ëp bóa

3

Buång ®èt12

54

Xyclon nhãm 619

Xyclon nhãm 4

B¨ng t¶i quÆng sau sÊy

M¸y nghiÒn bi

Qu¹t hót sau nghiÒn

Bun ke chøa quÆng

M¸y sÊy thïng quay

987

1110

12

M¸y cung cÊp liÖu

ThiÕt bÞ ph©n ly c¬ häc

ThiÕt bÞ t¸ch giät

Bunke chøa quÆng sau sÊy

16

Läc bôi u'ít

1413

15

Xyclon ®¬n

1718

Thïng trén25 Thïng cao vÞ chøa nó¬c

Bunke chøa bét Appatit

Thóng cao vÞ chøa axit

B¨ng t¶i bét Apatit

22

Läc bôi ø¬t2021

2324

èng phãng kh«ng

Gi¶m tèc karusel

Phßng ho¸ thμnh

Thïng chøa axit

Th¸p hÊp thô

282726

BÓ hÊp thô

3029

31

VÝt t¶i trõ s©u44

M¸y ly t©m38

Thïng ph¶n øng

Thïng chøa NaCl

Qu¹t hót khÝ Flo

Thïng cao vÞ chøa H2SiF6

Thïng chøa H2SiF635

B¬m H2SiF63332

34

3637

Thïng hoμ muèi

Thïng chøa nø¬c muèi

Lß sÊy thuèc trõ s©u

B¨ng t¶i thuèc trõ s©u

41 Qu¹t hót

3940

4243

M¸y ®¸nh tung Kho ñ suppe tu¬i

B¨ng t¶i suppe tu¬i

474645

S¶n xuÊt phân lân nung ch¶y

1.Giíi thiÖu

Có hình dáng bÒ ngoμi gièng thuû tinh, kh«ng tan trong n−íc nh−ng tan trong dÞch

axit xitric(do rÔ c©y tiÕt ra). Lμ ph©n bãn mang tÝnh kiÒm vμ chËm tan.

2. Nguyên liÖu s¶n xuÊt.

- QuÆng apatit lo¹i II (P2O5 22-28%)

- ChÊt trî dung cung cÊp MgO: §«l«mÝt([Ca,Mg]CO3), Manhêzit MgCO3 ,

Secpentin 3MgO.2SiO2.2H2O

- ChÊt trî dung cung cÊp SiO2: Sa th¹ch (SiO2 > 96%)

- H¹t quÆng ®−îc gia c«ng tíi kÝch th−íc d = 11-90 mm


3) S¬ ®å s¶n xuÊt

QuÆng Apatit Lo¹i II

§Ëp nghiÒn Sμn(10-15mm)

§¸ xÇ v©n

Trén ®Òu

Lß cao (1450 0C)

Lμm l¹nh nhanh (b»ng nuãc)

Vít b¸n s¶n phÈm ®Ó r¸o



Sa th¹ch Than


SÊy nghiÒn thμnh s¶n phÈm

4) Nguyên lý s¶n xuÊt

QuÆng phèt ph¸t ®−îc trén víi chÊt trî dung theo mét tû lÖ nhÊt ®Þnh sau ®ã ®−îc

®−a vμo lò nung ë nhiÖt ®é cao (1450 C0) ho¸ láng hoμn toμn phèi liÖu. Sau ®ã lμm

l¹nh ®ét ngét phèi liÖu nãng ch¶y b»ng dòng n−íc ¸p lùc cao tõ 3-4 at. Phèi liÖu sÏ

®ãng r¾n vμ vì vôn thμnh c¸c h¹t nhá gièng nh− thuû tinh.


Lμm l¹nh ®ét ngét ®Ó gi÷ cho Ca3(PO4)2 ë d¹ng v« ®Þnh hình (cây trång hÊp thô

®−îc) Tèc ®é lμm l¹nh cμng nhanh thì chuyÓn hoá thμnh d¹ng vô ®Þnh hình cμng

lín. §Ó lμm l¹nh nhanh cÇn sö dông nhiÒu n−íc lμm l¹nh hoÆc nung ch¶y qu¸ nhiÖt

phèi liÖu ®Ó ®−êng kÝnh giät phèi liÖu nhá.

VËt liÖu h¹t sau lμm l¹nh nhanh ®−îc ph©n ly t¸ch khái n−íc råi tiÕn hμnh sÊy

nghiÒn sÏ t¹o ra s¶n phÈm. NhiÖt ®é sÊy còng kh«ng nªn v−ît qu¸ 750 °C ®Ó tr¸nh

bÞ chuyÓn cÊu tróc m¹ng

Mét sè ph¶n øng x¶y ra khi nung:

2Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O → 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF

4Ca5F(PO4)3 + 3SiO2 → 6Ca3(PO4)2 + 2CaSiO3

2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C → 6CaSiO3 + 10CO + P4

5)Vai trò cña các thµnh phÇn chính trong phèi liÖu:

- P2O5 : §©y chÝnh lμ thμnh phÇn cung cÊp dinh d−ìng cho c©y, hμm l−îng trong s¶n

phÈm cμng cao thì chÊt l−îng ph©n bãn cμng tèt. Nh−ng hμm l−îng nμy trong phèi

liÖu mμ lín h¬n 25% thì sÏ lμm t¨ng nhiÖt ®é nãng ch¶y vμ t¨ng tèc ®é kÕt tinh.

- CaO: hμm l−îng cμng nhiÒu thì cμng lμm t¨ng nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phèi liÖu,

SiO2 cã thÓ lμm gi¶m ®−îc t¸c h¹i nμy

- SiO2 : Khi nóng ch¶y sÏ tan lÉn vμo trong m¹ng tinh thÓ Apatit lμm suy yÕu lùc

liên kÕt t¹o nên m¹ng. SiO2 cã t¸c dông h¹ thÊp nhiÖt ®é chuyÓn m¹ng, nhiÖt ®é

nãng ch¶y, gi¶m tèc ®é kÕt tinh. Khi nhiÒu SiO2 sÏ lμm t¨ng nhiÖt ®é nãng ch¶y cña

phèi liÖu vμ lμm tæn thÊt P2O5.

- MgO : lμm gi¶m nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phèi liÖu, lμm gi¶m ®é nhít, tèc ®é kÕt

tinh. Tuy nhiªn nhiÒu MgO sÏ lμm t¨ng nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phèi liÖu

- F,Al2O3 , Fe2O3 : Flo lμm t¨ng tèc ®é kÕt tinh MgO,SiO2 l¹i gi¶m tác h¹i cña Flo

Oxyt s¾t vμ nh«m hμm l−îng v−ît qu¸ 5% sÏ lμm t¨ng nhiÖt ®é nãng ch¶y cña phèi

liÖu. Kh«ng cã hai oxyt nμy thì l¹i gi¶m hiÖu xuÊt chuyÓn hoá.


52OP

MgO

nn

= 2-3 ; CaO

MgO

nn

= 0.5-1 ; 2SiO

CaOMgO

nnn +

= 1,8 -2,7

III- Tæng hîp Urê

1)Giíi thiÖu

Có cÊu trúc tinh thÓ, không mμu, không mùi

NhiÖt ®é nãng ch¶y 132 C0 tan nhiÒu trong n−íc , r−îu, NH3. Khi nung ë nhiÖt ®é

cao thì bÞ phân huû.

§−îc øng dông s¶n xuÊt d−îc phÈm, sîi nh©n t¹o, nhùa keo nhân t¹o, tÈy s¹ch dÇu

mì, vç béo gia súc, lμm phân bón.

2)S¬ ®å khèi s¶n xuÊt.


KhÝ hãa than

Thôc hiÖn tæng hîp ë 200 oC, 200 at

HÊp thô CO2

N2,CO2,H2

Than, khÝ ®èt

Dung dich hÊp thô CO2

KhÝ N2, H2

Tæng hîp t¹o NH3Nh¶ hÊp thô, tho¸t khÝ CO2

Chung c« ®Æc Ure

T¹o h¹t

KhÝ N2,H2, CO2 tuÇn hoμn s¶n xuÊt

3)C¬ së ho¸ lý s¶n xuÊt

Cho CO2 vμ NH3 ph¶n øng víi nhau ë ¸p suÊt 200at vμ ë nhiÖt ®é 200 C0

NH3 + CO2 ↔ NH2COONH4 + 68 kcal

NH2COONH4 ↔ CO(NH2)2 + H2O - 6,8 kcal

Ph¶n øng tæng quát cña quá trình

NH3 + CO2 ↔ CO(NH2)2 + H2O + Q


Quá trình tæng hîp sÏ t¹o ra hai pha

Pha khí gåm CO2, H2O, NH3

Pha láng gåm CO(NH2)2, NH2COONH4, NH3, H2O

Urê chØ t¹o ra trong pha láng do NH2COONH4 r¾n phân gi¶i rÊt chËm, còn tr¹ng

thái láng nó phân gi¶i nhanh chóng t¹o Urê.

Quá trình tæng hîp urê có hiÖu xuÊt kho¶ng 60%. ®Ó n©ng cao hiÖu xuÊt tæng hîp

thì cÇn thùc hiÖn ph¶n øng ë nhiÖt ®é cao qu¸ 200 C0 ®Ó h¹n chÕ ph¶n øng phô,

®ång thêi cÇn tuÇn hoμn l¹i nguyªn liÖu ch−a ph¶n øng.

4) C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng

a) ¶nh h−ëng cña ¸p suÊt

Kh¶o sát cho thÊy hiÖu suÊt cμng cao thì hiÖu xuÊt chuyÓn hoá vμ tèc ®é ph¶n øng

cμng cao. Tèc ®é t¹o thμnh NH2COONH4 tû lÖ bình ph−¬ng so víi ¸p suÊt. ¸p suÊt

cao h¹n chÕ ®−îc c¸c ph¶n øng phô. Nh−îc ®iÓm nÕu ¸p suÊt cμng cao thì chi phí

vËn hμnh sÏ t¨ng vät.

b) ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é nãng ch¶y NH2COONH4

Urê chØ t¹o ra khi NH2COONH4 ë tr¹ng thái ch¶y láng. NH2COONH4 tinh khiÕt cã

nhiÖt ®é nãng ch¶y 152 C0 , ph¶n øng cã nhiÒu chÊt míi sÏ lμm gi¶m ®−îc nhiÖt ®é

nãng ch¶y cña NH2COONH4 (vì t¹o ra các ®iÓm etecty) hçn hîp 50% Urª vμ 50%

NH2COONH4 cã nhiÖt ®é nãng ch¶y 98 C0.

c)¶nh h−ëng cña H2O

N−íc ban ®Çu cã t¸c dông thóc ®Èy t¨ng tèc ®é ph¶n øng do lμm xuÊt hiÖn pha

láng. Nh−ng khi nhiÒu n−íc l¹i lμm gi¶m hiÖu xuÊt chuûªn ho¸ do ph¶n øng tæng

hîp thuËn nghÞch vμ t¹o ra n−íc.

d) ¶nh h−ëng cña CO2 d−

CO2 d− kh«ng ¶nh h−ëng tíi ph¶n øng tæng hîp do ph¶n øng tæng hîp ë trong pha

láng còn CO2 d− ë pha khÝ. CO2 d− lμm t¨ng chi phÝ thu håi nguyªn liÖu, t¨ng ¸p

suÊt cña thiÕt bÞ. S¶n xuÊt kh«ng dïng d− CO2.

e) ¶nh h−ëng cña NH3 d−


Cã t¸c dông lμm gi¶m tèc ®é ¨n mòn thiÕt bÞ, h¹n chÕ các ph¶n øng phô, t¨ng hiÖu

xuÊt chuyÓn ho¸, liªn kÕt víi n−íc lμm gi¶m t¸c h¹i cña n−íc ®èi víi ph¶n øng tæng

hîp. Khi d− nhiÒu NH3 sÏ lμm t¨ng chi phÝ thu håi do vËy thùc tÕ dïng tû lÖ

NH3/CO2 = 4 .

CO(NH2)2 ↔ NH2CONHCONH2 + NH3

f) ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é vµ thêi gian ®un nãng

Khi t¨ng nhiÖt ®é thì tèc ®é ph¶n øng vμ hiÖu xuÊt ph¶n øng ®Òu t¨ng. Nh−ng ®å

thÞ cho thÊy lμ ë nhiÖt ®é lín h¬n 180 C0 nÕu ®un nãng l©u sÏ lμm gi¶m hiÖu xuÊt

chuyÓn ho¸ do x¶y ra c¸c ph¶n øng phô. Nhμ m¸y ®¹m hμ b¾c thùc hiÖn ph¶n øng ë

200 C0 víi thêi gian ®un nãng lμ 30 ph.

IV) §iÖn ph©n dung dÞch s¶n xuÊt NaOH, Cl2, H2

1)§iÒu kiÖn thùc hiÖn qu¸ trình ®iÖn ph©n

®Ó ®iÖn ph©n mét chÊt nμo ®ã thì ph¶i ®Æt vμo bªn ngoμi mét ®iÖn thÕ lín h¬n ®iÖn

thÕ ph©n huû cña chÊt ®ã.

E®p > Eh = ( Ea - Ek ) + (ηa + ηk ) + IR

Trong ®ã : ( Ea - Ek ) ®iÖn thÕ ph©n cùc

(ηa + ηk ) quá thÕ

IR ®iÖn thÕ r¬i

2)ThiÕt bÞ ®iÖn ph©n sö dông cat«t r¾n

3)Yêu cÇu dung dÞch

NaCl 310 g/l

NaOH 0,2-0,3 g/l

Na2CO3 0,2 – 0,5 g/l

T 60- 70C0

Dung dÞch trong suèt, trung tính

4) Quá trình ®iÖn ph©n trªn Cat«t r¾n (Fe)

Dung dÞch muèi có quá trình phân ly nh− sau:

NaCL → Na+ + Cl-


H2O → H+ + OH-

D−íi t¸c dông cña dòng ®iÖn mét chiÒu bªn ngoμi ®Æt vμo çc ion ©m sÏ di chuyÓn

vÒ cùc d−¬ng, çc ion d−¬ng di chuyÓn vÒ cùc ©m.

� Trên Catôt (Cùc âm) SÏ tËp trung Ion H+ ,Na+

ϕ0 Na+/Na = -2,7 (V)

ϕ0 H+/H2 = 0 (V)

Trong dung dÞch muèi trung tính giá trÞ thÕ Oxy hoá khö cña

ϕ Na+/Na ~ -2,66 (V)

ϕ H+/H2 ~ - 0,41 (V)

Sè liÖu trªn cho thÊy thÕ oxy ho¸ khö cña Natri rÊt bÐ so víi hydro, ®ång thêi qu¸

thÕ cña nã trªn ®iÖn cùc r¾n còng rÊt lín. Do vËy ®iÖn thÕ ph©n huû cña Natri rÊt lín

nªn natri kh«ng tham gia ph¶n øng ë ®iÖn cùc. ChØ cã ion H+ vμ H2O tham gia

H+ + e → H

H2O + e → H + OH-

2H → H2

� Trªn An«t (Cùc d−¬ng): TËp trung ion CL-, OH-

ϕ0 Cl2/2Cl- = 1,36 (V)

ϕ0 O2/4OH- = 0,41 (V)

Trong dung dÞch muèi bão hoμ thÕ oxy hoá khö cña Clo vμ Oxy có giá trÞ xÊp xØ

ϕ Cl2/2Cl- ~ 1,32 (V)

ϕ O2/4OH- ~ 0,82 (V)

Gi¸ trÞ ®iÖn thÕ cña chóng xÊp xØ nhau do vËy khi ®iÖn ph©n c¶ Clo vμ Oxy cã thÓ

tho¸t ra ®ång thêi. §Ó khèng chÕ cho Clo tho¸t ra tr−íc chóng ta cÇn t¨ng ®iÖn thÕ

ph©n huû cña Oxy b»ng çch t¨ng qu¸ thÕ tho¸t oxy. Çch t¨ng qu¸ thÕ sö dông çc

®iÖn cùc ®Æc biÖt nh− Pt, Ti , Ti-Pt. §ång thêi dïng dung dÞch muèi cã nång ®é cao

®Ó gi¶m thÕ oxy ho¸ khö cña Clo, nhiÖt ®é dung dÞch cao ®Ó cho Clo tho¸t ra dÔ

rμng(gi¶m ®−îc qu¸ thÕ cña Clo)


Ph¶n øng t¹i Anèt

2Cl- - 2e → Cl2

Tóm l¹i quá trình ®iÖn ph©n x¶y ra nh− sau:

2NaCl + 2H2O ⎯⎯→⎯dpdd 2NaOH + H2 + Cl2

5) quá trình ®iÖn ph©n sö dông Cat«t láng (Hg)

Quá trình Anôt còng t−¬ng tù nh− trªn

Trªn Cat«t láng do Na t¹o Hçn hèng víi Hg nªn ®iÖn thÕ phãng ®iÖn cña Na dÞch

vÒ phÝa d−¬ng h¬n vμ d−¬ng h¬n c¶ so víi Hy®r«. Nãi c¸ch kh¸c ®iÖn thÕ ph©n huû

cña Na bÐ h¬n so víi Hy®r« do vËy khi ®iÖn ph©n Na tho¸t ra tr−íc.

Na + nHg → NaHgn

NaHgn + H2O → NaOH + 0.5H2 + nHg .

V- S¶n xuÊt Pin khô Mn-Zn

a)CÊu t¹o

1 23

4

1. Cäc than2. Bao than3. GiÊy 4. Vá KÏm

CÊu t¹o Pin

Vá lμm b»ng Zn ®ãng vai trò lμm cùc âm(Anôt).

Cùc d−¬ng (Kat«t) : chÕ t¹o tõ bét MnO2, bét Graphit, muéi than, NH4Cl, ZnCL2,

H2O ®−îc trén ®Òu sau ®ã nhåi Ðp thμnh khèi theo vá, khèi nμy gäi lμ bao than vμ

gi÷a bao than cã cäc than dÉn ®iÖn ë gi÷a.


Gi÷a cùc d−¬ng vμ cùc ©m lμ ®iÖn dÞch NH4Cl, ®iÖn dÞch nμy ®−îc tÈm vμo giÊy,

thªm hå tinh bét ®Ó chuyÓn dÞch sang d¹ng kh« h¬n.

b)C¬ chÕ phãng ®iÖn

- Trªn cùc d−¬ng: Khi phãng ®iÖn Ion H+ tõ ®iÖn dÞch chui qua líp ®iÖn tÝch kÐp vμ

chuyÓn vμo MnO2, H+ bÞ trung hoμ bëi ®iÖn tö tù do ®ång thêi Mn bÞ khö xuèng sè

Oxy hãa thÊp.

MnO2 + e + H+ → MnOOH

Khi phãng ®iÖn sÏ giÇu MnOOH thì Mn có thÓ tån t¹i theo các d¹ng sau

MnOOH + e + H+ → Mn(OH)2

MnOOH + e + 3H+ → Mn2+ + 2H2O

- Trªn cùc ©m: Zn phãng ®iÖn

Zn - 2e → Zn2+

Zn + 2H2O - 2e → Zn(OH)2 + 2H+ (m«i tr−êng trung tÝnh vμ kiÒm)

Zn + H2O - 2e → ZnO + 2H+ (M«i tr−êng axit yÕu)

c)TÝnh n¨ng cña pin

- søc ®iÖn ®éng: cã gi¸ trÞ tõ 1,5-1,9 V , sdd nμy phô thuéc vμo nång ®é ®iÖn dÞch

vμ b¶n chÊt MnO2.

- Dung l−îng cña Pin phô thuéc vμo kÝch th−íc cña Pin, nhiÖt ®é m«i tr−êng vμ thêi

gian b¶o qu¶n. pin cμng lín dung l−îng cμng lín. NhiÖt ®é thÊp dung l−¬ng cao do

®iÖn trë pin lín, nhiÖt ®é cao dung l−îng cña pin thÊp do tù phãng ®iÖn.

P− tù phãng

Zn + O2 + H2O → Zn(OH)2

MnO2 + H2O → MnOOH + O2.

VI.S¶n xuÊt ¾c quy

1)Giíi thiÖu

2)CÊu t¹o: (+)PbO2/H2SO4/Pb(-)


Sù x¾p xÕp lá cùc

Cùc d−¬ng: gåm s−ên cùc vμ bét cùc. S−ên cùc cã vai trò gi÷ bét cùc, bét

®−îc chÕ t¹o tõ bét Pb, PbO2, H2SO4, H2O, sîi hóa häc

Cùc âm: gåm cã s−ên cùc,bét cùc. Bét ®−îc chÕ t¹o tõ bét Pb, PbO2, H2SO4,

H2O, sîi hóa häc, BaSO4, NH4SO4, phô gia�


Lá cách: có vai trò ko cho chËp cùc d−¬ng vμ cùc ©m, gi÷ cho bét cùc ko bÞ

r¬i. cã thÓ ®−îc lμm tõ sîi thñy tinh, giÊy, nhùa Polyme xèp (®Ó cho chÊt phãng

®iÖn ®i qua)

§iÖn dÞch: dùng axit H2SO4 cã nång ®é 30% (d~1,22) vì nång ®é nμy dung

dÞch cã ®iÖn trë thÊp.

3) C¬ chÕ phãng n¹p

Khi n¹p ®iÖn thì ë trên cùc âm sÏ khö PbSO4 thμnh Pb, cùc d−¬ng oxy hãa PbSO4

thμnh PbO2

(-) PbSO4 – 2e = Pb + SO22—

(+) PbSO4 + 2H2O +2e = PbO2 + H2SO4 + 2H+

Khi phãng ®iÖn thì x¶y ra quá trình ng−îc l¹i víi qu¸ trình n¹p

Cùc âm x¶y ra quá trình oxy hóa Pb thμnh PbSO4, cùc d−¬ng khö PbO2 thμnh

PbSO4

(-) Pb + SO22— -2e = PbSO4

(+)PbO2 + H2SO4 + 2H+ +2e = PbSO4

Ph¶n øng phãng n¹p ®iÖn tæng qu¸t:

Pb + PbO2 + H2SO4 ⎯⎯→← pn, 2PbSO4 + 2H2O

Khi ¾c quy sö dông thêi gian dμi thì PbSO4 thay ®æi cÊu tróc nªn ko tham gia ph¶n

øng phãng ®iÖn.

Khi phãng ®iÖn sÏ lμm nòng ®é H2SO4 gi¶m , khi n¹p thì nång ®é axit nμy l¹i t¨ng.

qu¸ trình sö dông sÏ bay h¬i n−íc(®èi víi ¾c quy hë) nªn chóng ta ph¶i bæ xung

thªm n−íc cÊt ®Þnh kú.

3) TÝnh n¨ng cña ¾c quy

- Søc ®iÖn ®éng cña ¾c quy:


E = ϕa - ϕk +

FRT ln aH2SO4 . søc ®iÖn ®éng phô thuéc vμo nhiÖt ®é m«i tr−êng ,

ho¹t ®é cña axit vμ b¶n chÊt Pb, PbO2

- §iÖn thÕ cña ¾c quy

Vn = E + Epc/n + Inrn

Vp= E - Epc/p + Iprp

Trong ®ã Vn, Vp lμ ®iÖn thÕ khi n¹p vμ khi phãng

Epc/n, Epc/p lμ søc ®iÖn ®éng ph©n cùc khi n¹p vμ khi phãng

Inrn, Iprp lμ ®iÖn thÕ r¬i ~ 0 (v)

- ®iÖn trë trong cña ¾c quy rn, rp nhá kh«ng ®¸ng kÓ

- Dung l−îng cña ¾c quy phô thuéc vμo cÊu t¹o l¸ cùc, nång ®é axit, nhiÖt ®é.

L¸ cùc cμng dμy xèp thì dung l−îng cμng t¨ng, dung l−îng lín nh¸t khi nång

®é axit kho¶ng 30%. NhiÖt ®é cao ¾c quy sÏ tù phãng ®iÖn, thÊp thì ®iÖn trë

l¬n.


Chương IV CÔNG NGHỆ CÁC CHẤT HỮU CƠ I-Dầu mỏ và chế biến dầu mỏ

1. Khái niệm: là hỗn hợp phức tạp của các chất hữu cơ có màu từ nâu đến đen, có

độ nhớt lớn. Thành phần chính là các hydrocacbon, ngoài ra còn chứa nhiều hợp

chất hữu cơ khác, muối khoáng và oxyt

2. Chuẩn bị chế biến dầu mỏ để gia công

a)Tách khí và ổn định dầu

Dầu mỏ thường ở sâu trong lòng đất hoặc đáy biển do nén ở áp suất rất cao nên hòa

tan nhiều khí. Chúng ta phải tách các khí này trước khi chế biến chúng nếu không

các khí này sẽ gây áp suất cao trong các đường ống dẫn và thiết bi, làm rối loạn chế

độ làm việc, bay ra ngoài gây lãng phí, làm cháy nổ. Do vậy chúng ta cần tách khí

ra khỏi dầu.

Tách khí bằng cách là giảm áp suất hoặc gia nhiệt nhẹ (100- 130 0C)

Sau khi tách khí còn một lượng xăng nhẹ, ta tiếp tục tách xăng nhẹ bằng cách

chưng luyện ở nhiệt độ thấp.

b) Làm sạch dầu

Trong dầu mỏ thường chứa nhiều nước và muối và các oxyt vv..

Các tạp chất này gây ăn mòn thiết bị, làm giảm nhiệt trị của dầu, làm quá trình cháy

không đều.

Tách các tạp chất cơ học bằng cách lắng lọc nhiều lần

Tách muối bằng cách hòa tan muối bằng nước nóng rồi để lắng trong thiết bị điện

Tách nước dạng nhũ tương ra khỏi dầu bằng cách đun nóng ở 40-50 0C rồi để lắng

trong 24h, Dùng phương pháp điện trường, thêm vào chất chống nhũ tương

3) Các phương pháp gia công chế biến dầu mỏ

a) Phương pháp chế biến giữ nguyên cấu tạo


dựa vào tích chất khác nhau của các thành phần trong dầu mỏ nhử độ hòa tan,

nhiệt độ sôi để tách các thành phần ra khỏi nhau.. cách thường dùng nhất là phương

pháp chưng cất.

Phương pháp này đơn giản , nhanh nhưng nhược điểm là chỉ lấy được những sản

phẩm có sãn trong dầu mỏ nên hiệu xuất sử dung nguyên liệu không cao. Sơ đồ

chưng cất dầu mỏ:

b) Phương pháp chế biến thay đổi cấu tạo

Dùng nhiệt độ và xúc tác để bẻ gãy mạch , nối mạch , thay đổi cấu trúc mạch để tạo

ra sản phẩm

các phương pháp sử dụng:

- Carackinh nhiệt : dung nhiệt độ để để bẻ gãy mạch các phân tử tạo ra sản

phẩm mới. Nguyên liệu sử dụng là các hydrocacbon mạch dài (mazut, gazoin

..) sản phẩm cuối là khí và xăng.

CxHy ⎯→⎯t CnH2n + CmH2m+2

Trong phương pháp này thì nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến tốc độ phản ứng, áp

suất ít ảnh hưởng đến tốc độ nhưng lại ảnh hưởng nhiều tới vị trí cắt mạch. áp


suất càng cao thì vị trí cắt mạch sẽ càng vào giữa nhưng lại ít tạo ra sản phẩm

xăng. áp suất tiến hành thường 40-50 at

- Crackinh xúc tác: tiến hành cắt mạch dưới tác dụng của xúc tác. định hướng

được vị trí cắt mạch nền cho hiệu xuất , chất lượng sản phẩm cao hơn.

Phương pháp này hiện là phương pháp gia công cơ bản dầu mỏ.

Tốc độ phương pháp này lớn hơn nhiều so với phương pháp nhiệt. Thường thực

hiện ở áp suất thường. Nhưng xúc tác dể bị muội than che lấp.

II- Sản xuất các hợp chất hữu cơ cơ bản.

1. Sản xuất C2H2

1.1 Tính chất: là chất khí không màu, mùi êt nhẹ, khi cháy tỏa nhiệt mạnh

ứng dụng: dùng dể hàn cắt kim loại, sản xuất rượu etylic, axit axetic, butadien,

nhựa tổng hợp, cao su.

1.2 sản xuất từ canxi cacbua (CaC2)

CaO + 3C ⎯⎯ →⎯ C2000 CaC2 + CO

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2

Phương pháp này đơn giản . Thiết bị cồng kềnh, tiêu hao nhiều nhiệt năng, bã thải

nhiều

Sơ đồ

1.3 Sản xuất C2H2 từ Ankan

Phương pháp này mang tính kinh tế hơn. thực hiện bằng cách nung ankan và đồng

đẳng của nỏ trong điều kiện thiếu oxy ở nhiệt đô ~ 1500 C

2CH4 ⎯→⎯ C2H2 + 3H2 – 381kj

C2H6 ⎯→⎯ C2H2 + 2H2 – 330 kj

điều kiện tiến hành là tăng nhiệt độ và giảm áp suất

Quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất


T(0C) 500 1000 1200 1400 1800 2200

% C2H2 0 1,53 11,8 46,2 96,5 99,68

Kết quả số liệu thấy rằng nhiệt độ càng cao thì hiệu xuất tạo C2H2 càng lớn.

Nhưng ở nhiệt độ 1400 – 1500 0C thì C2H2 lại không bền, dễ phân hủy

C2H2 ⎯→⎯ 2C + H2

C2H2 + 2H2O ⎯→⎯ 2CO + 3H2

C2H2 + 2CO2 ⎯→⎯ 4CO + H2

Để nâng cao hiệu xuất thì thực hiện phản ứng ở nhiệt độ cao (t>1400 0C) nhưng ở

thời gian rất ngắn 1/1000 giây sau đó làm lạnh để không cho C2H2 bị phân hủy

2. Sản xuất rượu Metylic từ CO và H2

2.1 giới thiệu

Là chất lỏng không màu, có nhiệt độ sôi 680C, rất độc, tan vô hạn trong nước. ứng

dụng dùng làm dung môi, sản xuất foocmanđêhit, metyl axetat, metyl amin, este

2.2 Sản xuất

Cho CO phản ứng với H2 ở nhiệt độ, áp suất cao và có mặt của xúc tác

CO + 2H2 → CH3OH + Q

t0 : 350 ÷ 400 °C

p : 200 ÷ 300 at

xt: Cr2O3 + ZnO

H2/CO : 4÷8

Các phản ứng phụ

CO + H2 → HCHO

CH3OH + CH3OH → CH3OCH3 + H2O


CH3OH + H2 → CH4 + H2O

CO + 3H2 → CH4 + H2O

2CO + 2H2 → CH4 + CO2

để tăng hiệu xuất phản ứng cần giảm nhiệt độ và tăng áp suất

3. Sản xuất rượu etylic C2H5OH

3.1 Ứng dụng

Tạo ra butadien để sản xuất cao su

Sản xuất thuốc trừ sâu

Chế tạo etylaxetat, este, dược phẩm, hương liệu, dung môi

3.2 Phương pháp sản xuất

Quá trình có 4 công đoạn

- hấp thụ etylen bằng axit Sunfurich

- thủy phân este để tạo rượu

- chưng cất tách axit

- cô đặc axit và tuần hoàn lại sản xuất.

a) Hấp thụ etylen

C2H4 + H2SO4 ↔ C2H5OSO3H

C2H5OSO3H + C2H4 ↔ (C2H5O)2SO2

(C2H5O)2SO2 + C2H4 ↔ 2 C2H5OSO3H

Các yếu tố ảnh hưởng

- thời gian hấp thụ tăng thì hiệu xuất hấp thụ tăng

- nồng độ axit tăng hiệu xuất hấp thụ tăng

- áp suất C2H4 tăng thì hiễu xuất hấp thụ tăng

b) Thủy phân este để tạo rượu


C2H5OSO3H + H2O ↔ C2H5OH + H2SO4

(C2H5O)2SO2 + 2H2O ↔ 2 C2H5OH + H2SO4

Phản ứng phụ khi thủy phân

(C2H5O)2SO2 + H2O ↔ C2H5OC2H5 + H2SO4

C2H5OSO3H + C2H5OH ↔ C2H5OC2H5 + H2SO4

để hạn chế phản ứng phụ cần phải tách ngay rượu

IV. Sản xuất các hợp chất hữu cơ trung gian

1. Khái niệm: hợp chất hữu cơ trung gian là hợp chất dùng để điều chế ra các hợp

chất hữu cơ khác

2.Phương pháp sản xuất bằng cách thế vào nhân thơm

2.1 Quá trình Sunfor hóa

a) Khái niệm: là quá trình thế một hay nhiều nguyên tử Hiđrô ở nhân thơm bằng

nhóm Sunfor (SO3H)

b) Tác nhân: thường dùng là axit H2SO4 hoặc Oleum

Ar-H + H2SO4 ↔ ArSO3H + H2O + Q

Phản ứng điều chế thuận nghịch và tạo ra nước do vậy để tăng hiệu xuất phản ứng

cần tăng nồng độ axit (thường sử dụng oleum).

c) Các yếu tố ảnh hưởng

- ảnh hưởng của nồng độ tác nhân: Nồng độ tác nhân làm thay đổi tốc độ phản

ứng, ví dụ khí Sunfor hóa naptalen nếu nồng độ axit tăng 9% thì tốc độ phản ứng

tăng 39 lần.


SO3H

SO3H

H2SO4

- ảnh hưởng của nhiệt độ: làm thay đổi tốc độ phản ứng và vị trí nhóm thế OH

H2SO4

OH

20 oC SO3H

100 oC

OH

SO3H - ảnh hưởng của xúc tác: làm thay đổi tốc độ phản ứng và vị trí nhóm thế.

H2SO4

O

O

O

O

SO3H

Xt

O

O

SO3H

khong Xt

2.2 Quá trình Nitro hóa

a) ĐN: là quá trình thay thế một hay nhiều nguyên tử hiđrô ở nhân thơm bằng

nguyên tử nhóm Nitro

b) Tác nhân: thường dùng là axit HNO3 nồng độ từ 65÷95 %

Ar-H + HNO3 → ArNO2 + H2O + Q

đặc điểm phản ứng là tỏa nhiều nhiệt và một chiều.

c) Các yếu tố ảnh hưởng


- ảnh hưởng của nhiệt độ: làm thay đổi tốc độ phản ứng và vị trí nhóm thế. Phản

ứng thường tỏa nhiều nhiệt nên thường khống chế nhiệt độ ở 40 ÷ 60 °C để tránh

tạo sản phẩm phụ

- ảnh hưởng của xúc tác: làm thay đổi tốc độ phản ứng và vị trí nhóm thế, thường

sử dụng Thủy ngân và muối của thủy ngân làm xúc tác.

- ảnh hưởng của nhóm thế có sẵn trong nhân thơm: khi trong nhân thơm có

nhóm hút điện tử thì sẽ làm giảm khả năng thế, ngược lại khi có nhóm đẩy điện tử

thì làm tăng khả năng thế. Sắp xếp theo thứ tự tăng dần của các nhóm làm tăng khả

năng thế:

NO2- < SO3H- < COOH- < Cl- < CH3- < CH3O- < C2H5O- < OH

2.3 Quá trình Halozen hóa

a) Đn: là quá trình thay thế một hay nhiều nguyên tử Hiđrô ở nhân thơm bằng

nguyên tử nhóm Halozen

b) Tác nhân: thường sử dụng Clo và hợp chất của Clo (Cl2, NaCLO, HCl)

Ar-H + Cl2 → ArCl + HCl

c)Các yếu tố ảnh hưởng:

- nhiệt độ: làm thay đổi tốc độ phản ứng và vị trí nhóm thế

- Xúc tác: làm thay đổi tốc độ phản ứng và vị trí nhóm thế, thường sử dụng Sắt và

Muối Sắt làm xúc tác.

2.4 Sản xuất Phenol

a) Phương pháp sản xuất đi từ dẫn xuất Sunfor


V. Sản xuất các hợp chất cao phân tử

5.1 Đn: Hợp chất cao phân tử là những hợp chất có chứa nhiều nguyên tử cho nên

có khối lượng và kích thước rất lớn

5.2 Quá trình chế tạo

5.2.1 quá trình trùng hợp

a) Định nghĩa : là quá trình cộng hợp nhiều đơn phân tử giống nhau để tạo ra

polyme

n(CH2=CH2) → (-CH2-CH2-)n

b) Đặc điểm mônôme : trong phân tử phải có ít nhất một liên kết đôi

c) Diễn biến quá trình trùng hợp

Đầu tiên các mônôme do bị kích động (ánh sáng, nhiệt độ, xúc tác, áp suất) nên

chuyển sang trạng thái hoạt động sau đó chúng dần kết hợp với nhau để tạo polyme

với cơ chế có thể minh họa như sau:

A ⎯→⎯Xt A∗

A∗ + A → A2∗

A2∗+ A → A3

∗

A3∗+ A → A4

∗

………………

Al∗+ Am

∗ → An (polyme)


d) Các phương pháp trùng hợp

- Trùng hợp khối: các mônôme ở dạng tinh khiết và thêm một số xúc tác để tiến

hành trùng hợp. Phương pháp này tạo ra sản phẩm tinh khiết tuy nhiên thì độ nhớt

khối phản ứng cao nên khó thoát bọt khí cũng như khống chế nhiệt độ phản ứng.

- Trùng hợp trong dung dịch: tiến hành hòa tan các mônôme vào trong dung dịch

, tiến hành kích động rồi trùng hợp, phương pháp này dễ khống chế nhiệt độ khối

phản ứng, sản phẩm chứa ít bọt khí nhưng lại dễ lẫn dung môi hòa tan.

- Trùng hợp dạng nhũ tương: Tiến hành hòa tan mônôme ở dạng nhũ tương sau

đó kích động rồi trùng hợp. Ưu điểm có tốc độ phản ứng cao, phân tử tạo ra lớn

đồng đều. Nhược điểm là sản phẩm dễ lẫn các tạp chất.

5.2.2 Quá trình trùng ngưng

a) Đn: là quá trình cộng hợp nhiều đơn phân tử để tạo ra polyme nhưng có giải

phóng ra nhiều phân tử nhỏ như ROH, H2O, NH3 …

nNH2-CH2-NH2 + nHOOC-CH2-COOH → (NH-CH2-NHCO-CH2-CO-)n +

2nH2O

b) Đặc điểm của monome: Trong polyme thường ít nhất có hai nhóm chức. Các

nhóm chức này có thể giống hoặc khác nhau.

Vd: HOOC-CH2-COOH, NH2-CH2-COOH

c) Đặc điểm Polyme: Polyme có nhiều tính chất khác biệt so với monome do trong

polyme có nhiều liên kết mới xuất hiện. cấu trúc polyme cũng đa dạng mạch thẳng,

mạch vòng, không gian.

d) Phương pháp trùng ngưng

- trùng ngưng khối nóng chảy: nấu chảy monome rồi trùng ngưng. Có ưu điểm là

sản phẩm ít tạp chất nhưng chỉ thích hợp cho monome bền nhiệt.


- trùng ngưng trong dung dịch: hòa tan monome trong dung dịch để trùng ngưng,

phương pháp này thường thực hiện ở nhiệt độ thấp và sản phẩm thường lẫn các tạp

chất(dung môi).

5.3 Sản xuất một số hợp chất cao phâm tử

a) Nhựa PVC

cho C2H2 tác dụng với HCl sử dụng xúc tác là muối thủy ngân (HgCl2)

C2H2 + HCl → C2H3Cl

Sau đó hóa lỏng vinylclorua rồi trùng hợp

n(C2H3Cl) ⎯→⎯ Pt , (-CH2- CHCl- )n

Phương pháp có hiệu xuất cao nhưng sử dụng xúc tác là thủy ngân nên độc.

b) Sản xuất sợi visco

Nghiền bột gỗ với dung dịch NaOH khống chế nhiệt độ 20 °C÷ 50 °C trong

khoảng thời gian 10 ÷ 60 phút:

[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH → [C6H7O2(OH)3.nNaOH]n

Làm lạnh dung dịch phản ứng xuống 20 ÷22°C rồi cho Sunfua cac bon

[C6H7O2(OH)3.nNaOH]n + nCS 2 → [C6H9O4-O-CS2-Na]n + nH2O

Dung dịch điều chế được đưa đi phun qua dung dich axit H2SO4 loãng để tạo sợi

[C6H9O4-O-CS2-Na]n + nH2SO4 → (C6H10O5)n + nCS2 + nNaSO4


c) Sản xuất sợi axetat

[C6H7O2(OH)3]n + 3n(CH3CO)2O → [C6H7O2(OOCCH3)3]n + 3nCH3COOH

đem hòa tan chất phản ứng vào dung dịch 85% axeton và 15% rượu metylic sau đó

bay hơi để tạo sợi.


Chương V : CÔNG NGHỆ HÓA SILICAT

A-Sản xuất chất kết dính

I-giới thiệu chung

1) Vai trò

2) Phân loại: chia làm hai loại

- chất kết dính thủy lực: đóng rắn và giữ độ bền ở trong nước

- chất kết dính không khí: đóng rắn và giữ độ bền trong không khí

II- Sản xuất chất kết dính không khí

1) Nguyên liệu: đá vôi (CaCO3)

Phản ứng khi nung

CaCO3 ⎯⎯ →⎯0950C CaO + CO2

Nung ở nhiệt độ 950 °C thì sẽ cho vôi hoạt tính dễ tôi

ở nhiệt độ 1200 ÷ 1400 °C thì lại cho vôi già chậm phản ứng.

Phản ứng khi tôi

CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q

Phản ứng tôi vôi tỏa nhiều nhiệt nên cần chú ý an toàn khi tôi

Để tăng tính dẻo của vôi cần để vôi trong nước 10 ÷12 ngày đêm cho CaO hydrat

hoàn toàn

Bảo quản vôi phải ngăn cách vôi với không khí (nước hoặc cát) để tránh vôi bị hóa

đá

2) Thạch Cao CaSO4.2H2O

Quá trình nung

CaSO4.2H2O ⎯⎯⎯ →⎯ − oC140100 CaSO4.1,5H2O + 0,5H2O


CaSO4.1,5H2O tồn tại ở hai dạng thù hình là α,β. Dạng α tạo thành khi tách nước

ở thể lỏng có cấu trúc tinh thể hình kim, đóng rắn nhanh khi gặp nước. Dạng β tạo

thành khi tách nước ở thể khí, đóng rắn khi gặp nước nhưng cho độ bền kém hơn

dạng α

CaSO4.2H2O ⎯⎯⎯ →⎯ − oC450300 CaSO4 + 2H2O

CaSO4 tạo từ nhiệt độ này gọi là Anhidrit hòa tan, dạng này đóng rắn khi gặp nước

nhưng cho độ bền thấp. Nếu nung đến nhiệt độ 600 ÷ 700 °C thì tạo ra Anhidrit

không hòa tan và dạng này không đóng rắn.

CaSO4 ⎯⎯⎯⎯ →⎯ − oC1000900 CaO + SO3

III- Sản xuất các chất kết dính thủy lực

1) Vôi thủy

Được chế tạo bằng cách nung đá vôi với đất sét hoặc hỗn hợp vôi với đất sét đã

nung. Hàm lượng đất sét từ 6÷17%

Tính chất: đóng rắn nhanh khi gặp nước, cho độ bền thấp chỉ xây dựng những công

trình nhỏ. Giá thành đắt

2) Xi măng La Mã

Nguyên liệu sản xuất là đá vôi và đất sét nung nhưng chưa đến nhiệt độ kết khối

Khi nung thì các Oxyt CaO phản ứng tạo các khoáng. Nhiệt độ nung 800 ÷ 900 °C

nếu phối liệu nhiều Oxyt MgO, và 1000 ÷ 1100 °C nếu ít MgO

Tính chất: đóng rắn nhanh khi gặp nước, cho độ bền thấp nên chỉ thích hợp xây

dựng công trình nhỏ chịu tải bé.

3) Sản xuất Xi măng Pooclăng

a) Nguyên liệu sản xuất

- Đá vôi: CaCO3 . có thể có lẫn tạp chất như đất sét hoặc MgCO3


- Quặng sắt

-Đất sét: thành phần gồm có các khoáng chính

Khoáng Caolinit: Al2O3.2SiO2.2H2O

Monmoriolit: Al2O3.4SiO2.nH2O

Bentonit: Al2O3. SiO2.5H2O

- Các phụ gia

Phụ gia thủy: cho vào để tăng tính bền nước của ximăng, thường sử dụng

SiO2, Al2O3 hoạt tính

Phụ gia khoáng hóa: có vai trò thúc đẩy quá trình tạo khoáng, thành phần có

thể NaCl, CaF2, P2O5, B2O3.

Phụ gia đầy: cho vào để tăng thêm lượng ximăng đồng thời hạ giá thành sản

phẩm. Thường sử dụng là cát hoặc bột đá vôi

b) Phối liệu

Tỷ lệ các oxyt trong quá trình hinh thành Clanhke thường đảm bảo các thông số sau

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO

64÷67% 21÷27% 4÷7% 2÷4% 2÷3%

Quan hệ về tỷ lệ

Mô đun kiềm: m = )%(

%

32322 OFeOAlSiOCaO

++ = 1,9÷2,4

Mô đun silicat: n = )%(

%

3232

2

OFeOAlSiO+

= 1,7÷3,5

Mô đun Alumin : p = 32

32

%%

OFeOAl = 1,0 ÷ 3,0

Hệ số bão hòa : KH = 2

3232

8,235,065,1

SiOOFeOAlCaO −− = 0,8 ÷ 0,95

c) Các phương pháp sản xuất xi măng


Có hai phương pháp là phương pháp lò đứng và phương pháp lò quay, trong

phương pháp lò quay lại có phương pháp ướt và phương pháp khô

- Phương pháp lò quay-ướt: có ưu điểm là phối liệu được nghiền mịn trộn đều

nhờ có nước nên chất lượng sản phẩm tốt. Nhược điểm do nguyên liệu nhiều

nước nên sẽ làm tốn nhiên liệu, lò nung dài làm tăng chi phí thiết bị, mặt

bằng, chi phí vận hành

- Phương pháp lò quay-khô: Ưu điểm tiêu hao ít nhiên liệu, lò kích thước ngắn

hơn, năng xuất lò cao hơn. Nhược điểm tiêu hao nhiều điện và sử dụng nhiều

nhân công lao động

- Phương pháp lò đứng: ưu điểm là vốn đầu tư không lớn, mặt bằng sản xuất bé,

điện năng tiêu hao ít. Nhược điểm chất lượng xi măng không cao, năng xuất

thấp, tiêu hao nhiều nhiên liệu

d) Quá trình hóa lý khi nung xi măng

- Khi nung nguyên liệu đến nhiệt độ 200 °C xảy ra quá trình thoát nước lý học

- Nung đến nhiệt độ 500 °C Xảy ra quá trình thoát nước hóa học và đốt cháy các

chất hữu cơ

- Nung đến nhiệt độ 900 °C bắt đầu phân hủy các khoáng cacbonat và có một số

phản ứng giữa các oxyt

- Đến nhiệt độ 1200 °C thì phản ứng giữa các khoáng xảy ra mạnh nhưng xảy ra

chủ yếu trong pha rắn.

- Đến 1400 ÷ 1450 °C thì phản ứng xảy ra mãnh liệt do hình thành pha lỏng, đồng

thời hình thành tất cả các khoáng chính của xi măng (C3S, C2S, C3A,C4AF)

e) Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của xi măng


- Kích thước các hạt xi măng

- Lượng nước khi trộn với xi măng

- Hàm lượng vôi tự do trong xi măng phải nhỏ

- Mác xi măng phải đạt chuẩn

d) Sơ đố sản xuất xi măng theo phương pháp khô

1 Nguyên liệu 2. Thiết bị trộn

3.Ống phóng không 4. Thiết bị trao đổi nhiệt Xyclon

5. Lò quay 6. Thiết bị làm lạnh

Sơ đồ khối nhà máy xi măng Hoàng Thạch


B- Sản xuất thủy tinh

1) Tính chất, thành phần, phân loại

a) Tính chất

- độ dẫn nhiêt nhỏ, có tính cách nhiệt

- Hệ số dãn nở nhiệt không đáng kể

- bền hóa

- có tính chất điện môi cao, cách điện

- Có chỉ số quang học tốt

b) thành phần

Me2O.RO.SiO2

Me: là kim loại kiềm như Na, K, Li

RO: Có thể là các oxyt CaO, MgO, BaO, ZnO, PbO

- SiO2: đóng vai trò làm khung của thủy tinh, làm tăng độ bền hóa, bền cơ. bền

nhiệt. Nếu nhiều Thì lại làm tăng nhiệt độ nóng chảy.

- Na2O: Có tác dụng hạ thấp nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh, làm giảm độ nhớt

của thủy tinh.

- K2O: làm thủy tinh trong suốt, dễ gia công, sắc thái đẹp hơn, làm giảm khuynh

hướng kết tinh của thủy tinh.

- PbO: hạ thấp nhiệt độ nấu thủy tinh, thủy tinh dễ gia công hơn(mài , cắt) dùng

nhiều trong thủy tinh quang học

- ZnO, B2O3 làm thủy tinh bền hóa, bền nhiệt nên ứng dụng nhiều trong sản xuất

thiết bị thí nghiệm.

c) Phân loại thủy tinh

- Thủy tinh dạng tấm: vd kính cửa, kính ôtô..

- Thủy tinh hình thể rỗng: chai lọ, phích nước, bóng đèn

- Thủy tinh khối đặc như gạch, tượng


- Thủy tinh dạng bông sợi

- Thủy tinh đặc biệt: kính an toàn, kính tử ngoại, hồng ngoại

2) Nguyên liệu sản xuất thủy tinh

a) Nhóm nguyên liệu chính( Nhóm này cung cấp các oxyt

SiO2,K2O,Na2O,CaO,MgO, B2O3)

Cung cấp SiO2 thường dùng cát thạch anh

Cung cấp Na2O có thể dùng Na2CO3, Na2SO4

CaO được lấy từ đá vôi

MgO thường lấy từ quặng Đôlômit [Mg,Ca]CO3

B2O3 lấy từ nguyên liệu axit boric H3BO3 hoặc hàn the Na2B4O7.10H2O

Trong các oxyt trên thì SiO2 thường chiếm 60÷75%, Na2O thường chiếm 17÷25 %

b) Nhóm nguyên liệu phụ

- Chất khử bọt: dùng để khử bọt khi nấu thủy tinh. Các chất thường dùng As2O3,

NaNO3, NH4Cl. Những chất này khi nấu cùng thủy tinh sẽ phân giải thoát khí

mạnh nên kéo các bọt khí trong khối thủy tinh bay ra ngoài, đồng thời đảo trộn thủy

tinh được đồng đều

- Chất oxy hóa khử: dùng để phân giải các dạng Sunfat và khử màu của thủy tinh.

Thường dùng Than củi, than cốc Mg, Al, Sn(thiếc).

Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2

2MnO2 + 2FeO → Mn2O3 + Fe2O3

Đen Xanh Tím Vàng

Màu tím + vàng = Không màu

- Các chất nhuộm màu: chia thành hai loại chất nhuộm màu phân tử và chất nhuộm

màu khuyếch tán keo

Chất nhuộm màu phân tử là chất màu khi nấu thủy tinh sẽ tạo với thủy tinh ở

dung dịch thực, tức chất này phân tán đều. Quá trình nấu thể hiện màu ngay. Các


chất màu thường dùng Cr2O3 cho màu xanh lục, NiO cho màu xanh nước biển,

FeO cho màu xanh, Fe2O3 cho màu từ vàng đến nâu, Oxyt CoO cho màu xanh lá

cây

Chất nhuộm màu khuyếch tán keo: Khi nấu cùng thủy tinh nó tồn tại ở dạng

khuyếch tán keo, không thể hiện màu ngay mà phải gia nhiệt lần thứ hai. Các chất

màu có thể là Au, Ag, Cd, .. quá trình nấu đòi hỏi kỹ thuất cao, dùng các nguyên tố

quý hiếm nên đắt tiền.

- Chất gây mờ đục thủy tinh: Khi nấu các chất này sẽ ở trong thủy tinh dạng vi tinh

thể làm thay đổi hướng đi của ánh sáng theo nhiều hướng nên thủy tinh mất độ

trong suốt(mờ đục).Các chất gây mờ đục có thể là 3NaF.AlF3, Na2SiF6, CaF2,

Ca3(PO4), ZnO …

3) Các phản ứng khi nấu thủy tinh

MgCO3 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c600300 MgO + CO2

MgCO3 + Na2CO3 ⎯⎯ →⎯ °c300 Na2Mg(CO3)2

Na2Mg(CO3)2 + 2SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c650350 Na2SiO3 + MgSiO3 + 2CO2

MgCO3 + SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c700450 MgSiO3 + CO2

MgO + SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c1200900 MgSiO3

CaCO3 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c915420 CaO + CO2

CaCO3 + Na2CO3 ⎯⎯ →⎯ °c400 NaCa(CO3)2

Na2Ca(CO3)2 + 2SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c900600 Na2SiO3 + CaSiO3 + 2CO2

CaCO3 + SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c900600 CaSiO3 + CO2

CaO + SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c900600 CaSiO3

CaSiO3 + MgSiO3 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c1200600 CaMg(SiO3)2

Na2CO3 + SiO2 ⎯⎯⎯ →⎯ °− c900700 Na2SiO3 + CO2

c) các giai đoạn khi nấu thủy tinh


- khi nung tới nhiệt độ 1200 °C thì bắt đầu nóng chảy các hạt quắc (SiO2) và các

khoáng khác. tuy nhiên phối liệu lúc này có độ nhớt lớn nên thủy tinh không đồng

đều và nhiều bọt.

- Từ 1400 -1450 °C thủy tinh nóng chảy quá nhiệt, độ nhớt nhỏ nên quá trình

khuyếch tán nhanh làm thủy tinh đồng đều và thoát ra nhiều bọt khí.

- làm nguội thủy tinh xuống nhiệt độ 1200-1300 °C để tăng độ nhớt thủy tinh rồi

tiến hành tạo bọt.

4) Sơ đồ sản xuất

C-Sản xuất Gốm sứ

1) Các công đoạn sản xuất

- Đập vỡ sấy khô, nghiền mịn nguyên liệu ban đầu

- Thiết lập tỷ lệ phối liệu

- Trộn với nước để tạo nguyên liệu dẻo

- Tạo hình sản phẩm

- Sấy nung sản phẩm trước khi nung

- Làm nguội sản phẩm

2) Phân loại

- Căn cứ vào tính chất xương của sản phẩm người ta chia làm hai loại:

Sản phẩm có xương xốp có khả năng hút ẩm: vd gạch, ngói

Sản phẩm có xương kết khối , sít đặc, không hút ẩm: đồ sành. đồ sứ

- Căn cứ vào cấu trcú xương chia làm hai loại:

Xương đồng nhất

Xương không đồng nhất

3) Nguyên liệu

a) Vật liệu dẻo

- Đất sét & Cao lanh, hoạt thạch

Thành phần chủ yếu đất sét và cao lanh là các oxit nhôm, oxit Silic, oxit Sắt


Khoáng chính là caolinit Al2O3.2SiO2.2H2O

Các khoáng khác: monmoriolit Al2O3.4SiO2.3H2O, Quắc (SiO2), FeS2,

TiO2.. lượng các chất thay đổi trong giới hạn rộng.

Hoạt thạch: 3MgO.4SiO2.H2O; 4MgO.5SiO2.H2O

- Tính chất của đất sét

1. Độ dẻo: tính dẻo làm cho quá trình tạo hình không bị phá hủy, giữ hình

dạng khi sấy và khi nung. Độ dẻo phụ thuộc vào kích thước của nguyên

liệu, kích thước càng nhỏ thì độ dẻo càng lớn (thường d<0,005mm). Để

tăng tính dẻo thì có thể ủ giữ ẩm lâu, thêm keo hữu cơ hoặc chất điện

giải.

2. Độ co: khi Đất sét nung đến 200°C sẽ sảy ra quá trình mất nước làm

cho thể tích bị co, quá trình này gọi là co không khí. Khi nung đến 700

°C thì một số cấu tử nóng chảy làm thể tích vật thể bị co, quá trình này

gọi là co lửa. Đất sét càng dẻo thì độ co càng lớn, độ dẻo có thể điều

chỉnh được bằng vật liệu gày.

3. Độ chịu lửa: Là khả năng không bị nóng chảy, biến dạng khi nung ở

nhiệt độ cao hay sự thay đổi nhiệt độ nhanh. Độ chịu lửa cao có thể lên

đến 1600 °C

b) Vật liệu gày

Nguyên liệu này chứa nhiều khoáng SiO2 và khoáng Cacbonat

b.1 Nguyên liệu chứa SiO2 gồm có thạch anh, cát thạch anh, Quắc

Những nguyên liệu này có hàm lượng SiO2 khoảng 98%, Quắc là quặng gồm

những tinh thể thạch anh bé được liên kết sít đặc lại với nhau bằng chất kết dính.

b.2 Khoáng Cacbonat

- Đá vôi: chứa chủ yếu là khoáng Canxit CaCO3, ngoài ra có nhiều các tạp chất

như alumosilicat, các hợp chất Sắt, axit silicic. Nói chung hàm lượng tạp chất thay

đổi trong giới hạn rộng. Thường dùng làm men trong sản xuất gốm sứ.


- Quặng manhezit: gồm chủ yếu MgCO3, có tạp chất là các oxit nhôm, sắt, silic,

canxi. Hàm lượng MgO cao có thể lên tới 46%. Quặng dùng để sản xuất vật liệu

chịu lửa và cách điện.

- Đôlômít: thành phần chủ yếu CaCO3, MgCO3, hàm lượng MgO có thể lên đến

20%. Trong quặng có thể có các tạp chất nhứ oxit sắt, nhôm, silic làm cho nguyên

liệu dễ nóng chảy nhưng lại làm giảm độ chịu lửa. ứng dụng dùng để sản xuất vật

liệu chịu lửa, men, xương sứ.

c) Chất trợ dung: Là những chất có nhiệt độ nóng chảy thấp, khi nóng chảy sẽ lấp

đầy vào khe trống giữa các cấu tử nên làm sản phẩm sít đặc, rắn chắc, bền cơ, bền

hóa.

Các chất trợ dung thường dùng:

Fenspatkali: K2OAl2O3.6SiO2

FenspatNatri: Na2OAl2O3.6SiO2

FenspatCanxi: CaO.Al2O3.2SiO2

Trong đó Fenspat Kali có nhiệt độ nóng chảy thấp nhất (tốt nhất)

d) Men: là dạng thủy tinh silicat, khi tráng sẽ làm cho bề mặt sản phẩm sít đặc nhẵn

bóng, bền hóa, bền cơ, bền nhiệt và làm đẹp cho sản phẩm.

- cách tráng men có thể thực hiện trước khi nung, hoặc tráng sau khi nung nhưng

cách này phải gia nhiệt lại.

- khi tráng có thể nhúng sản phẩm mộc vào huyền phù men, dùng chổi quét, phun

- Tiêu chí chọn men

Men có hễ số dãn nở nhiệt tương đương với xương

Nhiệt độ nóng chảy của men phải tương đương với nhiệt độ nung của xương

e) Các chất màu

- Dùng để trang trí bề mặt sản phẩm, thành phần chủ yếu là các oxit và muối của

kim loại. Các oxit thường dùng :

Oxit sắt cho màu từ vàng tới nâu


Oxit Crom cho màu xanh lục

Hỗn hợp oxit sắt, crôm cho màu nâu

Hỗn hợp oxit Crôm và oxit thiếc cho màu đỏ hồng

Oxit Mangan cho mầu nâu sẫm

Oxit Coban cho màu xanh lá cây, khi thêm Chì và Natri thì cho màu tím.

4) Sơ đồ sản xuất

Hoá kỹ thuật đại cương - Trường cao đẳng Hóa chất

Documents

Transcript of Hoá kỹ thuật đại cương - Trường cao đẳng Hóa chất