Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Mục lục 1. Giới thiệu chung 2 2. Tính chất hóa lý chung 3 3 Ứng dụng 4 3.1 Ứng dụng trong thủy tinh 4 3.2 Ứng dụng trong chất tẩy 5 3.3 Ứng dụng trong hóa chất 5 4. Cơ cấu sản xuất soda trên thế giới 6 5. Phương pháp sản xuất sôđa bằng phương pháp solvay 11 5.1. Nguyên liệu 11 5.1.1. Đá vôi 11 5.1.2. Muối ăn 12 5.1.3. Amiăc 12 5.2. Cơ sơ hóa lý sản xuất sođa theo phương pháp amiăc 12 5.3. Tóm tắt quy trình sản xuất sôđa theo phương pháp solvay 14 5.4. Sơ đồ công nghệ sản xuất sôđa theo phương pháp solvay 16 5.5. Hệ thông tiêu tốn /1t sôđa sản phâm 18 6. Một số phương pháp sản xuất sôđa khác 19 6.1. Theo phương pháp hóa học(cacbonat hóa xút) 19 6.2. Sản xuất từ nguyên liệu thiên nhiên 19 6.3. Phương pháp Beblanc 20 6.4. Phương pháp Cryolit 21 7. Những phương hướng chính hoàn thiện sản xuất sôđa 21 Tài liệu tham khảo 22 GVHD: Lê Thanh Thanh 1 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD 1. Giới thiệu chung Các muối kim loại kiềm chứa Natri trong công nghiệp được gọi là sản phẩm sođa. Chúng được sản xuất và tiêu thụ với số lượng lớn. Các sản phẩm sôđa là những chất : Cacbonat Natri Na 2 CO 3 , Bicacbonat Natri NaHCO 3 , sođa tinh thể Na 2 CO 3 .10H 2 O, sođa nặng Na 2 CO 3 .H 2 O, sút ăn da NaOH. Trong số này Na 2 CO 3 được sản xuất với qui mô lớn và là một trong những sản phẩm hoá học quan trọng nhất được dùng làm nguyên liệu cho nhiều nền công nghệ khác. Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, sô đa có một vị trí rất quan trọng. Nó len lỏi vào hầu hết quá trình công nghiệp từ các ngành công nghiệp hoá chất đến công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ…đều cần sự có mặt của sôđa. Nhu cầu sô đa đứng thứ 11 tính về sản lượng khi so với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hoá dầu. Bởi tầm quan trọng của nó, sôđa được đề cập sản xuất từ những năm 1775. Năm 1775, Viện Hàn lâm khoa học Pháp nêu giải thưởng cho phát minh tìm kiếm phương pháp sản xuất soda trong công nghiệp. Năm 1773 Va-lơ đã đề ra phương pháp sản xuất xút bằng cách cho acid chì vào dung dịch muối ăn đặc theo phản ứng: 2NaCl + H 2 O + xPbO = 2NaO[(x-1)PbO].PbCl 2 Phương pháp này không được ứng dụng trong công nghiệp với nồng độ xút tạo thành trong dung dịch rất nhỏ, mức độ chuyển hoá của phản ứng rất chậm, acid đó lại rất độc, hại cho sức khoẻ. Vì vậy phương pháp này chỉ mang tính chất lịch sử chứ không có tác dụng thực tế sản xuất. Sau đó, Lê-bơ-lan đưa ra phương pháp chế tạo soda từ muối ăn, acid sulphuric và đá vôi. Năm 1791 Lê-bơ-lan đã xây dựng nhà máy sản xuất sôđa GVHD: Lê Thanh Thanh 2 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD theo phương pháp của mình ở gần Paris. Từ đó phương pháp Lê-bơ-lan ngày càng hoàn chỉnh và chiếm độc quyền trong công nghiệp chế tạo các hợp chất kiềm. Phương pháp Lê-bơ-lan tuy đã giải quyết được nhu cầu công nghiệp ở thế kỷ XVIII tuy vậy vẫn tồn tại nhiều nhược điểm: sản phẩm chưa tinh khiết, quá trình sản xuất phức tạp, nặng nhọc… Năm 1861, Solvay, kỹ sư người Bỉ đã phát minh ra phương pháp amiăc để chế tạo sô đa. Năm 1865, công suất xưởng chế tạo soda theo phương pháp Solvay đạt 10 tấn/ngày. Phương pháp Solvay lúc đầu bị sự cạnh tranh mạnh bởi phương pháp Beblanc. Sau đó, do tính ưu việt về sự tinh khiết của sản phẩm, giá thành thấp, điều kiện làm việc nhẹ nhàng so với phương pháp Beblanc, không bao lâu phương pháp Solvay đã chiếm ưu thế và được phát triển mạnh. Cho đến năm 1900, sản xuất sô đa theo phương pháp này đã chiếm tới 90% tổng sản lượng sô đa, và cho đến sau chiến tranh thế giới lần I phương pháp Lê-bơ-lan thực tế không còn tồn tại trong công nghiệp. Hiện nay trong công nghiệp tồn tại chủ yếu phương pháp amiăc, còn phương pháp Lê-bơ-lan chỉ tồn tại ở một vài khâu trong quá trình cải tiến phương pháp sô đa từ nguyên liệu natrisunphat. 2. Tính chất hóa lý chung Natri cacbonat khan là chất bột màu trắng, tỷ trọng d=2.53g/cm 3 hút ẩm, nóng chảy ở 853 0 C. Nó dễ tan trong nước, quá trình tan phát ra nhiều nhiệt do sự tạo thành các hidrat. Từ dung dịch ở nhiệt độ dưới 32,5 0 C natricacbonat kết tinh dưới dạng Na 2 CO 3 .10H 2 O Đây là những tinh thể đơn tà trong suốt, không màu dễ tan trong nước và nóng chảy trong nước kết tinh ở 32.5 0 C. Giữa nhiệt độ đó và 35.4 0 C, nó mất nước biến thành heptahiđrat Na 2 CO 3 .7H 2 O, trên 35.4 0 C biến thành monohidrat GVHD: Lê Thanh Thanh 3 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Na 2 CO 3 .H 2 O và đến 107 0 C mất nước hoàn toàn biến thành sô đa khan. Độ tan của các hiđrat chứa nhiều phân tử nước tăng lên theo nhiệt độ, còn độ tan của các monohiđrat giảm xuống. Khi để trong không khí, decahiđrat mất bớt nước kết tinh trở nên trắng vụn. Khi tan trong nước, natri cacbonat bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm : Na 2 CO 3 + H 2 O = NaHCO 3 + NaOH Dung dịch 0.1N có PH=10.9 và dung dịch 1N có PH= 12.3 3. Ứng dụng : Sôđa có nhiều ứng dụng trong tất cả các ngành công nghiệp: công ngiệp hóa chất, công ngiệp luyện kim đen, luyện kim màu, công nghiệp dầu mỏ, nấu thủy tinh, công nghiệp giấy, xà phòng, đồ gốm, dược phẩm hay thực phẩm, loại bỏ lưu huỳnh từ khí thải của các ống khói, xử lí nước, tinh chế dầu, sản xuất chất nổ, cao su tổng hợp, nó cũng là chất đầu dùng để điều chế nhiều hợp chất quan trọng của natri như xút ăn da, borac, thủy tinh tan, cromat và đicromat. 3.1 .Ứng dụng trong thủy tinh: Soda chiếm từ 13-15% trong một số nguyên liệu được đưa vào sản xuất thủy tinh. Nó được sử dụng để nấu thủy tinh ,làm giảm nhiệt độ nấu chảy của các silic trong quá trình nấu chảy và làm tăng tính mềm dẻo. Mặc dù sôđa chỉ là vật liệu có khối lượng lớn thứ hai trong sản xuất thủy tinh nhưng nó lại chiếm tới từ 50%-60% tổng chi phí nguyên liệu đầu vào. GVHD: Lê Thanh Thanh 4 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD 3.2 .Ứng dụng trong chất tẩy: Soda được dùng làm chất độn, chất phụ gia trong xà phòng và chất tẩy rửa đặc biệt nhu cầu soda cho chất tẩy rửa chiếm từ 10-12% trên toàn thế giới. 3.3 .Ứng dụng trong hóa chất: Soda được sử dụng làm nguyên liệu cho nhiều sản phẩm hóa chất gốc natri, chiếm 30% nhu cầu. Các sản phẩm hóa chất này được sử dụng trong nhiều ứng dụng như: nông nghiệp, tác nhân làm sạch, phụ gia thực phẩm. Mặc dù đôi khi xút lỏng cũng được thay thế cho sôđa nhưng sôđa vẫn là sự lựa chọn chính vì có sẵn và chi phí thấp. GVHD: Lê Thanh Thanh 5 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Bảng số liệu: lượng Sôđa dùng trong các ngành công nghiệp Ngành CN Lượng soda cần: kg/1 tấn sp Luyện gang 50 Nấu thuỷ tinh 170-200 Luyện oxit nhôm 145-220 Oxit coban 9000-14000 Chế tạo criolit 608-610 Bột giặt tổng hợp 560 Dầu mỏ Tách lưu huỳnh ra khỏi dầu 350 Tách dầu mỏ 0,15 Khoan giếng dầu 2 kg/m giòng khoan 4. Cơ cấu sản xuất sôđa trên thế giới Công suất sôđa toàn thế giới đạt khoảng 42 triệu tấn/năm. Sôđa là chất có thể thay thế cho xút trong nhiều lĩnh vực, vì vậy nó cũng có tác dụng thiết lập giá sàn và giá trần đối với xút, trong khi giá xút bị ảnh hưởng nhiều bởi các dao động trong nhu cầu về clo. Từ thập niên 1990, ngành sản xuất sôđa thế giới đã có những thay đổi cơ cấu quan trọng. Trên thực tế, quá trình thay đổi cơ cấu này vẫn đang tiếp diễn. Sản lượng sôđa của Mỹ và Trung Quốc đang tăng đáng kể, trong khi nhiều nhà máy sôđa ở châu âu và Nhật Bản, Canađa đang phải đóng cửa. Ví dụ, năm 2001 công ty General Chemical đã ngừng sản xuất sôđa ở nhà máy công suất 420.000 t/năm tại Amthertsburg, Canađa. Do tình hình cung vượt cầu, trong GVHD: Lê Thanh Thanh 6 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD nhiều năm qua các nhà sản xuất sôđa đã không thể tăng giá sản phẩm của mình. Đó là nguyên nhân khiến nhiều nhà sản xuất tại các khu vực trên phải đóng cửa nhà máy. Hiện nay, công ty Solvay là công ty sản xuất sôđa lớn nhất thế giới. Cơ cấu sản lượng sôđa trên thế giới (2002) : Mỹ là nước sản xuất sôđa lớn nhất thế giới, với 6 công ty có tổng công suất 14,5 triệu tấn/năm, sản lượng bằng 29% sản lượng sôđa toàn thế giới. Ước tính, năm 2002 ngành sản xuất sôđa Mỹ đạt tổng giá trị sản phẩm khoảng 707 triệu USD. Sản lượng sôđa của Mỹ trong một số năm qua như sau (triệu tấn/năm): GVHD: Lê Thanh Thanh 7 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Mỹ cũng là nước xuất khẩu sôđa lớn nhất, còn Mêhicô và Inđônêxia là các nước hiện nay nhập khẩu sôđa nhiều nhất. GVHD: Lê Thanh Thanh 8 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Bảng số liệu: Sản lượng sôđa tại một số nước sản xuất chính trên thế giới trong hai năm qua như sau: GVHD: Lê Thanh Thanh 9 Quốc gia Sản lượng (nghìn tấn/năm) 2001 2002 Mỹ 10.300 (xuất khẩu : 4090) 10.300 (xuất khẩu : 4100) Trung Quốc 9.500 10.180 Nga 3.600 3.800 Ấn Độ 1.900 1.900 Pháp 990 1.000 Đức 970 970 Anh 1.000 950 Tổng sản lượng toàn thế giới (sôđa đi từ quặng thiên nhiên) 10.800 10.900 Tổng sản lượng toàn thế giới (sôđa sản xuất bằng phương pháp tổng hợp hóa học) 24.300 22.100 Tổng sản lượng các loại sôđa toàn thế giới 35.100 33.000 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Hiện nay, Mỹ là nước sản xuất sôđa với giá thành thấp nhất thế giới. Nhìn chung, chi phí sản xuất sôđa từ quặng tự nhiên thấp hơn chi phí sản xuất sôđa theo phương pháp tổng hợp hóa học, và cũng ít kéo theo các vấn đề về ô nhiễm môi trường hoặc an toàn lao động hơn. Trong tương lai, chi phí sản xuất của các nhà sản xuất sôđa tại Wyoming có khả năng sẽ giảm xuống mức thấp hơn nữa, nhờ giảm chi phí vận chuyển (xây dựng tuyến đường sắt tới khu mỏ) và áp dụng công nghệ sản xuất theo phương pháp hòa tan. Phương pháp sản xuất này có nhiều tiềm năng giảm chi phí sản xuất so với phương pháp thông thường hiện nay. Theo phương pháp đang được áp dụng hiện nay, trước tiên người ta khai thác quặng trona dưới mỏ, sau đó mới tiến hành chiết để thu hồi sôđa tại các nhà máy bên trên. Chi phí sản xuất sôđa tại Mỹ giảm chắc chắn sẽ tạo áp lực lớn đối với các nhà sản xuất sôđa trên thế giới, vì hiện nay Mỹ xuất khẩu một lượng lớn sôđa, tương đương 1/10 nhu cầu sôđa toàn cầu. Trữ lượng sôđa tự nhiên trên thế giới: Ngoài phương pháp tổng hợp hóa học, sôđa còn được sản xuất với quy mô lớn từ quặng trona, quặng nahcolit và nước muối giàu CaCO 3 . Mỏ Trona Wyoming, Mỹ, là mỏ quặng sôđa lớn nhất thế giới, tổng trữ lượng đã thăm dò khoảng 47 tỷ tấn. Mỏ này đang được khai thác với tốc độ 15 triệu tấn /năm (tương đương 8,3 triệu tấn sôđa /năm). Riêng mỏ này đã cung cấp hàng năm khoảng 1/4 trong tổng sản lượng sôđa thế giới. Những thị trường lớn nhất đối với sôđa sản xuất từ Wyoming là châu Á và Nam Mỹ. Ngoài ra, các mỏ khác tại Mỹ như Searles Lake, Owen Lake (California) có trữ lượng khoảng 815 triệu tấn sôđa (quặng trona). Những nước khác có trữ lượng lớn quặng sôđa tự nhiên (trona) là: Bôt-xoa-na : 400 triệu tấn Mêhicô : 200 triệu tấn GVHD: Lê Thanh Thanh 10 [...]... CO 2 sẽ cho sôđa và nhôm hidroxit kết tủa : 2Na3AlO3 + 3H2O + 3CO2 = 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 Ưu điểm của phương pháp này là sản phẩm sôđa rất sạch Tuy nhiên nếu chỉ sản xuất riêng sôđa thì hoàn toàn không kinh tế; song nếu sôđa dược coi như là sản phẩm phụ trong quy trình sản xuất nguyên liệu nhôm oxit cho công nghiệp luyện nhôm đi từ cryolit thì đây cũng là một phương pháp tương đối kinh tế 7 Những phương... thủy tinh Từ các thế kỉ XV và XVI người ta dùng tro của rong biển để sản xuất xà phòng và thủy tinh Trước đây trong công nghiệp ,sôđa được sản xuất theo phương pháp sunfat do nhà hóa học người Pháp là Leblanc đề ra năm 17 9: nung hỗn hợp natri sunfat, đá vôi và than ở 10000C Ông sản xuất sôđa từ Na2S04 một sản phẩm từ phản ứng trao đổi giữa NaCl và H2SO4 bên cạnh sản phẩm quan trọng là HCl: 2NaCl + H2SO4... thiện sản xuất sôđa : Tăng năng suất thiết bị, nâng cao hiệu suất sử dụng nguyên liệu, giảm các hệ số tiêu tốn và cố nâng cao sử dụng phế thải của nền sản xuất Nhược điểm chính của phương pháp amiăc sản xuất sôđa làm cản trở sự phát triển tiếp tục, đó là tạo ra một lượng quá lớn các nước thải dung dịch clorua canxi làm ô nhiễm môi trường xung quanh Con đường hiện thực để sử dụng những phế thải này là sản. .. Dung dịch CaCl2 và các tạp chất khác Đóng gói sản phẩm Na2CO3 Sơ đồ sản xuất sođa theo phương pháp Solvay GVHD: Lê Thanh Thanh 15 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD 5.4 Sơ đồ công nghệ sản xuất sođa theo phương pháp solvay: GVHD: Lê Thanh Thanh 16 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Giải thích sơ đồ công ngh : Nước muối trong và sạch được đưa vào tháp (4) sẽ chảy vào các tháp hấp thụ... vào những mục đích khác hoặc xả vào không khí Sữa vôi được nhận bằng cách tôi vôi vào nước bằng dung dịch hồi lưu loãng trong những thiết bị trống quay Sữa vôi thu được phải làm sạch khỏi những cục to và tạp chất khác trong những trống đục lỗ, làm sạch khỏi những hạt nhỏ hơn trong những thiết bị phân loại hoặc những xiclon thủy lực Hàm lượng Ca(OH)2 ở dạng nhũ tương là 270 – 308 g/l phụ thuộc vào chất. .. Mỹ là nước sản xuất sôđa giá thành thấp nhất trên thế giới, chi phí sản xuất sôđa từ quặng thiên nhiên thấp hơn chi phí sản xuất sôđa theo phương pháp tổng hợp, ít kéo theo các vấn đề ô nhiễm môi trường và an toàn lao động hơn 6.3 Phương pháp Beblanc : Natri cacbonat đôi khi có trong một số hồ muối và trong tro của rong biển Cách đây 4000 năm người cổ ai cập đã biết lấy sođa từ các hồ muối để sản. .. chế độ tôi GVHD: Lê Thanh Thanh 11 Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD 5.1.2 Muối ăn: NaCl khai thác và làm lạnh dung dịch muối Nước muối được nhận bằng phương pháp hoà tách các vỉa đến nồng độ 305 – 310g/l Nước muối phải được làm sạch các muối Canxi và Magie; bởi vì nếu không làm sạch khi amon hoá và các bon hoá các muối này sẽ tạo thành kết tủa làm hư thiết bị và phá vỡ chế độ làm việc bình... sở hoá lý sản xuất sôđa theo phương pháp solvay Phương pháp sản xuất sôđa theo phương pháp solvay dựa trên những phản ứng sau: Cacbon hoá dung dịch đã amôn ho : NaCl + NH3 + CO2 + H2O ó NaHCO3 + NH4Cl Nung NaHCO3 tạo ra sođa và CO2 dùng để cacbon ho : NaHCO3 ó Na2CO3 +CO2 + H2O Nung đá vôi để cung cấp CO2 cho quá trình cacbon hóa: CaCO3 ó CaO + CO2 – 177,9kJ Sản xuất sữa vôi để tái sinh amiắc: CaO +... nhiệt là 29,3.103kJ/kg 6 Một số phương pháp sản xuất sôđa khác : 6.1 Theo phương pháp hóa học :( cacbonat hóa xút ) Khi sản xuất sôđa theo phương pháp hóa học, người ta cacbonat hóa dung dịch xút (sản xuất bằng phương pháp điện phân) theo phản ứng hóa học sau: 2NaOH+CO2 Na2CO3 + H2O Sôđa được tạo thành trong dung dịch xút, khi đạt nồng độ quá bão hòa sẽ tách khỏi dung dịch dưới dạng muối ngậm nước gọi là. .. nước gọi là sôđa nặng (Na2CO3.xH2O) Nếu lọc kết tinh đem khử nước sẽ thu được sôđa khan Na 2CO3 loại thương phẩm Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ thiếu clo, thừa xút Hiện nay sôđa sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ chiếm dưới 10% tổng sôđa tổng hợp trên thế giới 6.2 Sản xuất từ nguyên liệu thiên nhiên: Sôđa tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau: trong tro của . Trường Đại Học Bà Ria-Vũng Tàu Lớp : DH07HD Mục lục 1. Giới thiệu chung 2 2. Tính chất hóa lý chung 3 3 Ứng dụng 4 3.1 Ứng dụng trong thủy tinh. tái sinh amiăc và để bổ sung lượng tổn thất CO 2 . Do đó một phần khí lò được dùng vào những mục đích khác hoặc xả vào không khí. Sữa vôi được nhận bằng cách tôi vôi vào nước bằng dung dịch