Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy BÀI TIỂU LUẬN: SẢN XUẤT AXIT CLOHYDRIC I GIỚI THIỆU CHUNG: - Axit clohiđric Basil Valentine, thầy tu dòng Be-ne-dict Đức, phát vào kỷ 15, cách nung muối ăn axit sunfuric - Năm 1818 Humphry Davy Penzance, Anh chứng minh thành phần hóa học bao gồm hiđro clo - Axit HCl có dịch vị tiết từ dày II TÍNH CHẤT VẬT LÝ: - Khí hiđro clorua tan vào nước tạo thành dung dịch axit clohiđric - Axit clohiđric chất lỏng không màu, mùi sốc, nhớt, nặng nước (d = 1,19g/cm3), khúc xạ ánh sáng nhiều nước (n = 1,342) Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy - Axit clohiđric đậm đặc có nồng độ tối đa 40% Ở dạng đậm đặc, HCl “bốc khói không khí ẩm tạo thành sương mù axit, có khả ăn mòn mô người, gây tổn thương quan hô hấp, mắt, da ruột III TÍNH CHẤT HÓA HỌC: Tính axit mạnh: - Làm quỳ tím chuyển thành màu đỏ - Tác dụng với kim loại đứng trước H giải phóng khí hiđro Fe + HCl → FeCl2 + H2↑ - Tác dụng với oxit kim loại → muối (trong kim loại giữ nguyên hóa trị) + H2O FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O - Tác dụng với bazơ → muối (trong kim loại giữ nguyên hóa trị) + H2O NaOH + HCl → NaCl + H2O - Tác dụng với muối → muối + axit Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑ Tính oxi hóa - khử: - HCl thể tính oxi hóa tác dụng với kim loại đứng trước H (tính oxi hóa thể H+ - HCl đóng vai trò chất khử tác dụng với chất có tính oxi hóa mạnh KMnO4, K2Cr2O7, MnO2, KClO3, (tính khử thể Cl-) MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O IV ỨNG DỤNG: 1.Tẩy gỉ thép - Một ứng dụng quan trọng axít clohiđric dùng để loại bỏ gỉ thép, oxit sắt, trước thép đưa vào sử dụng với mục đích Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy khác cán, mạ điện kỹ thuật khác HCl dùng kỹ thuật có nồng độ 18% phổ biến, dùng làm chất tẩy gỉ loại thép cacbon Fe2O3 + Fe + HCl → FeCl2 + H2O - Axit qua sử dụng tái dùng nhiều lần gọi dung dịch sắt (II) clorua, mức độ kim loại nặng cao dung dịch tẩy làm giảm hiệu phản ứng - Công nghiệp tẩy thép phát triển công nghệ “tái chế axít clohiđric”, công nghệ lò phun công nghệ tái sinh HCl tầng sôi, trình cho phép thu hồi HCl từ chất lỏng tẩy rửa Công nghệ tái chế phổ biến hất pyrohydrolysis, thực theo phản ứng sau: FeCl2 + H2O + O2 → HCl+ Fe2O3 - Bằng cách hồi phục đặc tính axít qua sử dụng, người ta thực theo chu trình axít khép kín Sản phẩm phụ trình tái chế sắt (III) oxit thu hồi sử dụng vào nhiều mục đích công nghiệp Sản xuất hợp chất hữu - Một ứng dụng quan trọng khác axít clohiđric dùng để sản xuất hợp chất hữu vinyl clorua dicloroetan để sản xuất PVC Quá trình sử dụng axít doanh nghiệp sản xuất không từ thị trường tự CH2=CH2 + HCl + O2 → ClCH2CH2Cl + H2O Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy - Các hợp chất hữu khác sản xuất từ HCl bisphenol A sản xuất polycacbonat, than hoạt tính, axit ascobic, số sản phẩm ngành dược gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính Sản xuất hợp chất vô - Nhiều sản phẩm sản xuất từ axít clohiđric theo phản ứng axítbazơ tạo hợp chất vô Chúng bao gồm hóa chất xử lý nước sắt (III) clorua polyaluminium clorua (PAC) ([Al2(OH)nCl6.nxH2O]m (trong m ≤10, n ≤ 5) Fe2O3 + HCl → FeCl3 + H2O - Cả sắt (III) clorua PAC sử dụng làm chất keo tụ chất đông tụ để làm lắng thành phần trình xử lý nước thải, sản xuất nước uống, sản xuất giấy - Các hợp chất vô khác sản xuất dùng HCl muối canxi clorua, niken (II) clorua dùng cho việc mạ điện kẽm clorua cho công nghiệp mạ sản xuất pin CaCO3 + HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (canxi clorua từ đá vôi) Kiểm soát trung hòa pH - Axit clohiđric dùng để điều chỉnh tính bazơ dung dịch OH− + HCl → H2O + Cl− Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy - Trong công nghiệp yêu cầu độ tinh khiết (thực phẩm, dược phẩm, nước uống), axít clohiđric chất lượng cao dùng để điều chỉnh pH nước cần xử lý - Trong ngành công nghiệp không yêu cầu độ tinh khiết cao, axít clohiđric chất lượng công nghiệp cần đủ để trung hòa nước thải xử lý nước hồ bơi Tái sinh cách trao đổi ion - Axit HCl chất lượng cao dùng để tái sinh nhựa trao đổi ion Trao đổi cation sử dụng rộng rãi để loại ion Na+ Ca2+ từ dung dịch chứa nước, tạo nước khử khoáng Axit dùng để rửa cation từ loại nhựa Na+ bị thay H+ Ca2+ bị thay H+ - Trao đổi ion nước khử khoáng sử dụng tất ngành công nghiệp hóa, sản xuất nước uống, số ngành công nghiệp thực phẩm Ứng dụng khác - Axit HCl sử dụng nhiều ứng dụng quy mô nhỏ như: xử lý da, vệ sinh nhà cửa, xây dựng nhà - Trong khai thác dầu, axit HCl dùng để bơm vào tầng đá giếng dầu nhằm hòa tan phần đá hay gọi "rửa giếng", tạo lỗ rỗng lớn Axit hóa giếng khoan trình phổ biến sử dụng công nghiệp khai thác dầu biển Bắc - Khi trộn dung dịch axit clohiđric đậm đặc dung dịch axit nitric đậm đặc theo tỉ lệ mol 1:3 (được gọi nước cường toan) có khả hòa tan vàng bạch kim - Một số phản ứng hóa học liên quan đến axit HCl ứng dụng sản xuất thực phẩm, thành phần thực phẩm phụ gia thực phẩm Các sản phẩm đặc trưng nhưa spartame, fructose, axit citric, lysine, thủy phân protein thực vật, Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy sản xuất gelatin Axit HCl cấp thực phẩm (loại an toàn cho người sử dụng) ứng dụng cần thiết sản phẩm cuối Trong sinh vật: - Axit gastric chất tiết từ dày Nó chứa chủ yếu axít clohiđric tạo môi trường axít dày với pH từ đến - Axit gastric giữ vai trò chất kháng lại vi sinh vật để ngăn ngừa nhiễm trùng yếu tố quan trọng để tiêu hóa thức ăn pH dày thấp làm biến tính protein làm chúng bị dễ phân hủy enzym tiêu hóa pepsin V QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT CLOHIĐRIC: Phương pháp chưng cất từ clorua kim loại với axit sunfuric: - Đây phương pháp cổ điển đề sản xuất khí HCl, phương pháp ý nghĩa lớn kĩ thuật, phương pháp sử dụng để điều chế HCl tinh khiết phòng thí nghiệm - Khi cho NaCl tiếp xúc với axit sunfuric đặc nhiệt độ thường HCl tạo thành bay từ hỗn hợp hình thành muối axit NaHSO4 Khi nhiệt độ lên khoảng 3000C phản ứng xảy hoàn toàn, theo phương trình: NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy - Khi nâng nhiệt độ lên khoảng 6000C HCl tiếp tục tạo NaHSO4 phản ứng với NaCl Phản ứng kết thúc nhiệt độ khoảng 8000C NaHSO4 + NaCl → Na2SO4 + HCl Phương pháp phân hủy nhiệt muối clorua: - Phương pháp phân hủy nhiệt tốn nhiên liệu nguyên liệu đầu Vì mang tính chất nguyên lý, thực tế phương pháp không ứng dụng, trừ khí HCl sinh sản phẩm phụ trình phân hủy sản xuất khác 3.Sản phẩm clo hóa sản xuất chất hữu cơ: - Nhiệt phân 1,2-dicloretan tạo thành vinyl clorua, 90% lượng axit clohiđric sản xuất Mỹ dùng phương pháp clo hóa này: C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2 C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl↑ - Clorua hóa ankan: Cl2 + RH → RCl + HCl↑ với R-là gốc hydrocacbon - Phản ứng trao đổi gốc clo với HF Phản ứng dùng để chuyển sản phẩm clo hóa (RCl) tạo HCl RCl + HF → RF + HCl↑ - Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan: CHF2Cl → CF2=CF2 + HCl↑ - Từ đốt rác thải hữu clo: C4H6Cl2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O + 2HCl↑ Sau trình tạo khí HCl, dòng khí chứa HCl đưa qua tháp hấp thụ, HCl lỏng đậm đặc tạo cách hấp thụ HCl vào dung dịch axít Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy clohiđric yếu tách Trong đó, dòng khí cuối đưa tới thiết bị làm để loại HCl tự trước thải không khí Phương pháp tổng hợp trực tiếp từ clo hyđro nguyên tố: - Hiện phương pháp tổng hợp trực tiếp từ clo hyđro nguyên tố phương chủ yếu để sản xuất khí hyđroclorua axit clohyđric, theo phản ứng đốt cháy hyđro dòng clo nguyên tố: H2 (k) + Cl2 (k) → 2HCl (k) + 180 kJ - Sơ đồ công nghệ sản xuất axit clohiđric tổng quát theo sơ đồ chữ sau: Nguyên tắc: HCl hình thành sau phản ứng đốt hiđro dòng clo nguyên tố H2 + Cl2 → 2HCl - Quá trình đốt hyđro clo tiến hành lò thạch anh làm lạnh nước cho nhiệt độ lò phản ứng nằm khoảng 600-700 0C - Đây phản ứng oxi hóa mãnh liệt, trộn hyđro clo theo tỉ lượng thể tích đủ lớn gây nổ Chính mà mà H2 Cl2 dẫn hai Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy đường riêng biệt vào buồng trộn nhỏ trước vòi đốt giữ lượng hiđro dư khoảng 2% Ngọn lửa H2 Cl2 cháy lò tạo khí HCl lượng nhiệt lớn Hệ thống làm lạnh nước bố trí xung quanh thành bên lò để giữ cho nhiệt độ vượt 7000C - Khí HCl khô từ cửa lò đốt làm nguội cách trao đổi nhiệt tháp nén lỏng áp suất cao téc thép để đưa sử dụng cho hấp thụ vào nước để thu axit HCl Sơ đồ công nghệ sản xuất axit clohiđric: Quá trình hấp thụ tạo axit HCl tóm tắt sau: Trang Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy - Khí HCl từ bom / téc (3) qua van chiết lưu đưa theo hướng từ lên vào tháp hấp thụ đệm (4) có trang thiết bị hệ thống làm lạnh nước - Sau khí dư dẫn tiếp sang tháp hấp thụ (5) để hấp thụ triệt để Tại tháp (5) nước phun từ xuống - Dung dịch axit loãng từ tháp (5) quay vòng trở lại dẫn sang tháp (4) phun từ xuống để bão hòa HCl - Sản phẩm axit lấy từ cuối tháp (4) thường có nồng độ 30 – 35% Sơ đồ thiết bị sản xuất axit clohiđric công nghiệp: Quá trình hấp thụ tạo axit tóm tắt sau: - Sau trình điện phân thu H2 Cl2, dẫn hai khí vào tháp T1 xảy phương trình phản ứng sau: Trang 10 Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy H2 + Cl2 → 2HCl - Khí HCl dẫn qua tháp hấp thụ T2, lượng khí HCl chưa hấp thụ dẫn qua tháp hấp thụ T3 - Dung dịch HCl thu tháp T3 dẫn trở lại tháp T2 để làm đặc Một phần khí chưa hấp thụ thải Trang 11 [...].. .Sản xuất axit clohiđric GVHD: TS.Lê Thị Thanh Thúy H2 + Cl2 → 2HCl - Khí HCl được dẫn qua tháp hấp thụ T2, lượng khí HCl chưa hấp thụ được dẫn qua tháp hấp thụ T3 - Dung dịch HCl thu được ở tháp T3 sẽ được