Đang tải... (xem toàn văn)
câu hỏi cnsx hợp chất vô cơ
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN CNSX HỢP CHẤT VÔ CƠ 1. Trình bày hai giai đoạn điều chế N và O bằng phương pháp hóa lỏng không khí? 2. Trình bày các hệ thống điều chế N và O bằng phương pháp hóa lỏng không khí? 3. Có thể điều chế Hidro bằng các phương pháp nào? Nêu vắn tắt các phương pháp đó? 4. Quá trình sản xuất axit HNO 3 từ amoniac gồm những giai đoạn nào? Trình bày sơ lược các giai đoạn đó? 5. Trình bày nguyên lý chung của công nghệ sản xuất HNO 3 loãng? 6. Nêu lưu trình công nghệ điều chế axit nitric ở áp suất thường? 7. Hãy nêu vai trò của axit Sunfuric? Có thể sản xuất axit Sunfuric từ những nguồn nguyên liệu nào? 8. Từ nguyên liệu là quặng pyrit (thành phần chủ yếu là FeS 2 ) điều chế khí SO 2 như thế nào? Nêu nguyên lí của lò tầng sôi? Ưu, nhược điểm? 9. Hãy nêu cơ sở lý thuyết của quá trình oxi hóa SO 2 bằng xúc tác V 2 O 5 ? 10. Axit Sunfuric được sản xuất qua các giai đoạn nào? nêu sơ lược các giai đoạn đó. 11. Vì sao phải làm sạch khí SO 2 trong quá trình sản xuất axit Sunfuric? Nêu vắn tắt quá trình làm sạch đó? 12. Hãy nêu cơ sở lý thuyết của phản ứng tổng hợp amoniac? 13. Hãy nêu quá trình điều chế đồng thời H 2 và N 2 bằng phương pháp khí than ướt để tổng hợp amoniac? 14. Giai đoạn làm sạch khí tổng hợp trong điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac được tiến hành như thế nào? 15. Nêu quá trình điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac từ khí thiên nhiên? 1.Ðiều chế Nitơ và oxi bằng phương pháp hóa lỏng không khí: Ðiều chế N,O từ hỗn hợp khí bằng phương pháp làm lạnh thâm độ được thực hiện theo 2 giai đoạn nối tiếp: Hóa lỏng hỗn hợp khí bằng làm lạnh thâm độ. Chưng phân đoạn sản phẩm lỏng thu được. - Hóa lỏng khí bằng làm lạnh thâm độ: Không khí nén trong cụm máy nén có p = 1 atm → 200 atm rồi đưa vào thiết bị làm lạnh để làm lạnh bằng nước đến t° = 18°C → 20°C, rồi qua thiết bị truyền nhiệt trung gian và thiết bị làm lạnh bằng amôniac là thiết bị truyền nhiệt chính đến t° = -50°C, qua van tiết lưu thì một phần không khí hóa lỏng. Không khí lạnh không hóa lỏng, được đưa trở lại trong các thiết bị truyền nhiệt. -Chưng không khí lỏng: Quá trình tách bằng phương pháp chưng cất các nguyên tố trong không khí lỏng dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của chúng, phương pháp này có thể điều chế được nitơ và oxi nguyên chất ( từ không khí). Ghi chú: thành phần không khí gồm nhiều nguyên tố thành phần (% thể tích): nitơ: 78,030 %; oxi:20,990 %; Argon: 0,933 %; Cacbonic: 0,030 %; Hydro: 0,01 %. Ngoài ra còn hơi nước, bụi, các thành phần không ổn định. Không khí nén ở p = 50 → 100 atm đã làm lạnh được đưa vào ruột gà của thiết bị bốc hơi không khí lỏng thuộc cột chưng sau đó qua tiết lưu, áp suất giảm đến 6 atm. Toàn bộ hỗn hợp được đưa vào phần dưới cột. Chức năng của cột là tạo nên một dòng hơi đi lên trên và một dòng chất lỏng chảy từ trên xuống. Nhờ cấu tạo của các “đĩa” ở trong cột chưng cất phân đoạn, dòng hơi và dòng lỏng tiếp xúc mật thiết với nhau đảm bảo sự trao đổi thường xuyên của các phân tử. Những phân tử của chất có nhiệt độ sôi thấp hơn (N) đi nhiều vào dòng hơi, những phân tử của chất có nhiệt độ sôi cao hơn (O) đi nhiều vào dòng lỏng. Cột làm việc liên tục và cột có càng nhiều đĩa thì việc tách riêng 2 chất ra càng hoàn toàn. Trong quá trình chưng trong cột, hàm lượng nitơ ở các đĩa phía trên ngày càng cao và lên đến các ống chùm của thiết bị ngưng tụ - bốc hơi, hầu như chỉ còn nitơ nguyên chất còn oxi lỏng chảy ra ở phía dưới. 2. Các hệ thống điều chế nitơ và oxi: Ðiều chế nitơ và oxi bằng phương pháp phân ly không khí chủ yếu dùng: - Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac. - Hệ thống áp suất cao và tháp có thiết bị hoàn nhiệt và máy giãn nở kiểu tuabin. Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac sản xuất nitơ đạt nồng độ tới 99,9%. Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ bằng amôniac sản xuất oxi đạt nồng độ tới 90 → 93% * Hệ thống tiết lưu không khí nén có làm lạnh sơ bộ amôniac: Trong không khí thường có tạp chất: bụi, hơi nước và CO 2 , khí C 2 H 2 là những hợp chất có hại cần phải loại bỏ, nước và CO 2 đóng băng tương đối cao làm tắt đường ống, đặc biệt là C 2 H 2 tạo thành hợp chất nổ. Do vậy, ta phải cho không khí qua thiết bị lọc, rồi cho qua máy nén bốn cấp có p = 8 →10 atm, sau đó đưa vào thiết bị khử CO 2 bằng NaOH 10% sau đó không khí được đưa trở lại máy nén 2 cấp nữa p = 35 → 60 atm. Ở máy nén ra không khí được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh bằng nitơ ở tháp chưng, rồi vào thiết bị làm lạnh bằng amôniac theo kiểu ruột gà, không khí nén đi bên trong còn amôniac đi trong không gian giữa 2 ống. Nước thường đóng băng trong ruột gà nên qua 1 ngày đêm cần phải xử lý băng đọng bằng cách thổi amôniac ở p = 7,5 → 12 atm và t° = 50 → 80°C. Không khí nén đã loại hơi nước được làm lạnh tiếp tục trong thiết bị trao đổi nhiệt bao quanh tháp chưng để thực hiện quá trình chưng phân đoạn. 3. Ðiều chế hidro : Bằng các phương pháp : Ðiện phân nước Phương pháp phân ly khí cốc bằng cách làm lạnh thâm độ Chuyển hóa các Hydro Cacbon . - Điện phân nước: 2H 2 O →2 H 2 + O 2 -Phương pháp làm lạnh thâm độ khí cốc Thành phần khí cốc (%): - Hidro: 35 - 61% ; -Khí CO 2 2-4%; -Metan 24 - 28% - N 2 : 2 - 7 % ;- Olê fin(etylen,propylen) :1,5 - 3% ;Oxi :0,2 -2,5% Ngoài ra ,trong khí cốc còn có các hợp chất hữu cơ của lưu huỳnh , benzen, naphtalen ,nitơoxit ,axetilen. Các phân đoạn trong khí cốc được tách bằng cách ngưng tụ phân đoạn ở áp suất cao,trong quá trình làm lạnh các phân đoạn lần lược ngưng tụ phân đoạn lần lược ngưng tụ . Bằng cách ngưng tụ phân đoạn, người ta tận dụng tới 95% khí hydro có trong khí cốc để tổng hợp amôniac, lấy được etylen để tổng hợp polyetylen và nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng khác. Khí còn lại là CH 4 , CO được dùng làm nhiên liệu trong luyện kim. - Phương pháp chuyển hóa mêtan với chất oxi hóa là hơi nước hoặc oxi. Nguồn nguyên liệu là khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và khí cốc. - Các phản ứng chuyển hóa metan là: CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 (1) 2CH 4 + O 2 = 2CO + 4H 2 (2) CO + H 2 O = CO2 + H 2 (3) Quá trình được thực hiện qua giai đoạn chuyển hóa metan thành CO và hydro và chuyển hóa tiếp CO thành H 2 và CO2. Trong công nghiệp, người ta thường dùng 3 phương pháp chuyển hóa CH 4 : - Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác. - Chuyển hóa bằng hơi nước có oxi, hoặc hơi nước - oxi - không khí, có xúc tác. - Chuyển hóa bằng oxi hoặc không khí và oxi ở nhiệt độ cao 4. Quá trình sản xuất axit HNO 3 từ amoniac gồm những giai đoạn nào? Trình bày sơ lược các giai đoạn đó? Quá trình này bao gồm các giai đoạn: oxi hóa NH3 thành NO, oxi hóa NO thành NO2, hấp thụ NO2 để thu được dung dịch HNO3 nồng độ khoảng 50%. - Oxi hoá amoniac Quá trình oxi NH3 bằng oxi có thể diễn ra theo các phản ứng sau: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (*) 4NH3 + 4O2 = 2N2O + 6H2O 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O Để sản xuất axit nitric, người ta tìm cách để tốc độ của phản ứng (*) xảy ra nhanh chóng và hạn chế các phản ứng khác đến mức độ thấp nhất. Để đạt được điều đó ta dùng chất xúc tác thích hợp nhất là platin. Trong thực tiễn sản xuất người ta sử dụng hợp kim platin với rođi và palađi, (Pt - 95%, Rh - 3%, Pd - 2%) Xúc tác được kéo thành sợi, rồi dệt thành lưới để tăng bề mặt tiếp xúc. Căng các lưới xúc tác theo tiết diện của tháp oxi hóa. Tùy theo quá trình oxi hóa ở áp suất cao hay áp suất thường thì có 3 - 4 lưới, ở áp suất 10at dùng 16 - 19 lưới platin. Hỗn hợp khí NH3 phải sạch để không làm bẩn xúc tác Pt. Phản ứng oxi hóa NH3 trên xúc tác cũng chỉ xảy ra ở nhiệt độ cao. Người ta duy trì nhiệt độ từ 800 -9000C, vượt quá nhiệt độ này sẽ gây mất mát khối lượng của platin. Để hiệu suất chuyển hóa của NH3 thành NO cao người ta thường dùng dư oxi so với phương trình, cụ thể là oxi lớn hơn 1,7 lần so với NH3. - Oxi hoá NO 2NO + O2 = 2NO2 H < 0, ở nhiệt độ thường, không cần xúc tác Dưới 150 0 C phản ứng xảy ra hoàn toàn theo chiều thuận tạo thành NO2. Trên 150 0 C hầu hết NO2 bị phân hủy, cân bằng chuyển sang trái. Nhiệt độ cao hơn (800 0 C) sự oxi hóa NO thành NO2 không xảy ra. (là phản ứng thiận nghịch) Tăng áp suất, phản ứng oxi hóa NO thành NO2 sẽ chuyển dịch theo chiều thuận Điều kiện thích hợp cho quá trình oxi hóa này là nó xảy ra khắp không gian của dây chuyền sản xuất: trong các tháp hấp thụ, trên đường ống dẫn - Hấp thụ NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + Để tăng tốc độ của quá trình hấp thụ NO2 ta phải tăng diện tiếp xúc của khí với chất lỏng do đây là quá trình dị thể L-K. Bằng cách tạo ra các tháp có các đĩa nằm ngang,khí sẽ chui qua các đĩa từ đáy tháp đi lên còn chất lỏng sẽ chảy từ đỉnh tháp xuống các đĩa. + Làm lạnh chất lỏng trong tháp hấp thụ đến t0 khoảng 750C để hấp thụ tốt Hấp thu NO2 ở điều kiện thường chỉ thu được axit nitric loãng khoảng 50%. 5. Nguyên lí chung của công nghệ sản xuất axit HNO3 loãng: Hiện nay trong công nghiệp, người ta điều chế axit HNO3 chỉ bằng một phương pháp duy nhất, đó là oxy hoá NH3. Qúa trình này được tiến hành theo hai giai đoạn: - Oxy hoá NH3 thành NO - Hấp thụ NO2 để điều chế HNO3 a/ Oxy hoá amoniac thành oxyt nitơ: 4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O + Q Ở đây người ta sử dụng hỗn hợp NH3 trong không khí có nồng độ 10-11% (theo thể tích), trong điều kiện phản ứng như vậy hiệu suất tạo thành NO đạt đến 96-98%. Hỗn hợp khí tạo thành gọi là nitroza. Phản ứng oxy hoá amoniac được tiến hành trong thiết bị tiếp xúc. Hiện nay, người ta sử dụng thiết bị tiếp xúc là một tổ hợp gồm ba thiết bị • Trên cùng là thiết bị lọc catông • Tiếp đến là thiết bị oxy hoá • Cuối là nồi hơi thu hồi - Hỗn hợp khí đi vào thiết bị lọc (1) qua một loạt các ngăn lọc, rồi theo các cửa trên trụ dẫn khí (2) ở tâm thiết bị và đi xuống phần thiết bị oxy hoá. Tại đây, khí đi qua lưới phân phối (3) có tác dụng phân phối đều hỗn hợp khí để đi xuống lưới xúc tác (4). Phía dưới lưới đặt một lớp vòng kim loại (5) dày 250mm để nhận nhiệt của khí, có tác dụng như một bộ tích nhiệt phòng khi thiết bị ngừng hoạt động trong một thời gian ngắn sẽ đốt lò lại được dễ dàng. Lớp vòng này còn có tác dụng giữ lại các hạt xúc tác Pt bay theo khí, sau một thời gian có thể thu hồi lại được. - Phần thiết bi dưới lưới xúc tác làm việc ở nhiệt độ cao. Do đó, được lót một lớp gạch chịu nhiệt. b/ Điều chế axit HNO3: Giai đoạn này gồm hai quá trình: - Oxy hoá tiếp NO thành NO2: NO + O2 → NO2 + Q - Hấp thụ NO2 bằng H2O để tạo thành HNO3: 3NO2(k) + H2O(l) →2HNO3(l) + NO(k) + Q Cả hai phản ứng trên đều toả nhiệt và xảy ra theo chiều giảm thể tích. Do đó, phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất. Tuỳ theo áp suất của hệ thống thiết bị mà người ta chia ra 3 loại công nghệ sản xuất axit HNO3 loãng: • Hệ thống làm việc ở áp suất thường: điều chế HNO3 50% (hiệu suất chuyển hoá NO2 là 92%) • Hệ thống làm việc ở áp suất cao (6-8 atm): điều chế HNO3 > 60% (hiệu suất chuyển hoá NO2 là 98%) • Hệ thống hỗn hợp áp suất thường đến áp suất cao 6. lưu trình công nghệ điều chế axit nitric ở áp suất thường - Không khí được đưa qua thiết bị làm sạch khí bằng nước hay bằng xô đa loãng (1) để khử khí có tính axit và qua thiết bị lọc bằng dạ (2) để loại tạp chất cơ học. - Sau đó không khí được quạt (3) đưa qua thiết bị lọc catông (4) cùng với khí NH3 sạch dưới dạng hỗn hợp khí amoniac có nồng độ 10-12% NH3. Từ thiết bị lọc (4) khí đi vào thiết bị tiếp xúc (5) để oxy hoá NH3 thành NO. ra khỏi (5) hỗn hợp khí nitroza có nhiệt độ lên đến 750-850oC đưa qua nồi hơi thu hồi (6) để giảm nhiệt độ, đồng thời tận dụng nhiệt thừa để sản xuất hơi quá nhiệt (có áp suất 40 atm và nhiệt độ 450oC). - Sau đó hỗn hợp khí có nhiệt độ 160oC đưa vào hệ thống thiết bị làm lạnh kiểu ống chùm (7) và (8) làm lạnh bằng nước. Nhiệt độ khí giảm xuống còn 40oC. Tại hai thiết bị này, NO bị oxy hoá thành NO2 và trong thiết bị tạo thành axit HNO3 được lấy ra ở đáy tháp với các nồng độ tương ứng là 2-3% ở tháp (7) và 30% ở tháp (8) - Từ tháp (8) ra khí được quạt (9) đưa vào hệ thống sáu tháp hấp thụ từ (10) đến (15) kiểu tháp đệm, được tưới bằng axit nitric với các nồng độ thích hợp. Tại các tháp vừa xảy ra phản ứng hấp thụ NO2 vừa xảy ra phản ứng oxy hoá NO vừa được tạo thành. Axit của tháp sau có nồng độ hấp hơn được chuyển dần lên tháp trước để tạo thành axit có nồng độ cao hơn. Axit thành phẩm được lấy ra ở tháp hấp thụ (11) chứ không lấy ra ở tháp (10) vì tháp này được sử dụng như một thiết bị chuyển hoá tiếp tục NO thành NO2. Các axit tuần hoàn đều được làm lạnh trước khi bơm trở lại tháp hấp thụ. - Ra khỏi tháp (15) hỗn hợp khí còn khoảng 0.6-0.8% oxyt nitơ. Khí được đưa vào tháp hấp thụ xô đa (16), (17) để thu hồi các oxyt nitơ dưới dạng các muối Na2NO3 và NaNO2 theo phản ứng: Na2CO3 + NO2 + NO = 2NaNO2 + CO2 Na2CO3 + 2NO2 = NaNO2 + NaNO3 + CO2 Dung dịch NaCO3 với nồng độ 200-250 g/l được đưa vào tháp (17) và sản phẩm được lấy ra ở tháp (16). - Đối với quá trình hấp thụ bằng kiềm, thì quá trình hấp thụ sẽ tối ưu nếu nồng độ NO2 và NO trong hỗn hợp khí bằng nhau. Do đó, phia sdưới các tháp hấp thụ bằng kiềm người ta thường bố trí tháp oxy hoá (18) không tưới dung dịch hấp thụ. Tại đây, sẽ xảy ra phản ứng oxy hoá NO thành NO2 làm cho tỷ lệ hai khí này bằng đơn vị. - Khí ra khỏi tháp (17) chỉ còn 0.1% oxyt nitơ. Dung dịch nitrit-nitrat được dùng để điều chế NaNO3. 7. VAI TRÒ CỦA AXIT SUNFURIC Axit sunfuric là một hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất trong nền kinh tế quốc dân và cũng là một sản phẩm có khối lượng lớn của công nghiệp hóa học. - Là một chất lỏng không màu. Nó chuyển sang màu vàng đen khi có lẫn tạp chất + Tan trong nước theo một tỷ lệ bất kỳ và toả nhiệt mạnh tạo ra các hyđrat + Tỷ trọng 1,84g/cm3 + Chất hoạt động mạnh, hoà tan phần lớn các kl và oxyt kl. Hút nước mạnh tạo các hyđrat. - Người ta thường oxi hóa SO2 trên xúc tác rắn thành SO3, nên được gọi là phương pháp tiếp xúc. Sản xuất được H2SO4 nồng độ trên 98%. - Được sử dụng nhiều để sản xuất phân bón, chế biến nhiên liệu lỏng, tổng hợp hữu cơ, sản xuất thuốc nhuộm, dùng trong ngành luyện kim, mạ điện v.v…. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC Lưu huỳnh và các hợp chất chứa lưu huỳnh đều có thể làm nguyên liệu sản xuất H2SO4 - Lưu huỳnh S là nguyên liệu tốt nhất để sản xuất ra khí SO2. Dây chuyền sản xuất axit sunfuric đi từ lưu huỳnh đơn giản hơn đi từ các nguồn nguyên liệu khác vì nhiệt độ đốt cháy lưu huỳnh thấp và quá trình tinh chế khí SO2 đơn giản hơn. S thường được khai thác từ các mỏ - Quặng pirit: Thành phần chủ yếu của quặng pirit là pirit sắt FeS2, ngoài ra còn có pirit của kim loại màu, các hợp chất của niken, đồng, silic, cacbonat, canxi, các oxit nhôm, bạc và vàng. Hàm lượng lưu huỳnh trong quặng dao động từ 40 - 50%. - Thạch cao: CaSO4 ngậm nước hoặc CaSO4 khan. Ngày nay ít sử dụng - Các hợp chất chứa lưu huỳnh khác Sản phẩm phế thải và khí thải mà trong thành phần có chứa SO2 đều được sử để sản xuất axit sunfuric vừa kinh tế vừa giúp giải quyết các vấn đề về môi trương 8. Từ nguyên liệu là quặng pyrit (thành phần chủ yếu là FeS 2 ) điều chế khí SO 2 như thế nào? Nêu nguyên lí của lò tầng sôi? Ưu, nhược điểm? Nguyên liệu là quặng pyrit: - Thành phần chủ yếu là FeS2 , ngoài ra còn có các hợp chất sunphua của Cu, Zn, Pb, và muối sunphat của K, Mg, Ag, Au, Khi đốt quặng sẽ xảy ra các phản ứng: 4 FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3 Ở nhiệt độ cao và dư nhiều oxy thì phản ứng xảy ra như sau: 3 FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4 Các phản ứng đều toả nhiệt và nhiệt toả ra đủ để duy trì quá trình đốt quặng, không cần phải cung chap nhiệt từ bên ngoài. - Có hai kiểu lò đốt quặng pyrit: lò tầng sôi và lò tầng cơ khí Nguyên lí của lò tầng sôi - Lò hình trụ bằng thép, bên trong có lót một lớp vật liệu chịu lửa (1). Phía dưới có ghi lò (2). Quặng được nghiền nhỏ cỡ hạt 6mm đưa vào phía trên lưới (ghi lò). Không khí được thổi từ dưới lên qua lưới, với tốc độ đủ để duy trì lớp quặng ở trạng thái lơ lững,được gọi là tầng sôi. - Quá trình đốt được tiến hành liên tục, không khí, quặng đưa liên tục vào và quặng thiêu được liên tục lấy ra. Khí SO2 lấy ra trên tháp. Khí ra khỏi lò tầng sôi đem theo một lượng bụi lớn tới 90%-95% khối lượng quặng thiêu. - Nhiệt độ tầng sôi phải duy trì ở 750oC để các hạt quặng thiêu không dính được với nhau. Để duy trì nhiệt độ này trong tầng sôi thường bố trí các thiết bị làm lạnh bằng nước hoặc hệ thống các ống lò hơi để rút nhiệt do phản ứng đốt quặng toả ra. Do đó, tầng sôi có tác dụng phụ là sản xuất hơi nước. Kiểu lò tầng sôi cũng có thể dùng đốt lưu huỳnh. Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển. Khí SO2 có nồng độ ổn định, lượng lưu huỳnh còn lại trong quặng thấp. Nhược điểm: tốn năng lượng để thổi không khí nhằm duy trì quặng ở trạng thái tầng sôi và khí SO2 chứa nhiều bụi (300g/m3) 9. Hãy nêu cơ sở lý thuyết của quá trình oxi hóa SO 2 bằng xúc tác V 2 O 5 ? - Phản ứng giữa SO2 và O2 ở điều kiện thường và ở nhiệt độ cao hầu như không xảy ra - Mặt khác SO3 lại không bền ở nhiệt độ cao, dễ bị phân hủy thành SO2 và O2. Như vậy phản ứng oxi hóa SO2 bằng O2 là một quá trình thuận nghịch và tỏa nhiệt. 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 △H < 0 Trong thực tế sản xuất người ta duy trì nhiệt độ khoảng 4500C khi dùng xúc tác là oxit vanadi (V2O5). - Xúc tác: Thời kỳ đầu người ta dùng Pt làm chất xúc tác, Pt có hoạt tính cao, nhưng không kinh tế. Những năm gần đây người ta dùng vanadi oxit V2O5 vì có hoạt tính cao hơn, trộn thêm Al2O3, SiO2, K2O, CaO và V2O5 . - Nồng độ của các chất tham gia phản ứng: Nồng độ của O2 trong hỗn hợp khí tăng tốc độ của phản ứng tăng cân bằng chuyển dịch về phía tạo thành SO3, đồng thời hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 cũng tăng. Trong sản xuất, oxy hóa SO2 trên xúc tác vanađioxit ở t0 4500C, hàm lượng của oxy trong hỗn hợp khí 11% còn SO2 là 7% thì độ chuyển hóa của SO2 có thể đạt được 98%. 10. Axit Sunfuric được sản xuất qua các giai đoạn nào? nêu sơ lược các giai đoạn đó -Sản xuất SO2 Axít sulfuric được sản xuất từ lưu huỳnh, ôxy và nước theo công nghệ tiếp xúc. Trong giai đoạn đầu lưu huỳnh bị đốt để tạo ra điôxít lưu huỳnh. (1) S(rắn) + O2(khí) → SO2(khí) -Tinh chế hỗn hợp khí SO2: Làm sạch và làm khô hỗn hợp khí SO2 - Oxi hoá SO2 bằng xúc tác V2O5 phản ứng oxi hóa SO2 bằng O2 là một quá trình thuận nghịch và tỏa nhiệt. 2SO2 + O2 ⇌ 2SO3 △H < 0 Trong thực tế sản xuất người ta duy trì nhiệt độ khoảng 4500C khi dùng xúc tác là oxit vanadi (V2O5). - Hấp thụ SO3: SO3 + H2O → H2SO4 △H < 0 Để khắc phục hiện tượng SO3 hấp thụ nước tạo thành “mù” axit sunfuric, người ta dung oleum để hấp thụ (dung dịch SO3 trong H2SO4 đậm đặc). Oleum hòa tan SO3 tự do tạo thành dung dịch axit sunfuric. 11. Vì sao phải làm sạch khí SO 2 trong quá trình sản xuất axit Sunfuric? Nêu vắn tắt quá trình làm sạch đó? Khí SO2 ở lò đốt ra còn chứa bụi và tạp chất (As2O3 và SeO2: làm giảm hoạt tính xúc tác). Lượng bụi trong khí tuỳ thuộc vào lò đốt, có thể dao động khá lớn 300g/m3(tầng sôi) → 10-15 g/m3 (tầng cơ khí). Cần phải khử bụi và tạp chất vì nó sẽ làm bẩn axit H2SO4 tạo thành và làm giảm hoạt tính xúc tác trong thiết bị oxy hoá SO2. (xúc tác cho phản ứng oxy hoá SO2 thường là V2O5). * lưu trình làm sạch khí SO2 : - Trước hết, người ta dùng cyclon để làm sạch bụi sơ bộ, nhằm giảm hàm lượng bụi xuống còn khoảng 15-20 g/m3 (tầng sôi). Sau đó, khí được đưa vào thiết bị lọc điệnkhô (1), để tiếp tục khử bụi đến 0.25 g/m3. Nhiệt độ trong thiết bị lọc điện khô khoảng 350-400oC. Ở nhiệt độ này, hợp chất của As và Se ở thể hơi không khử được. Để khử tạp chất này bằng thiết bị lọc điện cần phải chuyển chúng thành mù, bằng cách cho khí qua tháp rửa (2) và (3) trước khi vào thiết bị lọc điện sau (vì vậy gọi là thiết bị lọc điện ướt).Ở tháp (2) khí đi từ dưới lên trên và được làm lạnh bằng H2SO4 60-70% do một hệ thống vòi phun li tâm vào tháp (được bơm từ thùng (9) lên). Nhiệt độ của khí được hạ xuống 80oC. Tại tháp này sẽ khử một phần bụi còn lại, ngưng tụ được một phần mù axit tạo thành trong tháp do khí SO3 có trong khí phản ứng với axit làm lạnh. Một phần hợp chất của As và Se được hoà tan trong axit hoặc lắng xuống dưới dạng bùn. Tháp rửa (3) là một tháp đệm được tưới bằng H2SO4 30% làm cho nhiệt độ khí giảm xuống 30oC. - Sau khi qua tháp (3) khí liên tiếp đi qua hai thiết bị lọc điện (4) và (6) để tách hết mù axit và các hợp chất của As và Se. Và để tách hoàn toàn mù axit trước khi qua thiết bị lọc điện (6), khí đưa qua tháp tăng ẩm (5) tưới bằng axit H2SO4 5%, nhằm làm cho các hạt mù nhỏ mà lọc điện (4) không tách được to lên. Sau khi qua thiết bị lọc điện, nhiệt độ khí giảm xuống còn 25-30oC và nồng độ SO2 khoảng 9-15% (nồng độ tối ưu của SO2 đối với phản ứng oxy hoá là 7%). Do vậy, phải mở van chuyển không khí vào để điều chỉnh. Sau đó, khí qua tháp sấy (7) có cấu tạo như tháp rửa (3), tháp được tưới bằng H2SO4 93-95% để hút nước, làm giảm độ ẩm của khí xuống dưới 0.15 g/m3. 12. Hãy nêu cơ sở lý thuyết của phản ứng tổng hợp ammoniac? Quá trình tổng hợp NH3 diễn ra theo phương trình : 3H2 + N2 ↔ 2 NH3 ∆H < 0 Là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt, giảm thể tích và cần xúc tác. Do vậy các điều kiện của phản ứng như t0, p, C sẽ có ảnh hưởng đến sự chuyển dịch cân bằng - Nhiệt độ: thường duy trì nhiệt độ của phản ứng này khoảng 4500C do khi tăng dần nhiệt độ, tốc độ phản ứng ở giai đoạn đầu tăng dần, hệ nhanh đạt đến trạng thái cân bằng. + Nếu tăng nhiệt độ quá, hiệu suất chuyển N2 NH3 giảm do ở nhiệt độ cao NH3 bị phân hủy trở lại H2 và N2. Cân bằng chuyển dịch về phía trái. + Ở nhiệt độ thấp dưới 4000C tốc độ phản ứng nhỏ, nên không có lợi cho sản xuất. - Áp suất: Trong sản xuất, thực hiện phản ứng này ở áp suất thấp 100 - 150at, hoặc trung bình 250 - 600at hoặc áp suất cao 600 - 1000at Phản ứng theo chiều thuận là quá trình làm giảm P của hệ, nên khi tăng P phản ứng sẽ chuyển dịch cân bằng về phía tạo thành NH3, H chuyển hoá cũng cao hơn. Sau khi tạo thành NH3 cần được tách ra để cân bằng luôn chuyển theo chiều thuận. Vì H chuyển hóa nitơ thành NH3 thấp, H2 và N2 chưa tham gia phản ứng phải quay trở lại tháp tổng hợp nhiều lần nên tỉ lệ giữa H2 và N2 được giữ đúng tỷ lệ 3:1. - Chất xúc tác Phản ứng này nếu không có xúc tác thích hợp thì dù ở t0 cao và P cao phản ứng cũng hầu như không xảy ra. Xúc tác có thể là Fe, Pt, Mn v.v Trong công nghiệp thường dùng chất xúc tác là sắt. Dạng ban đầu của xúc tác là hỗn hợp oxit FeO và Fe2O3 có thêm các chất phụ khác như Al2O3, CaO, SiO2, K2O Trước khi cho hỗn hợp khí H2 và N2 đi qua xúc tác, xúc tác phải trải qua một quá trình gọi là "hoàn nguyên" bằng cách cho một dòng khí H2 đi qua xúc tác ở nhiệt độ cao, các oxit sắt sẽ bị khử oxi tạo thành các nguyên tử kim loại phân bố trên bề mặt các oxit khác. Chính những tập hợp nguyên tử như vậy đóng vai trò xúc tác cho phản ứng. Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O 13. Hãy nêu quá trình điều chế đồng thời H 2 và N 2 bằng phương pháp khí than ướt để tổng hợp amoniac? -Tạo đồng thời hỗn hợp H2 và N2 đi từ các chất đầu là không khí, nước và than bằng cách cho hỗn hợp không khí - hơi nước đi qua than nóng đỏ sẽ thu được một hỗn hợp: H2 : 40%; O2 : 0,2%; N2 : 18 - 20% CH4 : 0,5%; CO : 31,7% H2S : 0,1%; CO2 : 8 % Loại bỏ các khí CO, CO2, H2S, bụi … để có hỗn hợp khí H2 và N2 là chủ yếu - Tách bụi Hỗn hợp khí ra khỏi các lò khí hóa chứa nhiều bụi, tro và cả dầu máy. Dùng thiết bị lắng bụi li tâm, rửa qua nước, qua lọc điện để giữ tạp chất cơ học trên lại. - Tách H2S H2S có trong hỗn hợp khí sẽ làm ngộ độc chất xúc tác của giai đoạn chuyển hóa CO và tổng hợp amoniac phải loại bỏ thật triệt để. - Chuyển hóa CO thành CO2 Trong khí chứa rất nhiều CO, người ta dùng hơi nước để chuyển hóa CO CO2 đồng thời thêm H2 cho hỗn hợp khí. CO + H2O = CO2 + H2 H < 0 (Xúc tác là Fe2O3 ở nhiệt độ 4500C - 5000C) -Tách CO2 Dùng nước để hấp thụ CO2. Muốn hấp thụ hoàn toàn còn dùng các dung dịch kiềm. - Tách CO Quá trình chuyển hóa CO thành CO2 là quá trình thuận nghịch nên trong hỗn hợp khí vẫn còn một lượng nhỏ CO. Dùng dung dịch muối axetat đồng trong dung dịch amoniac để hấp thụ triệt để hơn CO. Sau khi qua các giai đoạn tinh chế, hỗn hợp khí còn lại chứa chủ yếu là H2 và N2. 14. Giai đoạn làm sạch khí tổng hợp trong điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac được tiến hành như thế nào? Làm sạch khí tổng hợp: mục đich loại H2S, CO, CO2 a/ Tách khí CO2 và H2S: CO2 và H2S đều tan nhiều trong nước khi tăng áp suất và hạ nhiệt độ, nên hỗn hợp khí được rữa bằng nước ở áp suất cao là phương pháp tốt nhất để tách hai khí này. Trong công nghiệp thiết bị làm sạch khí là một tháp đệm. Khí đi từ dưới lên, nước bơm từ trên xuống với áp suất hơi lớn hơn áp suất khí. Phương pháp này có thể tách từ 80÷95% CO2 , và được dùng để sản xuất xô đa, ure', Hiện nay, người ta sử dụng dung dịch monoetanolamin (CH2CH2(OH)NH2) để tách CO2 và H2S. Dung dịch này hấp phụ tốt hai khí trên ở nhiệt độ 25÷35oC. [...]... thiết bị làm sạch khí sơ bộ (2), dùng ZnO để hấp phụ hợp chất lưu huỳnh (H2S, các hợp chất hữu cơ chứa S) để chúng khỏi làm nhiễm độc xúc tác (ra khỏi tháp các hợp chất này phải < 2÷3mg/m3) - Hơi nước dùng để chuyển hoá cũng được gia nhiệt ở tháp (3) với nhiệt độ 380-400oC Sau đó được hoà vào khí với hỗn hợp khí-hơi ở tỷ lệ 1/2.5 (thể tích) Hỗn hợp khí hơi vào lò ống (4), tại đây khí đi trong ống có... khí ở ngoài ống Tại đây, hỗn hợp khí-hơi được chuyển hoá đến 75% mêtan và nhiệt độ đạt đến 700-750oC Ở là ra, hỗn hợp khí đi vào tháp chuyển hoá mêtan thứ 2 (5) để tiếp tục chuyển hoá mêtan còn lại Ở táp này, người ta cho thêm không khí vào để nhằm mục đích đưa N2 vào hỗn hợp Lượng không khí cho vào đảm bảo tỷ lệ: H2/N2 = 3/1 (tỉ lệ cần thiết để tổng hợp NH3) Oxy trong không khí oxy hoá mêtan theo phản... hoá CO Khí tổng hợp sau khi rữa bằng dung dịch đồng amoniac vẫn còn chứa 0.01-0.05% CO2, nên vẫn làm hại xúc tác trong quá trình tổng hợp NH3 Do đó, phải rữa tiếp hỗn hợp khí bằng dung dịch NaOH 7% hay nước amoniac 20% ở P = 120-320 atm Sau khi rữaCO2 chỉ còn 0.0005-0.0001% 15 Nêu quá trình điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac từ khí thiên nhiên? Điều chế nguyên liệu tổng hợp amoniac từ... nhiệt độ của hỗn hợp khí lên 950-1000oC Do đó, ở cuối tháp tiếp tục phản ứng thu nhiệt (1) và một phần phản ứng (3) - Ở thiết bị (5) ra hỗn hợp đi vào nồi hơi thu hồi (6), được làm lạnh xuống nhiệt độ khoảng 400oC Để điều chỉnh quá trình được chính xác một phần khí được đưa vào tháp tăng ẩm (7) mà không qua nồi hơi Tháp này được phun nước để hạ nhiệt độ hỗn hợp khí, đồng thời làm hỗn hợp bão hoà hơi... phản ứng (3) - Trước khi vào thiết bị chuyển hoá CO hỗn hợp khí qua thiết bị trộn (8) Tại đây, người ta bổ sung hơi nước với tỉ lệ hơi/khí = 0.35/1 - Thiết bị (9) gồm 2 tầng xúc tác FE-Cr thực hiện chuyển hoá hai cấp Lần đầu thực hiện ở nhiệt độ 400oC, phản ứng toả nhiệt tăng nhiệt độ hỗn hợp khí lên 500oC Trước khi vào lớp xúc tác tiếp theo hỗn hợp khí qua lớp đệm được tưới nước trực tiếp để hạ nhiệt... độ tối ưu để chuyển hoá lần hai) Khí ra khỏi tháp (9) được chia làm hai đi qua thiết bị (1) và (3) - Kết thúc quá trình chuyển hoá hỗn hợp khí gồm N2, H2, CO2, một ít CO, CH4 với thành phần (%thể tích) như sau: N2 = 20.6; H2 = 59.8; CO2 = 15.2 CO = 4; CH4 = 0.4 Hỗn hợp này đưa đi làm sạch ... 0.0005-0.0001% 15 Nêu quá trình điều chế hỗn hợp khí nitơ-hydro để tổng hợp amoniac từ khí thiên nhiên? Điều chế nguyên liệu tổng hợp amoniac từ khí thiên nhiên (chủ yếu là khí CH4) Điều chế khí tổng hợp: Khí thiên nhiên được chuyển hoá bằng hơi nước hoặc oxy theo phản ứng: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 - Q (1) 2CH4 + O2 ↔ 2 CO + 4H2 + Q (2) CO + H2O ↔ CO2 + H2 - Q (3) Phản ứng (1)(3) là các phản ứng thu nhiệt,... CO2, H2S lên 105÷125oC, thì quá trình nhã xảy ra, sau đó làm lạnh dung dịch và dung dịch monoetanolamin được dùng trở lại Phương pháp này tách CO2 lên đến 99% b/ Tách khí CO: hàm lượng CO trong khí tổng hợp phải < 0.001÷0.002% Phương pháp tách CO là phương pháp Cu-NH3 Tức dùng muối đồng acetat trong nước amoniac để hấp thụ Quá trình được tiến hành ở P = 120-320atm, to < 25oC và sử dụng tháp đệm để hấp . ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN CNSX HỢP CHẤT VÔ CƠ 1. Trình bày hai giai đoạn điều chế N và O bằng phương pháp hóa lỏng không khí? 2. Trình. dùng ZnO để hấp phụ hợp chất lưu huỳnh (H2S, các hợp chất hữu cơ chứa S) để chúng khỏi làm nhiễm độc xúc tác (ra khỏi tháp các hợp chất này phải <