Công nghệ và môi trường 1 (hóa công)

______________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 57 - Làm lạnh sâu: nén clo tới áp suất 0,8atm rồi làm lạnh tới -350 -450C. - Nén đến áp suất cao: nén tới áp suất 12atm mà không cần phải làm lạnh. - Hỗn hợp: Kết hợp hai phương pháp trên, nén clo tới áp suất thấp hơn khoảng 5atm, đồng thời làm lạnh ở mức độ thấp hơn, không quá -180C. Phương pháp hỗn hợp tuy có nhược điểm là hệ thống thiết bị cồng kềnh, nhưng lại có ưu điểm là hệ số hóa lỏng cao, hóa lỏng được cả khi clo loãng. Nó là một phương pháp hóa lỏng clo được sử dụng tương đối phổ biến. Khí clo sau khi đã sấy khô, được đưa vào thùng hoãn xung, rồi từ đó vào máy nén để nén tới áp suất khoảng 5atm. Sau đó qua thiết bị làm lạnh và vào thiết bị lọc để tách bụi axít sunfuric đậm đặc dùng trong máy nén. Sau đó, khí clo được đưa vào thiết bị ngưng tụ và được làm lạnh tới -180C bằng dung dịch CaCl2. Clo sẽ được hóa lỏng ở đây. Từ đây ra, clo lỏng và khí không hóa lỏng qua thiết bị tách khí. Clo chảy vào hệ thống cân đo rồi được nén bằng không khí vào thùng chứa. Hỗn hợp khí không hóa lỏng gồm có khí clo, hyđrô, cacbonic được cung cấp cho nơi sử dụng clo có hàm lượng thấp. IV. SẢN XUẤT KHÍ HYĐROCLORUA VÀ AXIT CLOHYĐRIC 1. Điều chế khí hyđroclorua Phương pháp điều chế khí hyđroclorua phổ biến nhất hiện nay là tổng hợp từ khí hyđrô và clo điều chế bằng phương pháp điện phân dung dịch muối ăn. Quá trình tổng hợp diễn ra theo phản ứng: H2 + Cl2 = 2HCl Trong công nghiệp, phản ứng được thực hiện trong lò tổng hợp ở nhiệt độ 2000-24000C và áp suất 1,7atm. Các khí phản ứng ở nhiệt độ cao như vậy tạo thành một ngọn lửa màu sáng ánh trắng. Theo phản ứng trên, tỷ lệ phân tử khí clo và hyđrô tham gia phản ứng bằng nhau. Nhưng trong thực tế việc điều chỉnh như vậy rất khó. Do đó, thông thường người ta thực hiện phản ứng tổng hợp theo chế độ thừa hyđrô, khoảng 5-10%. Như vậy khí clo đưa vào lò sẽ phản ứng hết, giảm được nguy cơ ăn mòn thiết bị. Tuỳ theo cách làm lạnh, người ta chia lò tổng hợp làm hai loại: lò làm lạnh bằng không khí và lò làm lạnh bằng nước. Loại sau, do khả năng làm lạnh tốt hơn __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 58 nên có năng suất ứng với một đơn vị tổng thể lò cao hơn. Nhưng loại làm lạnh tự nhiên bằng không khí có cấu tạo đơn giản hơn rất nhiều. Lò thường làm bằng thép không rỉ hoặc thép cacbon, gồm hai hình nón cụt, tạo thành hình dạng gần giống ngọn lửa để đảm bảo nhiệt độ của thành lò được đều. Đường kính ở phần trên của lò là 0,6m, phần giữa là 1,2m và phần cuối 0,46m. Với cấu tạo như vậy, lò có năng suất 15-16 tấn HCl 100% một ngày, đồng thời bảo đảm được nhiệt độ qui định đối với thành lò không quá 450-5000C. Đáy lò có vòi đốt (1) gồm hai ống đồng trục. Ống trong dẫn khí clo và không gian giữa hai ống dẫn khí hyđrô. Việc quan sát ngọn lửa được thực hiện qua kính quan sát (2). Để đề phòng phản ứng xảy ra quá mạnh, gây hiện tượng nổ, phá vỡ thành lò, đỉnh lò được cấu tạo bằng một màng hai lớp (3), bên dưới là amiăng, bên trên là tôn mỏng Hình IV.9. Cấu tạo lò tổng hợp khí hydroclorua 1. Vòi đốt; 2. Kính quan sát; 3. Màng đậy; 4. Cửa châm lửa vòi đốt 2. Điều chế axit clohyđric Axít clohyđric được điều chế bằng cách dùng nước hấp thụ khí hyđrôclrua. Axit điều chế được trong công nghiệp có nồng độ 31%. Quá trình hấp thụ tỏa rất nhiều nhiệt, làm cho axit bị sôi, ảnh hưởng không tốt đến quá trình hấp thụ. Vì vậy, cần phải lấy nhiệt của quá trình này. Tuỳ theo cách lấy nhiệt, quá trình điều chế axit được chia làm hai loại: __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 59 - Hấp thụ đẳng nhiệt, trong đó nhiệt được lấy đi bằng cách truyền nhiệt qua thành tháp hấp thụ. - Hấp thụ đoạn nhiệt, trong đó nhiệt của tháp hấp thụ được lấy đi bằng cách làm bay hơi một phần nước. Phương pháp hấp thụ đẳng nhiệt đòi hỏi phải chế tạo tháp hấp thụ bằng vật liệu dẫn nhiệt, nên rất dễ bị axit ăn mòn. Còn theo phương pháp sau, có thể chế tạo tháp hấp thụ bằng vật liệu phi kim loại, thông thường là faolit. Tháp hấp thụ là tháp đệm thông thường. Hình IV.10. Trình bày sơ đồ lưu trình công nghệ tổng hợp khí hyđrôclorua và điều chế axit clohyđric. Hình IV.10. Qui trình công nghệ điều chế khí hiđrôclorua và axit clohiđric 1. Thiết bị tách nước; 2. Thiết bị chắn lửa; 3. Lò tổng hợp HCl. 4. Thùng hoãn xung; 5. Thiết bị làm lạnh; 6. Tháp hấp thụ 7. Thùng chứa axit; 8. Bơm; 9. Thùng phụ; 10. Tháp rửa. 11. Vòi phun; 12. Quạt. Khí hyđrô từ phân xưởng điện phân sang, có nồng độ 98% được đưa vào thiết bị tách nước (1) để loại bụi nước còn lẫn với khí, rồi vào thiết bị chắn lửa (2) để ngăn ngừa lửa từ lò tổng hợp cháy theo đường ống, sau đó vào lò tổng hợp (3). Đồng thời, khí clo từ công đoạn sấy khô sang có nồng độ 94-96% sau khi qua thiết bị hoãn xung (4) để làm luồng khí clo chậm lại và tách bụi axit do khí clo đem từ công đoạn sấy khô sang (hoặc bụi clo lỏng đem từ công đoạn hóa lỏng clo sang, nếu lấy clo từ công __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 60 đoạn hóa lỏng) cũng đi vào lò tổng hợp. Khí hyđroclorua tạo thành, ra khỏi lò tổng hợp, có nhiệt độ khoảng 250-3500C, được đưa vào thiết bị làm lạnh (5), làm lạnh đến 120-1500C, rồi từ đó vào tháp hấp thụ (6). Quá trình hấp thụ trong tháp (6) được thực hiện theo phương pháp ngược dòng. Khí đi từ dưới lên, nước tưới từ trên đỉnh tháp xuống. Sản phẩm tạo thành có nồng độ khoảng 31-31,5% được đưa vào thùng chứa (7), từ đó được bơm (8) đưa đi các nơi sử dụng. Bơm ly tâm (8) làm bằng chất dẻo; để giúp cho việc khởi động bơm, người ta dùng một thùng phụ (6) nối với thùng chứa axit bằng một ống xiphông; mỗi khi khởi động bơm, người ta đổ đầy nước vào thùng (9) do đó nước đầy cả bơm lẫn ống xi phông. Khí ra khỏi tháp hấp thụ, đem theo cả nước bay hơi trong tháp hấp thụ đoạn nhiệt, chứa khoảng 1-1,5% khí HCl, được đưa vào tháp rửa (10) rửa bằng nước. Nước rửa ra khỏi tháp (10) chứa 0,2-0,5% HCl, được thải ra hệ thống nước thải. Khí thải được hệ thống vòi phun không khí (11) hút thải ra ngoài không khí. Không khí dùng cho vòi phun, do quạt (12) cung cấp. Chương V SẢN XUẤT PHÂN BÓN HÓA HỌC Trong sản xuất nông nghiệp hiện nay thường sử dụng hai loại phân bón chủ yếu là phân lân và phân đạm. Phân lân là những hợp chất chứa nguyên tố photpho. Chất lượng hay nói khác hiệu quả của phân lân được đánh giá bằng hàm lượng P2O5 chứa trong nó mà cây có thể hấp thụ được, hàm lượng này thường nhỏ hơn hàm lượng tổng số P2O5 có trong nó theo lí thuyết. Các loại phân lân hiện nay thường dùng là: __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 61 Supephophat kép thành phần chính là Ca(H2PO4)2. Phân lân nung chảy, hay còn gọi là phân lân thuỷ tinh thành phần chính là Ca3(PO4)2. Nguyên liệu chính để sản xuất các loại phân lân là apatit. Nước ta có mỏ apatit rất lớn và chất lượng cao ở Lào Cai. Phân đạm là những hợp chất chứa nguyên tố nitơ. Phân đạm gồm các chất sau: ure - CO(NH2), (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, (NH4)2CO3. Ngoài những hợp chất chỉ chứa nitơ hoặc photpho như trên còn có hợp chất chứa cả hai nguyên tố, loại phân bón đó thường gọi là phân hỗn hợp, ví dụ như amophot, đó là các muối amoni phophat. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 62 §1. SẢN XUẤT PHÂN LÂN Supephôtphat là loại phân lân được dùng phổ biến ở nước ta. Tùy theo mức độ hòa tan mà người ta chia phân phôtphat thành 2 loại: loại hòa tan trong nước và loại không hòa tan - Loại hòa tan trong nước gồm supephotphat đơn và kép. - Loại hòa tan trong axit gồm prexipiat – amophôt nóng chảy. Loại phân bón không hòa tan chứa các muối phôtphat khó thẩm thấu, chỉ hòa tan trong axit mạnh. Loại này gồm photphoric nghiền, apatit Phôtphát là lớp khoáng chứa phôtpho chủ yếu dạng fluorapatit và các tạp chất khác. Hàm lượng P2O5 trong quặng phôtphat khoảng 20-30%. Muốn điều chế phân phôtpho dễ dàng ngấm thấu để có thể sử dụng ở bất kỳ loại đất nào phải tiến hành chuyển muối phôtphat không hòa tan thành muối hòa tan hoặc dễ dàng ngấm thấu. Đó là mục đích chủ yếu của kỹ thuật phân lân Supephôtphat đơn Ca(H2PO4)2.CaSO4.2H2O: còn chứa CaSO4 (thạch cao) được điều chế qua 1 giai đoạn. Supephôtphat kép Ca(H2PO4)2. 2H2O: không chứa CaSO4 được điều chế qua 2 giai đoạn nên được gọi là supephôtphat kép Vì đều là canxiphôtphat (I) nên supephôtphat dễ tan, ngay cả trong môi trường trung tính hoặc ít chua Chất lượng của supephôtphat được xác định bởi hàm lượng P2O5 hấp thụ hay được gọi là P2O5 hữu hiệu có trong phân bón. I. SẢN XUẤT SUPEPHOPHAT ĐƠN THEO PHƯƠNG PHÁP AXIT Supephôtphat đơn là loại phân khoáng được sử dụng nhiều nhất, sản lượng lớn nhất Đặc điểm của loại phân này là có thể tan trong môi trường trung tính. Nhìn bề ngoài nó là bột hay hạt có màu xám sáng hay sẫm, thành phần chủ yếu là Ca(H2PO4)2 và CaSO4 ngoài ra còn lẫn một số chất khác. Superphotphat đơn có hàm lượng P2O5 hữu hiệu khoảng 14-20%. Ở nước ta hiện nay có một nhà máy sản xuất Supephophat đơn theo phương pháp này ở Lâm Thao (Phú Thọ) do Liên Xô cũ giúp đỡ xây dựng từ những năm đầu __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 63 thập niên 60. Công suất lúc đầu khoảng 10 vạn tấn/năm, nhưng hiện nay chúng ta đã thiết kế mở rộng để tăng công suất của nhà máy gấp nhiều lần. 1. Cơ sở lí thuyết chế tạo Superphotphat đơn Quá trình điều chế supephôtphat khi cho H2SO4 tác dụng với fluorcanxi apatit Ca5F(PO4)3 là quá trình dị thể nhiều pha xảy ra chủ yếu ở vùng khuếch tán. Quá trình này có thể chia thành 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: H2SO4 khuếch tán vào hạt apatit (Ca5F(PO4)3) kèm theo phản ứng hóa học trên bề mặt hạt apatit, phản ứng này tiến hành cho đến khi axit tác dụng hoàn toàn và sunfat canxi kết tinh Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4 + HF - Giai đoạn 2: Axit photphoric sinh ra tiếp tục tác dụng với quặng apatit tạo thành muối canxi photphat là một thành phần quan trọng nhất quyết định chất lượng của phân lân superphotphat. 7H3PO4 + Ca5F(PO4)3 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2. H2O + HF - Nếu phản ứng thực hiện hoàn toàn thì chừng 70% apatit bị phân hủy ở giai đoạn đầu và phần còn lại bị phân hủy tiếp ở giai đoạn sau - Phản ứng đầu diễn ra với tốc độ rất nhanh so với tốc độ của phản ứng sau. Nó thường kết thúc sau 20 đến 40 phút kể từ khi trộn quặng apatit với dung dịch H2SO4 - Nồng độ axit sunfuric thích hợp trong quá trình sản xuất là từ 62 - 68%, thấp hoặc cao hơn giá trị trên đều không thuận lợi cho quá trình tạo superphotphat. - Phản ứng giai đoạn 2 lúc đầu xảy ra rất nhanh, khi nồng độ Ca(H2PO4)2 tăng lên thì tốc độ chậm dần và kết thúc sau khi ủ supe trong kho 6-25 ngày đêm. Tốc độ phản ứng giai đoạn 2 xảy ra chậm là vì màng mono canxi phôtphat tạo thành bao quanh hạt apatit làm giảm sự khuếch tán của H3PO4 và sự kết tinh pha rắn mới (Ca(H2PO4)2. H2O) xảy ra chậm. - Quá trình phản ứng giữa quặng và dung dịch axit là quá trình dị thể (rắn - lỏng) nên quặng phải được nghiền rất nhỏ để tăng tốc độ của quá trình. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 64 - Nhiệt độ phản ứng duy trì khoảng 110-1200C và để đảm bảo nhiệt độ này nhiệt độ ban đầu của dung dịch H2SO4 khi cho tác dụng với quặng dao động từ 60 - 70oC tuỳ thuộc thời tiết từng mùa và nồng độ H2SO4. - Supephôtphat đơn phải đảm bảo các yêu cầu chất lượng sau: P2O5 không dưới 14-19% Độ ẩm không quá 13-15% Axit phôtphoric tự do (tính theo P2O5) không quá 5-5,5% 2. Quá trình sản xuất superphotphat Hình V.I mô tả sơ đồ sản xuất supephotphat đơn theo phương pháp liên tục: Bột quặng chứa ở bunke (2), được chuyển tự động xuống thùng hỗn hợp (3). Axit H2SO4 ở bể (1) được pha loãng bằng nước rồi qua bộ phận đong cũng đổ vào thùng hỗn hợp (3). Tại đây xảy ra phản ứng giữa H2SO4 và quặng apatit tạo thành CaSO4 và H3PO4 là chủ yếu. Các chất phản ứng được khuấy trộn liên tục và thời gian dừng lại của chúng ở thùng hỗn hợp từ 2 - 4 phút. Nếu quá thời gian này hỗn hợp có thể bị đóng rắn ngay làm ngừng trệ quá trình sản xuất. Hỗn hợp chất lỏng từ thùng hỗn hợp được rót thẳng xuống thùng hoá thành (4) (nơi tạo thành sản phẩm). Thùng hoá thành luôn luôn quay tròn với tốc độ rất chậm, phía trong có hệ thống dao cắt để cắt gọt khối sản phẩm sau khi đã đóng rắn. Tại thùng hoá thành diễn ra phản ứng giữa quặng apatit và axit H3PO4 là chủ yếu. Tốc độ phản ứng rất chậm nên hỗn hợp phản ứng dừng ở đây trong nhiều giờ. Sản phẩm của phản ứng được cắt gọt trong thùng hoá thành và rơi xuống băng tải để qua bộ phận đập tơi thành bột và rơi vào kho ủ. Kho ủ là một nhà xưởng rất dài tạo điều kiện cho sản phẩm được ủ ở đây trong khoảng 21 ngày để phản ứng giữa quặng và H3PO4 diễn ra hoàn toàn và trung hoà bớt axit dư nếu có bằng dung dịch amoniac hoặc bột xương Ca3(PO4)2. 1 2 4 3 Apatit H2O 75%H2SO4 68% H2SO4 Vào kho ủ Hình V.I. Sơ dồ sản xuất superphotphat theo phương pháp liên tục __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 65 II. SẢN XUẤT PHÂN LÂN THUỶ TINH (PHÂN LÂN NUNG CHẢY) Thành phần chính của phân lân này là hỗn hợp của canxi photphat và magie photphat ngoài ra còn có muối canxi silicat. Đây là loại phân có tính kiềm, ít hòa tan trong nước nhưng hòa tan nhiều trong axit citric 2% do đó dễ được axit trong rễ cây hấp thụ và biến thành chất dinh dưỡng cho cây. Hàm lượng P2O5 khoảng 20-25%. Nó có tên là phân lân "thuỷ tinh" vì bán sản phẩm có hình dáng bên ngoài giống như thuỷ tinh vỡ vụn, còn tên "phân lân nung chảy" vì nó được tạo thành bằng phương pháp nung chảy lỏng apatit với một số loại đá chứa MgO, CaO và SiO2 rồi làm lạnh đột ngột bằng nước ở áp suất cao, người ta thu được bán thành phẩm giống như thuỷ tinh. Vì vậy người ta đặt tên cho loại phân lân này là "phân lân nung chảy" hoặc "phân lân thủy tinh". 1 .Cơ sở lý thuyết: Nguyên liệu chính để sản xuất phân lân nung chảy là apatit và các loại đá (olivin, secpangtin và đôlômit) được nung chảy bằng than cốc ở nhiệt độ 1450 - 15000C trong các lò cao tương tự lò luyện gang. Trong điều kiện như vậy xảy ra phản ứng phân hủy các loại đá thành các oxit kim loại, các oxit kim loại phản ứng với apatit: 2Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF Như vậy nguyên tố flo trong tinh thể quặng apatit đã tách ra khỏi nguyên liệu, toàn bộ sản phẩm chảy lỏng. Người ta dùng một tia nước lạnh có áp suất cao làm lạnh đột ngột sẽ tạo ra Ca3(PO4)2 có cấu tạo tinh thể giống thủy tinh, đặc biệt dễ hòa tan trong môi trường của đồng đất chua. Ở nước ta có nhiều cơ sở sản xuất loại phân này như công ty phân lân Văn Điển, công ty phân lân Ninh Bình, Xí nghiệp phân lân Bắc Giang 2. Quá trình sản xuất Có thể chia quá trình sản xuất phân lân nung chảy thành 3 giai đoạn: - Giai đoạn 1: đem trộn các nguyên liệu theo tỷ lệ đã tính toán sẵn. Tỷ lệ đó thường là: MgO MgO + CaO ------ = 2:3 ; --------------- = 1,8 : 2,7 P2O5 SiO2 __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 66 Cho phối liệu vào lò nung ở nhiệt độ 1450-15000C, phối liệu sẽ chảy lỏng và xảy ra phản ứng 2Ca5F(PO4)3 + SiO2 + H2O = 3Ca3(PO4)2 + CaSiO3 + 2HF Nếu trong phối liệu có chứa than, sẽ xảy ra phản ứng phụ: 2Ca5F(PO4)3 + 10C + 6SiO2 = 6CaSiO2 + P4 + 10CO Đem làm lạnh đột ngột sản phảm nóng chảy bằng dòng nước có áp lực 3-4atm để tạo thành hạt tinh thể - Giai đoạn 2: Sấy và nghiền hạt tinh thể thành sản phẩm ở dạng bột. - Giai đoạn3: Thu hồi khí fluor bằng cách dùng sữa vôi hấp thụ. §2. SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM Trong 3 loại phân khoáng chính là đạm, lân, kali thì phân đạm có tốc độ phát triển cao nhất đồng thời cũng chiếm một tỷ trọng cao nhất trong sản lượng phân bón thế giới. Phần lớn phân đạm được sử dụng ở dạng rắn, trong đó khoảng 80% ở dạng phân đơn và 20% ở dạng phân phức hợp. Loại phân đơn chủ yếu là amôn nitrat và urê. Nguyên tố dinh dưỡng tồn tại trong chúng là ion amôn (NH4+), nitrat (NO3 -), và nhóm amin (NH2). Tất cả các loại phân đạm đều hòa tan trong nước và thực vật hấp thụ tốt, dễ dàng ngấm sâu vào đất. Thực tế mọi loại phân đạm đều sản xuất từ amoniac, mà giá amoniac chiếm khoảng 60-75% giá thành phân đạm. Do đó chi phí sản xuất một tấn phân đạm các loại đều gần bằng nhau. I. SẢN XUẤT AMONI NITRAT Amoni nitrat chứa 35% nitơ, là một trong những loại phân đạm thường dùng. Nó có thể dùng cho bất kỳ loại đất nào và bất kỳ loại cây cối nào. Nhược điểm cơ bản của loại phân này là có khả năng gây nổ rất mạnh, nên khó bảo đảm an toàn trong quá trình sản xuất, tàng trữ và vận chuyển. Bên cạnh đó nó dễ hút nước và khi __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 67 thay đổi nhiệt độ dễ chuyển một phần thành dạng tinh thể, độ hút nước càng tăng nên dễ vón cục. Amon nitrat có thể sản xuất theo hai phương pháp: phương pháp bốc hơi và phương pháp không bốc hơi. Hiện nay người ta thường dùng phương pháp bốc hơi. - Nguyên tắc sản xuất dựa vào phản ứng NH3 + HNO3 = NH4NO3 H < 0 Đây là phản ứng dị thể, tỏa nhiệt. Nhiệt của phản ứng được sử dụng làm bay bớt nước trong dung dịch NH4NO3. Axit nitric có nồng độ 45-50% và amoniac 60-80%, áp suất 2,5- 3,8 atm được đưa vào thiết bị. Thiết bị thực hiện phản ứng trên được mô tả như hình V.2. Đó là thiết bị có cấu tạo hình trụ. Trong lòng hình trụ lớn lại có một hình trụ nhỏ đặt đồng tâm, hình trụ này là vùng thực hiện phản ứng của NH3 với HNO3. Sản phẩm chảy tràn ra không gian giữa hai hình trụ và bay bớt hơi nước làm cho nồng độ dung dịch NH4NO3 tăng lên. Khí NH3 và HNO3 được dẫn vào hình trụ nhỏ theo các đường ống riêng (hình V.2). Dung dịch NH4NO3 ra khỏi thiết bị trung hòa mới chỉ đạt khoảng 63 - 64%. Phải qua giai đoạn cô đặc trong các thiết bị đặc biệt, dung dịch amoniac mới đạt tới nồng độ 98,5%. Sau đó làm nguội dung dịch để tạo thành NH4NO3 ở dạng tinh thể, hoặc tạo hạt amoni nitrat. Cuối cùng phải sấy sản phẩm cho tới độ ẩm từ 0,9 - 1% trước khi đóng bao. Hình V.2. Thiết bị trung hòa HNO3 bằng NH3 1. Vỏ ; 2. Vùng trung hòa ; 3. Dd NH4NO3 3 2 1 HNO3NH3 Håi næåïc dd HNO3 __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 68 II. SẢN XUẤT AMONI SUNPHAT Amoni sunphat chứa 21% nitơ, ít hút ẩm và kết khối, nhưng bón nhiều năm sẽ làm cho đất bị chua. (NH4)2SO4 được sản xuất theo phản ứng: 2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 Amoniac có thể lấy từ nhiều nguồn khác nhau: hoặc NH3 tổng hợp từ H2 và N2, hoặc NH3 sinh ra trong quá trình sản xuất than cốc. Quá trình sản xuất (NH4)2SO4 cũng qua các giai đoạn tương tự như sản xuất NH4NO3. III. SẢN XUẤT URE Ure [(NH2)2CO] có dạng tinh thể hoặc dạng hạt. Nó là loại phân đạm có giá trị nhất và được sử dụng rộng rãi nhất, chứa 46% nitơ. Ure hòa tan nhiều trong nước, một phần tạo thành amôn cacbamat. Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thông thường urê không háo nước, còn khi độ ẩm không khí cao (95%) thì urê háo nước mạnh. Nó ít vón cục, không cháy nổ. Ngoài tác dụng làm phân bón, ure còn dùng để điều chế nhựa formandehyt, sản xuất chất dẻo, keo dán, tẩm gỗ, sợi tổng hợp và còn làm thức ăn cho trâu bò. - Nguyên tắc sản xuất được dựa theo phản ứng CO2 + 2NH3 = CO(NH2)2 + H2O Trên thực tế quá trình này gồm 2 giai đoạn 2NH3 + CO2 = NH2COONH4 (Cacbamat) Sau đó ở nhiệt độ cao NH2COONH4 = CO(NH2)2 + H2O Tại công ty phân đạm Bắc Giang áp dụng quá trình sản xuất này. - Dây chuyền sản xuất được mô tả ở hình V.3. Amoniac từ thùng chứa (1) qua thiết bị lọc (2), được bơm (3) nén tới áp suất 200 atm. Vào tháp tổng hợp urê (4) sau khi được gia nhiệt trong tháp truyền nhiệt (5). Tương tự khí cacbonic từ bể chứa qua thiết bị lọc (6) để tách các tạp chất cơ học, __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 69 được máy nén (7) nén đến 200 atm vào tháp (4). Quá trình thực hiện trong tháp (4) ở áp suất 200 atm và nhiệt độ 180-2000C với hiệu suất tạo thành ure khoảng 62%. Hình V.3. Qui trình công nghệ sản xuất ure theo phương pháp chưng hai cấp 1. Thùng chứa amoniac lỏng; 2,6. Thiết bị lọc; 3,11. Bơm amoniac; 4. Tháp tổng hợp ure; 5. Thiết bị gia nhiệt amoniac; 7. Tháp nén khí CO2, 8. Tháp chưng lần thứ nhất; 9. Tháp tách phân đoạn; 10. Tháp ngưng tụ amoniac; 12. Tháp chưng lần thứ hai 13. Thiết bị trao đổi nhiệt Sản phẩm nóng chảy (chứa 35% ure, 35% amoniac, khoảng 25% amon cacbamat và 10% nước) ở tháp (4) ra được giảm áp suất xuống 18-25 atm đưa vào tháp chưng lần thứ nhất (8), tháp được gia nhiệt bằng hơi nước. Phần lớn amoniac dư, một ít khí cacbonic và hơi nước bay hơi. Hỗn hợp khí bay ra được đưa vào tháp tách phân đoạn (9) tưới bằng amoniac lỏng và bằng nước. Hơi nước và một phần amoniac ngưng tụ. Các muối amon cũng hòa tan trong nước amoniac. Dung dịch từ tháp (9) ra được đưa trở lại tháp (8) hoặc đưa vào công đoạn xử lý khí chưng. Khí bay ra chứa khoảng 40% amoniac, khí cacbonic, hơi nước và nitơ được đưa vào các tháp ngưng tụ amoniac (10) làm lạnh bằng nước rồi bằng amoniac lỏng. Amoniac ngưng tụ một phần được bơm (11) đưa vào tháp (9) còn phần lớn được đưa vào bể chứa (1) để tuần hoàn trở lại. __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Trần Thị Ngọc Bích - Khoa Hoá Trường Đại học Sư Phạm - Đại học Đà Nẵng. 70 Pha lỏng ở tháp chưng (8) ra chứa 46-47% ure, 25% amon cacbamat, 13-14% nước và 15-16% amoniac. Hỗn hợp nóng chảy này được giảm áp suất xuống 4 atm đưa vào tháp (12) chưng lần thứ hai ở nhiệt độ 1500C. Ở đây cacbamat chưa phản ứng và các muối amôn khác được phân hủy thành amoniac và khí cacbonic. Để quá trình phân hủy được hoàn toàn người ta còn cho thêm hơi nước vào tháp. Hỗn hợp khí ở tháp (12) ra (chứa 56-57% NH3, 32-33% CO2 và 10-11% hơi nước) được tách riêng NH3 và CO2 để tuần hoàn trở lại. Còn pha lỏng chứa trên 65% ure được đưa đi cô đặc. Dung dịch ure được cô đặc đến 99,5% rồi đưa vào tháp tạo hạt. Sản phẩm ở tháp tạo hạt ra được đưa vào kho rồi đóng thành bao 40-50kg. CÂU HỎI V.1. So sánh thành phần, tính chất, phương pháp chế tạo phân lân Supephophat và phân lân thủy tinh. V.2. Trình bày quá trình sản xuất các loại phân đạm. Chương VI CÔNG NGHIỆP SILICAT Những vật liệu và sản phẩm của ngành silicat có những tính chất kỹ thuật với giá trị rất khác nhau. Phần lớn các tính chất quí giá của silicat có được là nhờ phân tử của chúng có cấu trúc đặc biệt bởi nhóm tứ diện SiO4. Đặc trưng đối với cấu tạo này là sự liên kết rất bền vững giữa ion Si4+ và ion O2 - làm cho silicat có tính cứng rắn và khả năng khó nóng chảy. Ngoài ra silicat còn có độ bền hóa, độ chịu lửa lớn. So với các vật