Tài liệu Tiểu luận: quy trình sản xuất soda

  • Số trang: 23 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 204 |
  • Lượt tải: 0
vndoc

Đã đăng 7399 tài liệu

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC --------------o0o------------ Môn Học: Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản TIỂU LUẬN: SẢN XUẤT SÔ ĐA GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Nhóm tiểu luận: Trần Thị Mai Hiên 2004110056 Bùi Mạnh Trình 2004110192 Trần Văn Trường 2004110201 Nguyễn Công Trứ 2004110204 Nguyễn Văn Tuấn 2004110211 LỚP: 02DHHH1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2014 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Mục Lục: Chương 1:Tổng Quan Về Soda................................................................................................3 1.1.Khái niệm.................................................................................................................................... 3 1.2.Lịch sử hình thành và phát triển........................................................................................... 4 1.3.Các nguồn soda trong tự nhiên.............................................................................................. 6 1.4.Tính chất của sô đa....................................................................................................................7 1.4.1.Tính Chất Vật Lý............................................................................................................... 7 1.4.2. Tính chất hóa học:.............................................................................................................8 Chương 2: Sản xuất sôđa......................................................................................................... 9 2.1.Sản xuất theo phương pháp hóa học.....................................................................................9 2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên.....................................................................................................9 2.3.Phương pháp Leslanc............................................................................................................. 10 2.4.Phương pháp Solvay hay phương pháp ammoniac :...................................................... 10 2.4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất:...................................................................... 10 2.4.2.Ðiều chế muối amôn hóa: .............................................................................................. 10 2.4.3.Cacbon hóa nước muối amôn hóa : ............................................................................ 11 2.4.4.Tái sinh amôniac : ........................................................................................................... 12 2.5. Phương pháp Solvay cải tiến................................................................................................14 2.6.Phương pháp cacbonat hóa xút............................................................................................16 2.7.Phương pháp LeBlanc:...........................................................................................................16 Chương 3: Ứng dụng.............................................................................................................. 18 3.1.Ứng dụng trong thủy tinh......................................................................................................18 3.2. Ứng dụng trong chất tẩy rửa............................................................................................... 19 3.3. Ứng dụng trong hóa chất...................................................................................................... 20 3.4. Các ứng dụng khác.................................................................................................................21 Sản Xuất SodaTrang 0 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa LỜI MỞ ĐẦU Sô đa là mặt hàng hóa chất mà lượng tiêu thụ có xu hướng tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ tăng dân số và tốc độ tăng trưởng sản phẩm quốc dân của các nước. Nhu cầu sô đa ngày càng tăng khi nền công nghiệp ngày càng phát triển. vì vậy sản lượng sô đa tăng liên tục trong vòng 100 năm nay. Trên thế giới hiện có 9 nước có công suất sản xuất sô đa trên 1 triệu tấn/ năm đó là: Mỹ, Trung Quốc, Nga, Ấn Độ, Đức, Pháp, Italia, Ba Lan và Anh. Phần lớn các nước sản xuất sô đa hàng đầu thế giới đều có dân số lớn và nhu cầu cao đối với các sản phẩm tiêu dùng được sản xuất từ nguyên liệu sô đa. Nhìn chung, so với các nước công nghiệp phát triển, các nước kém phát triển hơn có xu hướng có tốc độ gia tăng nhu cầu sô đa cao hơn và nghành sản xuất sô đa tại các nước này cũng thường đạt tốc độ tăng trưởng cao hơn. Trong hơn mười năm qua, vai trò của Trung Quốc trên thị trường sô đa thế giới đã thay đổi mạnh. Đầu thập niên 1990 Trung Quốc còn phải nhập nhiều sô đa để cung cấp cho các ngành sản xuất thủy tinh, hoá chất và chất tẩy rửa. Nhưng từ giữa đến cuối thập niên 1990, ngành sản xuất sô đa của Trung Quốc đã phát triển nhanh đến mức có lúc trở thành nguồn cung ứng sô đa lớn nhất cho các ngành sản xuất nội địa, vượt qua nguồn nhập khẩu từ Mỹ. Năm 2002, sản lượng sô đa của Trung Quốc đạt 8,2 triệu tấn. Dự kiến năm 2003 sản lượng sô đa tại nước này sẽ tăng 5,7%, đạt 8,7 triệu tấn. Có nhiều khả năng là Trung Quốc sẽ sớm vượt Mỹ để trở thành nước sản xuất sô đa lớn nhất thế giới. Chính vì nhu cầu cao nên sô đa được các nước trên thế giới tập trung phát triển không ngừng nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Chính vì vậy nhóm chúng em đã tìm hiểu cách điều chế sô đa cơ bản. Một cách nhìn tổng quát về sô đa để mọi người có thể hiểu về nó một cách đơn giản nhất. Sản Xuất SodaTrang 1 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Chương 1: Tổng Quan Về Soda 1.1.Khái niệm Natri cacbonat, hay còn gọi là sôđa, là một sản phẩm khoáng chất tồn tại tự nhiên ở quặng trona, nacolit và trong nước khoáng giàu natri cacbonat hoặc nước biển. Sôđa được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất. Ngoài sản xuất từ các loại quặng tự nhiên, sôđa còn được sản xuất tổng hợp từ nguyên liệu đá vôi, muối và amoniac. Quặng sôđa được tìm thấy với số lượng lớn ở Botswana, Trung Quốc (TQ), Ai Cập, Ấn Độ, Kenia, Mêxicô, Pêru, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ và Mỹ. Hơn 60 loại quặng sôđa đã được phát hiện trên toàn thế giới, và những loại quặng này đã chiếm 1/3 sản lượng toàn cầu (35 triệu tấn/năm). Còn 2/3 sản lượng là được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp. Sôđa có dạng nặng và dạng nhẹ. Sôđa nặng với khối lượng riêng là 1 kg/dm3, được sử dụng cho sản xuất thủy tinh. Còn sôđa nhẹ có khối lượng riêng là 0,5kg/dm3, được sử dụng để sản xuất các loại hóa chất, xà phòng, chất tẩy rửa. Sôđa cũng được sử dụng trong các ứng dụng: loại bỏ lưu huỳnh từ khí thải của các ống khói, xử lý nước, tinh chế dầu, sản xuất chất nổ và cao su tổng hợp. Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, soda 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 soda. Nhu cầu soda đứng thứ 11 tính về sản lượng khi so với các hợp chất vô cơ, hữu cơ, kể cả hóa dầu. Bởi tầm quan trọng của mình, soda 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. Natri bicacbonat NaHCO3; Xô Ða tinh thể (Na2CO3.10H2O và Na2CO3.H2O) Natricacbonat rất quan trọng thường dùng trong công nghiệp xà bông giấy xenlulozo, dệt,thủy tinh , luyện kim và nhiều nghành khác. Sản Xuất SodaTrang 2 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Sodium carbonate (Cacbonat natri) 1.2.Lịch sử hình thành và phát triển Trong sản xuất công nghiệp hiện nay, soda 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 soda. Nhu cầu soda 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 mình, soda 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 + H2O + xPbO = 2NaO[(x-1)PbO].PbCl2 Sản Xuất SodaTrang 3 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Phương pháp này không được ứng dụng trong công nghiệp vì nồng độ xút tạo thành trong dung dịch rất nhỏ, mức độ chuyển hoá của phản ứng rất chậm, acid chì 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 soda 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 amoniac để chế tạo soda. 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 Lê-bơlan. 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 Lê-bơ-lan, không bao lâu phương pháp Solvay đã chiếm ưu thế và được phát triển mạnh. Cho đến năm 1900, sản xuất soda theo phương pháp này đã chiếm tới 90% tổng sản lượng soda, và cho đến sau chiến tranh thế giới lần I phương pháp Lêbơ- lan thực tế không còn tồn tại trong công nghiệp. Hiện nay trong công nghiệp tồn tại chủ yếu phương pháp amoniac, còn phương pháp Lê-bơ-lan chỉ tồn tại ở một vài khâu trong quá trình cải tiến phương pháp soda từ nguyên liệu natrisunphat. 1.3.Các nguồn soda trong tự nhiên. Soda hay các hợp chất kiềm nói chung hình thành trong tự nhiên một cách hoàn toàn khách quan. Có thể nói trong thiên nhiên có hai dạng hợp chất kiềm có thể khai thác một cách dễ dàng: - Từ dạng rêu biển ở một số vùng đại dương miền Tây Nam Tây Ban Nha có tới 25– 30% Na2CO3 trong tro. Sản Xuất SodaTrang 4 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa - Từ các hồ hoặc các mỏ ở những miền thung lũng có mưa nhiều, không khíkhô và gần núi đá vôi. Các hợp chất kiềm khi đó nằm ở dạng các muối ngậm nước: Na2CO3.nH2O, Na2CO3.NaHCO3.2H2O. Nói chung các dạng hợp chất kiềm này ở dạng không tinh khiết, chứa nhiều hợp chất tan của các muối clorua, Sunphat và các chất không tan. Một số nơi trên thế giới có các hồ và mỏ lớn natricacbonat: Magafdi ở Châu Phi, Bora, Tơ-ron ở châu Mỹ, vùng Cát Biên, Segadin ở Châu Âu, Lu-na ở Ấn Độ. Hiện nay nguồn cacbonat trong thiên nhiên vẫn được sử dụng, khai thác và chế biến để dùng vào các ngành công nghiệp hoá chất và luyện kim. Năm 1926 ở Mỹ xây dựng nhà máy chế biến natricacbonat thiên nhiên theo phương pháp bốc hơi tự nhiên và nhân tạo dung dịch nước hồ chứa natricacbonat tới nồng độ 12-14% rồi đem kết tinh. Những nơi có natricacbonat nằm sâu dưới đất người ta khai thác bằng cách cho nước nóng xuống giếng khoan hoà tan tới nồng độ Na2CO3 đạt 32 độ Bo-mê thì đưa lên mặt đất và đem kết tinh. Muốn được sản phẩm tinh khiết phải hoà tan ra và kết tinh phân đoạn. Nhờ đó soda khai thác ở tự nhiên vẫn có độ tinh khiết cao so với các phương pháp tổng hợp hiện nay. Sản Xuất SodaTrang 5 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa 1.4.Tính chất của sô đa 1.4.1.Tính Chất Vật Lý Natri Cacbonat (Na2CO3) khan là chất bột màu trắng, hút ẩm và nóng chảy ở 850oC. Na2CO3 tan nhiều trong nước, quá trình tan phát ra nhiều nhiệt do sự tạo thành các hidrat. Từ dung dịch ở nhiệt độ dưới 32,5oC, Na2CO3 kết tinh dưới dạng decacdirat Na2CO3.10H2O. Đây là những tinh thể trong suốt, không màu, dễ tan trong nước. Dạng kết tinh của Na2CO3 Khi tan trong nước, Na2CO3 bị thủy phân làm cho dung dịch có phản ứng kiềm (làm xanh giấy quỳ tím): Na2CO3 +H2O = NaHCO3 +NaOH -Sôđa có dạng nặng và dạng nhẹ. Sôđa nặng, với khối lượng riêng là 1 kg/dm3, được sử dụng cho sản xuất thủy tinh. Còn sôđa nhẹ, với khối lượng riêng là 0,5kg/dm3, được sử dụng để sản xuất các loại hóa chất, xà phòng, chất tẩy rửa -Công thức hóa học là Na2CO3, là muối bền trong tự nhiên thường có trong nước khoáng, nước biển và muối mỏ trong lòng đất -Là thể màu trắng, dễ hoà tan trong nước, để ngoài không khí dễ chảy nước. -Phân tử lượng: 106 g/mol -Có nhiệt độ nóng chảy ở 851oC (1124 K) và có nhiệt độ sôi ở 1600oC (2451K) Sản Xuất SodaTrang 6 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa -Độ hòa tan trong nước là 22 g/ 100ml( 20oC) 1.4.2. Tính chất hóa học: Vì Na2CO3 là muối của acid yếu nên có các tính chất hóa học sau: Tác dụng với dd axit: Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2 + H2O - Na2CO3 tác dụng được với nhiều axit giải phóng khí CO2 Phương trình ion rút gọn của phản ứng: Tác dụng với dd kiềm: Na2 CO3 + Ba(OH)2 = BaCO3↓ + 2NaOH Dựa theo thuyết Bronsted đã được học, ta thấy ion cabonnat nhận proton, như vậy ion cacbonat có tính chất của một bazơ. Muối Na2CO3 có tính bazơ. Na2CO3 tác dụng được với một số dung dịch bazơ hoặc muối (lưu ý điều kiện xảy ra phản ứng trao đổi ion) Tác dụng với dd muối: Na2CO3 + BaCl2 = BaCO3↓ + 2NaCl Tác dụng với dd muối axit: Na2CO3 + Ba(HSO4)2 = Na2SO4 + BaSO4↓ + H2O + CO2↑ Na2CO3 + 2NaHSO4 = 2Na2SO4 + CO2 + H2O Bị phân li trong nước: Na2CO3 + 2H2O = 2NaOH + H2O + CO2↑ Na2CO3 dạng dung dịch làm quỳ tím hóa xanh (do bị phân li tạo NaOH) Sản Xuất SodaTrang 7 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Chương 2: Sản xuất sôđa 2.1.Sản xuất theo phương pháp hóa học 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: 2 NaOH + 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 sôđa nặng Na2CO3.xH2O. Nếu lọc kết tinh đem khử nước sẽ thu được sôđa khan Na2CO3 loại thương phẩm. Phương pháp này chỉ thích hợp với những nước có điện năng rẻ, thiếu clo và thừa xút. Hiện nay, sôđa sản xuất theo phương pháp hóa học chỉ chiếm dưới 10% tổng sản lượng sôđa tổng hợp trên thế giới. 2.2.Khai thác sô đa thiên nhiên. Sô đa thiên nhiên nằm dưới dạng các dung dịch nước có chứa các muối khoáng, trong đó có khoáng Na2CO3 hòa tan. Trong các nguồn nước khoáng chứa sô đa thì hồ Sirlis thuộc bang California, Mỹ có chứa 4 - 6% Na2CO3 là nguồn khai thác sô đa thiên nhiên lớn nhất thế giới do Công ty American Postash and - Chemical Corp khai thác. Với công suất 160.000 tấn sô đa/ năm thì phải xử lý trên 4 triệu m3 nước khoáng, tiêu tốn nhiều nhiệt để bay hơi nước, do đó giá thành sản phẩm khá cao và khó cạnh tranh trên thị trường hiện nay. Vì vậy, sản xuất sô đa từ nguồn muối tự nhiên chỉ chiếm dưới 3% tổng lượng sản xuất hàng năm. Sôđa có thể tồn tại trong tự nhiên dưới nhiều dạng khác nhau: trong tro của một số loại cây, trong một số hồ nước khoáng, một số mỏ khoáng dưới đất.Các loại cây chứa sôđa hàm lượng thấp không có ý nghĩa khai thác công nghiệp. Người ta chỉ tách được sôđa từ tro của chúng sau khi đốt cháy. Các loại hồ nước chứa sôđa trên thế giới không nhiều và tập trung ở những vùng ít mưa và không khí khô. Trước đây, ở Mỹ người ta sản xuất sôđa theo phương pháp khai thác đào lấy quặng, sau đó chở đến nhà máy xử lý để tiến hành chiết, thu được sản phẩm sôđa. Ngày nay, người ta áp dụng công nghệ hòa tan để sản xuất sôđa từ quặng. Trước tiên, nước nóng Sản Xuất SodaTrang 8 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa được bơm vào mỏ quặng, sau đó người ta bơm dung dịch lên và tiến hành tách co2. Bùn chứa Na2CO3 thu được sẽ được bơm đến nhà máy xử lý để tách nước và lấy sản phẩm sôđa khan. Một phần sôđa khan được chuyển hóa ngược lại thành NaHCO3 nhờ phản ứng với CO2 đã được tách ra trước đó từ dung dịch ban đầu. Phương pháp sản xuất này cho phép giảm nhiều giá thành sản xuất, vì chi phí nhân công chỉ bằng 1/3 so với phương pháp đào lấy quặng trực tiếp từ mặt đất. Mặc dù sản xuất sôđa từ các khoáng thiên nhiên như trona, nahcolit có nhiều ưu điểm và giá thành hạ hơn, nhưng đối với những quốc gia không có những nguồn tài nguyên đó mà lại có nguồn đá vôi, than đá và muối ăn dồi dào thì phương pháp Solvay để sản xuất sôđa là công nghệ thích hợp nhất. 2.3.Phương pháp Leslanc Nguyên lý: Ðiều chế Na2SO4 muối ăn và axít H2SO4: 2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl Sau đó nung trong lò quay cùng với than và Canxi cacbonat ở 1000oC Na2SO4 + 2C +CaCO3 = Na2SO4 + CaS + +2CO2 2.4.Phương pháp Solvay hay phương pháp ammoniac: Nguyên liệu đầu là dung dịch NaCl, chuyển hóa bằng amôniac và khí CO2 để tạo thành sản phẩm trung gian NaHCO3 2.4.1.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất: Quá trình điều chế Na2CO3 thực hiện qua 2 giai đoạn: -Ðiều chế NaHCO3: NaCl +NH3 + CO2 + H2O => NaHCO3 + NH4Cl (1) -Từ NaHCO3 điều chế NaCO3: 2NaHCO3 <=> Na2CO3 + CO2 + H2O (2) Phản ứng (1) tạo thành NaHCO3 có hiệu suất cao nhất 30-32% và dưới 84%. CO2 được điều chế từ phản ứng nung vôi : Sản Xuất SodaTrang 9 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa CaCO3 = Cao + CO2 (3) Cao dùng dể điều chế Ca(OH)2 : CaO + H2O = Ca(OH)2 Ca(OH)2 dùng để tái sinh NH3 từ NH4Cl tạo thành trong phản ứng (1) 2NH4 Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O Theo lý thuyết thì NH3 không bị tiêu hao ,do vậy trong thực tế nguyên liệu chủ yếu để điều chế Na2CO3 là NaCl và đá vôi . Dung dịch NaCl khoảng 350-.310g/l cần phải loại bỏ các ion Ca2+ và Mg2+. khí CO2 được sử dụng trong công nghiệp Xô Ða có hàm lượng khoảng 39 ->40% và nhiệt độ khoảng 30oC. * Giai đoạn 1: Điều chế NaHCO3 bao gồm ba công đoạn +Ðiều chế nước muối amôn. +Ðiều chế NaHCO3. +Lọc NaHCO3. *Giai đoạn 2: -Công đoạn nung. -Công đoạn tái sinh amôniac. 2.4.2.Ðiều chế muối amôn hóa: Công đoạn này là cho nước hấp thụ NH3 để tạo thành nước muối amôn hóa . Khí NH3 và CO2 tan trong nước sẽ xảy ra các phản ứng : 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 (4) (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5) và cả phản ứng tạo thành cacbonat : 2NH3 + CO2 = NH2COONH4 Sản Xuất SodaTrang 10 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Khí chưng có nhiệt độ 67 - 69oC được đưa vào thiết bị làm lạnh (3) bằng nước.Sau đó đưa vào thiết bị hấp thụ (2) phần lớn NH3 và 1 phần CO2 trong khí chưng được hấp thụ trong thiết bị nay .Khí lên tháp chưng (1) để tiếp tục hấp thụ khí NH3 và CO2 , sau đó vào tháp rửa (5) sau khi ra khỏi tháp (5) đã hấp thụ được khoảng 21,5g/l NH3 & 8,2 g/l CO2 được đưa vào tháp (1) Dung dịch nước muối amôn hóa ra qua hệ thống làm lạnh (11) để hạ nhiệt độ xuống 30oC rồi sang công đoạn cacbon hóa . 2.4.3.Cacbon hóa nước muối amôn hóa: Trong công đoạn này, nước muối amôn có tác dụng với CO2 tạo thành huyền phù Natri cacbonat - Quá trình này được gọi là cacbon hóa . 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 (4) (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 (5) Khi lượng HCO3 đủ lớn ,bắt đầu xảy ra phản ứng trao đổi ion tạo thành NaHCO3 kết tủa. NH4HCO3+ NaCl <=> NaHCO3 + NH4Cl Hiệu suất tạo thành NaHCO3 phụ thuộc vào nồng độ trong khí và vào nhiệt độ NaHCO3 được băng chuyền đưa vào phiễu (1) rồi vào lò nung Xô Ða (2) dài khoảng 25m. Thời gian nung khoảng 3 giờ ,lò đốt bằng mazut hoặc than .Không khí dùng để đốt nhiên liệu được thổi qua thiết bị trao đổi nhiệt (3) tới 300oC ,rồi vào buồng đốt (4). NaHCO3 bị phân hủy thành Na2CO3 có hàm lượng khoảng 96 -> 98% ,sản phẩm ra lò được (5) đưa vào kho ,sau khi đã làm sạch. Sau khi phân hủy cacbonat chủ yếu có CO2 ,hơi nước và một ít NH3 và bụi Xô Ða được đưa qua xyclon (6),khí có nhiệt độ 125oC tập trung vào ống thu khí (7)được làm sạch bằng khí lò Xô Ða ra . Sau đó khí vào phía dưới tháp rửa (9) có hàm lượng CO2 khoảng 90% và nhiệt độ là 30oC được đưa vào công đoạn cacbon hóa. 2.4.4.Tái sinh amôniac : Thu hồi NH3 từ dung dịch lọc chứa NH3 dưới dạng NH4Cl , (NH4)2CO3 , NH4HCO3 Sản Xuất SodaTrang 11 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa (NH4)2CO3 -> NH3 + CO2 + H2O 2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2O NH3 tạo thành được tách khỏi dung dịch bằng cách chưng cất Phương pháp Solvay có những ưu điểm như sau:  Nguyên liệu sản xuất chủ yếu là muối ăn, đá vôi, đó là những nguyên liệu rẻ tiền, sẵn có. Quy trình có thể sử dụng các loại nguyên liệu muối chất lượng khác nhau và CO2 thu hồi khi đốt nhiên liệu hoặc nung đá vôi.  Các phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ không cao (dưới 1000C) và áp suất gần áp suất khí quyển.  Quá trình sản xuất được thực hiện liên tục trong dòng nguyên liệu khí lỏng là chủ yếu, do đó dễ cơ giới hóa và tự động hóa sản xuất.  Quá trình sản xuất được phân đoạn cho phép thu hồi tối đa các khí nguyên liệu NH3, CO2 theo khí phóng không, do đó đảm bảo tổn thất NH3 nhỏ, môi trường sản xuất sạch, điều kiện lao động tốt.  Công đoạn làm sạch nước muối và amôn hóa nước muối cho phép loại triệt để các tạp chất tan làm bẩn sản phẩm sôđa, do đó chất lượng sôđa của phương pháp Solvay rất cao thỏa mãn yêu cầu sử dụng sôđa cho các ngành công nghệ truyền thống và công nghệ cao.  Với phương pháp Solvay, nếu kết hợp tốt việc sử dụng các nguyên liệu NaCl, CO2, NH3 thì có thể tạo được thế cạnh tranh về giá thành sản phẩm sôđa trong khu vực và trên thế giới. Nhưng phương pháp Solvay cũng có một số nhược điểm như sau:  Hiệu suất sử dụng nguyên liệu ban đầu thấp.  Thải ra một lượng phế thải lớn cần xử lý.  Chi phí năng lượng cao. Sản Xuất SodaTrang 12 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa  Đầu tư cơ bản cho xây dựng khá lớn. Ở quy trình Solvay, nguyên liệu NaCl không được tận dụng triệt để vì hiệu suất chuyển hóa tối đa chỉ đạt 73%, còn lại 27% NaCl theo dung dịch nước lọc ra ngoài bãi thải. Ngoài ra, lượng CaCl2 tạo thành khi tái sinh NH3 bằng sữa vôi cũng bị thải ra ngoài theo dung dịch sau tái sinh. Vì vậy, khi sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay truyền thống (tuần hoàn NH3) cần phải có bãi thải chứa các chất không phản ứng và các chất không sử dụng. Do đó, khi xây dựng nhà máy sản xuất sôđa cần phải lưu ý đến diện tích chứa chất thải. 2.5. Phương pháp Solvay cải tiến Để khắc phục nhược điểm về bãi thải của phương pháp Solvay truyền thống, đã có một số nước như Trung Quốc nghiên cứu cải tiến phương pháp Solvay truyền thống thành phương pháp Solvay cải tiến: Thay tuần hoàn NH3 bằng tuần hoàn NaCl, còn các quá trình khác thay đổi không giống nhau. Quá trình sản xuất sẽ tạo ra 2 sản phẩm là sôđa và phân đạm NH4Cl, bỏ qua công đoạn tái sinh NH3 và nung vôi, nhưng phải bổ sung thường xuyên lượng NH3 cần thiết cho giai đoạn amon hóa. Nước lọc sau tách NaHCO3 được tuần hoàn trở lại quá trình amon hóa và bổ sung NaCl rắn cho đủ nồng độ yêu cầu. Như vậy, quá trình sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến sẽ không có chất thải lỏng như phương pháp Solvay truyền thống. Tuy nhiên, phương pháp Solvay cải tiến đòi hỏi phải có nguồn NH3 bổ sung và nguồn CO2 không lấy từ lò vôi. Do không dùng sữa vôi cho tái sinh NH3 nên công đoạn nung vôi cũng bỏ qua. Như vậy, sản xuất sôđa theo Solvay cải tiến công nghệ sẽ gọn hơn và không phải đầu tư cho công đoạn nung vôi và tái sinh NH3 là hai công đoạn có chi phí đầu tư lớn và làm việc ở nhiệt độ cao. Nhưng nhà máy sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến cần phải kết hợp với nhà máy sản xuất NH3 trong cùng một khu vực để có nguồn CO2 và NH3 phục vụ cho sản xuất sôđa, và cần có nguyên liệu là NaCl sạch bậc công nghiệp. Với phương pháp tuần hoàn dung dịch NaCl, cần phải bổ sung NaCl rắn có độ sạch yêu cầu theo các chỉ số sau: Sản Xuất SodaTrang 13 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa  Hàm lượng NaCl ≥ 99,5%  Tạp chất tan Mg2+ ≤ 0,1% Ca2+ ≤ 0,02% SO42- ≤ 0,19%  Tạp chất không tan 0,03% Hiện nay muối NaCl thu từ các đồng muối nói chung không đạt chất lượng này, cần phải có biện pháp xử lý tiếp. Dự án của Tổng Công ty Muối Việt Nam đang triển khai ở một vài cơ sở đã cho phép sản xuất NaCl đạt chất lượng này. Vì vậy, vấn đề sản xuất muối NaCl rắn đạt chất lượng cho sản xuất sôđa theo phương pháp Solvay cải tiến đã có cơ sở để triển khai. Nếu dùng NaCl chất lượng cao thì trong hệ thống sản xuất sôđa không cần công đoạn tinh chế nước muối như phương pháp Solvay truyền thống với nguyên liệu là muối công nghiệp hay nước muối bão hòa khai thác ngầm từ các mỏ muối dưới đất. Đầu tư cho xưởng làm sạch nước muối ở phương pháp Solvay cải tiến nhỏ hơn đầu tư cho bộ phận tinh chế muối thô thành muối tinh. Với thành phần tạp chất tan trong muối tinh chế nêu trên, sau quá trình amôn hóa và cácbonat hóa sơ bộ để tách NH4Cl thì các tạp chất này cũng bị tách theo, đảm bảo nước muối bão hòa cho giai đoạn kết tinh NaHCO3 có độ sạch yêu cầu. Do đó chất lượng sôđa tổng hợp không thay đổi khi dùng muối rắn NaCl vào sản xuất sôđa thay cho dung dịch nước muối sạch. 2.6.Phương pháp cacbonat hóa xút. Phương pháp cacbonat hóa xút là phương pháp đơn giản nhất, chỉ cần dùng CO2 xúc qua dung dịch xút sẽ thu được sô đa theo phản ứng: CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O Sau đó làm nguội và kết tinh Na2CO3 .10 H2O rồi lọc tách và làm mất nước sẽ thu được sô đa (Na2CO3). Tuy nhiên nguyên liệu xút lại đắt hơn sô đa do phải qua giai đoạn điện phân, cô đặc dẫn đến tiêu hao nhiều năng lượng nên giá thành của xút cao, chỉ những nước có giá điện năng rẻ mới có thể sử dụng phương pháp này. Tỷ lệ sô đa Sản Xuất SodaTrang 14 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa đi từ xút hiện nay trên thế giới chiếm dưới 10% tổng lượng sô đa sản xuất và sức cạnh tranh kém. 2.7.Phương pháp LeBlanc: Nung hỗn hợp Natri Sunfat, đá vôi và than ở 1000oC. Hòa tan hỗn hợp sản phẩm phản ứng vào nước sẽ tách được CaS ít tan ra khỏi Na2CO3. Phương pháp điều chế Na2CO3 trong công nghiệp hiện nay được sử dụng phổ biến là phương pháp amoniac do kĩ sư người Bỉ tên E. Solvay (1838 – 1922) đề ra năm 1864. Các quá trình được diễn tả bằng phản ứng: Các sản phẩm phụ sau phản ứng được chế hóa lại để sử dụng lại trong quá trình điều chế Natri Cacbonat. Sản Xuất SodaTrang 15 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Chương 3: Ứng dụng Muối Natri Cacbonat được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thủy tinh, đồ gốm, xà phòng, phẩm nhuộm, giấy,…, đặc biệt được dùng như chất đầu trong điều chế nhiều hợp chất quan trọng của natri như xút ăn da, borac, thủy tinh tan, cromat và đicromat. Dung dịch Na2CO3 dùng để tẩy sạch vết dầu mỡ bám trên chi tiết máy trước khi sơn, tráng kim loại.Na2CO3 còn được dùng trong công nghiệp sản xuất chất tẩy rửa. 3.1.Ứng dụng trong thủy tinh Sôđa chiếm 13 - 15% trong số nguyên liệu được đưa vào cho sản xuất thủy tinh, nó được sử dụng để nấu thủy tinh, làm giảm nhiệt độ nấu chảy của cát 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 50 - 60% tổng chi phí nguyên liệu đầu vào. VD:Thủy tinh Soda lime Th y tinh Soda lime Sản Xuất SodaTrang 16 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Ưu điểm: - Sản xuất trên lò thủy tinh có công nghệ điện trợ nấu đầu tiên tại Việt Nam. - Sản phẩm đạt tiêu chuẩn RoHS, bảo vệ môi trường - Thủy tinh chất lượng cao giúp tăng hiệu suất phát quang của đèn - Có thể sản xuất theo đơn đặt hàng, đáp ứng tiêu chuẩn xuất khẩu 3.2. Ứng dụng trong chất tẩy rửa Sôđa được sử dụng làm chất độn và chất phụ gia trong xà phòng và chất tẩy rửa; đặc biệt nhu cầu sôđa cho chất tẩy rửa chiếm khoảng 10 - 12% trên toàn thế giới. Hiện mức tiêu thụ sôđa cho thị trường chất tẩy rửa đã tăng khoảng 100 nghìn tấn/năm do giảm sử dụng perborat (vì đã được thay thế bằng percacbonat). Sản Xuất SodaTrang 17 Công Nghệ Sản Xuất Các Chất Vô Cơ Cơ Bản GVHD: Thạc sĩ. Trần Văn Hòa Xà phòng có s d ng ph gia Soda 3.3. Ứng dụng trong hóa chất Sôđa 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 và phụ gia thực phẩm. Mặc dù, đôi khi xút lỏng cũng được dùng thay thế cho sôđa nhưng sôđa vẫn là lựa chọn chính vì sẵn có và chi phí thấp. Sản Xuất SodaTrang 18
- Xem thêm -