Đọc truyện hoá kĩ thuật đại cương - hoá kĩ thuật đại cương

hoá kĩ thuật đại cương

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

Hóa Kỹ Thuật Đại Cương

Câu 1: Quy trình nấu bột giấy bằng phương pháp sunfit.

a, Chuẩn bị dịch nấu:

Qúa trình chuẩn bị dịch nấu được tiến hành trong tháp có chứa đầy đá vôi. Khí SO2 được cho từ dưới lên, nước cho từ trên xuống. Trên các lớp đá vôi sảy ra các phản ứng sau:

SO2 + H2O = H2SO3

H2SO3 + CaCO3 = CaSO3 + CO2 + H2O

CaSO3 + H2SO3 = Ca(HSO3)2

Trong quá trình nấu do lượng (HSO3) ko đủ để nấu chín bột nên ta cần bổ xung thêm một lượng SO2 sao cho:

mới đảm bảo nấu chín bột.

b, Phản ứng của gỗ với dịch nấu:

- Phản ứng của lignin với dịch nấu:

X1, X2, X3 là các thành phần khác của lignin

- Phản ứng của xenlulozo với dịch nấu: Khi lượng lignin bị hũa tan một phần lớn thì dịch nấu sẽ phẩn ứng một phần với xenlulozo và làm giảm đến hiệu suất của quá trình.

c, Quy trình nấu gỗ bằng phương pháp sunfit:

- Nạp mảnh: trước khi tiến hành nạp mảnh ta cần tạo độ chân ko cho nồ nấu bằng cách mở quạt hút ở dưới đáy nồi,sau đó tiến hành cho mảnh từ trên xuống. Khi mảnh đó nạp được khoảng 4 – 5 m3 ta tiến hành mở van hơi ở trên nhằm nén chặt mảnh.

- Xông hơi: Khi mảnh đó được nạp đầy ta tiến hành xông hới cho mảnh nhằm đuổi hết ko khí ra ngoài thay vào đó là hơi nước. Khi nhiệt đọ nồi nấu đật 100oC ta tiến hành ngừng xông hơi và tiến hành nạp dịch cho mảnh.

- Nạp dịch: Dịch nấu có nhiệt độ 70 – 80oC được đưa vào trong nồi nấu. Hơi nước trong mao quản bị ngưng tụ đồng thời kéo dịch nấu vào sâu trong mao quản và làm tăng hiệu suất của quá trình nấu.

Khi dịch nấu đó được nạp khoảng 90% thì ta bắt đàu bật bơm tuần hoàn cho thiết bị trao đổi nhiệt và nâng dần nhiệt độ lên 140 – 150oC và giữ cho đến khi chín bột.

- Hạ áp phúng bột: Do áp suất trong nồi nấu cao nếu ta đưa ngay bột sang bể chứa thì sẽ làm hóy các tơ sợi từ đó làm giảm hiệu suất của quá trình nờn trước khi đưa sang bể chứa ta cần giảm áp suất của nồi nấu.

- Rửa bột tẩy trắng: Bột sau khi thu được đưa sang tháp rửa và tẩy trắng nhằm đạt được đọ trắng theo yêu cầu.

Câu 2: Quy trình nấu bột giấy bằng phương pháp sunfat:

+ Khái niệm về phương pháp kiềm và phương pháp sunfat:

- Phương pháp kiềm: Là phương pháp sử dụng dịch nấu là NaOH và dung dịch bổ xung là Na2CO3. Phương pháp này có thể nấu được tất cả các loại gỗ nhưng hiệu suất không cao.

- Phương pháp sunfat: Do lượng kiềm làm tổn thất lượng xenlulozơ làm hiệu suất của quá trình thấp nờn người ta cho thêm Na2S khi đó: dịch nấu gồm: Na2S+NaOH, dung dịch bổ xung là Na2SO4. Nhờ cú ion HS-, S2- tấn công vào đầu mạch xenlulozo làm giảm quá trình thủy phõn xenlulozo => tăng hiệu suất của quá trình.

+ Ưu nhược điểm của quá trình nấu bột giấy bằng phương pháp sunfat so với phương pháp nấu bột giấy bằng phương pháp sunfit:

Ưu điểm:

- Yêu cầu chất lượng gỗ thấp.

- Lượng kiềm cau khi sủ dụng có thể thu hồi 80 – 90%, dung dịch bổ xung Na2SO4 giẻ.

- Thời gian nấu ngắn, hiệu suất thu hồi bột cao phự hợp với việc sản xuất bao bì trong cụng nghiệp.

- Thiết bị nồi nấu có thể chế tạo bằng các loại thép thông thường vì dịch nấu ko cuỡ từỡnh ăn muịn cao.

- Lượng nhiệt tỏa ra ta có thể dùng sản xuất hơi quá nhiệt,sx điện cho nhà máy.

Nhược điểm:

Bột giấy có màu tối, khó tẩy trắng. Khí thoát ra có nhiều khí độc làm ô nhiễm môi trường.

+ Phản ứng của dịch nấu với gỗ:

- Phản ứng của lignin với dịch nấu:

Ví dụ:

- Phản ứng của xenlulozo với dịch nấu: trong quá trình nấu một phần xenlulozo sẽ bị phõn hủy bởi OH-, nhưng nhờ có ion HS-,S2- mà nó sẽ làm giảm sự phân hủy của xenlulozo làm tăng năng suất của quá trình.

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nấu:

- Thời gian nấu:

- Nhiệt độ nấu:

* Nếu nhiệt độ nấu nhá hơn 150oC thì ko thể nấu gỗ thành bột.

* Nếu từ 150 – 170oC thì cứ tăng 10oC thì tốc độ nấu tăng gấp 2 lần, thời gian nấu sẽ giảm đi một nửa.

* Nếu từ 175 – 200oC thì cứ tăng 10oC thì tốc độ sẽ tăng gấp 2,2 lần nhưng hiệu suất thu hồi bột bắt đầu giảm.

* Nếu nhiệt độ cao hơn 230oC thì tớnh chất cơ lý giảm rừ rệt.

- Độ sunfua:

Độ sunfua lớn tạo điều kiện cho quá trình thẩm thấu, thời gian nấu ngắn nhưng bột thu được có màu tối, khó tẩy trắng nên thường dùng là: 15 – 25%.

- Lượng dùng kiềm: Được tính bằng tổng lượng NaOH hay Na2S. Khi lượng dùng kiềm lớn thì thời gian nấu ngắn,tốc đọ của quá trình giảm.

- Nồng độ kiềm: Có liên quan chặt chẽ với lượng dùng kiềm, khi nồng độ cao nó sẽ làm giảm tính chất cơ lý, hiệu suất giảm, thông thường: 112 – 120 g/l.

- Chất lượng mảnh: Với kích thước 25 – 30103 (mm). Nếu mảnh ko đều thì mảnh to sẽ bị sống => hiệu suất giảm.

- Tỉ lệ rắn/láng: Nếu tỉ lệ rắn/láng cao thì phần gỗ ko đượn ngâm trong dịch nấu sẽ bị sống, nếu tỉ lệ rắn/láng thấp thì ta lại phải tốn một lượng nhiệt để nâng nhiệt cho dịch nấu

+ Quy trình nấu: (giống với phương pháp sunfit nhưng nhiệt độ nấu là 170 – 175oC)

Câu 3: Công nghệ sản xuất khí than.

+ Ưu điểm của nhiên liệu khí so với nhiên liệu rắn:

- Dùng nhiên liệu khí ta có thể điều chỉnh ngọn lửa nhanh và chính xác.

- Để đốt cháy nhiên liệu ta chỉ cần một lượng nhá không khí.

- Đốt nhiên liệu khí ta thu được ngọn lửa có nhiệt trị cao.

- Nhiờn liệu khớ khụng làm bẩn sản phẩm.

- Có thể dẫn nguyên liệu khí đi mọi nơi trong nhà máy.

- Hydro và axit cacbon thu được trong quá trình khớ húa ta cú thể sử dụng để tổng hợp amoniac, nhiên liệu láng, rượu hoặc các hợp chất hữu cơ khác.

+ Một số quy ước cho sản xuất khớ húa than:

1. Nếu giú thổi vào chỉ là khụng khớ thì khớ than sản xuất ra gọi là khớ nghốo.

2. Nếu gió thổi vào là hơi nước thì khớ than sản xuất ra gọi là khớ than ướt.

3. Nếu gió thổi vào là không khí và hơi nước thì ta sẽ thu được khí hỗn hợp.

4. Nếu gió thổi vào là Oxy kỹ thuật và hơi nước thì sẽ cho ta khớ oxy hơi nước.

+ Các phản ứng cơ bản trong quá trình khớ húa than

a, khí nghìo:

C + O2 = CO2

C + CO2 = 2CO

2C + O2 = 2CO

Nhiệt cháy của khớ nghốo là: 1044 kcal/m3

b, Khớ hỗn hợp:

C + O2 = CO2

C + CO2 = 2CO

2C + O2 = 2CO

C + H2O = CO + H2

C + 2H2O = CO2 + 2H2

CO + H2O = CO2 + H2

CO + 3H2 = CH4 + H2O

CO + 2H2 = CH4 + CO2

Nhiệt cháy của khớ hỗn hợp là: 1400 – 1500 kcal/m3

c, Khí hơi nước:

C + O2 = CO2

C + H2O = CO + H2

C + 2H2O = CO2 + 2H2

CO + H2O = CO2 + H2

Nhiệt cháy của quá trình là: 2000 kcal/m3

Cõu 4: Cốc húa là gì? Vì sao phải cốc húa? Nờu các sản phẩm chớnh thu được từ quá trình cốc húa ở nhiệt độ cao? Yêu cầu của nguyên liệu cốc hóa, phối liệu luyện cốc, phương pháp tiến hành luyện cốc?

+ Cốc húa là quá trình nhiệt phõn than ở nhiệt độ cao trong điều kiện không có không khí tham gia.

+ Trong một số quá trình sản xuất đũi hái than phải có nhiệt trị, độ xốp cao và tính chất cơ lý tốt mà ta thấy các loại than trong thựcn tế không đáp ứng được do vậy người ta phải tiến hành luyện than thành cốc.

Căn cứ vào nhiệt độ của quá trình luyện cốc mà ta chia làm 3loại như sau:

- Luyện cốc ở nhiệt độ thấp từ 500 – 600oC

- Luyện cốc ở nhiệt độ trung bình từ 700 – 900oC

- Luyện cốc ở nhiệt độ cao từ 900 – 1200oC.

+ Sản phẩm chính thu được từ quá trính cốc hóa ở nhiệt độ cao:

Nguyờn liệu chủ yếu cho quá trình cốc húa ở nhiệt độ cao là than đá. Được tiến hành ở nhiệt độ 1000 – 1100oC sản phẩm thu được chủ yếu là: than cốc, khí than cốc, hắc ín và amoniac. Thành phần cốc hóa thu được như sau: 45 – 60% H2, 20 – 30% CH4, 5 – 9% CO, 4 – 8% N2, 1 – 4% CnHm, 1,5 – 4% CO2, 0 – 0,5% O2.

+ Yêu cầu về nguyên liệu luyện cốc và phối liệu luyện cốc:

* Nguyên liệu luyện cốc:

- Hàm lượng tro càng thấp càng tốt ( 7 – 8 %)

- Hàm lượng lưu huỳnh phải thấp ko thì nú sẽ tạo ra nhiều khớ độc,các khí làm háng thiết bị, sản phẩm thu được sẽ có độ giũn cao, yờu cầu phải nhá hơn 0,001%

- Hàm ẩm 6 – 8%

- Hàm lượng photpho nhá hơn 0,01%

- Cì hạt 3 – 8 mm, nếu to thì khó trộn, cũn nếu nhá thì sẽ goịy bụi.

* Phối liệu luyện cốc:

Tờn than

Luyện kim

Đúc

Antraxit

0 – 2

0 – 10

Mì

16 – 19

6 – 20

Gầy kết dớnh

25 – 30

13 - 15

Khớ

17 – 20

22 – 55

Cốc

32 – 38

38 - 50

+ Phương pháp tiến hành luyện cốc:

- Các loại than được cân theo đơn khối lượng, nghiền và được chộn đều sau đó tích trữ ở kho.

- Phối liệu được chuyển từ kho vào trong buồng cốc, nén chặt thành khối sau đó đóng chặt cửa và ra nhiệt cho buồng đốt.

- Khí cốc thông thường thu tại buồng đốt, sau khi cốc đạt yêu cầu ta mở cửa phía đáy nén toàn bộ cốc xuông bói chứa và phun nước làm nguội.

Cõu 5: Trị số ốctan là gì? í nghĩa của trị số ốctan, các phương pháp nâng trị số ốctan?

- Trị số ốctan: là một đại lượng đo quy ước dùng để đặc chưng cho khả năng chống kích nổ của nguyên liệu, được đo bởi %C8H18 trong hỗn hợp chuẩn so với n-heptan với khả năng chống kích nổ của nguyên liệu ở điều kiện thử nghiệm.

Nếu sử dụng thang chia độ 1 – 100 thì trị số ốctan bằng 0 vì ion octan quy ước bằng 100.

Có hai phương pháp để xác định chỉ số octan là RON và MON sự khác nhau của hai phương pháp là số vũng quay của mụ tơ.

- Cháy kích nổ: Trong động cơ xăng khi bittong thực hiện chu trình nộn đến điểm chết trên thì buri sẽ điểm lửa , mặt lửa lan truyền đều đặn tren bề mặt pittông với tốc độ 15 – 40m/s khi đó được gọi là cháy bình thường. Nếu lan truyền với vận tốc lớn hơn thậm chớ lờn tới 200m/s cháy cựng một lỳc trờn bề mặt ta gọi là cháy kớch nổ, tạo nờn các tiếng gừ khác thường, giảm công suất và hao mũn động cơ.

Nguyên nhân sảy ra hiện tượng cháy kích nổ: Do trong thành phần của xăng có nhiều hợp chất hữu cơ mạch thẳng dễ kết hợp với oxi không khí tạo ra các hợp chất peoxit , các chất này phân huỷ thành các gốc tự do là chất khơi mào cho hiện tượng phản ứng cháy chuỗi và phản ứng cháy dõy truyền.

- Phương pháp nâng trị sô octan

+ Các phương pháp sử dụng phụ gia:

Phụ gia chì (Pd): ta sủ dụng tetra metyl chì, tetra etyl chì khi đó trong pittông chỳng phõn hủy thành Pd kim loại kết hợp với oxi:

Pd + O2 = PdO + peoxit tạo thành andehit là một chất khó cháy nên nâng cao được trị số octan. Nhưng do PdO2 là một chất rắn nên khi sử dụng người ta phải cho thêm metylbrom vào để hũa tan: PdO + CH3Br = PdBr2 là một chất láng có nhiệt độ sôi thấp, độc khi thải ra môi trường gây hại cho con người nên hiện nay cấm sử dụng.

Phụ gia khụng chì (MTBF – (CH3)3CO-CH3

Người ta sử dụng MTBE, rượu, poliol, hoặc một số chất làm tăng chỉ số octan của xăng.

+ Phương pháp chế biến hóa học: Ta có thể sử dụng các phương pháp crăcking, refocming, ankin húa, isome húa để thay đổi mạch cacbon nâng cao trị số ốctan.

Cõu 6: Quá trình chế biến giữ nguyờn cấu tạo của dầu má là gì? Nờu ý nghĩa quá trình, nờu các phõn đoạn ứng với các khoảng nhiệt độ sôi nhất định, ứng dụng các sản phẩm của các phân đoạn đó?

Trả lời:

+ Quá trình chế biến rữ nguyờn cấu tạo của dầu má là quá trình lọc dầu dựa vào quá trình chưng cất phân đoạn với các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau ta sẽ thu được các phân đoạn với các sản phẩm khác nhau, phục vụ cho đời sống.

+ í nghĩa của quá trình,các phõn đoạn ứng với các khoảng nhiệt độ khác nhau và ứng dụng của các sản phẩm:

- Phân đoạn khí: gồm các hidrocacbon cú số nguyờn tử cacbon từ C1-C5. Sản phẩm thu được được dùng là khí hóa láng (gas), dùng để sản xuất phân đạm, nhiệt điện, chế biến hóa học.

- Phân đoạn xăng: có nhiệt độ sôi nhá hơn 180oC, sản phẩm thu được chủ yếu là xăng gồm các hidrocacbon có số nguyên tử cacbon từ C5 – C11. Sản phẩm dùng để làm nhiên liệu cho động cơ xăng, máy bay, chưng cất để lấy sản phẩm phục vụ cho hoa học.

- Phân đoạn dầu háa: nhiệt độ sôi từ 180 – 250oC, gồm các hidrocacbon cú số nguyờn tử cacbon từ C11 – C16.. Sản phẩm chủ yếu dùng để thắp sáng, dùng cho máy bay phản lực và dùng để sản xuất xăng có trị số octan cao.

- Phõn đoạn dầu điezen: nhiệt độ sôi từ 250 – 350oC gồm các hidrocacbon cú số nguyờn tử cacbon từ C16 – C21.

Sản phẩm chủ yếu dùng cho động cơ diezen. Phân đoạn này được đánh giá bằng chỉ số xetan (trong hỗn hợp chuẩn). Sau khi chưng cất chỉ số xetan đạt 65%, trên thực tế để cho động cơ hoaạt động bình thường ta chỉ cần là 55% do vậyta có thể giảm bớt được giai đoạn thêm phụ gia. Sản phẩm của quá trình được sử dụng trong hóa học và sx xăng có trị số octan cao.

- Phân đoạn dầu nhờn: nhiệt độ sôi 350 – 500oC gồm các hidrocacbon C21 – C25. Sản phẩm được ứng dụng làm dầu bôi trơn giảm độ ma sát cho động cơ, sx xăng có trị số octan cao.

- Phân đoạn cặn: nhiệt độ sôi lớn hơn 500oC gồm các hidrocacbon C25 – C41, sản phẩm chủ yếu dùng làm nhựa đường, nhiên liệu đốt lũ.

Cõu 7: Quá trình chế biến khử cấu tạo của dõì má là gì? Nờu ý nghĩa của quá trình, tờn gọi của một số quá trình khử cấu tạo quan trọng? Trình bày quá trình cracking nhiệt, cracking xỳc tác?

Trả lời:

Quá trình chế biến khử cấu tạo của dầu má là: quá trình chuyển húa mạch phân tử của các hợp chất hữu cơ trong dầu thành các cấu tử có giá trị kinh tế cao,gồm các quá trình sau: cracking, refocming…

* Quá trình cracking: là quá trình dựng nhiệt độ cao hoặc xúc tác để bẻ gẫy mạch phân tử của các hợp chất hữu cơ thành các phân tử có khối lượng nhá hơn.

- Cracking nhiệt: nhiệt độ thường dùng là 150 – 600oC, áp suất 1 – 5 at đối với pha khí, thong thường nhiệt đọ và áp suất phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp ban đầu. Sản phẩm thu được chủ yếu là xăng chiếm 30 – 35%, khí và cặn.

- Cracking xỳc tác: nhiệt độ thường là 450 – 510oC xúc tác là các zeolit có hoạt tính khác nhau. Sản phẩm thu được là xăng có trị số octan cao.

* Nhiệt phõn: Nhằm thu được các cấu tử khí phục vụ cho công nghiệp. Với yêu cầu về sản phẩm khác nhau mà ta có các phương pháp nhiệt phân khác nhau.

Cõu 8: Quá trình sản xuất etylen.

- Etylen là một olefin đơn giản nhất ở thể khí, nhiệt ngưng tụ là – 103,9oC, dễ cháy và tạo hỗn hợp nổ trong giới hạn 30 – 35% về thể tớch. Etylen dễ tham gia phản ứng nối đôi, trùng hợp tạo PE.

- Có 4 phương pháp chính để sx etylen như sau:

1. Lấy Etylen từ khớ dầu má và khớ cốc: Đây là phương pháp đơn giản nhất để điều chế etylen hiện nay nhờ thực hiện các quá trình như: ngưng tụ, hấp thụ và tinh luyện để tách etylen.

2. Nhiệt phõn etan và propan:

C2H6 C2H4 + H2 (to = 900 – 1000oC)

C3H8 C2H4 + CH4 (to = 700 – 800oC)

Hai quá trình nhiệt phõn trờn đều tiến hành ở nhiệt độ cao, mà etylen là một chất dễ cháy, kém bền và nó dễ bị phân hủy tạo thành metan và muội than, do vậy ta cần tiến hành lấy sản phẩm ngay ra khái vùng phản ứng có nhiệt độ cao.

Có 3 phương pháp tiến hành nhiệt phân:

- Nhiệt phân đun nóng bên ngoài: Thiết bị được làm từ vật liệu crom – molipden được gia nhiệt ở bên ngoài thiết bị, cho dàng khí chạy bên trong và sản phẩm thu được được tưới nước để giảm nhiệt xuống 400oC qua nước rồi sau đó được dẫn đi phân tách làm sạch.

- Nhiệt phõn oxihúa: Cung cấp khoảng 30% khớ oxi kỹ thuật vào cựng dũng nhiờn liệu, khi đú một phần etan cũng sẽ bị phõn hũy tao thành CO.

- Nhiệt phân dùng lớp điện nung nóng chuyển động: Khi đó nguyên liệu sẽ được thổi qua lớp điện dung, ưu điểm của phương pháp này là hỗn hợp khí tiếp xúc với vùng có nhiệt độ cao trong thời gian rất ngắn.

Cõu 9: Trình bày các quá trình sản xuất axetilen. So sánh ưu nhược điểm của phương pháp khô và phương pháp ướt trong sản xuất axetilen từ cacbua canxi?

Trả lời:

a, Tớnh chất và ứng dụng:

Axetilen là một chất ko màu, có mùi este nhưng thực ra nú cú mựi tái do lẫn nhiều các tạp chất. Là một chất khớ nhẹ dễ cháy và gõy nổ khi cú va chạm.

Do quá trình cháy C2H2 táa ra nhiều nhiệt nên nó được dùng để hàn các kim loại. Ngoài ra, từ C2H2 ta có thể sản xuất hầu như tất cả cả các chất hữu cơ như: rượu, butadien,..

b, Cụng nghệ sản xuất axetilen từ CaC2

Do quá trình sản xuất axetilen từ CaC2 táa ra nhiều nhiệt nên ta cần khống chế nhiệt độ để có thể thu được hiệu suất cao.

- Phương pháp khô: Ta tiến hành cho CaC2 vào trong tháp sau đó cho dần dần H2O vào, đồng thời trong qua trình ta cần tiến hành khuấy trộn nhằm tăng khả năng tiếp xúc. Khi phản ứng sảy ra hoàn toàn ta tháo hết sảnphẩm cặn ra khái thiết bị sau đó mới tiến hành cho mẻ tiếp theo. Để khống chế nhiệt độ ta tiến hành cho bay hơi trực tiếp nhưng khi đó dễ sảy ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ và sinh ra nhiều sản phẩm phụ. Sản phẩm ta thu ở đỉnh và cho qua thiết bị lọc rửa và tách khí.

- Phương pháp ướt: Ta cho H2O vào đầy trong tháp sau đó cho liên tục CaC2 vào, lượng cặn được vít tải tháo ra liên tục, sản phẩm trên đỉnh được qua thiết bị lọc rửa. Để khống chế nhiệt ta cho tuần hoàn lượng nước vào trong thiết bị.

c, Ưu điểm của phương pháp ướt so với phương pháp khô là: độ tinh khiết của khí cao hơn, không gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ.

Câu 10: Nêu phương pháp sản xuất rượu Etylic bằng phương pháp hidrat hóa etilen với xúc tác là axit sunfuric.

Rượu etylic được dùng nhiều trong các nghành sản xuất cao su tổng hợp, anđêhit, axit axetic, tơ sợi nhân tạo, làm dung môi,….

Phương pháp axit sunfuric được tiến hành qua 4 giai đoạn:

- Hấp thụ etylen bằng axit sunfuric tạo ra ete

- Thủy phõn ete

- Tách rượu và chưng cất

- Cô đặc axit sunfuric.

+ Hấp thụ etylen bằng axit sunfuric diễn ra theo 2 quá trình:

- Quá trình 1: Sảy ra sự hũa tan vật lý của etylen vào axit sunfuric

C2H4 + H2SO4 = C2H5OSO3H

- Quá trình 2: Tương tác của hai cấu tử đồng thể tạo thành dietylsunfat

C2H5OSO3H + C2H4 =(C2H5O)2SO2

Trong điều kiện đó, dietylsuunffat sẽ tác dụng với axit sunfuric tạo thành etylsunfat

(C2H5O)2SO2 + H2SO4 =2C2H5OSO3H

Nồng độ H2SO4 có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hấp thụ, khi nồng độ càng cao thì khả năng hấp thụ càng lớn do vậy ta sử dụng axit có nồng độ 98 – 99%. Để tăng quá trình tiếp xỳc ta sẽ sục C2H4 vào trog dung dịch.

+ Khi đó cú etylsunfat và dietylsunfat ta sẽ cho đi thủy phân

C2H5OSO3H + H2O = C2H5OH + H2SO4

(C2H5O)2SO2 + 2H2O = 2C2H5OH + H2SO4

+ Trong quá trình tổng hợp rượu có nhiều phản ứng phụ sảy ra nên có nhiều sản phẩm phụ nên ta cần đưa sang công đoạn chưng cất để phân tách và ;àm sạch rượu.

+ Sau quá trình phản ứng ta thu được axit sunfuric có nồng độ thấp nên ta cần cô đặc để tăng nồng độ sử dụng cho công đoạn tiếp theo.

Cõu 11: Trình bày công nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc

a, Chuẩn bị nguyờn liệu: Hầu như tất cả các chất có chứa S thì đều có thể làm nguyên liệu để sản xuất axit sunfuric như: quặng phirit có thành phần chính là FeS2 nhưng cũng có lẫn nhiều tạp chất, hiện nay người ta sử dụng S đốt trực tiếp.

b, Sản xuất SO2

Để sản xuất SO2 ta cú thể dựng FeS2 hoặc S đốt trực tiếp trong O2 khụng khớ: FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO2

S + O2 = SO2

H2S + O2 = H2O + SO2

c, Tinh chế SO2

Khi ra khái lũ đốt do lẫn nhiều N2 và tạp chất có ảnh hưởng đến các công đoạn tiếp theo do vậy ta cần phải sử lý trước khi đua vào oxihoa.

Ta có hai phương pháp để tinh chế SO2:

- Phương pháp sử dụng Xiclo để tách bụi: Đây là phương pháp lọc bụi dựa trên nguyên tắc li tâm. Các phân tử bụi có kích thước lớn chuyển động văng ra va vào thành và rơi xuống đáy, cũn khớ thì đi lên và ra ngoài. Để có thể tăng hiệu xuất ta có thể mắc song song hoặc nối tiếp nhiều thiết bị với nhau.

- Phương pháp Lọc tĩnh điện: Ta có thể sử dụng phương pháp lọc tĩnh điện khô hoặc lọc tĩnh điện ướt dựa trên cơ sở đặt vào các điện cực một hiệu điện thế mạnh tạo ra giữa các điện cực một điện trường lớn khiến cho các hạt bị ion hoá đi về các điện cực trái dấu, đối với các hạt bụi có kích thước nhá ta có thể phun hơi ẩm để tạo điều kiện cho việc tích điện. Sau khi đi về các điện cực nó sẽ nhả điện và bám tren các điện cực, sau một khoảng thời gian ta dùng búa để gừ và rũ sạch bụi.

Rửa khớ:nhằm mục đích làm nguội khí và lọc bụi cho hỗn hợp khí.

Sấy khụ khớ: Sau công đoạn rửa khí, hỗn hợp khí có độ ảm cao nên ta cần sấy khô khí trước khi đưa sang công đoạn tạo SO3 để tránh hiện tượng tạo olium ăn mũn thiết bị.

d, Oxi húa SO2 tạo SO3

Để tạo khí SO3 ta cú thể dựng các loại xỳc tác:

- Xỳc tác Pt: Cú hoạt tớnh tụt ở 400oC nhưng nó dễ gây nên hiện tượng ngộ độc xúc tác nên hnay ít được sử dụng.

- Xỳc tác Fe2O3: cú hoạt tớnh tốt ở 600oC nhưng do độ chuyển hóa thấp nên cũng ít được sử dụng.

- Xỳc tác V2O5: cú hoạt tớnh tốt ở 400 – 450oC, độ chuyển hóa kém hơn Pt nhưng khả năng chịu ngộ độc cao nên nay vẫn được sử dụng.

e, Quá trình diễn biến trong tháp:

Do quá trình chuyển từ SO2 sang SO3 táa nhiệt mạnh nên ta chia lớp xúc tác làm 4 tầng, giữa mỗi tầng có hệ thống trao đổi nhiệt trung gian nhằm làm giảm nhiệt độ và tăng độ chuyển hóa của phản ứng.

Khớ SO2 được đưa qua các tầng trao đổi nhiệt trung gian để tăng nhiệt độ lên 400oC và đưa vào lớp xúc tác thứ nhất. Sau khi qua lớp thứ nhất nhiệt độ của hỗn hợp khí tăng lên 500 – 900oC, ở nhiệt độ này thì độ chuyển hóa thấp nên ta cần phải đưa qua hệ thống trao đổi nhiệt trước khi đưa vào tầng xúc tác thứ 2, quá trình cứ diễn ra như vậy cho đến khi kết thúc tầng thứ 4.

f, Hấp thụ SO3 tạo axit sunfuric.

Để tăng hiệu xuất người ta sẽ không dùng nước mà sẽ dùng H2SO4 loóng để khi đó ta sẽ thu được axit sunfuric có nồng độ cao dễ dàng cho quá trình vận chuyển.

Cõu 12: Trình bày cụng nghệ sản xuất suppe phốt phát đơn ( Nguyên liệu, các giai đoạn phản ứng, vẽ sơ đồ công nghệ và giới thiệu quy trình).

Trả lời:

Quátrình sản xuất suppe phốt phát đơn gồm có các công đoạn sau:

- Sấy quặng tới độ ẩm theo yêu cầu

- Đập nghiền gia công vật liệu

- Trộn quặng với lượng H2SO4 theo yờu cầu

- Đảo trộn hỗn hợp phản ứng trong phũng húa thành và trung hũa đợt 1

- Trộn suppe trung hũa đợt 2, đóng gói và xuất xưởng

+ Giai đoạn sấy nghiền:

Quặng apatitcó độ ẩm 12 – 18% được sấy khô đến độ ẩm 1 – 2,6%. Sauk hi được sấy quặng được nghiền mịn tới cì 0,16mm rũi đưa sang công đoạn điều chế.

+ Công đoạn điều chế: Đây là công đoạn tạo thành Suppe từ quặng apatit và H2SO4.

Khi quặng đó được nghiền mịn thì sẽ được trộn với H2SO4 (66 – 68%). Trong phũng cú hệ thống cánh khuấy vận chuyển khối bựn nhóo xuống buồng húa thành tại đay sảy ra các phản ứng.

Thùng rỗng bên trong có hệ thống dao cắt làm mịn và đảo đều hỗn hợp. Khối đi ra khái hệ thống được bổ xung bột xương, nước NH3 hoặc quặng apatit để trung hũa lượng P2O5 tự do, sau đó được đưa sang hệ thống kho ủ 8 – 12 ngày trong quá trình ủ cần tiến hành đảo trộn, kết thúc quá trình được đưa sang hệ thống tạo hạt và đóng bao.

Với yêu cầu suppe photphat đơn có hàm lượng P2O5 tự do phải nhá hơn 2% và P2O5 tổng là 16 – 18%.

+ Sử lý khớ thải

Trong quá trình sản xuất khớ Flo bay ra dưới dạng HF, SìF6 gây độc nên ta cần phải sử lý trước khi thải khí ra môi trường:

HF + SiO2 = SiF4 + H2O

SiF4 + H2O = H2SiF6 + H2SiO3

HF + H2SiO3 = SiF4 + H2O

H2SiF6 + 2NaCl = Na2SiF6 + 2HCl

Sản phẩm thu được ta có thể sử dụng đẻ sx thuốc trừ sâu, gốm sứ,..

+ Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp:

- ảnh huongr của H2SO4: thong thường ta láy dư 6 – 8% so với lý thuyết hỗn hợp đóng rắn nhanh, sản phẩm ko có độ xốp.

- ảnh hưởng của nhiệt độ thông thường 110 – 115oC

- ảnh hưởng của nồng độ H2SO4

Nếu nồng độ cao sẽ làm tăng tốc độ phản ứng tạo nhiều H3PO4, nếu ít sẽ ảnh hưởng ngược lại, thong thường 66 – 68%

- ảnh hưởng của cì hạt và tốc độ khuấy trộn: Kích thước hạt quy định đến mức độ tiếp xúc của các thành phần trong hỗn hợp, nếu kích thước nhá, mức độ tiếp xúc lớn, khuấy trộn mạnh làm phản ứng sảy ra nhanh.

- ảnh hưởng của thời gian hỗn hợp trong phũng húa thành: Khi thời gian dài nú sẽ tạo điều kiện cho quá trình hình thành pha rắn gõy cản trở cho quá trình vận chuyển.

Câu 13: Thành phần hóa và thành phần khoáng của clanhke ximăng pooclăng.

Trả lời:

- Thành phần húa:

+ CaO: Chủ yếu lấy từ đấ vôi. Khi nung đá vôi tao ra CaO kết hợp với các oxit khác tạo nên khoáng chính của ximang.

Nếu CaO quá lớn nằm ở dạng tự do. Sau một khoảng thời gian nó sẽ hấp thụ nước và gión nở làm cho beetong mất tớnh ổn định, giảm tuổi thọ của công trình.

CaO chủ yếu tạo ra khoáng C2S và C3S, trong đó C3S giúp ximang phát triển nhanh nhưng nếu nhiều quá nó sẽ khiến cho ximang kém bền trong môi trường nước và môi trường xâm thực, thông thường ta dung CaO với 63 – 67%.

+ SiO2: chủ yếu lấy từ đất sét, và lấy quặng pirit phong hóa để bổ xung. SiO2 kết hợp với CaO tạo nờn khoáng C2S và C3S. Nếu hàm lượng SiO2 nhiều thì sẽ làm ximang đóng rắn chậm, tăng độ bền cho ximang nhưng nó cũng làm tăng nhiệt clanhke nên thường sử dụng 21 – 23%

+ Al2O3: thu được từ đất sét, nếu thiếu thì lấy quặng boxit để bổ xung. Al2O3 kết hợp với oxit khác tạo nờn khoáng C3A, C4AF. Nếu hàm lượng lớn nó sẽ làm cho ximang đóng rắn nhanh nhưng táa nhiệt lớn, kém bền trong môi trường sunfat và nước biển, nên thường dung 4 – 7%.

+Fe2O3: chủ yếu lấy từ đất sét có thể bổ sung từ đất sét, nếu hàm lượng lớn nó sẽ chủ yếu tạo ra khoáng C4AF làm cho ximang bền trong mụi trường xâm thực, giảm nhiệt độ nung nhưng gây nên sự dính bết nên thường dùng 2 – 4%.

Nhúm các oxit phụ:

+ MgO: có lẫn trong thành phần nguyên liệu đá vôi, nếu tồn tại trong pha thủy tinh nó có tác dụng ổn định thù hình cho khoáng C2S, nếu ở dạng tự do nú sẽ ảnh hưởng đến quá trình đóng rắn nên thường sử dụng nhá hơn 5%.

+ Các oxit cũn lại thường do đất sét mang vào nhưng ko có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của ximang, ko những thế nó cũn là chất trợ dung làm giảm nhiệt độ nóng chảy, ổn định thù hình.

+R2O (R: Na,K,..) làm giảm cường độ của ximang gây nên hiện tượng ko ổn định thể tích.

- Thành phần khoáng:

+ Khoáng C2S tồn tại ở cả 3 dạng á, õ, ó dạng á tồn tại ở nhiệt độ cao, õ tồn tai ở nhiệt độ lớn hơn 600oC, ó tồn tại ở nhiệt độ nhá hơn 650oC. Chỉ cú dạng õ mới có khả năng kết dính mạnh cho nên ta cần làm lạnh nhanh để có thể rữ ở dạng õ.

Cú thể sử dụng các loại oxit xõm nhập vào C2S để rữ dạng õ như Ca3(PO4)2…

+Khoáng C3S chiếm 47% nó làm cho ximang độ cứng cao và đóng rắn nhanh.

+Khoáng C3A khoáng làm cho ximang có độ xốp cao, đóng rắn nhanh.

+Khoáng C4AF, C2F, CAF… các khoáng này được hình thành trong quá trình nung clanhke nhưng thường ở nhiệt độ thấp.

Câu 14: Điện phân dung dịch NaCl sản xuất NaOH, Cl2, H2.

2.1. Chuẩn bị dung dịch điện phân

2.1.1. Nguyên liệu và pha chế

* Nguyên liệu: Dung dịch điện phân được chuẩn bị từ các nguồn nguyên liệu muối ăn khai thác từ má muối và cô đặc nước biển.

* Pha chế:Muối ăn từ kho được băng chuyền vận chuyển vào các bể hoà tan đồng thời gia nhiệt theo phương pháp trực tiếp bằng hơi nước bão hoà. Quá trình hoà tan liên tục dung dịch nước muối qua cửa chảy tràn đi sang công đoạn tinh chế. Dung dịch nước muối sau khi hoà tan đem điện phân có nồng độ bão hoà 310 – 315g/l.

2.1.2. Tinh chế nước muối

Mục đích nhằm loại bá các tạp chất cơ học và tạp hoá học chủ yếu là các ion Mg2+, Ca2+, SO42- để không làm ảnh hưởng đến quá trình điện phân hay làm bẩn dung dịch sản phẩm.

Đối với ion SO42- thường kết tủa bằng cách dùng muối BaCl2 sau đó trong quá trình tách các ion còn lại cho dư kiềm, sôđa để kết tủa triệt để các ion như Ba2+.

a. Phương pháp Sôda kiềm

Cho Na2CO3 và NaOH vào dung dịch để kết tủa Ca2+ và Mg2+ các phản ứng xảy ra như sau:

Ca2+ + Na2CO3® CaCO3 + 2Na+

2NaOH + Mg2+® Mg(OH)2 + 2Na+

b. Phương pháp sữa vôi sôda

áp dụng trong trường hợp lượng Mg2+ quá nhiều nhằm giảm lượng tiêu tốn NaOH, các phản ứng diễn ra như sau:

Mg2+ + Ca(OH)2® Mg(OH)2¯ + Ca2+

Ca2+ + Na2CO3® CaCO3 + 2Na+

c. Phương pháp trao đổi ion

Sau khi pha chế nước muối và lắng lọc sơ bộ cho qua các cột nhựa trao đổi ion để tách các ion kim loại tạp chất.

R- Na+ + Ca2+® R2- Ca2+ + Na+

R- Na+ + Mg2+® R2- Mg2+ + Na+

Phương pháp này cho dung dịch có độ tinh khiết cao nhưng giá thành đắt.

d. Phương pháp hồng ngoại

Loại tạp chất từ nguyên liệu muối khi chưa pha chế: muối nguyên liệu được chiếu tia hồng ngoại, các hạt muối tinh khiết cho các tia này xuyên qua còn lại những phân tử chứa tạp chất sẽ hấp thụ tia hồng ngoại và nóng lên. Khi cho nguyên liệu muối qua băng truyền nhạy với nhiệt độ các hạt muối có nhiệt độ cao hơn sẽ bị giữ lại.

2.1.3. Quá trình điện phân

a. Phương pháp catôt rắn

Quá trình điện cực:

Khi cho dòng điện một chiều đi qua dung dịch nước muối Cl-, OH- chuyển về anôt còn Na+, H+ chuyển về phía catôt và xảy ra các phản ứng như sau:

- Catôt: 2H+ + 2e ® H2 - Phản ứng chính

(2H2O + 2e ® H2 + 2OH-)

- Anôt: 2Cl- - 2e ® Cl2

2OH- - 2e ® O2 +2 H+ - Phản ứng phụ

Các khí thoát ra khái bề mặt điện cực tại các vùng anôt, catôt khác nhau vào các ống dẫn đi sang công đoạn xử lí tiếp theo. Trong dung dịch còn lại ion Na+ và OH- sẽ kết hợp với nhau:

Na+ + OH-® NaOH

Như vậy sản phẩm của quá trình là: NaOH, Cl2 và H2.

Phương pháp điện phân dùng thùng Hucke đơn giản nhưng sản phẩm có độ tinh khiết không cao lắm.

b. Phương pháp catôt láng

Điện cực catôt là kim loại thuỷ ngân, điện cực anôt là điện cực than chì, quá trình xảy ra trên anôt giống như phương pháp catôt rắn.

Quá trình catôt: khác với phương pháp catôt rắn, trên catôt thuỷ ngân Na kim loại thoát ra và tạo thành hỗn hống với thuỷ ngân:

Na+ + e + nHg ® HgnNa

Sau khi thu được hỗn hống thuỷ ngân natri đưa đi phân huỷ thu được NaOH và H2. Phương pháp này phức tạp hơn so với phương pháp catôt rắn nhưng sản phẩm tinh khiết hơn.

Cõu 15: Vẽ và giới thiệu pin khụ MnO2 - Zn

3.3.2. Pin khô MnO2 - Zn

a. Cấu tạo

* Anôt kẽm đồng thời đóng vai trò vá của pin, anôt kẽm được sản xuất từ kẽm kim loại có độ tinh khiết 99,99% và bổ sung nguyên tố kim loại vi lượng là Cd kim loại.

* Lớp lót giấy đáy là lớp giấy dày có tác dung ngăn sự tiếp xúc trực tiếp của chất hoạt động cực dương với điện cực âm (vá kẽm) tránh hiện tượng đoản mạch.

* Lớp giấy tẩm hồ là lớp giấy máng vừa có tác dụng ngăn cách sự tiếp xúc của chất hoạt động cực âm và chất hoạt động cực dương đồng thời chứa muối NH4Cl đóng vai trò chất điện li dẫn điện. Trước đây công nghệ cũ lớp giấy tẩm hồ là lớp hồ điện dịch có thành phần gồm bột sắn và muối NH4Cl đã được nấu chín. Hồ điện dịch này được tẩm vào lớp giấy lót, cuộn chặt xung quanh khối chất hoạt động cực dương.

* Chất hoạt động cực dương: Thành phần chất hoạt động này bao gồm:

- Bột oxit mangan là thành phần chính của chất hoạt động cho phản ứng catot sinh điện.

- Bột graphit là chất dẫn điện trong khối chất hoạt động.

- Muội axetilen có tác dụng duy trì độ xốp của khối chất hoạt động điện cực trong thời gian lâu dài đồng thời hấp phụ các sản phẩm tạo thành ảnh hưởng đến sự hoạt động của pin.

- NH4Cl dạng tinh thể muối này duy trì nồng độ của chất điện li trong khối chất hoạt động.

- Trong khối chất hoạt động còn có thể có hoặc không có than hoạt tính, thành phần này có tác dụng hấp phụ các sản phẩm phụ khi pin hoạt động.

Hỗn hợp các chất này sau khi được phối liệu theo tỉ lệ nhất định trộn với dung dịch điện ly NH4Cl 20%, sau khi ủ để làm đồng đều hỗn hợp được sàng lọc cì hạt rồi đưa vào dây chuyền sản xuất.

* Điện cực than chì: là điện cực grphit xốp đã biến tính trong parafin, điện cực có tác dụng dẫn điện từ khối chất hoạt động cực dương ra bên ngoài.

* Lót giấy 1 bằng giấy dày có tác dụng giữ cố định khối chất hoạt động điện cực dương.

* Lót giấy 2 có tác dụng đì lớp xi phong khẩu tạo thành khoảng không trống 9 trong pin.

* Khoảng không trong pin, đây là không gian trống để điều hoà áp suất trong pin. Trong quá trình phản ứng sinh điện các sản phẩm phụ như khí NH3 sẽ thoát ra đi vào không gian trống tránh hiện tượng nổ pin khi áp suất tăng nếu không có khoảng không này.

* Lớp xi phong khẩu lớp này có tác dụng bịt kín pin, ngăn không cho không khí tiếp xúc với khối chất hoạt động làm tăng tốc độ tự phóng của pin, đồng ngăn cản sự bốc hơi nước làm khô khối chất hoạt động cực dương.

* Lót giấy 3 lớp lót này có tác dụng giữ khối xi phong khẩu không cho khối chất này chảy ra làm ảnh hưởng đến quá trình bảo quản và sử dụng.

* Nắp nhựa chi tiết này có tác dụng che kín các chi tiết bên trong, tăng tính thẩm mỹ của sản phẩm.

* Mũ đồng là chi tiết được làm từ vật liệu đồng kim loại mạ niken bên ngoài, mũ đồng có tác dụng bảo vệ điện cực than chì đồng thời là điểm tiếp điện khi sử dụng.

Hình 25: Pin điện

1. Anôt - vá pin

2. Lót giấy đáy

3. Lớp giấy tẩm hồ

4. Chất hoạt động cực dương

5. Điện cực graphit

6. Lót giấy 1

7. Lót giấy 2

8. Lót giấy 3

9. Khoảng không

10. Lớp xi phong khẩu

11. Nắp nhựa

12. Mũ đồng

b. Phản ứng điện cực

Anôt: Zn – 2e ® Zn2+

Catôt: MnO2 + H+ + e ® MnOOH

Phản ứng tổng:

c. Tính năng của pin MnO2 - Zn

- Suất điện động của pin E = 1,5 - 1,9V

- Dung lượng của pin C = 0,25 đến 3 Ah

- Tái sinh pin khô MnO2 – Zn: Có thể tái sử dụng pin bằng cách ngâm vào dung dịch NH4Cl rồi dùng dòng một chiều hoặc xoay chiều bất đối.

Cõu 16: Trình bày cấu tạo của ăcquy chì, ăcquy kiềm

a. ắcqui chì

- Sơ đồ cấu tạo: (-) Pb/ H2SO4 / PbO2 (Pb) (+)

Cực âm là kim loại chì xốp, dung dịch điện giải là axit H2SO4, chất hoạt động điện cực dương là PbO2.

- Phản ứng điện cực: khi phóng điện phản ứng điện cực âm và điện cực dương sản phẩm đều tạo thành muối sunfat chì.

Tại cực âm: Pb – 2e + SO42-® PbSO4

Tại cực dương: PbO2 + 2e + H2SO4 + 2H+® PbSO4 + 2H2O

Khi nạp điện quá trình phản ưng ngược lại muối chì sunfat biến đổi ngược lại thành kim loại chì và chì IV oxit.

Phản ứng tổng quát xảy ra trong ắcqui là:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O

Trong thực tế quá trình phản ứng điện cực diễn ra phức tạp hơn qua nhiều giai đoạn.

ăcqui chì có suất điện động E = 2 – 2,1V, khi nạp điện điện thế có thể tăng lên đến 2,7Vôn và khi phóng điện thế giảm nhanh đến điện thế 1,8Vôn.

Dung lượng của ăcqui chì tuỳ thuộc từng loại có các giá trị khác nhau.

b. ăcqui kiềm

ăcqui kiềm được phát minh ra vào đầu thế kỉ 19 có 2 hệ chủ yếu là ăcqui kiềm Fe – Ni, Cd – Ni, ngày nay có rất nhiều hệ ăcqui kiềm khác nhau đã được nghiên cứu và sử dụng.

- Sơ đồ điện cực

(-) Cd / KOH / NiOOH (Ni) (+)

(-) Fe / KOH / NiOOH (Ni) (+)

- Quá trình xảy ra trên điện cực

Cực âm: Fe + OH- Fe(OH)2 + 2e

Cd + OH- Cd(OH)2 + 2e

Cực dương: NiOOH + H2O + e Ni(OH)2 + OH-

ăcqui kiềm có suất điện động khi mới nạp E = 1,48Vôn, dung lượng thường lớn gấp 2 lần so với ăcqui chì. So với ăcqui chì suất điện động của ăcui kiềm bé hơn nhưng dung lượng và tuổi thọ của ăcqui kiềm lớn hơn. Ngày nay ăcqui kiềm được sử dụng nhiều trong các dụng cụ thiết bị xách tay, thiết bị liên lạc vô tuyến.

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

Trước Sau