Giáo trình Hóa công nghệ - Chương 1: Các nguyên tắc cơ bản trong sản xuất hóa học - Ngô Xuân Lương

À MÔI TRƯỜNGPHẦN I: CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN TRONG SẢN XUẤT HÓA HỌC CHƯƠNG I Có 5 nguyên tắc cơ bản: + Tăng tốc của các quá trình hoá học. + Thực hiện các quá trình liên tục tuần hoà kiến. + Liên hiệp giữa các xí nghiệp. + Cơ khí hoá tự động hoá các QTSX. + Tận dụng phế thaỉ chống ô nhiễm môi trường.I/ TĂNG TỐC ĐỘ CÁC QUÁ TRÌNH HOÁ HỌC.- Sản xuất hoá học là làm biến đổi thành phần hoá học của nguyên liệu để tạo ra các sản phẩm thông qua phản ứng hoá học. Vậy tốt độ của QTSX thuộc vàop tốt độ phản ứng hiện hành.- Làm tăng tốc độ của các phản ứng sẽ ảnh hưởng lớn tới giá thành sản phẩm.- Để làm tăng tốc độ phản ứng hiện hành, tốc độ phụ thuộc yếu tố nào?Giả sử một thiết bị sảy ra phản ứng sau:mA + nB = qDTốc độ là biến thiên của một chất trong 1 đvtg+ Nếu hệ ứng xảy ra trong hệ đồng thể: V = k.CAm.CBn(CA nồng độ cấu tử A: CB nồng độ cấu tử B, k hằng số tốc độ chỉ  vào to)Đặt C = CAm . CBn gọi là động lực quá trìnhV = k. t.+ Nếu phản ứng xẩy ra trong hệ đồng thể và thuận nghịchV= KT. CAm . CBn . CDq = KTCT.KNCN(CT và CN là động lực phản ứng thuận và nghịch)+ Nếu phản ứng xảy ra trọng hệ dịch thể (Rắn - Lỏng - Lỏng - Khí , Khí - rắng) thì V còn  vào diện tích tiếp xúc giữa các chất.V = KC.F (F diện tích tíêp xúc).Mặt khác từ các phương trình ttrên để tăng V cần tăng K mà.E. Năng lượng hoạt hoá.T. Nhiệt độR. Hằng số khí.Vậy tăng tốc độ PƯhh cần. + Tăng động lực. + Tăng diện tích tiếp xúc. + Dùng xúc tác. + Nhiệt độ tăng.K = KO.C-E/RT1- Tăng động lực quá trình:Động lực quá trình là hàm số của nồng độAC = CAm.CBmVậy muốn tăng động lực QT cần:+ Tăng nồng độ: Làm giàu nguyên liệu (loại bỏ tạp chất) làm giàu quặng apatit trước khi cho phản ứng với H2SO4 để điều chế supephốt phat, làm giàu quặng boxit trước khi đp đ/c Al+ Tăng áp xuất chất khí: (N2 + 3H2 = 2NH3 tăng D của hổn hợp N2 + 3H2 bằng cách nén ở 300 atm)+ Lấy sản phẩm ra khỏi khu vực phản ứng.+ Cho các chất tiếp xúc nhau theo.Chiều thích hợp. trong sản xuất H2SO4 Để tăng tốc độ đốt cháy FeS2 này ta cho FeS2 và kk đi ngược chiều nhau trong lô đốt. Để hấp thụ SO3 với Hcao người ta cho SO3 và H2O đi ngược chiều, cho SO3 đi vào đáy tháp hấp thụ, còn H2O (H2SO4L) dưới từ đỉnh tháp xuống.2- Dùng xúc tác và nhiệt độ thích hợp:Theo pt Aseniut K = Ko.e-E/RT  k tỷ lệ nghịch với E và tỷ lệ thuận với T  tăng K giảm E và tăng T.+ Trong SX hở các PƯ thường xảy ra ở t0 cao hơn nhiệt độ thường N2 + H2 = 2NH3 (450 - 5000C) FeS2 + O2  Fe2O3 + SO2 nhưng nhiệt độ cao quá thì tiêu hao nhiệt liệu và nhiều chất bị phân huỷ ăn mòn thiết bị nhanh có hại cho sản xuất. Vì vậy tăng to cần phù hợp vớia tình hình thực tế.+ Đối với các phản ứng thuận nghịch việc tăng t0 làm cho VT, VN đều tăng hoặc cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch (PƯ toả nhiệt) không có lợi cho sản xuất vì vậy chọn 1 t0 thích hợp cho QT chung.VD: SO2 + O2 = SO3 + Q N2 + 3H2 = 2NH3 + Q+ Chất xúc tác là chất làm tăng V song không bị biến đổi trong QTSX. Nhiều phản ứng ở đkt hoặc thiếu XT thì xảy ra chậm hoặc không xảy ra (N2 + O2 ; SO2 + O2 nhưng khi có chất xúc tác ra t0 thích hợp thì xả ra nhanh gấp ngàn triệu lần  có lợi cho sản xuất.Xúc tác làm E  tăng V vậy việc làm xúc tác thích hợp là nhiệm vụ quan trọng của kỹ thuật hoá.VD: SO2 + O23- Tăng diện tích tiếp xúc (F) giữa các chất trong pư- Các phản ứng xảy ra trong hệ dị thể: rắn - lỏng; rắn - khí; lỏng - lỏng - khí việc tăng F -> tăng QT khuyếch tán, tăng khả năng hấp phụ các chất -> V tăng.- Tăng F cần:+ Chất rắn đập nhỏ tới 1 kích thước nhất định phù hợp với thiết bị sản xuất và đk phản ứng.+ Phan chất lỏng hoặc tới chất lỏng lên bề mặt đệm rồi cho chất khí đi qua ( phun H2SO4 sau đó cho khí SO3 đi qua )+ Khuấy trộn.II/ THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH LIÊN TỤC TUẦN HOÀN KÍN TRONG SẢN XUẤT HOÁ HỌC CÓ:+ Quá trình liên tục, gián đoạn, tuần hoàn:+ Quá trình gián đoạn mang tính chất chu kỳ: nạp nguyên liệu vào thiết bị, cho pư xảy ra cho tới khi kết thúc, lấy spra -> đkpư luôn thay đổi, C theo (t) -> V do đó năng xuất thấp thiết bị nhanh hỏng không có lợi cho sản xuất (chỉ phù hợp với sản xuất nhỏ)+ Quá trình liên tục là QTSX không mang tính chu kỳ nguyên liệu được đưa vào thiết bị một cách liên tục còn sp lấy ra một cách liên tục, các đkpư trong thiết bị luôn luôn ẩn định.VD: Sx H2SO4, bia, đường.Ưu điểm:- Không có sự ngừng hoạt động của thiết bị. Năng mất lao động cao, giảm giá thành sp.- Giữ ổn định đk làm việc của thiết bị -> tạo đk điều khiển tự động và cơ khí hoá sản xuất -> tiết kiệm lao động.- Giảm diện tích thiết bị, nhà máy ->  chi phí xây dựng trên một đvsp -> hạ giá thành sản phẩm.- Đối với các QTSX có H thấp người ta đưa các chất ban đầu vào pư hết quay trở lại đkpư để tận dụng triệt để nguyên liệu, hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiểm môi trường.VD: QTSX NH3. rượu etylic từ C2H4III/ LIÊN HIỆP GIỮA CÁC XÍ NGHIỆP VÀ NHÀ MÁY:Trong sản xuất hiện hành các nhà máy hoặc các xí nghiệp của cùng một nàh máy có liên quan hữu cơ với nhau. sản phẩm của nhà máy này là nguyên liệu cho nhà máy (xí nghiệp khác) Ví dụ: xí nghiệp SX NH3 là nguyên liệu sản xuất HNO3, sự phát triển sự sản xuất đòi hỏi có sự liên hiệp các nhà máy hoặc xí nghiệp sẽ làm giảm bớt chi phí vận chuyển, bảo đảm an toàn sản xuất góp phần chống ô nhiểm môi trường.+ Hạ giá thành sản phẩm: Do vậy nhà máy hoá chất thường xây dựng canh nhau tạo ra khu công nghiệp rộng lớn gồm nhiều ngành sản xuất.ở nước ta tuy CN chưa phát triển nhưng cũng có những liên hiệp hoá chất. Liên hiệp hoá chất Việt trì, liên hiệp hoá chất phân đạm Bắc Giang. liên hiệp các nàh máy ở Biên Hoà, đường Lam Sơn.VD: Liên hiệp giữa các xí nghiệp:IV/ CƠ KHÍ HOÁ, TỰ ĐỘNG HOÁ SẢN XUẤT:- Muốn tăng năng xuất lao động, tăng hiệu quả sử dụng các nguồn nguyên liệu người ta không chỉ thực hiện quá trình liên tục, toàn hoàn kín mà còn phải có khí hoá, tự động hoá QTSX.- Một đặt trưng nôit bật trong CNHH là các phản ứng thường xảy ra ở to và p cao các đk ấy đòi hỏi ổn định và nghiêm ngặt, con ngươig khó có thể điều khiển trực tiếp một các thủ công được. Mặt khá nguyên liệu (NH3, Cl2...) hoặc sản phẩm H2SO4, HND3... đều có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sức khoẻ con người, gây tái nạn lao động. Vì vậy cơ khí hoá, tự động hoá là 1 yêu cầu khách quan không chỉ vì mục đích kinh tế mà còn vì an toàn lao động đối với người sản xuất. - Người ta có thể cơ khí hoá hoặc tự động hoá từng khâu hoặc toàn bộ QTSX, ngày nay với tiến bộ của KHKT "người máy" tin học đã tạo điều kiện cho việc tự động hoá điều khiển từ xa các QTSX. Người ta chế tạo được các hệ thống kiểm tra nguyên liệu oà chất lượng sản phẩm đira của xưởng hoặc điều khiển điều kiện phủ theo chương rình lập sẵn nhờ hệ thống máy VT lập sẵn - Cơ khí hoá, tự động hoá -> tiết kiện lao động, tăng năng suất lao động, tạo điều kiện tăng chất lượng sản phẩm hạ giá thành sản phẩm. VD: Tự động hoá, cơ khí hoá QTSX, xô đa đã làm tiêu thụ điện xuống 50%, tự động hoá thiết bị trong sản xuất NH3 giảm tiêu tốn nguyên liệu 15 tăng năng suất lao động 5%.V.TẬN DỤNG PHẾ THẢI CHỐNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG. - Trong 1 QTSX h2 nào ngoãi SP chính còn có SP phụ và các chất phế thải. Các SP phụ hoặc phế thải có ngay ở SP chính hoặc phải thảiphụ hoặc nguyên liệu có lẫn tạp chất....VD: Trong SX H2S04 phế thải là Fr208, QT làm sạch S02 tạo ra bụi, xỉ. - Trong SX HN03 tạo ra phế thải là N0, N02 - Sản phẩm vôi: SP phụ là C02 và xỉ. - Phế thải làm ô nhiễm môi trường, phải hoại điều kiện sống của con người, động thực vật, sự ô nhiễm này đã tới mức báo động không chỉ ổ 1 nước mà toàn thế giới.Ví dụ: Lượng CO2 có trong khí quyển vượt quá mức cho phép gây "hiệu ứng nhà kính" làm T0 trái đất lên -> mực nước biển phát triển (CO2, CH4, H2O) không cho bức xạ nhiệt của trái đất đi qua -> nó bao quanh trái đất như nhà kính.- CO do đốt cháy khong hoàn toàn than -> phá hoại hệ moglobin trong máu -> mất khả năng vận chuyển oxi -> ngạt thở.- SO2 gây đau nhức mắt, cảm giác nóng cổ họng do quá trình quang hoá học xt S02 -> S03 kết hợp với H20 - H2S04 cùng với mưa rơi xuống mặt đất "mưa axít" gây tổn hại cho cây trồng, ăn mòn công trình xây dựng, dụng cụ sinh hoạt để hạn chế tác hại của phế thải ta cần tận dụng, sử dụng các phế thải và tiến hành các biện pháp bảo vệ môi trường.+ Xử lý các chất độc hại tới sức khoẻ con người Pb, C0, S02... N0.+ Chế các phế thải thành sản phẩm có ích, có lợi về kinh tế hạ giá thành sản phẩm là 1 trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chống ô nhiễm môi trường 1 dây chuyền sản xuất có hg trong thực tiễn. Công nghệ kém hoàn thiện, kỹ thuật lạc hậu thì phế thải bỏ đi cùng nhiều. Các ngành thủ công nghiệp gồm, sứ, gạch đã gây ô nhiễm môi trường ở nhiều vùng.VD: Trong luyện kim màu thải khí có hàm lượng S02 thấp, trước đây không sử dụng, thải vào kk -> ô nhiễm môi trường gây mưa a xít" ngày nay sử dụng SX H2S04.- Xỉ lô gang, thép sau khi ghiền nhỏ dùng làm phân bón tốt vì chứa lâu vào nguyên tố vi lượng.- Xỉ lô cao, lô nung vôi dùng làm bê tông xỉ, đục gạch trong XD.- Trong SX dùng chất tác quý sau một (t) làm việc mất hoạt tích người ta tìm các tác sinh lại để phục hồi hoạt tính để sử dụng tiếp+ Chống ô nhiễm môi trường khong chỉ bằng cách xử lý chất độc hại, sử dụng phế thải biến nó thành SP có ích mà còn chuyển hoá chất thải của nhà máy thành chất không hoặc ít làm hại môi trường trước khi thải.VD: Khí thải SX NH03 có khí N0 có ảnh hưởng xấu tới bầu khí quyền nên phải nghên cứu chất xúc tác để khử triệt để nó trước khi thải vào MT.- Khí thải lô cao sản xuất phân lân thuỷ tích có HF, SiF4 rất độc với cây trồng -> xử lý nó - đ kềm.Vậy chống ô nhễm môi trường là nghĩa vụ của mỗi con người và toàn thế giới để bảo vệ môi trường sống của chính mình và toàn TG. Công nghiệp hoá học ngày nay cung cấp cho con người nhiều chất mới song cũng đưa vào môi trường 1 lượng chất độc lớn đầu độc sự sống của con người -> chống ô nhiễm môi trường là một nguyên tắc của công nghệ HH.