Quy Trình Sản Xuất H₂SO₄ (Axit Sunfuric) Công Nghiệp Chi Tiết
Axit sunfuric (H₂SO₄) là một trong vào những hóa chất công nghiệp quan lại trọng nhất, được dùng rộng lớn rãi vào sản xuất phân bón, luyện kim, chế biến chuyển dầu mỏ và xử lý nước thải. Hiện nay, phương pháp xúc tiếp (Contact Process) là cách chủ yếu để phát triển H₂SO₄ nhờ hiệu suất cao và ít gây ô nhiễm môi trường.
1. Tổng Quan Về Sản Xuất H₂SO₄
H₂SO₄ được tạo ra kể từ lưu huỳnh (S), quặng pyrit (FeS₂) hoặc khí thải công nghiệp chứa chấp SO₂.
Phương pháp tiếp xúc được sử dụng phổ biến chuyển nhất do hiệu suất cao (98%) và ít tạo ô nhiễm.
H₂SO₄ rất có thể được tạo ra bên dưới dạng axit lỏng 98% hoặc oleum (H₂S₂O₇) để pha chế theo nhu cầu.
2. Quy Trình Sản Xuất H₂SO₄ Bằng Phương Pháp Tiếp Xúc
Cách 1: Sản Xuất Khí SO₂
Nguyên liệu:
Lưu huỳnh (S) hoặc quặng pyrit (FeS₂).
Oxy từ không khí.
sản xuất sulfuric acid ứng hóa học tập:
Đốt diêm sinh (S) trong oxy tạo ra khí SO₂:
S + O₂ → SO₂
Hoặc nung quặng pyrit FeS₂:
4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 8SO₂
Mục tiêu: Thu được khí SO₂ tinh khiết, chủng loại vứt các tạp chất như bụi và kim loại nặng.
Bước 2: Oxi Hóa SO₂ Thành SO₃
Điều khiếu nại phản ứng:
Xúc tác: V₂O₅ (Vanadi(V) oxit).
Nhiệt độ: 450 – 500°C.
Áp suất: 1 – 2 atm.
Phản ứng hóa học:
2SO₂ + O₂ → 2SO₃ (xúc tác V₂O₅, 450°C)
Mục tiêu: Chuyển đổi tối đa SO₂ thành SO₃ với hiệu suất ~98%.
Bước 3: Hấp Thụ SO₃ Tạo H₂SO₄
SO₃ không thể tan trực tiếp trong nước vì sẽ tạo nên sương mù axit nguy khốn.
Giải pháp: Hấp thụ SO₃ vào H₂SO₄ loãng để tạo nên oleum (H₂S₂O₇), tiếp sau đó pha loãng cùng với nước.
Phản ứng hít vào:
SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇ (Tạo oleum)
Pha loãng oleum nhằm thu H₂SO₄ 98%:
H₂S₂O₇ + H₂O → 2H₂SO₄
Mục tiêu: Thu được H₂SO₄ 98% tinh khiết phục vụ công nghiệp.
3. Tóm Tắt Quy Trình Sản Xuất H₂SO₄
Đốt diêm sinh hoặc quặng pyrit → Tạo khí SO₂.
Oxi hóa SO₂ thành SO₃ (xúc tác V₂O₅, 450°C).
Hấp thụ SO₃ vào H₂SO₄ loãng → Tạo oleum.
Pha loãng oleum cùng với nước → Thu H₂SO₄ 98%.
Sản phẩm cuối cùng:
H₂SO₄ lỏng (98%)
Oleum (H₂S₂O₇) nhằm pha chế theo yêu cầu
4. So Sánh Phương Pháp Tiếp Xúc Và Phương Pháp Buồng Chì
Tiêu chí
Phương pháp xúc tiếp (Hiện đại)
Phương pháp phòng chì (Cũ, ít dùng)
Nguyên liệu
Lưu huỳnh (S), pyrit (FeS₂), khí SO₂
SO₂ từ đốt lưu huỳnh hoặc khí thải công nghiệp
Xúc tác
V₂O₅
NO₂ (khí oxit nitơ)
Nhiệt độ phản ứng
450 – 500°C
Nhiệt độ thông thường
Hiệu suất
98%
60 – 70%
Nồng độ axit chiếm được
98%
70% (phải cô quánh thêm)
Tính thân thiện cùng với môi trường
Ít ô nhiễm hơn
Gây ô nhiễm và độc hại khí NO₂
Kết luận: Phương pháp tiếp xúc có hiệu suất cao, ít ô nhiễm và độc hại và tạo ra ra H₂SO₄ nồng độ cao, nên được dùng phổ biến vào công nghiệp.
5. Ứng Dụng Của H₂SO₄ Công Nghiệp
Sản xuất phân bón: Super photphat (Ca(H₂PO₄)₂), ammonium sunfat ((NH₄)₂SO₄).
Luyện kim: Tẩy rửa kim chủng loại trước lúc mạ.
Xử lý nước thải: Điều chỉnh pH, loại bỏ kim chủng loại nặng nề.
Sản xuất hóa chất: Axit nitric (HNO₃), nhựa, dung dịch nhuộm.
Chế biến dầu lửa: Tinh chế xăng dầu, chủng loại quăng quật tạp hóa học hữu cơ.
Ắc quy chì (Pb-Acid): Dùng thực hiện hóa học điện phân.
6. Câu Hỏi Thường Gặp Về Sản Xuất H₂SO₄
1. Tại sao không hấp thụ SO₃ thẳng vào nước nhằm tạo ra H₂SO₄?
Vì phản ứng này tạo nên sương mù axit vô cùng nguy hiểm và khó kiểm soát. Thay vào đó, SO₃ được hấp thụ vào H₂SO₄ loãng trước, rồi mới nhất pha loãng cùng với nước.
2. Tại sao muốn xúc tác V₂O₅ trong phản ứng SO₂ + O₂ → SO₃?
Vì phản ứng này diễn ra chậm ở nhiệt độ thông thường. Xúc tác V₂O₅ góp tăng vận tốc phản xạ và nâng cao hiệu suất lên 98%.
3. H₂SO₄ rất có thể phát triển từ khí thải công nghiệp không?
Có. phần lớn nhà cửa máy tận dụng khí SO₂ từ công nghiệp luyện kim nhằm sản xuất H₂SO₄, giúp hạn chế ô nhiễm và độc hại môi ngôi trường.
7. Kết Luận – Quy Trình Sản Xuất H₂SO₄
H₂SO₄ công nghiệp chủ yếu ớt được phát triển bằng phương pháp tiếp xúc, bao gồm 3 giai đoạn chính:
Đốt S hoặc FeS₂ để tạo SO₂.
Oxi hóa SO₂ thành SO₃ (xúc tác V₂O₅).
Hấp thụ SO₃ vào H₂SO₄ loãng nhằm tạo oleum, sau đó pha loãng thu H₂SO₄ 98%.
Phương pháp này có hiệu suất cao (~98%) và ít ô nhiễm hơn cách phòng chì.
H₂SO₄ có khá nhiều ứng dụng trong tạo ra phân bón, luyện kim, hóa hóa học, dầu lửa và xử lý nước thải.
Nhờ phương thức tiếp xúc, H₂SO₄ có thể được sản xuất cùng với số lượng lớn và hóa học lượng cao, thỏa mãn nhu cầu nhu cầu của đa số ngành công nghiệp quan lại trọng trên trái đất.