Axit sulfuric là một hợp chất vô cơ quan trọng trong công nghiệp, không màu, có tính hòa tan cao và được sản xuất qua quá trình oxy hóa SO2 thành SO3. Quá trình sản xuất axit này bao gồm việc sử dụng khoáng pyrit hoặc lưu huỳnh làm nguyên liệu, và các phương pháp sản xuất chủ yếu là xúc tác và nitrôza. Ngoài ra, axit sulfuric còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa chất, phân bón, chế biến thực phẩm và sản xuất năng lượng.

1. 30
CHƯƠNG IV
CÔNG NGH S N XU T AXIT SUNFUARIC
I. Khái ni m chung:
1/ Các tính ch t c a axit sunphuaric:
- Axit sunphuaric là m t ch t l ng nh t, không màu, sôi dư i áp su t thư ng
nhi t ñ 296.2oC.
- Axit sunphuaric có th hoà tan trong nư c v i m t b t kì t l nào, t o thành các
lo i hydrat H2SO4.H2O, H2SO4.2H2O, ..., H2SO4.42H2O. Trong kĩ thu t, ngư i ta g i
chung dung d ch c a H2SO4 trong nư c các n ng ñ (H2SO4+nH2O) là axit sunphuaric.
- Axit sunphuaric cũng t o thành các h p ch t v i SO3, t o thành H2SO4.SO3, và
H2SO4.2SO3 , g i là oleum (n ng ñ oleum ñư c xác ñ nh b ng % tr ng lư ng SO3 t do
trong axit)
- Axit sunphuaric hoà tan ña s các kim lo i và ñ y ñư c các axit khác ra kh i
mu i c a chúng, và ñ t cháy t t c các t bào ñ ng th c v t do tính hút nư c c a nó.
2/ ng d ng c a axit sunphuaric:
Axit sunphuaric là m t trong nh ng h p ch t vô cơ cơ b n có vai trò quan tr ng
nh t trong công ngh hoá h c. Axit sunphuaric ñư c s d ngk h u h t trong các ngành
công nghi p: hoá ch t, phân bón (sunphephôtphat, amônisunphat, ...), ñi u ch các lo i
axit khác (HCl, H3PO4, HF, ...), thu c nhu m, sơn, thu c n , ch t t y r a t ng h p, ch t
d o, este, ngành luy n kim, công ngh v i s i, accu, th c ph m, ...
3/ Các phương pháp s n xu t axit sunphuaric:
Hi n nay s n xu t axit sunphuaric b ng cách cho nư c tác d ng v i khí anhydric
sunphuaric (SO3). Quá trình này g m 3 giai ño n:
- ði u ch khí sunphuarơ (SO2) t qu ng pyrit (FeS2) ho c ñ t lưu huỳnh (S).
- Oxy hoá SO2→ SO3:
2 SO2 + O2 → SO3
- H p th SO3 b ng H2O:
SO3 + H2O → H2SO4
Trong công nghi p có hai phương pháp s n xu t H2SO4 ch y u khác nhau giai
ño n oxy hoá SO2→ SO3 . ðó là phương pháp ti p xúc (xúc tác r n) và phương pháp
Nitrôza (dùng nitơ oxyt ch t chuy n oxy)
II. ði u ch khí sunphuarơ:
1/ Nguyên li u là qu ng pyrit:
- Thành ph n ch y u là FeS2 , ngoài ra còn có các h p ch t sunphua c a Cu, Zn,
Pb, ... và mu i sunphat c a K, Mg, Ag, Au, ...
Khi ñ t qu ng s x y ra các ph n ng:
4 FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3
nhi t ñ cao và dư nhi u oxy thì ph n ng x y ra như sau:
3 FeS2 + 8O2 = 6SO2 + Fe3O4
Các ph n ng ñ u to nhi t và nhi t to ra ñ ñ duy trì quá trình ñ t qu ng,
không c n ph i cung chap nhi t t bên ngoài.
- Có hai ki u lò ñ t qu ng pyrit: lò t ng sôi và lò t ng cơ khí (BXZ Liên Xô), lo i
này hi n nay ít ñư c s d ng vì k t c u ph c t p và năng su t th p.
* Sơ ñ nguyên lí c a lò t ng tĩnh (Hình 4.1.)

2. 31
Hình 4.1
•
Sơ ñ nguyên lí c a lò t ng sôi (Hình 4.2.)

3. 32
- Lò hình tr b ng thép, bên trong có lót m t l p v t li u ch u l a (1). Phía dư i
có ghi lò (2). Qu ng ñư c nghi n nh c h t 6mm ñưa vào phía trên lư i (ghi lò). Không
khí ñư c th i t dư i lên qua lư i, v i t c ñ ñ ñ duy trì l p qu ng tr ng thái lơ l ng,
ñư c g i là t ng sôi.
- Quá trình ñ t ñư c ti n hành liên t c, không khí, qu ng ñưa liên t c vào và
qu ng thiêu ñư c liên t c l y ra. Khí SO2 l y ra trên tháp. Khí ra kh i lò t ng sôi ñem
theo m t lư ng b i l n t i 90%-95% kh i lư ng qu ng thiêu.
- Nhi t ñ t ng sôi ph i duy trì 750oC ñ các h t qu ng thiêu không dính ñư c
v i nhau. ð duy trì nhi t ñ này trong t ng sôi thư ng b trí các thi t b làm l nh b ng
nư c ho c h th ng các ng lò hơi ñ rút nhi t do ph n ng ñ t qu ng to ra. Do ñó, t ng
sôi có tác d ng ph là s n xu t hơi nư c.
Ki u lò t ng sôi cũng có th dùng ñ t lưu huỳnh.
Ưu ñi m: c u t o ñơn gi n, d ñi u khi n. Khí SO2 có n ng ñ n ñ nh, lư ng lưu
huỳnh còn l i trong qu ng th p.
Như c ñi m: t n năng lư ng ñ th i không khí nh m duy trì qu ng tr ng thái
t ng sôi và khí SO2 ch a nhi u b i (300g/m3)
2/ Nguyên li u là lưu huỳnh:
S + O2 = SO2
Ph n ng này x y ra nhanh và to nhi t. Hi n nay, ngư i ta s d ng r ng rãi là
ñ t lưu huỳnh l ng.
* Sơ ñ lưu trình ñ t lưu huỳnh l ng (Hình 4.3.)

4. 33
- Lưu huỳnh ñư c ñưa vào ngăn th nh t c a n i n u (1). Lưu huỳnh ch y l ng
ñư c bơm (2) ñưa qua thi t b l c (3) ñ tách t p ch t, r i qua ngăn th hai c a n i n u
(1). Sau ñó ñư c bơm (4) ñưa lưu huỳnh l ng cùng v i không khí ñã làm s ch (không
khí qua thi t b l c (7) ñ tách t p ch t và qua tháp s y (8) ñ tách hơi nư c b ng H2SO4)
vào vòi phun lưu huỳnh và vào lò ñ t (6). Lò ñ t hình tr n m ngang b ng thép, trong có
lót v t li u ch u nhi t, và có các ngăn ñ tách t p ch t. (có th thay lò này b ng thi t b
t ng sôi v i ch t mang là cát, qu ng thiêu).
- Khí SO2 ra kh i lò ñ t có nhi t ñ 850-900oC ñư c ñưa qua n i hơi thu h i (9)
ñ t n d ng nhi t th a.
III. Làm s ch khí SO2:
Khí SO2 lò ñ t ra còn ch a b i và t p ch t (As2O3 và SeO2: làm gi m ho t tính
xúc tác). Lư ng b i trong khí tuỳ thu c vào lò ñ t, có th dao ñ ng khá l n 300g/m3
(t ng sôi) → 10-15 g/m3 (t ng cơ khí). C n ph i kh b i và t p ch t vì nó s làm b n axit
H2SO4 t o thành và làm gi m ho t tính xúc tác trong thi t b oxy hoá SO2. (xúc tác cho
ph n ng oxy hoá SO2 thư ng là V2O5).
* Sơ ñ lưu trình làm s ch khí SO2 (Hình 4.4.):

5. 34
*Tháp 3 có nhi m v :
-Làm ngu i hh khí t 80-900C xu ng 30-400C
- H p th m t ph n mù axit trong khí sau tháp 2
- Tách m t ph n t p ch t asen, selen
*Tháp tăng m 5 có nhi m v tăng m c a hh khí ñ tăng kích thý c mù axit;
ti p t c m ngu i hh khí xu ng vài ñ (3-50C)

6. 35

7. 36

8. 37
- Trư c h t, ngư i ta dùng cyclon ñ làm s ch b i sơ b , nh m gi m hàm lư ng
b i xu ng còn kho ng 15-20 g/m3 (t ng sôi). Sau ñó, khí ñư c ñưa vào thi t b l c ñi n
khô (1), ñ ti p t c kh b i ñ n 0.25 g/m3. Nhi t ñ trong thi t b l c ñi n khô kho ng
350-400oC. nhi t ñ này, h p ch t c a As và Se th hơi không kh ñư c. ð kh t p
ch t này b ng thi t b l c ñi n c n ph i chuy n chúng thành mù, b ng cách cho khí qua
tháp r a (2) và (3) trư c khi vào thi t b l c ñi n sau (vì v y g i là thi t b l c ñi n ư t).
tháp (2) khí ñi t dư i lên trên và ñư c làm l nh b ng H2SO4 60-70% do m t h th ng
vòi phun li tâm vào tháp (ñư c bơm t thùng (9) lên). Nhi t ñ c a khí ñư c h xu ng
80oC. T i tháp này s kh m t ph n b i còn l i, ngưng t ñư c m t ph n mù axit t o
thành trong tháp do khí SO3 có trong khí ph n ng v i axit làm l nh. M t ph n h p ch t
c a As và Se ñư c hoà tan trong axit ho c l ng xu ng dư i d ng bùn. Tháp r a (3) là m t
tháp ñ m ñư c tư i b ng H2SO4 30% làm cho nhi t ñ khí gi m xu ng 30oC.
- Sau khi qua tháp (3) khí liên ti p ñi qua hai thi t b l c ñi n (4) và (6) ñ tách
h t mù axit và các h p ch t c a As và Se. Và ñ tách hoàn toàn mù axit trư c khi qua
thi t b l c ñi n (6), khí ñưa qua tháp tăng m (5) tư i b ng axit H2SO4 5%, nh m làm
cho các h t mù nh mà l c ñi n (4) không tách ñư c to lên. Sau khi qua thi t b l c ñi n,
nhi t ñ khí gi m xu ng còn 25-30oC và n ng ñ SO2 kho ng 9-15% (n ng ñ t i ưu c a
SO2 ñ i v i ph n ng oxy hoá là 7%). Do v y, ph i m van chuy n không khí vào ñ
ñi u ch nh. Sau ñó, khí qua tháp s y (7) có c u t o như tháp r a (3), tháp ñư c tư i b ng
H2SO4 93-95% ñ hút nư c, làm gi m ñ m c a khí xu ng dư i 0.15 g/m3.
IV. ði u ch axit H2SO4 theo phương pháp ti p xúc:

9. 38
H n h p khí SO2 khô và s ch có hàm lư ng SO2 t 7-7.5% và nhi t ñ 45-50oC
ñưa sang công ño n ñi u ch H2SO4 . Công ño n này g m hai giai ño n: oxy hoá SO2
thành SO3 và h p th khí SO3.
1/ Oxy hoá SO2:
Ph n ng oxy hoá SO2 to nhi t v i ch t xúc tác V2O5, nhi t ñ ph n ng oxy hoá
t t nh t kho ng 440oC r i gi m xu ng 415-420oC. Do ñó, trư c khi ñưa vào thi t b ti p
xúc ñ th c hi n ph n ng oxy hoá, khí ph i gia nhi t ñ n m t nhi t ñ c n thi t.
* Sơ ñ lưu trình công ngh c a công ño n này (Hình 4.5.)
- H n h p khí sau khi ñư c máy nén (1) nén qua thi t b l c (2), ñi vào thi t b
truy n nhi t ki u ng chùm (3) và ñư c gia nhi t ñ n nhi t ñ 230-240oC b ng nhi t ñ
khí SO3 t thi t b ti p xúc (4) ra.
Có nhi u ki u thi t b ti p xúc, ñây s d ng thi t b ti p xúc có ki u truy n nhi t
trung gian. Thi t b này có 4 t ng xúc tác (I, II, III và IV) và có 3 thi t b truy n nhi t
trung gian (A, B, và C) (Hình 4.6.).
- T thi t b truy n nhi t (3) ra, khí l n lư t qua các thi t b truy n nhi t trung
gian t A ñ n C và nhi t ñ c a khí lên t i 440oC ñi vào ñ nh tháp ti p xúc. Sau khi qua
l p xúc tác I, 70% khí SO2 b oxy hoá thành SO3 và nhi t ñ khí tăng lên 590-600oC, h n
h p khí ñi vào thi t b truy n nhi t C ñư c làm l nh xu ng ñ n 450-460oC, khí ti p t c
qua l p xúc tác II nângm c oxy hoá SO2 lên 90%. Sau khi qua thi t b truy n nhi t B ñ
h nhi t ñ xu ng 440oC, khí ñi vào l p xúc tác III nâng m c chuy n hoá SO2 lên 96%.
Khi ñi vào l p xúc tác IV khí nhi t ñ 415-418oC và t i ñây SO2 chuy n hoá ti p lên
ñ n 98%.
2/ H p th SO3:

10. 39
- H n h p khí SO3 t thi t b ti p xúc (4) ra qua thi t b truy n nhi t (3) ñi vào
thi t b làm l nh b ng nư c (5) h nhi t ñ xu ng 60oC r i ñi vào h th ng các thi t b
h p th SO3 (6), (7) (ñây là các tháp ñ m). ð u tiên khí ñi vào (6) ñi u ch oleum 18.520% SO3 ñ h p th SO3. Oleum ra kh i tháp (6) có n ng ñ SO3 hoà tan lên ñ n 22%.
M t ph n oleum ñư c pha loãng ñ n n ng ñ qui ñ nh b ng axit th tháp (7) sangvà tu n
hoàn tr l i tháp.
- tháp (7) khí ñư c h p th b ng axit 68.3%. Sau khi ra kh i tháp (7) n ng ñ
axit lên ñ n 98.7-99%, sau ñó ñư c pha loãng b ng nư c ho c b ng axit và tu n hoàn tr
l i. Axit c hai tháp trư c khi bơm lên tháp ñ u ph i ñư c làm l nh. Hi u su t h p th
SO3 c hai tháp lên ñ n 99.9%.
- Khi ra kh i h th ng h p th , khí còn ch a ít SO2 và ñem theo b t axit. Trư c
khi th i ra ngoài khí quy n ñư c ñưa qua thùng tách b t (8) ñ gi l i axit, sau ñó vào
tháp ñ m (9), ñây dùng dung d ch NH4OH ñ h p th SO2. S n ph m quá trình này là
các mu i (NH4)2SO3, NH4HSO3, và (NH4)2SO4.