Quy trình công nghệ sản xuất Axit sunfuric

Tổng quan về Axit sunfuric

Axit sunfuric được biết đến là một axit vô cơ gồm các nguyên tố lưu huỳnh, oxi và hidro với công thức hóa học là H2SO4. Đây là hóa chất ở dạng lỏng không màu, không mùi và có độ sánh. Hòa tan vô hạn được trong nước và có một phản ứng tỏa nhiệt cao.

Axit sunfuric nặng hơn nước, khó bay hơi, gồm có hai loại chính là loãng và đặc. Axit sunfuric đặc thường hút mạnh nước và tỏa nhiều nhiệt nên cần đặc biệt chú ý khi pha để tránh bị bỏng. Bên cạnh đó, loại hóa chất này còn có khả năng làm than hóa các hợp chất hữu cơ.

Bên cạnh đó, H2SO4 còn là thành phần trong mưa axit và được sử dụng làm nguyên liệu cũng như chất xúc tác trong nhiều ngành công nghiệp, sản xuất,..

Hàng năm, các nước trên thế giới sản xuất khoảng hơn 150 triệu tấn với công nghệ sản xuất axit sunfuric rất hiện đại và tiên tiến. Sử dụng trong nhiều lĩnh vực, ngành nghề đa dạng như: sản xuất thuốc trừ sâu, chất dẻo, phân bón, sơn hay các loại chất tẩy rửa tổng hợp.

Công nghệ sản xuất Axit sunfuric hiện đại được sử dụng hiện nay

Hiện nay, công nghệ tiếp xúc là phương pháp sản xuất axit sunfuric hiện đại nhất được nhiều doanh nghiệp trên thế giới sử dụng. Theo công nghệ sản xuất axit sunfuric này sẽ có 2 loại dây chuyền chính sau đây:

Dây chuyền tiếp xúc đơn

Dây chuyền tiếp xúc đơn hay còn có tên gọi khác là dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ một lần. Phương pháp sản xuất sử dụng dây chuyển này được áp dụng rất phổ biến vào trước những năm 1970. Hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 rất cao, đạt đến 98%. Tuy nhiên, cách này lại gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng vì lượng SO2 không chuyển hóa sẽ bị thải vào khí quyển.

Dây chuyền tiếp xúc kép

Do yêu cầu và những quy định nghiêm ngặt về bảo vệ môi trường, nên từ sau năm 1970 dây chuyền sản xuất đơn đã bị loại bỏ. Thay vào đó là dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ hai lần (tiếp xúc kép) được nghiên cứu và ra đời. Loại dây chuyền tiếp xúc này đã khắc phục được điểm yếu gây ô nhiễm môi trường của dây chuyền trước.

Lượng chuyển hóa của SO2 khi ứng dụng dây chuyền này lên đến 99,9%. Đảm bảo lượng khí thải SO2 trong không khí nằm trong giới hạn cho phép là 500 mg/m3. Một số công nghệ sản xuất axit sunfuric sử dụng công nghệ tiếp xúc kép điển hình như MONSANTO, NORMAL - CECEBE,…

Các công đoạn khi sản xuất Axit sunfuric

Công đoạn sản xuất axit sunfuric được trải qua nhiều bước và các phản ứng hóa học khác nhau. Về cơ bản sẽ có 3 bước như sau:

Điều chế SO2

Đầu tiên là công đoạn điều chế SO2 được thực hiện bằng cách đốt Pirit trong các lò dùng chế tạo. Sau khi đốt sẽ thu được kết quả là các khí SO2, O2 và cả một số tạp chất khác. Thường thì hỗn hợp khí SO2 sẽ thu được ở trên đỉnh lò đốt. Để có thể loại bỏ đi các tạp chất và khí O2, người ta tiến hành tinh chế hỗn hợp bằng các hệ thống chuyên dùng như tách Asen, tách bụi Xyclon, tách hơi nước.

Oxi hóa SO2 thành SO3

Bước tiếp theo trong công nghệ sản xuất axit sunfuric là oxi hóa SO2 thành SO3 bằng chất xúc tác rắn V2O5. Mức độ chuyển hóa SO2 thành bao nhiêu phần trăm SO3 còn phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc và nhiệt độ. Nếu thời gian tiếp xúc của các chất tham gia và chất xúc tác tăng thì tốc độ chuyển hóa cũng tăng.

Hấp thụ SO3

Cuối cùng là bước hấp thụ SO3 để tạo ra axit sunfuric. Lúc này, SO3 sẽ được xử lý với nước thông qua cách phản ứng thủy phân để tạo thành axit sunfuric.

Những ứng dụng của Axit sunfuric

Công nghệ sản xuất axit sunfuric rất hiện đại và tiên tiến, nên hóa chất này được coi là hàng đầu và được sử dụng nhiều trong các ngành với vai trò quan trọng. Một số ứng dụng nổi bật của ứng dụng này có thể kể đến như:

Trong sản xuất phân bón

Đầu tiên là trong lĩnh vực sản xuất các phân bón, axit sunfuric chủ yếu được dùng làm nguyên liệu chính của chế tạo axit photphoric. Đây là hợp chất chính được sử dụng để sản xuất ra các loại phân bón photphat, và cũng được dùng để sản xuất Amoni sunfat.

Trong xử lý nước thải

Sản xuất nhôm Hidroxit từ axit sunfuric là chất được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước để lọc và loại bỏ các tạp chất. Cũng như giúp cải thiện mùi vị của nước, trung hòa độ pH có trong nước và loại bỏ các ion Mg2+, Ca2+ có trong nước thải. 

Trong sản xuất công nghiệp

Bên cạnh đó, axit sunfuric còn được ứng dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất kim loại như sản xuất đồng, kẽm,.. Và dùng trong quá trình làm sạch bề mặt thép và là dung dịch tẩy gỉ kim loại.

Ngoài ra, hóa chất H2SO4 này còn được sử dụng để sản xuất nhôm sunfat. Nguyên liệu sản xuất các loại muối sunfat, chế tạo thuốc nổ, thuốc nhuộm, tẩy rửa kim loại hết gỉ sét trước khi mạ, cấu tạo chất dẻo, sản xuất dược phẩm,... 

Hỗn hợp axit sunfuric với nước còn được dùng để làm chất điện giải trong hàng loạt các dạng ắc quy, axit chì,... Mỗi năm có khoảng 150 triệu tấn H2SO4, trong đó nổi bật nhất là sử dụng trong các ngành sản xuất như phân bón 30%, luyện kim 2%, phẩm nhuộm 2%, chất dẻo 5%, chất tẩy rửa 14%, giấy, sợi 8%,...

Trong phòng thí nghiệm

Ngoài ra, axit sunfuric còn là hợp chất đậm đặc có vai trò dùng để điều chế các axit yếu hơn như HCl, HNO3,.. ở trong phòng thí nghiệm. Là một hóa chất không thể thiếu trong các phản ứng hóa học quan trọng để đưa ra những nhận xét, kết quả và ứng dụng quan trọng vào các lĩnh vực khác của cuộc sống.

Lưu ý khi bảo quản và sử dụng Axit sunfuric

Không chỉ tìm hiểu về quy trình của công nghệ sản xuất axit sunfuric, những lưu ý khi sử dụng và bảo quản hóa chất này cũng là vấn đề cần chú ý:

Khi bảo quản

Vì đây là một axit có tính rất mạnh, vì vậy cần được bảo quản ở khu vực tránh xa bazơ và các chất khử. Khả năng ăn mòn của H2SO4 rất mạnh ngay cả khi đã bị pha loãng ra, vì vậy tránh đựng hay để tiếp xúc gần một số kim loại như nhôm, sắt,...

Cần bảo quản trong lọ thủy tinh chắc chắn và đậy nắp kín, có nhãn ghi tên và chú thích đầy đủ. Để trong điều kiện môi trường thoáng khí, cao ráo và nên để tránh vòng tay của trẻ em.

Lưu ý khi sử dụng

Khi sử dụng cần phải pha loãng axit sunfuric với nước, lưu ý phải trang bị đầy đủ các dụng cụ chuyên dụng như mặt nạ phòng độc, khẩu trang, quần áo bảo hộ,... Thực hiện đổ từ từ axit vào nước và khuấy đều, tuyệt đối không làm ngược lại vì có thể sẽ gây bỏng da rất nguy hiểm.

Cần sử dụng găng tay và kính khi tiếp xúc với H2SO4 loãng, khi tiếp xúc với axit đậm đặc thì cần phải có các tấm bảo vệ mặt và tạp dề làm từ nhựa dẻo cao cấp để đảm bảo an toàn nhất có thể.

Lời kết

Những công đoạn trong công nghệ sản xuất axit sunfuric và lưu ý khi sử dụng, bảo quản hóa chất trên đã được trình bày đầy đủ qua bài viết trên. Hãy ghi nhớ những thông tin hữu ích trên để sử dụng H2SO4 an toàn và hiệu quả hơn nhé