Brom là một nguyên tố halogen được sử dụng trong nhiều ứng dụng như sản xuất dược phẩm, chất chống cháy, xử lý nước hay khai thác dầu khí.. Trong sản xuất Brom công nghiệp, người ta áp dụng phương pháp là cho phản ứng trực tiếp giữa khí Clo và nước muối giàu ion Brom.
Phương pháp có ưu điểm như:
Thuận lợi:
Quy trình đơn giản và hiệu quả - Quy trình clo hóa là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để sản xuất brom, đã được sử dụng trong hơn một thế kỷ.
Năng suất cao - Quy trình có năng suất cao, nghĩa là có thể tạo ra một lượng đáng kể brom từ một lượng nước muối nhất định.
Chi phí thấp - Chi phí sản xuất brom bằng quy trình clo hóa tương đối thấp so với các phương pháp sản xuất khác.
Sản xuất Brom dựa trên việc đưa trực tiếp nước muối giàu ion brom, clo và hơi nước vào tháp phản ứng. Sơ đồ dưới đây minh họa khái niệm về quy trình sản xuất brom.
Bước tạo ra brom
Nước muối giàu ion brom được làm nóng rồi đưa tháp phản ứng từ trên cao, trong khi khí clo và nước được đưa vào từ đáy tháp phản ứng. Trong tháp phản ứng xảy ra phản ứng oxi hóa – khử tạo ra brom:
2Br- + Cl2 → Br2 + 2Cl-
Việc làm nóng hệ thống là cần thiết để hơi nước chứa khí brom không còn sót lại trong hỗn hợp dung dịch. Hệ thống nhiệt được cung cấp dưới dạng hơi nước phục vụ với mục đích:
- Làm nóng tháp phản ứng trên 100°C (100°C –120°C).
- Lấy Brom khỏi dung dịch ( vì hơi nước mang theo khí Brom).
- Hỗn hợp khí gồm khí Brom, khí Clo dư và hơi nước bốc lên đỉnh tháp, còn nước muối lỏng tích tụ ở đáy tháp. Tháp được chứa các vật liệu làm đầy phù hợp như vòng hoặc đĩa làm từ các vật liệu độ bền tốt để tăng diện tích tiếp xúc và thời gian phản ứng giữa khí và dung dịch.
Các bước tách brom
Một hỗn hợp khí nóng chứa brom, clo và hơi nước rời khỏi đỉnh tháp. Hỗn hợp này trải qua một số bước xử lý như sau:.
1. Ngưng tụ
Đầu tiên là làm mát hỗn hợp khí. Hỗn hợp khí nóng đi vào thiết bị ngưng tụ, tại mức nhiệt độ mà brom chứ không phải clo sẽ ngưng tụ. Các điều kiện nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ sẽ làm khí clo được tách ra khỏi chất lỏng, ra khỏi thiết bị ngưng tụ chứa nước và brom rồi quay trở lại tháp phản ứng. Dung dịch chứa hỗn hợp clo, brom và nước được chuyển sang thiết bị phân tách.
2. Phân tách
Hai lớp được xuất hiện trong dải phân tách. Lớp bên dưới nặng hơn là brom. Lớp trên, nhẹ hơn là lớp nước. Lớp nước chứa brom và clo ít tan trong nước. Sau khi tách, lớp này được tuần hoàn quay lại tháp phản ứng còn lớp brom, chứa tạp chất là clo và nước sẽ được tinh chế thêm khi cần thiết.
3. Lọc và sấy khô
Brom thu được sau bước tách không hoàn toàn tinh khiết vì chứa clo và nước. Clo và nước được tách ra bằng cách phương pháp chưng cất và quay trở lại tháp phản ứng. Còn phần Brom ẩm do còn chứa nước được loại bỏ bằng cách sấy khô, sau đó sẽ thu được Brom tinh khiết, không còn chứa Clo.
Cải tiến quy trình
Ngày nay, quy trình sản xuất brom đã được cải tiến bằng cách thu hồi brom trong chân không và các bước tạo và chưng cất brom đã hợp nhất thành một.