Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1)Tính chất vật lí và hóa học của NaOH:

1)Tính chất vật lí và hóa học của NaOH:

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với

dung dịch natri cacbonat loãng và nóng:

Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3

Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão

hòa:

2NaCl + 2H2O



dòng điện



Cl2 + H2 + 2NaOH



NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy và

tơ nhân tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm

nhuộm và dược phẩm, làm khơ các khí và là thuốc thử rất thơng dụng trong phòng

thí nghiệm hóa học

1.3. Những biến đổi trong q trình cơ đặc

- Trong q trình cơ đặc, tính chất cơ bản của ngun liệu và sản phẩm biến

đổi không ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến

tính chất dung dịch thay đổi.

- Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt độ,

nhiệt độ sôi.

- Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số

truyền nhiệt.

 Yêu cầu chất lượng sản phẩm:

- Đạt nồng độ và độ tinh khiết theo yêu cầu.

- Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi.

1.4. Cô đặc

1.4.1. Định nghĩa

Cô đặc là q trình làm bay hơi một phần dung mơi của dung dịch chứa chất

tan không bay hơi, ở nhiệt độ sơi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan;

- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể;

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất;



Đặc điểm của quá trình cơ đặc là dung mơi được tách ra khỏi dung dịch ở

dạng hơi, còn chất tan trong dung dịch khơng bay hơi, do đó nồng độ của chất tan

sẽ tăng dần lên. Hơi của dung môi tách ra trong q trình cơ đặc gọi là hơi thứ, hơi

thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác.

1.4.2. Các phương pháp cô đặc

- Phương pháp nhiệt (đun nóng):

Dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của

nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống

dung dịch. Để cơ đặc được dung dịch khơng chịu được nhiệt độ cao đòi hỏi phải cô

đặc ở nhiệt độ đủ thấp cùng với nhiệt độ ở mặt thống thấp. Đó là phương pháp cơ

đặc chân không.

- Phương pháp lạnh:

Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức độ nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng

tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.

Tùy theo tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q

trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.

-So sánh 2 phương pháp:

Phương pháp nhiệt



Phương pháp lạnh



Cô đặc dung dịch chịu được nhiệt.



Cô đặc dung dịch không chịu được

nhiệt.



Sản phẩm dể bị hỏng do nhiệt.



Sản phẩm không bị hỏng do nhiệt.



Sản phẩm dể bị thay đổi màu sắc, Sản phẩm không bị thay đổi màu

đơi khi có mùi.

sắc, khơng có mùi.

Hiệu suất cơ đặc cao.



Hiệu suất cô đặc thấp.



Thiết bị đơn giản.

Thiết bị phức tạp.

1.4.3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân

tử chất lỏng gần mặt thống lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu

nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngồi. Do đó, ta cần

cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện q trình này.



Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong

quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các

phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hồn tự nhiên trong nồi cơ đặc.

Tách khơng khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.

1.4.4. Phân loại và ứng dụng

a. Phân loại theo cấu tạo

 Dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên):

Thiết bị dạng này dùng để cô đặc dung dịch khá lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo

sự tuần hồn tự nhiên của dung dịch dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:

- Thiết bị có buồng đốt trong (đồng trục bốc): có thể có ống tuần hồn trong

hoặc ngồi.

- Thiết bị có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục bốc).

 Dung dịch đối lưu cưỡng bức:

Thiết bị dạng này được dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám

cặn hay kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:

- Thiết bị cơ đặc có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi.

- Thiết bị cơ đặc có buồng đốt ngồi, ống tuần hoàn ngoài.

 Dung dịch chảy thành màng mỏng,

Thiết bị dạng này chỉ cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền

nhiệt một lần tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của

dung dịch.

- Màng dung dịch chảy ngược, thiết bị có buồng đốt trong hay ngồi: sử dụng

cho dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ.

- Màng dung dịch chảy xi, thiết bị có buồng đốt trong hay ngồi: sử dụng

cho dung dịch sơi ít tạo bọt và bọt dể vỡ.

b. Phân loại theo phương pháp thực hiện q trình

- Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ áp suất không đổi. Thường

dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để năng suất cực đại

và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được không cao.



- Cô đặc áp suất chân khơng (thiết bị kín): dung dịch có nhiệt độ sơi dưới

100 C, áp suất chân khơng, dung dịch tuần hồn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước

liên tục. Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sơi thấp, dể bị

phân hủy vì nhiệt.

0



- Cơ đặc ở áp suất dư dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao

như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cơ đặc và cho các q trình

đun nóng khác.

1.4.5. Hệ thống cô đặc nhiều nồi

Cô đặc nhiều nồi: là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt. Mục đích chính là

tiết kiệm hơi đốt. Số nồi khơng nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi.

Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.

Trong thực tế khi cần cô đặc một dung dịch từ nồng độ khá lỗng lên nồng độ

khá đặc thì người ta thường dùng các hệ thống cô đặc nhiều nồi xi chiều hay

ngược chiều.

-Hệ thống cơ đặc xi chiều thích hợp để cô đặc các dung dịch chất tan dể

biến tính vì nhiệt độ cao như: dung dịch nước đường hay dung dịch nước trái cây,

thực phẩm,….

- Hệ thống cô đặc ngược chiều thích hợp cho cơ đặc các dung dịch vơ cơ

khơng bị biến tính vì nhiệt độ cao.

1.5. Các thiết bị và chi tiết

 Thiết bị chính:

- Ống truyền nhiệt.

- Buồng đốt, buồng bốc, đáy và nắp.

- Ống: hơi đốt, tháo nước ngưng, khí khơng ngưng, dẫn dung dịch,..

- Tai treo.

 Thiết bị phụ:

- Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu.

- Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước lạnh, bơm chân không,…

- Thiết bị gia nhiệt.



- Thiết bị ngưng tụ baromet.

- Các loại van.

- Thiết bị đo.

1.6. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng

- Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm.

- Cường độ truyền nhiệt cao.

- Đơn giản dể sửa chữa, tháo lắp, dể làm sạch bề mặt truyền nhiệt.

- Phân phối hơi đều.

- Xả liên tục ổn định nước ngưng tụ và khí khơng ngưng.

- Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.

- Tổn thất năng lương do thoát nhiệt nhỏ nhất.

- Thao tác đơn giản, tự động hóa dể dàng.

1.7. Lựa chọn phương án thiết kế

Theo tính chất nguyên liệu, cũng như những ưu điểm của dạng thiết bị nói

trên đối với đề tài thiết kế hê thống cô đặc NaCl hai nồi ngược chiều buồng đốt

treo nên chúng tôi chọn thiết bị cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng đốt treo.

Ưu điểm:

- Khi cô đặc ngược chiều thì dung dịch có nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào nồi đầu,

ở đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt không tăng mấy. Kết quả là hệ số truyền nhiệt

trong các nồi hầu như không giảm đi mấy.

- Lượng nước bốc hơi ở nồi cuối nhỏ dẫn đến lượng nước làm ngưng tụ trong

thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn.

- Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi cuối ít hơn so với cơ đặc hai nồi xi chiều nên

thiết bị ngưng tụ có kích thước nhỏ hơn so với xuôi chiều.

Nhược điểm:

Do dung dịch đi từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao nên không tự di

chuyển được mà phải sử dụng bơm để vận chuyển dung dịch, làm tăng chi phí.



Chương 2

TÍNH TOÁN BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT



3.1. Dữ kiện đầu

- Dung dịch NaOH.

- Năng suất nhập liệu



: 10 tấn /h.



- Nồng độ dung dịch đầu



: 12% Khối lượng (kl).



- Nồng độ dung dịch cuối



: 30% Khối lượng (kl).



- Áp suất hơi đốt nồi 1



: 7 (at)



- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng tụ



: 0,2 (at)



3.2. Cân bằng vật chất

3.2.1. Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ

dung dịch thay đổi từ xđ đến xc.

Áp dụng cơng thức:

W = Gđ.(=10000.(1- = 6000 (kg/h)

Trong đó:

W



: lượng hơi thứ thốt ra của tồn bộ hệ thống (kg/h);







: lượng dung dịch ban đầu (kg/h);



xđ, xc



: nồng độ đầu, cuối của dung dịch (% kl);



3.2.2. Xác định lượng hơi thứ bốc ra ở từng nồi

Ta có: W= W1+ W2

Trong đó:

W1: lượng hơi thứ thốt ra ở nồi 1 (kg/h);

W2: lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 2 (kg/h);

Để đảm bảo việc dùng hơi thứ của nồi trước cho nồi sau thường người ta phải

dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp.

1,2 1,25

Ta chọn



= 1,2



Khi đó ta có hệ phương trình



Giải hệ trên ta có kết quả:

W1 = 3272,73 (kg/h)

W2 = 2727,27 (kg/h)

3.2.3.Xác định nồng độ dung dịch trong từng nồi:

- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:

xc1 = = = 30%

- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2:

xc2 = = = 16,5%

Trong đó:

xc1, xc2: nồng độ cuối của dung dịch ở nồi 1 và nồi 2 (%kl);

W1, W2: lượng hơi thứ thoát ra từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h);

3.3. Cân bằng năng lượng

3.3.1. Xác định áp suất và nhiệt độ

a. Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc

Gọi:

P1, P2, Pnt là áp suất ở nồi 1, nồi 2 và trong thiết bị ngưng tụ (at);

: hiệu số áp suất cho cả hệ thống cô đặc (at);

: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2 (at);

: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ (at);

Ta có:



= P1 - Pnt = 7 – 0,2 = 6,8 (at)



Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là:

Kết hợp với phương trình: = + = 6,8

Suy ra: = 4,86 (at)

= 1,94 (at)

P2 = P1 - = 7 – 4,86 = 2,14 (at)

b. Xác định nhiệt độ trong các nồi



= 2,5



Gọi:

thd1, thd2, tnt: nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2 và thiết bị ngưng tụ (0C)

tht1, tht2: nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 và nồi 2 (0C)

Khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2, và hơi thứ đi từ nồi 2 sang thiết bị ngưng tụ

thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là ”’ = 1 1,5

”’



Ta chọn:



= 1 (0C)



tht1 = thd2 + 1

tht2 = tnt + 1

Bảng 3.1. Tóm tắt nhiệt độ, áp suất của các dòng hơi ( STQTTB, T1/Tr.312,314)

Nồi 1



Nồi 2



Tháp ngưng tụ



Loại



Áp suất

(at)



Nhiệt độ

(0C)



Áp suất

(at)



Nhiệt độ

(0C)



Hơi đốt



7



163,92



2,14



121,68



Hơi thứ



2,23



122,68



0,21



60,64



Áp suất

(at)



Nhiệt độ

(0C)



0,2



59,64



3.3.2. Các tổn thất nhiệt độ

a. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra ()

- Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của

dung môi nguyên chất. Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên

chất gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra.

Áp dụng công thức Tiasenco:

= 0 . f , 0C

Với: f = 16,2.

Trong đó:

: tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra (0C);

: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của

dung môi ở áp suất thường (áp suất khí quyển) (0C);

0



tht : nhiệt độ hơi thứ (0C);



f : hệ số hiệu chỉnh;

r : ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (J/kg);

Bảng 3.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra ( STQTTB, T2/Tr.67)

Nồi 1



Nồi 2



Nồng độ dung dịch

(%kl)



30



16,5



(0C)



17



5,96



0



Bảng 3.3. Nhiệt hóa hơi phụ thuộc áp suất ( STQTTB, T1/Tr.314)

Nồi 1



Nồi 2



Áp suất hơi thứ (at)



2,23



0,21



Nhiệt hóa hơi r(J/kg)



2199,49.103



2355,8.103



 Với nồi 1

1



= 01

=17

= 19,6 (0C)



 Với nồi 2

2



= 02

= 5,96.



= 4,56 (0C)

Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống gây ra là:

= 1 + 2 = 19,6+ 4,56 = 24,16 (0C)

b. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (

Ta có tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh:

= ttb – t0;



Trong đó:

ttb : nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb (0C);

t0 : nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 (0C);

Ptb: áp suất thủy tĩnh ở giữa khối chất lỏng cần cô đặc (N/m2);

P0: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m2);

Ptb = P0 + (h1 + ).., at;

Trong đó:

h1: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt

thoáng dung dịch (chọn h1 = 0,5m cho cả 2 nồi);

h2: chiều cao ống truyền nhiệt (chọn h2 = 1,8m cho cả hai nồi);

: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3);

=

g: gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2);

Bảng 3.4. Tra ( STQTTB, T1/Tr.34)

Nồi i

x%

p0(at)

to(0C)



ρdd



ρdds



1



30



2,23



122,68



1328



664



2



16,5



0,21



60,64



1180,5



590,25



7



163,92



Hơi đốt



 Nồi 1: ứng với xc1=30%

ts1 =117,51 (ở áp suất khí quyển) ( STQTTB, T1/Tr.236)

=1328

= = = 664 (kg/m3)

01



= 2,23 (at)



Thay số vào ta được:



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1)Tính chất vật lí và hóa học của NaOH:

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×