lOMoARcPSD|39222806 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ -----------------------o0o---------------------- Họ và tên : Mai Ngọc Khánh Toàn MSSV: 0941.139 Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa 2 _K9 Khoa: Công nghệ Hóa – Chuyên ngành Hóa Phân Tích Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Hoàn NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: Các số liệu ban đầu : - Năng suất 9520 kg/h. - Nồng độ đầu vào 10% khối lượng. - Nồng độ cuối 35% khối lượng. - Áp suất hơi đốt nồi 1 : 4 at.
- Áp suất hơi ngưng tụ : 0,2 at. - Chiều cao ống gia nhiệt 2m. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 1 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó.
Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh nếu cần. Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế thiết bị cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cho dung dịch NaOH: năng suất 9520 kg/h, nồng độ đầu vào 10% KL, nồng độ cuối 35% KL, áp suất hơi đốt 4at, áp suất hơi ngưng tụ 0,2 at, chiều cao ống gia nhiệt 2m. Đối với một sinh viên nghành hóa,việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng.
Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc quen dần với việc lựa chọn ,thiết kế ,tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số cụ thể. Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học rất khó mà kiến thức thực tế của sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vì vậy kính mong nhận được sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, Cô và các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn. Và cuối cùng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là Thầy Giáo Nguyễn Văn Hoàn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án.
Xin chân thành cảm ơn!!!. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 2 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG 1. Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH) 1.1 Tính chất vật lí của NaOH - Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi. Dễ tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete.
- NaOH có khối lượng riêng 2,13 g/ml. Nhiệt độ nóng chảy 318oC. Nhiệt độ sôi 1338oC. Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành Na2CO3.
- Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy.2 Tính chất hóa học của NaOH - NaOH là một bazơ mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao, trong quá trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động. Ngoài ra, NaOH còn có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh. -NaOH có đầy đủ tính chất của một bazơ điển hình như : + Làm quỳ hóa xanh + Dung dịch phenolphtalein chuyển thành màu hồng + Tác dụng với oxit axit + Tác dụng với axit + Tác dụng với dung dịch muối 1.
Trong phòng thí nghiệm + Natri tác dụng với nước : 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 + Natri oxit với nước : 2NaO + H2O = 2NaOH GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 3 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC b. Trong công nghiệp: 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 với các điện cực làm bằng graphit và có các màng ngăn giữa anot và catot ( màng ngăn được làm bằng amiăng hoặc vật liệu xốp khác ) : dòng điện 2NaCl + 2H2O Cl2 + H2 + 2NaOH 1.4 Ứng dụng của NaOH NaOH được dùng để : - Sản xuất xenlulozơ từ gỗ. - Sản xuất xà phòng,chất tẩy rửa, bột giặt. - Sản xuất giấy.
- Sản xuất tơ nhân tạo. - Sản xuất nhôm ( làm sạch quặng trước khi SX ). - Tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ. - Chế phẩm nhuộm và dược phẩm.
- Làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất. Giới thiệu chung về cô đặc. Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công nghiệp khác nói chung, thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi.
Để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi, phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 4 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa chất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu dung môi ở dạng nguyên chất. Dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu. Thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiều loại như: Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm….
Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất. Sơ lược về quá trình cô đặc Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi 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.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó: Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt. Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển 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 cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác. Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí.
Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế. Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm tăng nồng độ dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc. GVHD : Nguyễn Văn Hoàn SVTH : Mai Ngọc Khánh Toàn 5 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dùng chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp. Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi,làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt. Cô đặc được ứng dụng trong các nhà máy sản xuất hóa chất và thực phẩm, ví dụ: cô đặc các muối vô cơ,dung dịch kiềm. Quá trình cô đặc có thể thực hiện trong thiết bị cô đặc một nồi hay thiết bị cô đặc nhiều nồi, nhưng cô đặc một nồi gây lãng phí nhiên liệu,hiệu quả kinh tế không cao chỉ thích hợp trong quá trình sản xuất đơn giản,nên người ta thường chọn cô đặc nhiều nồi.
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba.hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên.