Đang tải... (xem toàn văn)
I.Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH):1.Tính chất vật lí và hóa học 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 trọng lượng riêng 2,02. Độ pH là 13,5. Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9oC. Nhiệt độ sôi 1388oC. Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành Na2CO3.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 có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh.Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H2O, NaOH.3H2O và NaOH.2H2O. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy.
I Giới thiệu chung natri hydroxit (NaOH): 1.Tính chất vật lí hóa học NaOH: Natri hydroxyt khối tinh thể không suốt có màu trắng, không mùi Dễ tan nước, tan nhiều rượu không tan ete NaOH có trọng lượng riêng 2,02 Độ pH 13,5 Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9oC Nhiệt độ sôi 1388oC Hấp thụ nhanh CO2 nước không khí, chảy rữa biến thành Na2CO3 NaOH bazơ mạnh; có tính ăn da, khả ăn mòn thiết bị cao; trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động Ngoài ra, NaOH có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt hòa tan vào nước nên hòa tan NaOH cần phải dùng nước lạnh Người ta biết số hiđrat NaOH.H2O, NaOH.3H2O NaOH.2H2O Nước hiđrat hoàn toàn chúng nóng chảy 2.Điều chế ứng dụng: Trong phòng thí nghiệm: + Natri tác dụng với nước 2Na + 2H2O > 2NaOH + H2 + Natri oxit với nước 2NaO + H2O > 2NaOH Trong công nghiệp: Trước kia, người ta điều chế NaOH cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng nóng: Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3 Ngày người ta dùng phương pháp đại điện phân dung dịch NaCl bão hòa: 2NaCl + 2H2O dòng điện Cl2 + H2 + 2NaOH NaOH dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy tơ nhân tạo, tinh chế dầu thực vật sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm dược phẩm, làm khô khí thuốc thử thông dụng phòng thí nghiệm hóa học A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH I TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT: Nồng độ nhập liệu : xD = 12 % Nồng độ cuối sản phẩm : xC = 30% Áp dụng phương trình cân vật chất : GD ∗ xD = GC ∗ xC Suy ra: GC= GD ∗ x D xC = 1200 ∗12 30 = 480 kg/h 2.Llượng thứ bốc lên toàn hệ thống : W = G D (1 − Áp dụng công thức : xD ) xC kg/h Trong đó: W : Lượng thứ tồn hệ thống GD : Lượng dung dịch ban đầu kg/h kg/h xD,xC : Nồng độ đầu,cuối dung dịch % khối lượng Thay số vào ta có: W = GD (1 − xD 12 ) = 1200.(1 − ) = 720 xC 30 kg/h 3 Giả thiết phân phối thứ nồi : Chọn tỉ số thứ bốc lên từ nồi I II : WI = 1 W II Khi ta có hệ phương trình: WI = 1.1 W II WI + WII = W Giải hệ có kết : WI = 377.2 kg/h WII = 342.8 kg/h Xác định nồng độ dung dịch nồi : - Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi I : x’C= GD x D 1200.12 = = 17.5 GD − WI 1200 − 377.2 % - Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi II : x’’C= GD x D 1200.12 = = 30 GD − WI − WII 1200 − 377.2 − 342.8 IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG: Xác định áp suất nhiệt độ nồi: % Hiệu số áp suất hệ thống cô đặc: Theo đầu áp suất ngưng tụ là: Png = 0.5 at Chọn áp suất đốt vào nồi I : P1= 3.5 at Khi hiệu số áp suất hệ thống cô đặc : ∆Pt =P1 – Png = 3.5 – 0.5 = at Chọn tỉ số phân phối áp suất nồi : ∆P1 = ∆P2 Kết hợp với phương trình : ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = at ∆P1 = 1.8 at Suy : ∆P2 = 1.2 at Dựa vào kiện tra sổ tay qúa trình thiết bị tập I ta có bảng sau : Nồi I Nồi II Tháp ngưng tụ Áp suất (at) Nhiệt độ Áp suất Nhiệt độ Áp suất (0C) (at) (0C) (at) Hơi đốt P1= 3.50 T1=138.12 P1=1.70 T2=114.5 Hơi thứ P’1=1.70 Loại Png=0.5 t’1 =114.5 P’2=0.5 Nhiệt độ (0C) tng=80.79 t’2 =80.79 * Ghi : - Giá trị áp suất (P) nhiệt độ (T) tra theo bảng I.250 trang 312 bảng I.251 trang 315 SỔ TAY QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ (STQTTB) ,TẬP I.NXB - Giá trị có tính phương pháp nội suy Xác định nhiệt độ tổn thất : Tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao (∆’): Áp dụng công thức Tiaxenko: a ∆’ = ∆’o f Ở : ∆’o : Tổn thất nhiệt độ áp suất thường.(Tra bảng VI.2 TRANG 67 ,STQTTB,TẬP 2), Giá trị có tính phương pháp nội suy t’i : nhiệt độ thứ nồi thứ I ri : ẩn nhiệt hóa hơi nhiệt độ t’i (Tra bảng I.250 TRANG 132,STQTTB ,T1) Giá trị có tính phương pháp nội suy f : hệ số hiệu chỉnh thiết bị cô đặc làm việc áp suất khác với áp suất thường = 16.2 (273 + t 'i ) ri f Ta có (273 + 114.5) f = 16.2 2223100 = 1.094 f = 16.2 (273 + 80 79) 2307900 = 0.878 Do ⇒*f1=6.6*1.094 = 7.2 0C *f2= 17*0.878=14.93 0C Từ kiện ta lập bảng sau: Đại xC (%k.l) ∆’o t’ r.10-3 ∆’i (0C ) ( 0C ) (j/kg ) (0 C ) Nồi I 17.5 6.6 114.5 2223.1 7.2 Nồi II 30.00 17.0 80.79 2307.9 14.93 lượng Nồi I Từ ta có tổng tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao : Σ∆’ = ∆’I +∆’II = 7.2+14.93=22.13 0C Tổn thất nhiệt áp suất thuỷ tĩnh (∆’’ ): Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến ống ∆P (N/m2), ta có: b ∆P = ρS.g.Hop N/m2 Trong đó: ρs : khối lượng riêng dung dịch sôi , kg/m3 ρs =0.5 ρdd ρdd : Khối lượng riêng dung dịch ,kg/m3 Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m Hop = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho Từ ∆P ta tính áp suất trung bình dung dịch nồi thông qua công thức: Ptbi= P’i+∆Pi ( i ): nồi thứ i Tra sổ tay ta có bảng sau: x C ,% t’ ,0C ρdd , kg/m3 ρdm ,kg/m3 Nồi I 20.32 115.5 1173.4 958 Nồi II 30.00 81.9 1276 958 Coi ρdd nồi thay đổi không đáng kể khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu trung bình chất lỏng Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho=1.5 m Nồi I: Hop1 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1173.4958)]*1.5=0.84234 ,m Áp suất trung bình: Ptb1= P’1+∆P1=1.76+0,5.0,5.1173.4.10-4.0.84234=1.785 at Tra sổ tay Ptb1=1.785 (at) ta có t”1=116.03 0C Suy : ∆”1=(t”1+∆’1) – (t’1+∆’1)= 116.03– 115.5 =0.53 0C Nồi II: Hop2 = [0.26+0.0014(ρdd-ρdm)].Ho=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m Áp suất trung bình: Ptb2= P’2+∆P2=0,52+0,5.0,5.1276.10-4.1,0578=0,554 at Tra sổ tay Ptb2 = 0.554 (at) ta có t”2= 83.37 0C Suy : ∆”2=(t”2+∆’2) – (t’2+∆’2)= 83.37 – 81.9 =1.47 0C Vật tổn thất nhiệt hai nồi là: Σ∆” =∆”1+∆”2 =0.53+1.47 = 2.00 0C Tổn thất nhiệt trở lực thuỷ lực đường ống (∆”’) Chấp nhận tổn thất nhiệt độ đoạn ống dẫn thứ từ nồi sang nồi từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ 10C Do đó: c ∆”’1=1.50C ∆”’2 =1.0 0C d Tổn thất chung tồn hệ thống cô đặc: Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’=24.38+2.00+2.5=28.88 0C Hiệu số hữu ích nhiệt độ sôi nồi: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi: Nồi I: ∆ti1=TI – (T2+Σ∆1) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04 0C Nồi II: ∆ti2=T2 – (tng +Σ∆2) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08 0C Nhiệt độ sôi thực tế dung dịch nồi: Nồi I : ∆ti1=TI –tS1 suy tS1=T1 - ∆ti1=137.9 – 12.04 = 125.86 0C Nồi II : ∆ti2=T2 –tS2 suy tS2=T2 - ∆ti2=114.5 – 16.08 = 98.42 0C Cân nhiệt lượng: Tính nhiệt dung riêng dung dịch nồi: Nồi I: a Nồng độ đầu dung dịch xD=15%20% nên áp dụng công thức: C1=C2=4186 – ( 4186 – Cht)xC1 Cht : Nhiệt dung riêng chất hồ tan ,j/kg.độ M.Cht =n1.c1+ n2.c2+ n3.c3+ nn.cn (*) Tra sổ tay tập I ta có: MNaOH =40 n1=n2=n3 =1 c1=cNa = 26 j/kg n.tửû.độ c2=cO = 16.8 j/kg n.tửû.độ c3=cH = 9.6 j/kg n.tửû.độ Thay vào (*) ta có: Cht= 26 + 16.8 + 9.6 10 = 1310 40 j/kg.độ Nhiệt dung riêng dung dịch khỏi nồi II là: C2=C1 =4186 – ( 4186 – Cht )xC2 =4186 – (4186 – 1310)0.3 =3323.2 j/kg.độ Lập phương trình cân nhiệt lượng (CBNL): Nồi I: b D.i+GD.CD.tD=W1.i1+(GD – W1)C1.t1+D.Cng1 θ1+Qxq1 Nồi II: W1.i1+(GD –W1)C1.t1=W2.i2+(GD – W)C2.t2+W1.Cng2.θ2+Qxq2 Trong đó: D: lượng đốt dùng co hệ thống ,kg/h i,i1,i2: hàm nhiệt đốt , thứ nồi I nồi II ,j/kg tD, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I nồi II dung dịch , 0C CD, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, khỏi nồi I nồi II dung dịch , j/kg.độ θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng tụ nồi I nồi II ,0C Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng nước ngưng nồi I nồi II ,j/kg.độ Qxq1,Qxq2 :nhiệt mát môi trường xung quanh , J GD : lượng dung dịch lúc ban đầu ,kg/h Chọn đốt , thứ bão hồ, nước ngưng lỏng sôi nhiệt độ, ta có: i- Cng1 θ1=r (θ1) i1- Cng2 θ2=r(θ2) tra sổ tay ta có bảng thông số sau đây: đầu vào Dung dịch NaOH : Đầu nồi I Dung dịch NaOH : Đầu nồi II Dung dịch NaOH: + tD=125.33 0C + t1=125.86 0C + t2=98.42 0C + CD= 3558.1 j/kg.độ + C1= 3323.2 j/kg.độ + C2= 3323.2 j/kg.độ + GD=1159 kg/h Hơi thứ : + G2=579.5 kg/h Hơi đốt: +θ2 =114.5 0C Hơi thứ : + θ1=137.9 0C + i1 =2706000 j/kg + t’2=81.9 0C + i= 2737000 j/kg +Cng2 = 4290 j/kg.độ + i2=2643740 j/kg + Cng1=4290 j/kg.độ + W1=303.5 kg/h + W2=276 kg/h Cho : Qxp1=0.05.D.(i – Cng1 θ1) =0.05.D.r(θ1) Qxp1=0.05.W.(i1 – Cng2 θ2) =0.05.W1.r(θ2) Vậy lượng thứ bốc lên nồi I : W i + (G D − W ).C t − G D C1 t1 = 0.95.r (θ ) + i2 − C1 t1 W1 = = 579.5 * 2643740 + 579.5 * 3323.2 * 98.42 − 1159 * 3323.2 * 125.86 = 0.95 * 2156000 + 2643740 − 3323.2 * 125.86 Lượng thứ bốc lên nồi II là: W2=W-W1=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h Lượng đốt tiêu đốt chung là: D’= W1 i1 + (G D − W1 ).C1 t1 − G D C D t D = 0.95(i1 − C ng1 θ ) 289.9 kg/h = 289 * 2706000 + (1159 − 289 9) * 3323.2 * 125.86 − 1159 * 3558.1 * 125.33 0.95 * (2700600 − 4290 * 137.9) =314.6 kg/h c Kiểm tra lại giả thiết phân bố thứ nồi: C%(I) = C%(II) = 303.5 − 289 100% = 4.5% < 5% 303.5 289 − 276 100% = 4.7% < 5% 289 Vậy : Lượng thứ nồi I : WI = 289.9 kg/h Lượng thứ nồi II : WII = 289.6 kg/h Lượng đốt nồi I : D = 314.6kg/h Đáp ứng yêu cầu