ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
I. MỞ ĐẦU:
Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hố chất
cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt , tổng
hợp tơ nhân tạo, lọc hố dầu, sản xuất phèn...
NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao. Vì vậy cần lưu ý đến
việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an tồn lao động trong quá trình sản xuất.
Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)
2
tác
dụng với dung dịch Na
2
CO
3
lỗng và nóng
.
Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện
phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất lỗng
, khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng người ta phải cô
đặc dung dịch đến một nồng độ nhất định theo yêu cầu.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hồ tan trong dung dịch bằng cách tách bớt
một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh.
Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi.
Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi
trên mặt thống dung dịch bừng với áp suất làm việc của thiết bị.
Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng
nồng độ các dung dịch lỗng, hoặc để tách các chất rắn hồ tan.
Quá trình cô đặc thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường (
áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất chân không )
người ta dùng thiết bị kín.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm

do đó sẽ
tạo áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hồn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo một dòng
chuyển động tuần hồn trong thiết bị. Để ống tuần hồn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dịch
chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt. Phần phía trên thiết bị là buồng bốc
để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra
khỏi hơi thứ.
A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
III.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
1. Chuyển đơn vị năng suất từ (m
3
/h) sang (kg/h) :
Năng suất nhập liệu : G’
D
=1 m
3
/h.
Khối lượng riêng : ρ
NaOH
= 1159 kg/m
3
G
D
= G’
D
∗ ρ
NaOH
= 1159 kg/h
Nồng độ nhập liệu : x
D
= 15 %

D
D
x
x
GW
−=
kg/h
Trong đó:
W : Lượng hơi thứ của tồn hệ thống kg/h
G
D
: Lượng dung dịch ban đầu kg/h
x
D
,x
C
: Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng
Thay số vào ta có:
5.579)
30
15
1.(1159)1(
=−=−=
C
D
D
x
x
GW
kg/h.

x’
C
=
32.20
5.3031159
15.1159
.
=
−
=
−
ID
DD
WG
xG
%
- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi II :
x’’
C
=
30
2765.3031159
15.1159
.
=
−−
=
−−
IIID
DD

1
+ ∆P
2
= ∆P
t
= 3 at
Trang 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Suy ra : ∆P
1
= 1.8 at
∆P
2
= 1.2 at
Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bị tập I ta có bảng sau đây :
Loại Nồi I Nồi II Tháp ngưng tụ
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất
(at)

o
. f
Ở đây :
∆’
o
: Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường.
f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường.
f
i
i
r
t
2
)'273(
2.16
+
=
t’
i
: nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I
r
i
: ẩn nhiệt hố hơi của hơi ở nhiệt độ t’
i
.
Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau:
Đại lượng
Nồi I
x
C

C
b. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (∆’’ ):
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ∆P (N/m
2
), ta có:
∆P =
2
1
ρ
S
.g.H
op
N/m
2
Trong đó:
ρ
s
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m
3
ρ
s
=0.5 ρ
dd
ρ
dd
: Khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m
3
H
op
: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m

,kg/m
3
Nồi I 20.32 115.5 1173.4 958
Nồi II 30.00 81.9 1276 958
Coi ρ
dd
trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu trung
bình của chất lỏng.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H
o
=1.5 m.
Nồi I:
H
op1
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o
=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*1.5=0.84234 ,m
Áp suất trung bình:
P
tb1
= P’
1
+∆P
1
=1.76+0,5.0,5.1173.4.10
-4

-ρ
dm
)].H
o
=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m
Áp suất trung bình:
P
tb2
= P’
2
+∆P
2
=0,52+0,5.0,5.1276.10
-4
.1,0578=0,554 at
Tra sổ tay tại P
tb2
= 0.554 (at) ta có t”
2
= 83.37
0
C.
Suy ra : ∆”
2
=(t”
2
+∆’
2
)


d. Tổn thất chung trong tồn hệ thống cô đặc:
Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’=24.38+2.00+2.5=28.88
0
C
3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi:
Nồi I: ∆t
i1
=T
I
– (T
2
+Σ∆
1
) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04
0
C
Nồi II: ∆t
i2
=T
2
– (t
ng
+Σ∆
2
) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08
0
C
Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi:
Nồi I : ∆t

Trang 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
a. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:
Nồi I:
Nồng độ đầu dung dịch x
D
=15%<20% nên ta áp dụng công thức:
C
D
=4186 (1-x
D
) =4186 (1- 0.15) =3558.1 ,j/kg.độ
Nồi II:
Coi C
1
≈
C
2
. Do x
C
=30%>20% nên áp dụng công thức: C
1
=C
2
=4186 – ( 4186 – C
ht
)x
C1
C
ht

=1
c
1
=c
Na
= 26 j/kg n.tửû.độ
c
2
=c
O
= 16.8 j/kg n.tửû.độ
c
3
=c
H
= 9.6 j/kg n.tửû.độ
Thay vào (*) ta có: C
ht
=
131010.
40
6.98.1626
3
=
++
j/kg.độ
Nhiệt dung riêng dung dịch ra khỏi nồi II là:
C
2
=C

1
+Q
xq1
Nồi II:
W
1
.i
1
+(G
D
–W
1
)C
1
.t
1
=W
2
.i
2
+(G
D
– W)C
2
.t
2
+W
1
.C
ng2

2
:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,
0
C
C
ng1
, C
ng2
: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ.
Q
xq1
,Q
xq2
:nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J
G
D
: lượng dung dịch lúc ban đầu ,kg/h

Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hồ, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta có:
i- C
ng1
. θ
1
=r (θ
1
) và i
1
- C
ng2
. θ

2
=114.5
0
C
Dung dịch NaOH:
+ t
2
=98.42
0
C
+ C
2
= 3323.2 j/kg.độ
+ G
2
=579.5 kg/h
Hơi thứ :
Trang 6