Đồ án kỹ thuật hoá học Công nghệ các chất vô cơ Thiết kế xưởng làm sạch dung dịch nước muối cho sản xuất soda năng xuất 150.000 tấnnăm (có PPT

1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
GVHD: TS. La Thế Vinh
SVTH: Trần Thị Thảo
2


ĐỀ TÀI

Nội dung
Thiết kế xưởng làm sạch dung dịch nước muối cho sản xuất soda năng xuất
150.000 tấn/năm

Các số liệu ban đầu
Dung dịch nước muối vào:
NaCl = 310 g/l
Ca2+ = 0,1 g/l
Mg2+ = 0,05 g/l
 ≤ 1,19 g/cm3


NỘI DUNG

1

PHẦN MỞ ĐẦU

2

TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT

3

TÍNH TỐN THIẾT BỊ-MÁY LẮNG


PHẦN MỞ ĐẦU


PHẦN MỞ ĐẦU
1. 1. Đặt vấn đề

1.2. Giới thiệu về sản phẩm soda và cơ sở
quá trình sản xuất

1.3. Dây chuyền công nghệ giai đoạn làm
sạch dung dịch nước muối bão hoà


1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Soda là mặt hàng hoá chất mà nhu cầu tiêu thụ có xu
hướng ngày càng tăng, có tác động đến sự phát triển
của nhiều ngành sản xuất.

Để sản xuất soda, NaCl là một trong những nguyên liệu
quan trọng.

Nước muối trước khi đưa vào q trình amoniac hố

cần phải được tinh chế loại bỏ ion calcie, magie và đạt
các yêu cầu chất lượng kỹ thuật.


1.2. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SODA VÀ CƠ SỞ Q TRÌNH SẢN XUẤT
1.2.1. Giới thiệu về sản phẩm soda

TÍNH CHẤT CỦA SODA
Soda là loại muối kết tinh màu trắng ngậm nước
hoặc khan.

Nhiệt độ nóng chảy là 815°C, khối lượng riêng
2,53 g/cm3, trọng lượng phủ đầy 0,5 g/ cm3

Soda hoà tan trong nước rất tốt. Khi hoà tan toả
nhiệt, dung dịch soda có tính kiềm mạnh


1.2. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SODA VÀ CƠ SỞ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
1.2.1. Giới thiệu về sản phẩm soda

ỨNG DỤNG CỦA SODA
96% sản lượng soda dùng cho các ngành công nghiệp, 4% dùng cho các ngành kinh tế khác:
- Cơng nghiệp hố chất: 23,7% tổng sản lượng

- Cơng nghiệp dầu mỏ: 1% tổng sản lượng

- Luyện kim loại màu: 11,9%

Thuỷ tinh

Xà phòng, chất tẩy rửa

- Luyện kim loại đen : 2,5%
- Các ngành công nghiệp khác : 32%

Thực phẩm -Bột nở

Y tế-Thuốc muối

Xử lí nước


1.2. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SODA VÀ CƠ SỞ Q TRÌNH SẢN XUẤT
1.2.2. Cơ sở lý luận q trình sản xuất

CƠ SỞ HỐ LÝ Q TRÌNH LÀM SẠCH
Các tạp chất Ca2+ và Mg2+ trong q trình amon hố và cacbonat hoá sẽ tạo ra muối kép, muối kép này sẽ
lắng và bám vào thành thiết bị đường ống làm tăng sức cản thuỷ lực, gây tắc đường ống, làm bẩn sản phẩm,…

Do vậy, trước khi đưa nước muối vào amon hố cần phải qua cơng đoạn tinh chế nước muối.

Để làm sạch ion Mg2+ có thể dùng các chất kiềm OH- để thu được kết tủa dưới dạng Mg(OH)2
Để làm sạch ion Ca2+ có thể dùng các muối CO32- để kết tủa thu được dưới dạng CaCO3
Yêu cầu đối với các chất dùng để làm sạch ion Ca2+ và Mg2+ phải dễ kiếm, rẻ tiền,
không làm bẩn sản phẩm.


1.2. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SODA VÀ CƠ SỞ Q TRÌNH SẢN XUẤT
1.2.2. Cơ sở lý luận q trình sản xuất

CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH

01

02

03

PHƯƠNG PHÁP
DÙNG NATRI
SUNFAT-XÚT

PHƯƠNG PHÁP
DÙNG
AMONIAC-CO2

PHƯƠNG PHÁP
DÙNG XÚT-SODA

Yêu cầu về chất lượng nước muối sau tinh chế

04
PHƯƠNG PHÁP
DÙNG SỮA VÔISODA

Nồng độ các ion theo g/L:
CO32- = 0,33-0,51
OH- = 0,0175-0,068
Ca2+ = 0,02

Mg2+ = 0,0042
Độ đục: 35 mg/L


1.3. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN LÀM SẠCH NƯỚC MUỐI BÃO HOÀ
1.3.1. Nguyên lý làm sạch nước muối bằng phương pháp sữa vôi - soda

CÁC GIAI ĐOẠN
YÊU CẦU

Chuẩn bị chất phản ứng

Dung dịch soda phải loãng, nồng độ 1-1,25N
và khi đưa vào khơng làm lỗng dung dịch
NaCl. Dùng dung dịch nước muối sạch nồng
độ 4,7N để pha

Trộn lẫn chất phản ứng

Loại kết tủa khỏi nước muối
Lấy sữa vôi đặc rồi pha loãng bằng nước muối sạch tới
nồng độ 3,5-3,75N. Sau đó lọc bỏ các hạt sữa vơi rắn trước
khi cho vào thùng phản ứng.
12


1.3. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN LÀM SẠCH NƯỚC MUỐI BÃO HOÀ
1.3.1. Dây chuyền làm sạch nước muối theo phương pháp sữa vơi-soda

Hình: Sơ đồ làm sạch nước muối theo phương pháp sữa vôi-soda

TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT


TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT
2.1. Tính tốn cân bằng chất thùng phản
ứng

2.2. Tính tốn pha lỗng sữa vơi đặc

2.3. Tính tốn pha lỗng Soda

2.4. Tính tốn cân bằng chất thùng lắng


2. TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT
Xưởng làm
sạchBẰNG
nước muối
cho sản xuất soda 150000 tấn/năm.
TÍNH TỐN
CÂN
CHẤT

Ta tính tốn cân bằng chất, tính cho 1000kg sản phẩm

Na2CO3 Ca(OH)2

Nước muối bẩn

Nước muối sạch

Mg2+

Bùn CaCO3, Mg(OH)2

Ca2+

Lượng nhỏ Ca2+ và Mg2+


2. TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT

Sản phẩm Na2CO3 kỹ thuật: 98,5% Na2CO3
2NaHCO3
Lượng NaHCO3 cần là:

Vậy ta có:

,

Na2CO3 + H2O + CO2

.

NaCl+ NH3+CO2+ H2O  NaHCO3+ NH4Cl
Giả sử hiệu suất phản ứng là 72%  Khi đó lượng muối NaCl là:
𝑚

= 25,812. 58,5 = 1510,0236 (𝑘𝑔)

Trong quá trình làm sạch, giả sử mất mát 5%. Khi đó, lượng muối thực tế là:


2. TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT

Dung dịch nước muối vào có nồng độ NaCl 310g/l =0,31 (kg/l). Có tỉ trọng  =1,19g/cm3 = 1,19 (kg/l)

Thể tích dung dịch nước muối vào là:

Theo đề bài: Nồng độ Ca2+ và Mg2+ trong dung dịch nước muối đầu vào: Ca2+ = 0,1 g/l ; Mg2+ =0,05g/l

Khối lượng tạp chất: Ca2+ ≈ 0,513(kg)
Mg2+ ≈ 0,256(kg)
Thể tích nước để pha muối rắn: V ≈ 4511,3558(l)


2.1.

TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT THÙNG PHẢN ỨNG
Trong q trình làm sạch ta dùng: dung dịch sữa vôi: 3,7N; dung dịch soda: 1,15N

Sữa vôi và soda dùng làm sạch thực hiện các phản ứng:
Na2CO3 2Na+ + CO32-

(1)

Ca(OH)2  Ca2+ +2OH-

(2)

Mg2+ + 2OH-  Mg(OH)2

(3)

Ca2+ + CO32-  CaCO3

(4)

Theo lý thuyết:
Số mol sữa vôi: nCa(OH)2 = 0,011 (kmol)
Số mol soda: nNa2CO3 = 0,024 (kmol)


2.1.

TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT THÙNG PHẢN ỨNG

Thực tế, khơng thể làm sạch hoàn toàn Ca2+ và Mg2+, sẽ vẫn còn 1 lượng nhỏ trong
dung dịch nước muối sau làm sạch.

Nước muối sau làm sạch cần đạt các tiêu chuẩn:
Nồng độ các ion theo g/l: Ca2+ = 0,02 g/l; Mg2+ = 0,004 g/l

Giả sử sau phản ứng: dung dịch còn lại:
Ca2+ = 0,01 g/l;
Mg2+ = 0,002 (g/l)

2.1.

TÍNH TỐN CÂN BẰNG CHẤT THÙNG PHẢN ỨNG
Thực tế
Số mol Na2CO3: 0,0216 (kmol)
Số mol Ca(OH)2: 0,01056 (kmol)
Lượng sữa vôi Ca(OH)2 cần dùng:

Lượng Soda Na2CO3 cần dùng:

mCa(OH)2 = n.M = 0,01056. 74= 0,7814(kg)

mNa2Co3 = n.M= 0,0216.106=2,2896 (kg)

Sử dụng dung dịch sữa vơi 3,7N=136,9 (g/l)

Sử dụng Soda 1,15N=60,95 (g/l)

Thể tích sữa vơi 3,7N đưa vào làm sạch:
V=

( )
,
=
( /)

. ^
,

= 5,7078(l)

Thể tích Soda đưa vào làm sạch là:
V=

,

.
,

^

=37,5652 (l)

21


2.2.

TÍNH TỐN PHA LỖNG SỮA VƠI ĐẶC

Lượng sữa vơi Ca(OH)2 cần dùng là 0,7814 kg lấy từ sữa vôi
đặc 11,25 N (416,25 g/l).
Thể tích sữa vơi đặc cần dùng là:
𝑉=

𝐶

𝑚 𝑔
𝑔

=
𝑙

0,7814. 10
= 1,8772 𝑙
416,25

Thành phần sữa vôi vào làm sạch
Ca(OH)2 : 0,7814 kg
NaCl : 1,1875 kg
H2O : 3,3709 + 1,5501 =4,921 kg
 ∑ 𝑚 = 6,8899 𝑘𝑔
 ∑ 𝑉 = 5,7078 𝑙

Người ta sử dụng dung dịch nước muối sạch để pha lỗng sữa vơi
đặc => sữa vơi 3,7N

Từ 1,8772 (l) sữa vôi đặc pha thành 5,7078(l) sữa vôi 3,7N cần thể tích nước muối là :
𝑉

= 5,7078 − 1,8772 = 3,8306 𝑙 𝑛ướ𝑐 𝑚𝑢ố𝑖 𝑠ạ𝑐ℎ


2.3.

TÍNH TỐN PHA LỖNG SODA
Khối lượng soda m = 2,2896 kg. Tỷ trọng soda 𝜌 = 1,21

Thể tích dung dịch soda 1,15N là 37,5652 (l)
 Khối lượng dung dịch soda là: 𝑚

= 45,4539 𝑘𝑔

Người ta sử dụng nước muối sạch để hòa tan soda rắn sang dung dịch.

Khối lượng nước muối sạch để hòa tan soda rắn (2,2896 kg)  dung dịch:
𝑚
= 𝑚
−𝑚
ắ = 45,4539 − 2,2896 = 43,4423 𝑘𝑔

Thể tích dung dịch NaCl cho vào để pha lỗng:
𝑉=

𝑚 43,4423
=
= 36,5062 𝑙
𝜌
1,19


Lượng kết tủa tạo thành:
+ Lượng Mg(OH)2 tạo thành do phản ứng làm sạch
Lượng Ca2+, Mg2+ còn lại trong dung
dịch nước muối chưa được làm sạch:
𝑚
𝑚

= 0,02552 𝑘𝑔
= 0,24 𝑘𝑔

𝑚 = 0,61248 𝑘𝑔
+ Lượng CaCO3 tạo thành do phản ứng làm sạch
𝑚 = 2,16 𝑘𝑔


Bảng 1: Bảng cân bằng vật liệu thùng phản ứng

Lượng vào
Chất

Lượng ra
Khối lượng(kg)

Chất

Theo nước muối bẩn
NaCl
Ca2+
Mg2+
H2O

1589,4985
0,513
0,256
4511,3558

NaCl
Theo nước muối bẩn
Theo sữa vôi

Theo soda

∑m1= 6101,6233(kg)
V1=5127,4145(l)

1589,4985
1,1875
11,3169
∑m1= 1602,0029(kg)

Theo sữa vôi
Ca(OH)2
NaCl
H2O

Khối lượng

H2O
0,7814
1,1875
4,921

Theo nước muối bẩn
Theo sữa vôi
Theo soda

∑m2= 6,8899(kg)
V2=5,7078(l)
Theo dung dịch soda

∑m2= 4548,4022(kg)
Kết tủa Mg(OH)2

0,61248
2,16

Na2CO3
NaCl

2,2896
11,3169

Kết tủa CaCO3

H2O

32,1254

Mg2+
Ca2+

∑m3= 45,7314(kg)
V3=37,5652(l)
∑m=6154,2446(kg)
V=5170,6875(l)

4511,3558
4,921
32,1254

Ca2+ và Mg2+ còn lại trong nước muối
0,02552
0,24
∑m= 6153,4431(kg)
V=5170,6875(l)