đồ án thiết kế quy trình công nghệ sản xuất silicagel từ tro trấu

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng tàu
Khoa Hoá học Và Công nghệ Thực phẩm
o0o

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
Họ và tên sinh viên: 1. Đỗ Đại Định
2. Nguyễn Quốc Duy
3. Lê Thị Hằng
Lớp: DH10H1
Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học (Chuyên ngành hóa dầu)
1. Đề tài: “Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất Silicagel từ tro trấu”
2. Nội dung đồ án:
Chương1: Tổng quan lý thuyết
• Cơ sở lý thuyết
Chương 2: Quy trình công nghệ
• Bản vẽ sơ đồ công nghệ
• Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Chương 3: Tính toán thiết kế quy trình công nghệ
• Cân bằng vật chất và năng lượng
• Lựa chọn các thiết bị chính
3. BẢN VẼ
• Bản vẽ quy trình công nghệ :A1 (1 bản vẽ Autocad).
• Bản vẽ thiết bị chính :A1 (1 bản vẽ tay).
4. Ngày giao đồ án: 16/09/2013
5. Ngày hoàn thành đồ án: 02/12/2013
6. Họ và tên giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Quốc Hải
7. Xác nhận của giảng viên hướng dẫn:

8. Xác nhận của khoa:

Ngành hóa dầu 1 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu




Vũng Tàu, ngày 02tháng 12 năm 2013
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
LỜI MỞ ĐẦU
Silicagel (SiO
2
.nH
2
O) hay gel axit silic là một loại hóa chất phổ biến trong
đời sống. Hiện nay silicagel có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học từ
đơn giản đến phức tạp. Silicagel được dùng rất nhiều làm xúc tác trong tổng hợp
hữu cơ hóa dầu, lọc nước.
Ngoài ra Silicagel còn là một chất hút ẩm rẻ tiền và an toàn nên được sử
dụng rất rộng rãi trong việc bảo quản các sản phẩm có độ nhạy cảm cao với độ ẩm
không khí như máy quay, máy ảnh ống kính…
Ngành hóa dầu 2 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Với ưu thế khí hậu nhiệt đới gió mùa thích hợp cho cây lúa nước, trong
những năm gần đây Việt Nam luôn là một quốc gia xuất khẩu gạo ra nước ngoài.
Tuy nhiên, vỏ trấu còn sót lại trong quá trình sản xuất gạo chỉ được dùng để làm
nhiên liệu đốt cho một số nhà máy, như vậy thật lãng phí. Do vậy, một số nhà
khoa học đã nghiên cứu và phát hiện ra trong trấu ngoài thành phần chính là
xenlulô và lignin thì nó chứa một hàm lượng đáng kể các oxit kim loại. Đặc biệt là
tro sau khi đốt vỏ trấu thu được có hàm lượng Silic điôxit rất cao (85,2 %) lớn hơn
rất nhiều so với trong vỏ trấu, do vậy chúng tôi quyết định nghiên cứu quy trình
sản xuất Silicagel từ tro trấu.

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 5
1.1 Hấp phụ và phân loại hấp phụ 5
1.2. Đặc điểm về hấp phụ 6
1.3. Các chất hấp phụ và ứng dụng 7
1.4. Sơ lược về silicagel và silic dioxit 9
Ngành hóa dầu 3 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
1.5. Sản xuất silicagel từ tro trấu 13
1.6. Quy trình sản xuất SiO
2
từ trong phòng thí nghiệm 15
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SILICAGEL 17
2.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất silicagel từ tro trấu 17
2.2 thuyết minh sơ đồ công nghệ 17
CHƯƠNG 3:CÂN BẰNG VẬT CHẤT 18
3.1.Cân bằng vật chất 18

3.2.Cân bằng năng lượng 20
CHƯƠNG 4:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 23
4.1. Tính toán kích thước thiết bị 23
4.2. Bề dày thân thiết bị 26
4.3. Tích bích 28
4.Tính toán chân đỡ và tai treo 29
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 32
5.1 .Tính bơm 32
5.2 Tính quạt 36
KẾT LUẬN 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO 42
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Hấp phụ và phân loại hấp phụ:
1.1.1 Định nghĩa: Hấp phụ là quá trình
tụ tập(chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi
hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt
phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là
lỏng – rắn, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của
Ngành hóa dầu 4 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề mặt
phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ.
Phân loại hấp phụ
1.1.2 Phân loại hấp phụ:
Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị Hấp phụ liên kết với những tiểu
phân(nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết
vander walls yếu.
Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và
chất Hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học(không hình thành các liên kết hóa

học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng
lực liên kết phân tử yếu(lực vander walls) và liên kết hiđro. sự hấp phụ vật lý luôn
luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn. Thường thấy nhiều trong hấp phụ đa
lớp.
Hình: 1.2 Qúa trình hấp phụ
Hấp phụ hóa học: Có những lực hóa trị mạnh(do các liên kết bền của liên
kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết những phân tử hấp phụ
và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân
chia pha.
Nói một cách khác hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo hợp
chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia
pha(bề mặt pha hấp phụ).
Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường(liên kết
ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất
thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ hóa học lớn, có thể đạt tới giá trị 800kJ/mol.
1.2. Đặc điểm của hấp phụ:
1.2.1 Năng lượng hoạt hóa hấp phụ:
Ngành hóa dầu 5 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Hấp phụ hóa học tiến hành chậm và có năng lượng hoạt hóa khá lớn gần
bằng năng lượng hoạt hóa của phản ứng hóa học, phụ thuộc bởi khoảng cách giữa
các nguyên tử trong chất bị hấp phụ và các trung tâm trên bề mặt chất rắn.
Hấp phụ lý học tiến hành rất nhanh và năng lượng hoạt hóa bằng không.
1.2.2 Tính thuận nghịch của hấp phụ:
Hấp phụ lý học bao giờ cũng là thuận nghịch, nói cách khác quá trình ở
trạng thái cân bằng động, hấp phụ nhả hấp phụ.
Hấp phụ hóa học không phải bao giờ cũng là quá trình thuận nghịch. Tuỳ
theo đặc tính mối nối liên kết hóa học mà tính chất thuận nghịch ở quá trình hấp
phụ khác nhau. Có những quá trình hóa học khá bền vững, tạo thành các hợp chất

hóa học, ví dụ như sự hấp phụ Oxy lên kim loại tạo Oxyt kim loại, hoặc khi hấp
phụ lên than cho CO
2
, CO2.
1.2.3 Cấu trúc bề mặt chất hấp phụ:
Do đặc thù cấu trúc xốp, tỉ lệ giữa bề mặt và thể tích phần rắn trong chất
xốp rất lớn. Tại bề mặt các liên kết hóa học của chất rắn trở nên mất liên tục . Ở
các vị trí mà liên kết hóa học bị “đứt gãy” có năng lượng lớn hơn so với các vùng
khác, để tồn tại được ở đó sẽ hình thành các liên kết hóa học mới có thành phần
khác với mạng chất rắn. Môi trường chế tạo chất hấp phụ luôn gắn liền với oxy
khí quyển và hơi nước nên các liên kết hóa học hình thành trên bề mặt thường
chứa oxy, các nhóm này được gọi là nhóm chức bề mặt và tạo nên cấu trúc bề mặt
của chất hấp phụ Ngay một nhóm chức có cùng thành phần trên bề mặt thường có
tính axit và bazơ yếu tùy thuộc vào vị trí và các nhóm xung quanh. Loại nhóm
chức và mật độ của chúng trên bề mặt chất hấp phụ có thể được đánh giá qua phổ
hồng ngoại hoặc chuẩn độ hóa học trực tiếp.
Bằng các biện pháp biến tính người ta có thể tăng them hoặc loại bỏ bớt
các nhóm chức bề mặt của chất hấp phụ. Oxy hoá than hoạt tính với hydroperoxit
hoặc axit nitric tạo thêm các nhóm axit trên bề mặt tăng cường tính ưa nước của
bề mặt. Xử lý nhiệt làm giảm mật độ của nhóm chức, đưa năng lượng bề mặt chất
hấp phụ về dạng đồng nhất hơn
1.3 Các chất hấp phụ và ứng dụng
1.3.1 Chất hấp phụ
Ngành hóa dầu 6 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Ứng dụng hấp phụ để xử lí NO phương pháp đạt hiệu quả thấp do tính trơ
NO ( NO có tính axít yếu) . Vì vậy trong nhiều trường hợp người ta chuyển cấu tử
có tính axít yếu thành oxit có mức oxi hóa lớn hơn.
NO

x
được hấp phụ mạnh bởi than hoạt tính. Tuy nhiên khi tiếp xúc với các
oxít nitơ than có thể cháy và nổ. Ngoài ra, than có độ bền cơ học thấp và khi phục
hồi có thể chuyển NO
x
thành NO.
Khả năng hấp phụ NO
x
trên silicagen hơi thấp hơn so với than hoạt tính
nhưng nó bền cơ học, không cháy, cũng giống như thanh hoạt tính khi tái sinh có
thể từ NO
x
thành NO. Hiệu quả hấp phụ NO
x
bởi silicagen lớn, nồng độ còn lại
trong khí chỉ còn 0,005%. Tuy nhiên do nguyên nhân kinh tế quá trình này trong
công nghiệp không được thực hiện.
Khả năng hấp thụ NO
x
của keo nhôm không cao, độ bền không cao.
NO
x
có thể được hấp phụ bằng than bùn có tính kiềm trong thiết bị tầng sôi.
Khi ứng dụng hỗn hợp than bùn với hiệu quả xử lý khí, chứa 0,1 – 2,0% NO
x
, khi
thời gian tiếp xúc pha 1,6-3s , đạt 96 – 99%, bảo đảm nồng độ còn của NO
x
trong
khí ở mức 0,01- 0,04%. Hiệu quả lớn hơn có thể đạt được khi dùng than bùn cải

tạo bởi amoniac.
Than bùn có khả năng oxi nitric thành nitrat.
Khi xử lý 60 ngàn m
3
/h khí thải của xưởng axít sunfuric, chứa 0,3 -0,4%
NO
x
, 0,3 % SO
2
và 0,3g/m
3
sương mù và giọt H
2
SO
4
thu được kết quả sau.
Lưu lượng than bùn 50% độ ẩm – 3 tấn/h , thiết bị hoạt động mỗi năm thu
hồi 2520 tấn NO
x
, 3200 tấn SO
2
, 95 tấn H
2
SO
4
, ngoài ra còn thu được phân bùn
nitơ chứa 15- 25% nitrat và sunfat amoni. Chi phí đầu tư và hoạt động theo than
bùn thấp nhưng nhược điểm cơ bản là có khả năng than bùn tự bốt cháy.
Bảng: 1 Các loại chất hấp phụ
Chất hấp thụ Đặc tính Ứng dụng Ưu điểm Nhược điểm

Than hoạt tính
Bề mặt kị
nước hấp phụ
các chất hữu
cơ trong nước
và không khí
Tách các chất
ô nhiễm có
gốc hữu cơ
Giá rẻ, dùng
trong xử lý
môi trường
Khó tái sinh
nếu bị đóng
cặn, có thể bắt
cháy khi tái
sinh
Ngành hóa dầu 7 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Silicalite
Bề mặt lị
nước, đặc
trưng hấp phụ
tương tự than
hoạt tính
Tách các chất
hữu cơ từ
dòng khí
Có thể đốt bỏ

dể hơn than
hoạt tính
Giá thành cao
hơn than hoạt
tính
Chất hấp phụ
cao phân tử
Thường là
copolymer
của styren/
divinyl benzen
Tách các chất
hữu cơ từ
dòng khí
Không gặp
vấn đề đóng
cặn như than
hoạt tính
Mắc hơn than
hoạt tính
Chất hấp phụ
sinh học
Bùn hoạt hóa
trên chất mang
xốp
Tách các chất
hữu khỏi dòng
Không cần tái
sinh
Tỉ lệ tách thấp

hơn các chất
hấp
1.3.2 Ứng dụng
• Trong y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau
khi bị ngộ độc thức ăn,
• Trong công nghiệp hóa học: làm chất xúc tác và chất tải cho các chất xúc
tác khác,
• Trong kỹ thuật thì làm một thành phần của cái lọc khí (trong đầu lọc thuốc
lá, cũng như trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ).
• Trong xử lý nước (hoặc lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi
lượng.Phòng tránh tác hại của tia đất.
• * Hiệu suất lọc sẽ tùy thuộc chủ yếu vào những yếu tố:
1) Tính chất vật lý của chất hấp phụ, như kết cấu, kích thước, mật độ lỗ,
diện tích tiếp xúc
2) Tính chất lý hóa của các loại tạp chất cần loại bỏ
3) Thời gian tiếp xúc của nước với than hoạt
1.4. Sơ lược về silicagel và silic đioxit.
1.4.1 Sơ lược về silicagel
Silica gel hay gel axit silixic là một chất rất sẵn có trong tự nhiên, cộng thêm
với tính năng ưu việt của nó trong các quá trình hóa học tạo nên cho silica gel một
Ngành hóa dầu 8 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
vị thế đáng được trân trọng. Silica gel thực chất là điôxit silic, ở dạng hạt cứng và
xốp (có vô số khoang rỗng li ti trong hạt). Công thức hóa học đơn giản của nó là
SiO
2
.nH
2
O (n<2), nó được sản xuất từ natri othosilicat (Na

2
SiO
4
) hoặc Silic
TetraClorua (SiCl
4
).
Hiện nay silica gel có vai trò rất quan trọng trong công nghệ hóa học từ đơn
giản đến phức tạp. Silica gel được dùng rất nhiều làm xúc tác trong tổng hợp hữu
cơ hóa dầu, lọc nước,
Trong đời sống hàng ngày, người ta thường gặp silica gel trong những gói
nhỏ đặt trong lọ thuốc tây, trong gói thực phẩm, trong sản phẩm điện tử. Ở đó,
silica gel đóng vai trò hút ẩm để giữ các sản phẩm trên không bị hơi ẩm làm hỏng.
Silica gel hút ẩm nhờ hiện tượng mao dẫn ở hàng triệu khoang rỗng li ti của nó,
hơi nước bị hút vào và bám vào chỗ rỗng bên trong các hạt
1.4.2 Đặc điểm cấu tạo và tính chất của silic đioxit
1.4.2.1 Cấu tạo:
Silic đioxit không tồn tại dưới dạng phân tử riêng lẻ mà tồn tại dưới dạng
tinh thể, nghĩa là dưới dạng một phân tử khổng lồ.
Ở điều kiện thường nó có dạng tinh thể là thạch anh, triđimit và cristtobalit.
Mỗi dạng đa hình này lại có hai dạng: dạng
α
bền ở nhiệt độ thấp, dạng
β
bền ở
nhiệt độ cao.
Tất cả những dạng tinh thể này đều bao gồm những nhóm tứ diện SiO
4
nối
với nhau qua những nguyên tử O chung. Trong tứ diện SiO

4
, nguyên tử Si nằm ở
trung tâm của tứ diện liên kết hóa trị với bốn nguyên tử O nằm ở các đỉnh của tứ
diện. Như vậy mỗi nguyên tử O liên kết với hai nguyên tử Si ở hai tứ diện khác
nhau và tính trung bình cứ trên mặt nguyên tử Si có hai nguyên tử O và công thức
kinh nghiệm của silic đioxit là SiO
2
.
Ba dạng đa hình của silic đioxit có cách sắp xếp khác nhau của nhóm tứ diện
SiO
4
ở trong tinh thể: Trong thạch anh, những nhóm tứ diện được sắp xếp sao cho
các nguyên tử Si nằm trên đường xoắn ốc. Tùy theo chiều của đường xoắn ốc mà
ta có thạch anh quay trái hay quay phải. Trong triđimit, các nguyên tử Si chiếm vị
Ngành hóa dầu 9 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lưới vuazit. Trong cristobalit, các
nguyên tử Si chiếm vị trí của các nguyên tử S và Zn trong mạng lưới sphelarit.
Ngoài ba dạng trên, trong tự nhiên còn có một số dạng khác nữa của silic
đioxit có cấu trúc vi tinh thể. Mã não là chất rắn, trong suốt, gồm có những vùng
có màu sắc khác nhau và rất cứng. Opan là một loại đá quý không có cấu trúc tinh
thể. Nó gồm những hạt cầu SiO
2
liên kết với nhau tạo nên những lỗ trống chứa
không khí, nước hay hơi nước. Opan có các màu sắc khác nhau như vàng, nâu, đỏ,
lục và đen do có chứa các tạp chất.
Gần đây người ta chế tạo được hai dạng tinh thể mới của silic đioxit nặng
hơn thạch anh là coesit (được tạo nên ở áp suất 35000 atm và nhiệt độ 250
0

C) và
stishovit (được tạo nên ở áp suất 120.000 atm và nhiệt độ 1300
0
C) [6].
Silic đioxit đã nóng chảy hoặc khi đun nóng bất kì dạng nào khi để nguội
chậm đến nhiệt độ hóa mềm, ta đều thu được một vật liệu vô định hình giống như
thủy tinh. Khác với dạng tinh thể, chất giống thủy tinh có tính đẳng hướng và
không nóng chảy ở nhiệt độ không đổi mà hóa mềm ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so
với khi nóng chảy ra. Bằng phương pháp Rơnghen người ta xác định được rằng
trong trạng thái thủy tinh, mỗi nguyên tử vẫn được bao quanh bởi những nguyên
tử khác giống như trong trạng thái tinh thể nhưng những nguyên tử đó sắp xếp
một cách hỗn loạn hơn.
1.4.2.2. Tính chất
Silic đioxit rất trơ về mặt hóa học. Nó không tác dụng với oxi, clo, brom và
axit ngay cả khi đun nóng.
Ở điều kiện thường, nó chỉ tác dụng với F
2
và HF :
SiO
2
+ 2F
2

→
SiF
4
+ O
2
SiO
2

+ 4HF
→
SiF
4
+ 2H
2
O
Ngoài ra, nó còn tan trong kiềm và cacbonat kim loại kiềm nóng chảy:
SiO
2
+ 2NaOH
→
Na
2
SiO
3
+ H
2
O
SiO
2
+ Na
2
CO
3

→
Na
2
SiO

3
+ CO
2
Bảng 1.18. Các đại lượng đặc trưng của chất hấp phụ
Ngành hóa dầu 10 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Đại lượng đặc trưng Silicagel Nhôm
hoạt tính
Zeolit 4A và 5A
- Khối lượng riêng,g/cm
3
- Khối lượng riêng thực
- Khối lượng riêng đổ
- Khối lượng riêng biểu
kiến
Nhiệt dung, kcal/kg.độ
Hàm lượng nước, % trọng
lượng
Nhiệt độ tái sinh,
o
C
Khả năng hấp phụ hơi nước,
kg nước/100 kg chất hấp phụ
2.1-2.2
0.61-0.72
1.2
0.22
4.5-7
121-232

7-9
3.25
0.8-0.86
1.6
0.24
7.0
177-315
4-7
0.69-0.72
1.1
0.2
Thay đổi
150-350
9-12
Điểm sương của khí sau khi
sấy
-60
o
C -73
o
C -90
o
C
1.4.3 Điều chế và ứng dụng
1.4.3.1 Điều chế.
1.4.3.1. Phương pháp Sol-Gel.
Silicagel tổng hợp từ các alkoxide silic như tetramethyl orthosilicate
Si(OCH
3
)

4
- TMOS, Tetraethyl orthosilicate Si(OC
2
H
5
)
4
– TEOS
Ban đầu các alkoxide bị thủy phân tạo thành liên kết Si – OH:
Si(OR)
4
+ H
2
O HO-Si(OR)
3
+ R-OH
Gốc R có thể là -CH
3
hoặc -C
2
H
5

Tiếp đó các phân tử trung gian tiếp tục phản ứng tạo mối liên kết Si-O-Si qua loạt
phản ứng polymer hóa ngưng tụ:
(OR)
3
-Si-OH + HO-Si(OR)
3
[OR

3
Si-O-Si(OR)
3
] + H-O-H
và (OR)
3
-Si-OR + HO-Si-(OR)
3
[(OR)
3
-Si-O-Si(OR)
3
] + R-OH
Theo thời gian, phản ứng sẽ liên tục diễn ra, độ nhớt của dung dịch sẽ tăng lên do
phản ứng polymer hóa và đông đặc, cho tới khi hình thành gel rắn, ở ngay nhiệt
độ thường. Chất lượng và dạng của sản phẩm cuối cùng phụ thuộc vào loại
alkoxide được dùng, pH của dung dịch phản ứng, điều kiện xúc tác là axit hoặc
bazơ, nhiệt độ, tỷ lệ alkoxide/H2O sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc hình
Ngành hóa dầu 11 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
thành sản phẩm cuối cùng. Sau khi gel được hình thành, nó thường ở dạng xốp và
còn chứa các chất lỏng trong các lỗ xốp. Các chất lỏng này phải được loại bỏ qua
các quá trình sấy và xử lý nhiệt về sau.
 Ưu điểm của phương pháp:
Tạo ra gel có chất lượng tốt, hàm lượng Sio
2
cao, độ xốp lớn và có thể được
điều chỉnh tùy thuộc vào tỷ lệ của nước với các hóa chất ban đầu sử dụng, nhiệt độ
và môi trường khi nung mẫu.

 Nhược điểm của phương pháp:
Yêu cầu nghiêm ngặt về điều kiện tiến hành, sử dụng các loại hóa chất mắc
tiền, nên chỉ được thực hiện với quy mô phòng thí nghi
1.4.3.2 Tổng hợp Silicagel từ thủy tinh lỏng.
Đây là phương pháp được sử dụng để tổng hợp silicagel cả trong phòng thí
nghiệm và trong sản xuất công nghiệp từ nguồn nguyên liệu thủy tinh lỏng cà axit
H
2
SO
4
theo phương pháp Sol-gel. Quá trình hình thành gel silica gồm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn tạo Sol
Thêm từ từ dung dịch H
2
SO
4
vào dung dịch thủy tinh lỏng tới pH xác định.
Na2SiO3 + H
2
SO
4
Na2SO4 + H2SiO3
Axit silisic ban đầu được tạo ra dưới dạng các hạt keo SiO.nH2O
- Giai đoạn ngưng tụ:
Khi nồng độ các hạt keo tăng lên thì từ trạng thái sol, dung dịch keo sẽ
chuyển sang trạng thái gel.
Sau quá trình tổng hợp ta thu được khối gel silica ướt, đem rửa và sấy ở
nhiệt độ thích hợp sẽ thu được silicagel khô.
 Ưu điểm của phương pháp:
Quá trình tồng hợp được tiến hành dễ dàng trong điều kiện thường, hóa chất

đơn giản và rẻ tiền.
 Nhược điểm của phương pháp:
Khó loại bỏ lượng muối và hóa chất còn dư trong gel silica nên phải rửa nhiều lần
1.4.3.3 Tổng hợp Silicagel từ tro trấu.
Ngành hóa dầu 12 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Trong vỏ trấu chứa hàm lượng SiO2 rất lớn (khoảng 85%). Nước ta
lại nà nơi sản xuất lúa gạo lớn trên thế giới nên lượng vỏ trấu dư thừa rất nhiều.
Do đó nước ta rất phù hợp để phát triển công nghệ sản xuất silicagel từ tro trấu.
 Ưu điểm của phương pháp:
Thích hợp với điều kiện tự nhiên và ngành lúa nước của nước ta.
1.4.4 Ứng dụng
Trong xây dựng: dùng làm chất phụ gia xi măng, gạch chịu lửa và ngói,
Trong đời sống: dùng làm chất hút ẩm, chế tạo thiết bị lọc nước, đồ dùng
bằng thủy tinh, chất bán dẫn,
Ngày nay, Silic đioxit còn được dùng làm nguyên liệu để sản xuất vật liệu
xúc tác mao quản trung bình như: MCM-41, MCM-48, SBA-15, SBA-16
1.5. Sản xuất silicagel từ tro trấu
1.5.1 Phân tích thành phần tro trấu
Trong vỏ trấu, bên cạnh thành phần chính là xenlulô và lignin thì nó chứa
một hàm lượng đáng kể các oxit kim loại. Bảng 1 dưới đây trình bày thành phần
hoá học của vỏ trấu gạo dùng trong khóa luận này. Có thể thấy rằng thành phần
của các oxit chỉ chiếm khoảng 9,92%, trong khi đó một lượng lớn chất hữu cơ
chiếm đến 90,08 %. Trong thành phần các oxit kim loại thì SiO
2
chiếm 99,17% về
khối lượng.
Như vậy, theo kết quả phân tích nguyên tố thì hàm lượng SiO
2

trong vỏ trấu
gạo đang nghiên cứu tương đối thấp, chỉ chiếm 9,838%. Trong khi đó, hàm lượng
SiO
2
ở các nơi khác, cụ thể như ở Ai Cập, hàm lượng SiO
2
trong vỏ trấu đến 20% .
Điều này có thể được giải thích là ở các điều kiện thổ nhưỡng khác nhau, các
giống lúa khác nhau có ảnh hưởng rất lớn đến hàm lượng các nguyên tố chứa
trong vỏ trấu.
Bảng 1: Thành phần các oxit trong vỏ trấu
Hợp chất SiO
2
Fe
2
O
3
CaO MgO MnO
2
Na
2
O K
2
O
% khối lượng 9,838 0,020 0,002 0,003 0,007 0,020 0,030
Vỏ trấu sau khi rửa sạch và phơi thật khô, đem đốt cho cháy hết các chất hữu
cơ, đem phân tích ta thu được thành phần hóa học của tro trấu như sau:
Ngành hóa dầu 13 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu

Bảng 2: Thành phần hóa học của tro trấu
Chất hữu cơ cháy (%) Tro (%)
88 12
Thành phần của tro
SiO
2
Al
2
O
3
K
2
O CCK
85,2 2,1 1,5 1,2
Từ bảng 2 ta thấy rằng, trấu sau khi bị đốt kĩ thành tro thì thành phần của chất hữu
cơ bị cháy chiếm 88 %, SiO
2
và các chất khác chiếm 12 % còn lại, đặc biệt là
trong tro, SiO
2
chiếm đến 85,2 %, tức là lớn hơn rất nhiều so với trong vỏ trấu, do
vậy tôi mới quyết định chọn phương pháp thu hồi SiO
2
từ tro trấu
1.5.2. Cơ sở lý thuyết sản xuất silicagel từ tro trấu.
Mặc dù oxit silic chiếm một lượng khá lớn trong vỏ trấu nhưng chúng tôi
chưa tìm được tài liệu nào công bố về dạng tồn tại của oxit silic trong vỏ trấu.
Theo sự hiểu biết của chúng tôi, rất có thể oxit silic tồn tại một dạng cơ kim nào
đó như một dạng “alkoxit tự nhiên”. Khi được chiết trong dung dịch kiềm nó bị
thuỷ phân và tạo thành muối natri silicat. Khi axit hóa dung dịch thu được bằng

HCl thì xảy ra phản ứng:
Na
2
SiO
3
+ 2HCl 2NaCl + H
2
SiO
3
Hoặc Na
2
SiO
3
+ CO
2
+ H
2
O H
2
SiO
3
+ Na
2
CO
3

H
2
SiO
3

trong dung dịch tự trùng hợp theo phản ứng sau:
nH
2
SiO
3
(SiO
2
)
n
+ nH
2
O
Trong dung dịch, các mầm hạt (SiO
2
)
n
lớn dần lên và phát triển thành các hạt
sol liên kết với nhau tạo thành gel. Gel thu được đem rửa sạch để loại bỏ các chất
bẩn, sau đó sấy và nung ta sẽ thu được SiO
2
. Rõ ràng hiệu suất chiết SiO
2
từ tro
trấu phụ thuộc chủ yếu vào giai đoạn các “alkoxit oxit silic” này thuỷ phân trong
môi trường kiềm.
1.6. Quy trình thu hồi SiO
2
trong phòng thí nghiệm.
Vỏ trấu sau khi lấy từ nhà máy xay xát về, đem rửa sạch hết các tạp chất, sau
đó đem phơi nắng cho thật khô.

Đốt trong lò trấu ở địa phương thường dùng để đun nấu (lò được làm sạch
kỹ tránh tạp chất trước khi đốt). Trấu cháy hoàn toàn thành tro. Bảo quản tro tránh
Ngành hóa dầu 14 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
tiếp xúc với hơi nước.
Cho 20 gam tro trấu vào cốc thủy tinh 500 ml, sau đó cho vào đó 250 ml
dung dịch NaOH (nồng độ 5,0M).
Đặt cốc thủy tinh gồm tro trấu với dung dịch NaOH này vào bể điều nhiệt
đun ở nhiệt độ là 90
o
C và thời gian đun là 4h.
Sau quá trình đun cách thủy hoàn toàn ta tiến hành lọc dung dịch này (ta gọi
là dung dịch 1) để loại bỏ chất bẩn và tro trấu còn dư, thu được dung dịch 2. Nếu
dung dịch 2 bị đục hoặc ngả vàng ta cho than hoạt tính vào dung dịch 2 để hấp thụ
các chất bẩn chảy qua giấy lọc, thu được dung dịch 3. Giai đoạn này quyết định sự
tinh sạch của SiO
2
thu được.
Lọc dung dịch 3 ta thu được dung dịch 4. Ta cho khí CO
2
với lượng phù hợp
vào dung dịch 4 cho đến khi dung dịch quánh lại. Hỗn hợp bây giờ ở dạng Gel,
Gel thu được đem rửa sạch bằng nước cất nhiều lần đến môi trường trung tính
(thử bằng giấy pH) để loại bỏ các chất bẩn và ion Cl
−
.
Ngành hóa dầu 15 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Trấu

Tro
Dung dịch 1 250 ml NaOH
Du Dung
dịch 2
Dung dịch 3
Dung dịch 4
Thêm CO
2
Rữa sạch, phơi
khô, đun kĩ
Tiến hành đun
cách thủy và lọc
Lọc
Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Hình 1: Sơ đồ quy trình thu hồi SiO
2
từ tro trấu
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT SILICAGEL
2.1 Sơ đồ công nghệ
Bản vẽ trang sau.
2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Đầu tiên vỏ trấu sau khi được rửa sạch và sấy khô để loại bỏ tạp chất, sẽ
được tiến hành xử lý làm giảm thành phần kim loại sau đó cho vào lò đốt (1) ở
500
0
C.
Ngành hóa dầu 16 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Rửa
sạch

bằng
nước
cất,
lọc
Hỗn hợp dạng Gel
SiO
2
.nH
2
O
Than hoạt tính
Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Trong tro trấu ta có được SiO
2
, tro trấu được đưa qua máy quạt (13) thổi vào
thiết bị phản ứng có cánh khuấy (4), đồng thời cho dung dịch xút NaOH 5M đã
được gia nhiệt sơ bộ bằng nước và để điều chế dung dịch Natri silicat . Sau khi tạo
thành Na
2
SiO
3
thì cho sản phẩm này đi vào thiết bị khuấy (12) nhằm tăng hiệu suất
phản ứng, sau đó được bơm (14) đưa vào thiết bị lọc (6). Tại đây phần cặn và tạp
chất được rửa bằng nước và được đưa vào thiết bị sấy(7), phần natri silicat chuẩn
được đưa thẳng vào thùng chứa(9) còn phần natri silicat. Có lẫn nước được đưa
qua thiết bị cô đặc (8) để bốc hơi phần nước lẫn trong Na
2
SiO
3
rồi được đưa vào

thùng chứa. Natri silicat từ thùng chứa được bơm đưa tới thiết bị phản ứng có
cánh khuấy sau khi được gia nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt, đồng thời sục phần
CO
2
được tận dụng từ lò đốt vào, tại đây hình thành nên gel sol silica và Na
2
CO
3
.
Sau đó sản phẩm được đưa qua thiết bị khuấy trộn nhằm tăng hiệu suất cho
quá trình. Silica sol dần dần hình thành gel lỏng và được ủ ở nhiệt độ 60
0
C trong
24h giúp ổn định cấu trúc gel. Gel lỏng sau khi được ủ, được rửa bằng nước nhiều
lần tại thiết bị lọc nhằm loại bỏ Na
2
CO
3
có trong gel trước khi cho Coban Clorua
(CoCl
2
) vào. Gel sau khi biến tính được để bay hơi tự nhiên ở nhiệt độ thường, sau
đó xử lý nhiệt ở 200
0
C để tạo silicagel. Phần muối Na
2
CO
3
được đưa vào thùng
chứa Na

2
CO
3
, tại đây ta đưa CaO vào để thu hồi lại lượng NaOH và được đưa vào
thùng chứa NaOH.

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1Cân bằng vật chất.
Gọi n là số mol nhập vào .
Ở thiết bị lò phản ứng có cánh khuấy 1 xảy ra phản ứng :
SiO
2
+2 NaOH =Na
2
SiO
3
+H
2
O
Hiệu suất phản ứng này là 80%.suy rat a có 0,8n mol tro trấu phản ứng.
Theo phản ứng này thì có cứ 1 mol tro trấu thì thu được 1 mol Na
2
SiO
3
.
Khi qua thiết bị khuấy trộn thứ 1 thì có hiệu suất la 95%.Từ đó cho ta thấy
hiệu suất tăng lên 15%.Suy ra số mol tro trấu là 0,95n.
Ta thừa nhận mất mát sản phẩm qua mỗi thiết bị lọc ,tách là 5%.Như vậy
sau khi qua thiết bị lọc thứ nhất thì ta thu được:
Ngành hóa dầu 17 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu

9025,0
100
0,95n.5
-0,95n =
n mol tro trấu
Sản phẩm tiếp tục đi qua thiết bị lò phản ứng có cánh khuấy thứ 2 .Tại đây
xảy ra phản ứng :
CO
2
+Na
2
SiO
3
+ H
2
O =Na
2
CO
3
+SiO
2
.nH
2
O ( với n <2).
Hiêu suất phản ứng lò phản ứng thứ 2 là 80%.
Sau đó sản phẩm lại được đưa vào thiết bị khuấy trộn thứ 2 .Khi sản phẩm
được đưa qua thiết bị trộn này thì hiệu suất sản phẩm được ổn định là 95%.

857,0
100
0,9025n.95
=
n mol tro trấu
Sau dó sản phẩm được đưa qua thiết bị lọc 2 .Tại đây thì sẽ bị mất mát
khoảng 5% ,tức là:

0,814n
100
0,857n.5
-0,857n =
mol tro trấu (1)
Theo đồ án ta có hiệu suất sản phẩm là :100kg/h =0,139m
3
/h.
Khối lượng riêng của SiO
2
là :
ρ
=480-720 kg/m
3
.

Khối lượng riêng của dd NaOH là :
ρ
=1356 kg/m
3
.

Ta chọn :
ρ
=720 kg/m
3
Khối lượng riêng của khí CO
2
là :
ρ
=19768 kg/m
3
.
• Khối lượng SiO
2
thu được là :
0,139 ×720 = 100,08.10
3
g .
• Số mol SiO
2
thu được là :

4,1643
60,9
10×100,08
3
=
mol (2)
Từ (1) và (2) ta được số mol nguyên liệu nhập vào ban đầu là:
n =
92,2018

814,0
4,1643
=
mol
Do tỷ 1 mol tro trấu phản ứng với 2 mol NaOH nên số mol NaOH là :
2 × 2018,92 = 4037,84 mol.
• Khối lượng NaOH nhập vào là:
4037,84 × 40 = 161513,6 g
Mặt khác hiệu suất phản ứng là 80% nên lượng NaOH chưa phản ứng là
161513,6 × 20/100 = 32302,72 g.
Do tỷ lệ phản ứng là 1-1 nên số mol khí CO
2
bằng số mol tro trấu: 2018,92 mol
Khối lượng CO
2
nhập vào là:
2018,92 × 44 = 88832,48 g
• Khối lượng NaOH dư: 32302,72 g.
• Khối lượng tro trấu đưa vào: 2018,92 × 60,9 = 122952,23 g.
• Lưu lượng tro trấu đưa vào:
77,170
720
122952,23
=
l/h
Ngành hóa dầu 18 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
• Lưu lượng NaOH đưa vào:
11,119

1356
161513,6
=
l/h
• Lưu lượng khí CO
2
đưa vào:
49,4
19768
48,88832
=
l/h
Vậy tổng lưu lượng đưa vào thiết bị lò phản ứng có cánh khuấy 1 là:
170,77 + 119,11 + 4,49 = 294,37 l/h
2. Cân bằng năng lượng
Tính lượng nhiệt mang vào thiết bị phản ứng
Nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào là Q
i
được tính theo công thức sau:
Q
i
= T.G
i
.C
i
(*)
Trong đó:
 T: nhiệt độ phản ứng trong thiết bị, T = 100
0
C = 373

0
K
 G
i
: Thành phần các cấu tưt trong nguyên lieu, Kg/h
 C
i
: nhiệt dung riêng đẳng áp của cấu tử, J/kg.độ
Từ phần tính cân bằng vật chất, ta có thành phần các cấu tử nguyên liệu
như sau:
 G
SiO2
= 122,952 kg/h
 G
CO2
= 88,832 kg/h
 G
NaOH
= 161,513 kg/h
Dùng phần mềm Hysis, ta có nhiệt dung riêng đẳng áp của cấu tử nguyên
liệu ở nhiệt độ 100
0
C và áp suất 1at là:
C
SiO2
= 4332 J/kg.độ
Tra bảng I.178/203 – [1], ta có nhiệt dung riêng đẳng áp của khí CO
2
ở áp
suất 1at là:

 C
CO2
ở 100
0
C là 0,2197 kcal/kg.độ
C
CO2
= 0,2197 kcal/kg.độ = 0,2197. 4,1868.10
3
J/kg.độ = 919,84
J/kg.độ
Tra bảng I.160 - [1], ta có nhiệt dung riêng đẳng áp của NaOH ở nhiệt độ
100
0
C và áp suất 1at là:
Ngành hóa dầu 19 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
C
NaOH
= 3280 J/kg.độ
Vậy ta có, trong một giờ, nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào thiết bị
phản ứng là:
Q
SiO2
= 100. 4332.122,952 = 53,628. 10
6
J/h = 53,628.10
3
kJ/h

Q
CO2
= 100.88,832.919,184 = 8,16.10
6
J/h = 8,16. 10
3
kJ/h
Q
NaOH
= 100.3280.161,153 = 52,86.10
6
J/h = 52,86.10
3
kJ/h
Vậy, tổng lượng nhiệt mà nguyên liệu mang vào thiết bị phản ứng là:
∑Q
vào
= Q
SiO2
+ Q
CO2
+ Q
NaOH
= 114,648. 10
3
kJ/h
Tính nhiệt lượng ra khỏi thiết bị phản ứng
Tính nhiệt lượng do sản phẩm mang ra
Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra cũng được tính theo công thức (*). Do
thiết bị hoạt động gần như đẳng nhiệt, nên ta có thể coi nhiệt độ tại đầu ra của

thiết bị phản ứng là T = 100
0
C
Thành phần các cấu tử trong sản phẩm đầu ra:
 G
NaOH dư
= 32,30272 kg/h
 G
CO2 dư
= 17,7665 kg/h
 G
SiO2.nH2O
= 100 kg/h
 G
SiO2 dư
= 24,59 kg/h
 G
Na2CO3
= 201,97 kg/h
Nhiệt dung riêng của các cấu tử lấy ở nhiệt độ 100
0
C và áp suất 1at:
 C
NaOH
= 3280 J/kg.độ
 C
CO2
= 919,84 J/kg.độ
 C
SiO2

= 4332 J/kg.độ
Dùng phần mềm Hysis, ta có nhiệt dung riêng của Na
2
CO
3
ở nhiệt độ 100
0
C và áp
suất 1at là:
 C
Na2CO3
= 1976 J/kg.độ
Vậy ta có, trong một giờ, nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào thiết bị phản ứng
là:
Q
NaOH dư
= 100.3280.32,30272 = 10,59.10
3
kJ/h
Q
SiO2 dư
= 100. 4332. 24,59 = 10,654.10
3
kJ/h
Q
CO2 dư
= 100.919,84. 17,7665 = 1,63.10
3
kJ/h
Ngành hóa dầu 20 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Q
Na2CO3
= 100. 1976. 201,97 = 31,83.10
3
kJ/h
Q
SiO2.nH2O
= 100. 4332.100 = 43,32.10
3
kJ/h
Vậy, tổng lượng nhiệt mà nguyên liệu mang vào thiết bị phản ứng là:
∑Q
ra
= Q
NaOH dư
+ Q
CO2 dư
+ Q
SiO2 dư
+ Q
Na2CO3
+ Q
SiO2.nH2O
= 106,041.10
3
kJ/h
Tính lượng nhiệt mất mát do môi trường xung quanh
Trong quá trình làm việc của thiết bị phản ứng, một phần nhiệt lượng có

thể bị mất mát. Lượng nhiệt mất mát này có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Bao gồm:
 Nhiệt thất thoát ra ngoài
 Nhiệt mất mát theo sản phẩm
 Nhiệt mất mát do lớp cách nhiệt không tốt
Ta giả thiết lượng nhiệt mất mát khoảng 7,5% lượng nhiệt mang vào, từ đó
ta có:
Q
mất mát
= 7,5%. Q
vào
= 7,5%.114,648 = 8,598610
3
kJ/h

Ngành hóa dầu 21 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
4.1.Tính toán kích thước thiết bị
Ta chọn thiết bị lò phản ứng có cánh khuấy lam thiết bị chính .Thiết bị
này có hiệu suất là 80% .Tổng lưu lượng đưa vào thiết bị này là:
Q = 294,37 l/h = 0,29437 m
3
/h.
Để thu được hiệu suất cao nhất là 80% ,ta chọn thời gian lưu tối ưu là t = 4h.
 Tính kích thước của thiết bị phản ứng có cánh khuấy :
Thiết bị được chế tạo bằng thép không rỉ .
 Thể tích của thiết bị :
V =Q×t = 0,29437 × 4 =1,177 m

3
.
Chọn thể tích thiết bị là 1,5 m
3
.
Chọn chiều cao lớp dung dịch trong thiết bị là h
o
=1.6 m.
V =h
o
×r
2
× r =0,55 m.
Vậy đường kính thiết bị là d = 1,1 m.
Chọn h
nón
=0,4 m
 Chiều cao của thiết bị là:
H = h
nón
+ h
o
=1,6 + 0,5 =2,0 m.
Thể tích nón:
V
nón
= = 0,127 m
3
.
Vậy thể tích thực của thiết bị V =1,5 + 0,127 = 1,627 m

3
.
 Đường kính ống dẫn dung dịch NaOH vào thiết bị phản ứng:
d
1
=
w
G
**785,0
ρ

(m)
Với: G là lượng dung dịch (kg/h)

ρ
là khối lượng riêng dung dịch
w là vận tốc dung dịch ( m/s)
 Đường kính ống dẫn dung dịch NaOHvào thiết bị phản ứng:
G
1
= 161,5136 (kg/h)
1
ρ
= 1356

(kg/m
3
)
Ngành hóa dầu 22 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
Chọn: w= 0,03 (m/s)
⇒
d
1
=
03,0.1356.785,0.3600
5136,116
= 0,0318m = 31,8 (mm)
Ta chọn đường kính ống dẫn NaOH vào là 35mm
 Đường kính ống dẫn tro trấu vào thiết bị phản ứng:
d
2
=
w
G
**785,0
ρ

(m)
Với: G là lượng dung dịch (kg/h)
ρ
là khối lượng riêng dung dịch
w là vận tốc dung dịch ( m/s)
Ta có:
G
2
= 122,9522 (kg/h)
2
ρ

= 720

Chọn: w= 0,03 (m/s)
⇒
d
2
=
03,0.720.785,0.3600
9522,122
= 0,0327m = 32,7 (mm)
Ta chọn đường kính ống dẫn NaOH vào là 35mm
 Tính toán cánh khuấy.
Chọn cánh khuấy turbine làm bằng thép không rỉ ,4 cánh nghiêng góc 45
o
hướng
xuống để đưa dung dịch từ trên xuống dưới.
Vì mực chất lỏng trong tháp cao 1,5m nên ta chọn hệ khuấy gồm 2 cánh khuấy
cách nhau 0.7m và cánh khuấy dưới cách đáy 0.4m để đảm bảo tính đồng đều và
gia tăng khả năng phản ứng cho quá trình.
Nguyên nhân chọn cánh khuấy turbine:
Khuấy chất lỏng có độ nhớt cao đến 5.10
5
cp, để điều chế huyền phù mịn, để
hòa tan các chất rắn nhanh hoặc để khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ
pha rắn đến 60%.
• Đường kính cánh khuấy :D
• Cánh khuấy dặt cách đáy :h =0,55 m.
• Chiều rộng cánh khuấy :D
r
= ×D =

Ngành hóa dầu 23 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
• Chiều dài cánh khuấy :L =
• Chiều dài bản cánh khuấy là: 0,01 m.
Năng lượng cần truyền vào nước :P =
Trong đó :
• P:năng lượng cần truyền cho dung dịch (W).
• V:thể tích thiết bị chính ,V =1,5 m
3
.
• :độ nhớt động học, (N.s/m
2
).
• :gradient vận tốc (s
-1
).
Bảng :các giá trị gradient cho trộn nhanh
Thời gian trộn t(s) Gradient G(s
-1
)
0,5 3500
10-20 1000
20-30 900
30-40 800
>40 700
(nguồn :cấp dung dịch tập 2 ,Trịnh Xuân Lai )
Theo bảng chọn G =700 (s
-1
),do thời gian khuấy là 4 h >40s.

→P = =700
2
×1,5 ×0,89.10
-3
=654,15 J/s =0,65415 kw.
Công suất của máy :
P
’
= =0,65415/0,8 =0,817 kw.
Trong đó :hệ số truyền động :
Từ công suất máy thu được, ta chọn loại motor có sẵn trên thị trường .
Ta chọn loại motor có công suất 1,1 kw có tốc độ quay là 1490 vòng /phút .
Và hệ số Re
k
=10
2
- 5.10
4

Công suất khuấy trộn:
N = K
N
.
ρ
n
3
.
5
k
d

(*)
Trong đó:
K
N
là chuẩn số công thức khuấy trộn (không thứ nguyên): K
N
= 0,5


ρ
là khối lượng riêng của môi trường chất lỏng:
ρ
NaOH
= 1356
Ngành hóa dầu 24 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Đồ án công nghệ - Khóa 2010 - 2014 Trường ĐH Bà Rịa-Vũng Tàu
n là số vòng quay của cánh khuấy trong 1 giây: n =
60
1490
= 24,833
d
k
là đường kính của thiết bị: d
k
= 1,1m
Vậy N = 0,5.1356.1531,96.1,61 = 16,7217.10
6

4.2 Bề dày thân thiết bị phản ứng

Nhiệt độ làm việc t
o
C =90
o
C.
Áp suất làm việc P
mt
=1 at =9,81.10
4
N/m
2
.
Chọn vật liệu là thép không rỉ để chế tạo thiết bị.
KH:X18H10
Giới hạn bền : N/m
2
.
Giới hạn chảy : =220.10
6
N/m
2
.
Chiều dày tấm thép :b =4 -25 mm .
Độ giãn tương đối : .
Hệ số dẫn nhiệt : .
Khối lượng riêng : .
Hệ số hiệu chỉnh :
Hệ số an toàn bền kéo : =2,6.
Hệ số an toàn bền chảy : =1,5.
Chọn tháp hàn tay bằng hồ quang điện với đường kính tháp D

t
>700 mm
nên ta có hệ số bền mối hàn =0,95 [tra bảng VIII .8.tập 2 ,trang 362].
Ta có :

5,1
10.220
.
6
==
η
σ
σ
c
c
k
n
.1 =146,667.10
6
N/m
2
.
P :áp suất trong thiết bị :P=P
mt
+P
tt
P
mt
là áp suất môi trường ,=1,03 .10
6

.
P
tt
là áp suất thủy tĩnh (N/m
2
).
Ngành hóa dầu 25 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm