Tính chất vật lí và hóa học của NaOH

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.
2.Điều chế và 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 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:

2NaCl + 2H2O dòng điện Cl2 + H2 + 2NaOH
NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy
và tơ nhân tạo, 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
A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:

Nồng độ nhập liệu

: xD = 12 %

Nồng độ cuối của sản phẩm

: xC = 30%

Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : GD ∗ xD = GC ∗ xC

Suy ra: GC=

GD ∗ x D
xC

=

1200 ∗12
30

= 480 kg/h .

2.Llượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống :
W = G D (1 −

Áp dụng công thức :

xD
)
xC

kg/h

Trong đó:
W

: Lượng hơi thứ của tồn hệ thống

GD : Lượng dung dịch ban đầu

kg/h
kg/h

xD,xC : Nồng độ đầu,cuối của 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 hơi thứ trong các nồi :

Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là :

WI
= 1. 1
W II

Khi đó ta có hệ phương trình:
WI
= 1.1
W II

WI + WII = W
Giải hệ trên có kết quả :
WI = 377.2 kg/h
WII = 342.8 kg/h
4. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi :
- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi I :

x’C=

GD .x D
1200.12
=
= 17.5
GD − WI 1200 − 377.2

%

- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi II :

x’’C=

GD .x D
1200.12
=
= 30
GD − WI − WII 1200 − 377.2 − 342.8

IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:
1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:

%


Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:
Theo đầu bài áp suất ngưng tụ là: Png = 0.5 at
Chọn áp suất của hơi đốt vào nồi I là : P1= 3.5 at
Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :
∆Pt =P1 – Png = 3.5 – 0.5 = 3 at

Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là :

∆P1
= 1 .5
∆P2

Kết hợp với phương trình : ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 3 at
∆P1 = 1.8 at

Suy ra :

∆P2 = 1.2 at
Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bị tập I ta có bảng sau
đây :

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 chú :
- Giá trị áp suất (P) và nhiệt độ (T) tra theo bảng I.250 trang 312 và bảng I.251
trang 315 ở SỔ TAY QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ (STQTTB) ,TẬP I.NXB


- Giá trị có được tính bằng phương pháp nội suy
2. Xác định nhiệt độ tổn thất :
Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (∆’):
Áp dụng công thức của Tiaxenko:
a.

∆’ = ∆’o . f
Ở đây :
∆’o : Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường.(Tra bảng VI.2 TRANG 67
,STQTTB,TẬP 2), Giá trị có được tính bằng phương pháp nội suy

t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I

ri : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ t’i .(Tra bảng I.250 TRANG
132,STQTTB ,T1) Giá trị có được tính bằng phương pháp nội suy

f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất
thường.

= 16.2

(273 + t 'i ) 2
ri

f
Ta có

(273 + 114.5) 2
f 1 = 16.2
2223100

= 1.094
f 2 = 16.2

(273 + 80 .79) 2
2307900


= 0.878
Do đó ⇒*f1=6.6*1.094 = 7.2 0C
*f2= 17*0.878=14.93 0C

Từ các dữ kiện trên ta lập được 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 đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :
Σ∆’ = ∆’I +∆’II = 7.2+14.93=22.13 0C
Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (∆’’ ):
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ∆P (N/m2), ta có:
b.

∆P =

1
2

ρS.g.Hop N/m2

Trong đó:

ρs : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m3
ρs =0.5 ρdd
ρdd : Khối lượng riêng của 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 sẽ tính được áp suất trung bình của dung dịch ở từng nồi thông qua
công thức:
Ptbi= P’i+∆Pi
( i ): nồi thứ i
Tra sổ tay ta có được 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 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 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 tại Ptb1=1.785 (at) ta có t”1=116.03 0C.
Suy ra : ∆”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 tại Ptb2 = 0.554 (at) ta có t”2= 83.37 0C.
Suy ra : ∆”2=(t”2+∆’2) – (t’2+∆’2)= 83.37 – 81.9 =1.47 0C
Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là:
Σ∆” =∆”1+∆”2 =0.53+1.47 = 2.00 0C
Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (∆”’)
Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ
và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 10C. Do đó:
c.

∆”’1=1.50C
∆”’2 =1.0 0C
d.

Tổn thất chung trong tồn hệ thống cô đặc:
Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’=24.38+2.00+2.5=28.88 0C
3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi 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 của dung dịch ở mỗi nồi:
Nồi I : ∆ti1=TI –tS1 suy ra tS1=T1 - ∆ti1=137.9 – 12.04 = 125.86 0C
Nồi II : ∆ti2=T2 –tS2 suy ra tS2=T2 - ∆ti2=114.5 – 16.08 = 98.42 0C


4. Cân bằng nhiệt lượng:
Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:

Nồi I:
a.

Nồng độ đầu dung dịch xD=15%<20% nên ta áp dụng công thức:
CD=4186 (1-xD) =4186 (1- 0.15) =3558.1 ,j/kg.độ
Nồi II:
≈

Coi C1 C2. Do xC=30%>20% nên áp dụng công thức: C1=C2=4186 – ( 4186 –
Cht)xC1
Cht : Nhiệt dung riêng của 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 3
.10 = 1310
40

j/kg.độ

Nhiệt dung riêng dung dịch ra khỏi nồi II là:
C2=C1 =4186 – ( 4186 – Cht )xC2 =4186 – (4186 – 1310)0.3


=3323.2 j/kg.độ
Lập phương trình cân bằng 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 hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h
i,i1,i2: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg
tD, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I và nồi II của dung dịch , 0C
CD, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung
dịch , j/kg.độ
θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,0C
Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ.
Qxq1,Qxq2 :nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J
GD : 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- Cng1. θ1=r (θ1)

và

i1- Cng2. θ2=r(θ2)

tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây:

đầu vào
Dung dịch NaOH :

Đầu ra nồi I
Dung dịch NaOH :

Đầu ra 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 hơi thứ bốc lên ở nồi I là :
W .i 2 + (G D − W ).C 2 .t 2 − G D .C1 .t1

=
0.95.r (θ 1 ) + 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 hơi thứ bốc lên ở nồi II là:
W2=W-W1=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h
Lượng hơi 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 1 )

289.9 kg/h


=

289 .9 * 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 hơi thứ ở các nồi:

C%(I) =

C%(II) =

303.5 − 289 .9
100% = 4.5% < 5%
303.5
289 .6 − 276
100% = 4.7% < 5%
289 .6

Vậy :
Lượng hơi thứ nồi I là : WI = 289.9 kg/h
Lượng hơi thứ nồi II là : WII = 289.6 kg/h
Lượng hơi đốt nồi I là : D = 314.6kg/h

Đáp ứng yêu cầu