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

Thiết kế xưởng làm sạch dung dịch nước muối cho sản xuất soda năng xuất 150.000 tấnnăm Với Số liệu ban đầu đưa ra: Dung dịch nước muối vào: NaCl = 310 gl Ca2+ = 0,1 gl Mg2+ = 0,05 gl  ≤ 1,19 gcm3 Để sản xuất soda, NaCl là một trong những nguyên liệu quan trọng. Nước muối ngoài thành phần cơ bản là natri clorua và nước còn chứa các tạp chất ở dạng hoà tan hoặc phân tán rất lớn. Các tạp chất hoà tan nằm dưới dạng muối calci và magie. Nước muối thu được sau khi hoà tan muối biển theo phương pháp hoà tan phân đoạn hoặc không phân đoạn không thể loại bỏ được tạp chất của muối calci và magie. Và khi đó sẽ làm ảnh hưởng đến các công đoạn sản xuất soda. Chính vì vậy, Nước muối trước khi đưa vào quá trình amoniac hoá cần phải được tinh chế loại bỏ ion calcie, magie và đạt các yêu cầu chất lượng kỹ thuật.

1

GVHD: TS La Thế Vinh SVTH: Trần Thị Thảo

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

2

PHẦN MỞ ĐẦU

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 quá trình amoniac hoá 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 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

1.2.1 Giới thiệu về sản phẩm soda

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

- Công nghiệp hoá chất: 23,7% tổng sản lượng

- Luyện kim loại màu: 11,9%

96% sản lượng soda dùng cho các ngành công nghiệp, 4% dùng cho các ngành kinh tế khác:

Thuỷ tinh Xà phòng, chất tẩy rửa Thực phẩm -Bột nở Y tế-Thuốc muối

- Luyện kim loại đen : 2,5%

- Công nghiệp dầu mỏ: 1% tổng sản lượng

- Các ngành công nghiệp khác : 32%

Xử lí nước

1.2 GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM SODA VÀ CƠ SỞ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

1.2.2 Cơ sở lý luận quá trình sản xuất

CƠ SỞ HOÁ LÝ QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH

Các tạp chất Ca2+ và Mg2+ trong quá trình amon hoá và cacbonat hoá sẽ tạo ra muối kép, muối kép này sẽlắng 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 hoá cần phải qua công 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 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

1.2.2 Cơ sở lý luận quá trình sản xuất

02

PHƯƠNG PHÁP DÙNG XÚT-SODA

03

PHƯƠNG PHÁP DÙNG SỮA VÔI-

SODA

04

Yêu cầu về chất lượng nước muối sau tinh chế

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

12

Dung dịch soda phải loãng, nồng độ 1-1,25N

và khi đưa vào không làm loãng dung dịch

NaCl Dùng dung dịch nước muối sạch nồng

độ 4,7N để pha

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 vôi rắn trước

khi cho vào thùng phản ứng

Chuẩn bị chất phản ứng

Trộn lẫn chất phản ứng

Loại kết tủa khỏi nước muối

1.3 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ GIAI ĐOẠN LÀM SẠCH NƯỚC MUỐI BÃO HOÀ

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

1.3.1 Dây chuyền làm sạch nước muối theo phương pháp sữa vôi-soda

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHẤT

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHẤT

2.1 Tính toán cân bằng chất thùng phảnứng

2.2 Tính toán pha loãng sữa vôi đặc

2.3 Tính toán pha loãng Soda

2.4 Tính toán cân bằng chất thùng lắng

NaCl+ NH3+CO2+ H2O  NaHCO3+ NH4Cl

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

𝑚 = 25,812 58,5 = 1510,0236 (𝑘𝑔)

Giả sử hiệu suất phản ứng là 72%  Khi đó lượng muối NaCl là:

2 TÍNH TOÁN 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

Mg2+≈ 0,256(kg)

Thể tích nước để pha muối rắn: V ≈ 4511,3558(l)

Trong quá trình làm sạch ta dùng: dung dịch sữa vôi: 3,7N; dung dịch soda: 1,15N

Số mol sữa vôi: nCa(OH)2 = 0,011 (kmol)

Số mol soda: nNa2CO3 = 0,024 (kmol)Theo lý thuyết:

2.1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHẤT THÙNG PHẢN ỨNG

Na2CO3 2Na++ CO32- (1)Ca(OH)2  Ca2+ +2OH- (2)

Mg2+ + 2OH-  Mg(OH)2 (3)

Ca2+ + CO32-  CaCO3 (4)Sữa vôi và soda dùng làm sạch thực hiện các phản ứng:

Nước muối sau làm sạch cần đạt các tiêu chuẩn:

2.1 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG CHẤT THÙNG PHẢN ỨNG

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

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

Thể tích sữa vôi 3,7N đưa vào làm sạch:

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

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

2.2 TÍNH TOÁN PHA LOÃNG SỮA VÔI ĐẶC

Người ta sử dụng dung dịch nước muối sạch để pha loãng sữa vôi

đặc => sữa vôi 3,7N

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

2.3 TÍNH TOÁN PHA LOÃNG SODA

Lượng Ca 2+, Mg 2+ còn lại trong dung

dịch nước muối chưa được làm sạch:

𝑚 = 0,02552 𝑘𝑔

𝑚 = 0,24 𝑘𝑔

Lượng kết tủa tạo thành:

+ Lượng Mg(OH)2 tạo thành do phản ứng làm sạch

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

𝑚 = 2,16 𝑘𝑔

Lượng vào Lượng ra

∑m1= 1602,0029(kg)

∑m1= 6101,6233(kg) V1=5127,4145(l)

∑m2= 6,8899(kg) V2=5,7078(l)

∑m=6154,2446(kg) V=5170,6875(l)

∑m= 6153,4431(kg) V=5170,6875(l)

Bảng 1: Bảng cân bằng vật liệu thùng phản ứng

Trong quá trình lắng cặn, giả sử hiệu suất lắng cặn là 100%, nước muối theo

Lượng vào Lượng ra

Chất Khối lượng(kg) Chất Khối lượng(kg)

NaCl 1602,0029 Nước muối sạch

𝐦 = 𝟔𝟏𝟓𝟑, 𝟒𝟒𝟑𝟏 𝐤𝐠 𝐦 = 𝟔𝟏𝟓𝟑, 𝟒𝟒𝟑𝟏 𝐤𝐠

Bảng 2: Bảng cân bằng chất thùng lắng

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

MÁY LẮNG

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

3.2 Xác định đường kính của thiết bị

3.3 Xác định chiều cao của thiết bị

3.4 Xác định độ dày của thiết bị

3.5 Tính toán một số chi tiết khác

Pha rắn lắng hoàn toàn tạo thành bùn Giả thiết bể lắng làm việc ở nhiệt độ 25 , áp suất thường.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ MÁY LẮNG

GIẢ THIẾT

01

02

Xem xét không có sự mất mát của chất lỏng

Quá trình lắng hoàn toàn (chất lỏng sạch không có phân tử rắn)

Tỉ lệ Ca2+/Mg2+ Tốc độ lắng

(mm/phút)

5 15,6 1,67 5,5

Lượng bã thải đi ra sau 1h là: 𝟑

Năng suất:

,

Giả sử nhà máy làm việc 320 ngày

Diện tích lắng được xác định theo công thức III.112 và III.113 [2-551], ta có:

Trong đó: Vo là lượng pha lỏng trong huyền phù trước khi lắng ( )

V1 là lượng nước trong sau khi lắng ( )

V2 là lượng nước còn lại trong bã sau khi lắng ( )

3.2 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA THIẾT BỊ LẮNG

Chọn vùng nước trong:

Xác định chiều cao vùng lắng h2:

3.2 XÁC ĐỊNH CHIỀU CAO CỦA THIẾT BỊ LẮNG

Xác định h3: Chiều cao vùng khuấy(chiều cao đáy)

Bề dày thiết bị:

Quy chuẩn: S= 0,3m = 30mm

3.4 XÁC ĐỊNH ĐỘ DÀY THÀNH THIẾT BỊ LẮNG

Chọn vật liệu bền trong môi trường muối ăn Chọn gang xám Kí hiệu S338-60

Bề dày thiết bị lắng tính theo công thức XIII.8 [3-360]:

Trong đó:

Dtr: đường kính trong của buồng đốt, m

: hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc

P: áp suất trong của thiết bị, N/m2

C: hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, m

: ứng suất cho phép, N/m2

 Đường kính của ống dẫn nước muối sạch ra: . . . , ,

3.5 TÍNH TOÁN MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC

3.5.1 Xác định đường kính ống dẫn nước muối sạch

ra

Lưu lượng nước muối sạch ra mỗi giờ: Q=95,9 (m3/h)

Chọn tốc độ dòng nước trong chảy trong ống trung bình là v = 1,5 m/s

Quy chuẩn chọn dtr= 180mm

Bể làm việc liên tục, tháo bã ra liên tục, để tránh lượng nước đi theo bã quá nhiều thìđường kính ống dẫn bã thải ra khá nhỏ.

3.5 TÍNH TOÁN MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC

3.5 TÍNH TOÁN MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC

Độ dốc về phía ống tháo nước ra I=0,02

Chọn thiết kế kiểu 2 cánh cào, vật liệu làmcánh cào và răng cào là thép không gỉ

Bộ phận gạt bùn được bố trí trên trục trungtâm Trục trung tâm được cố định tại tâm bể vàxoay tròn

THIẾT BỊ LẮNG RĂNG CÀO CHO SẢN XUẤT SODA NĂNG SUẤT 150000 TẤN/NĂM

Hình: Thiết bị máy lắng có răng cào 1 tầng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] GS.TSKH La Văn Bình, Kỹ thuật sản xuất các chất kiềm, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2017

[2] Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật[3] Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

[4] Nguyễn Bin, Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 1, Nhà xuất bản khoa học