Cô Đặc

Chia sẻ: hoanglong032

Từ thể lỏng chuyển thành hơi có thể có hai trạng thái: bay hơi hoặc sôi. Khi bay hơi nhiệt độ của dung dịch thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất của dung môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên mặt thoáng của dung dịch, nhưng nhỏ hơn áp suất chung.

Bạn đang xem 7 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Cô Đặc

Cô Đặc
I – Những khái niệm cơ bản:
Quá trình bay hơi thường dùng để:
– làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch (làm đậm đặc);
– tách các chất hòa tan ở dạng rắn (kết tinh);
– tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất);
– lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân
làm lạnh…
Từ thể lỏng chuyển thành hơi có thể có hai trạng thái: bay hơi hoặc
sôi. Khi bay hơi nhiệt độ của dung dịch thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất của
dung môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng
trống trên mặt thoáng của dung dịch, nhưng nhỏ hơn áp suất chung. Trạng
thái bay hơi có thể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng
khi tốc độ bay hơi càng lớn, còn sự bốc hơi ở trạng thái sôi xảy ra ở cả
trong dung dịch (tạo thành bọt) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất
chung trên mặt thoáng, trạng thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp
suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc
dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô
đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa
tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng
dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử
trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ,
hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu
dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi
đó là hơi phụ. Truyền nhiệt trong quá trình cô dặc có thể trực tiếp hoặc
gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với
dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để
đốt nóng.

1.Bản chất vật lý của quá trình bốc hơi.
Qúa trình bốc hơi theo thuyết động học phân tử giải thích như sau:
Các phân tử của chất lỏng nằm gần mặt thoáng có chuyển động vì nhiệt,
ở thời điểm nào đó tốc độ chuyển động của phân tử vượt quá tốc độ giới
hạn sẽ thoát khỏi bề mặt chất lỏng trở thành trạng thái tự do (hơi). Khi
bay hơi các phân tử cần khắc phục lực liên kết ở trạng thía lỏng và trở
lực của áp suất bên ngoài khi đó phân tử bay hơi cần phải thu nhiệt bên
ngoài, lượng nhiệt lấy đi trong quá trình bay hơi ở nhiệt độ xác định của
một đơn vị khối lượng chất lỏng gọi là ẩn nhiệt bay hơi. Khi nhiệt độ
tăng ẩn nhiệt bay hơi giảm, ở nhiệt độ tới hạn ẩn nhiệt bay hơi bằng
không.
Khi sôi chất lỏng bốc hơi không những ở trên mặt thoáng của chất
lỏng mà phần chủ yếu là ở các bọt hơi được tạo thành trong chất lỏng.
Các bọt hơi là những tâm tạo thành hơi, trong quá trình bốc hơi các bọt
hơi tăng dần kích thước và nhờ lực đẩy Acsimet nó sẽ bị đẩy lên mặt
thoáng, đồng thời các bọt khác lại được tạo thành, kết qủa là hơi được
chuyển liên tục từ bên trong lớp chất lỏng lên mặt thoáng.
Các bọt hơi tạo thành do trong chất lỏng có một số khí hòa tan, khi
đun nóng các khí thoát ra tạo thành nhiều bọt, từ các bọt này chất lỏng sẽ
bay hơi, hiện tượng này thường có ở giai đoạn đầu của quá trình sôi. Mặt
khác các bọt được tạo thành từ các đầu nhám của bề mặt truyền nhiệt.
Điều kiện để tạo thành bot hơi là áp suất hơi trong bọt phải bằng áp
suất của chất lỏng xung quanh. Ở điều kiện này chất lỏng sẽ bay hơi
mạnh, mặc dù lượng nhiệt cung cấp từ ngoài vào cho chất lỏng tương đối
lớn nhưng nhiệt độ của nó cũng không tăng.
Đôi khi chất lỏng sôi ở trạng thái quá nhiệt (hiện tượng này xảy ra ở
giai đoạn đầu của quá trình sôi) do chất lỏng không chứa khí hòa tan, khi
đó áp suất hơi bên trong bọt p1 phải bằng áp suất p0 của chất lỏng bên
ngoài cộng thêm áp suất p’ để thắng trở lực do sức căng bề mặt giữa hơi

và lỏng, áp suất này bằng p’ = ρ (ở đây σ - sức căng bề mặt; ρ - bán
kính của bọt)
Nghĩa là
p1 = p0 + p’
vì p = f(t) cho nên muốn áp suất trong bọt bằng p 1 chất lỏng cần phải quá
nhiệt một đại lượng ∆ t = t1 – t0 (ở đây t0 - nhiệt độ sôi ứng với p0; t1 -
nhiệt độ sôi ứng với nhiệt độ quá nhiệt).
2.Một số tính chất của dung dịnh.
a) Nhiệt hòa tan: khi hòa tan chất rắn vào một dung môi nào đó thì
một mặt dung môi sẽ lạnh đi vì khi hòa tan chất rắn cần thu nhiệt để phá
vỡ mạng lưới tinh thể (nhiệt nóng chảy), mặt khác chất hòa tan sẽ có tác
dụng hóa học với dung môi tạo thành solvat (khi hòa tan trong nước gọi là
hyđrát) khi đó sẽ tỏa nhiệt. Nhiệt hòa tan là tổng nhiệt nóng chảy và nhiệt
sovat, trị số của nhiệt hòa tan dương (tỏa nhiệt) hoặc âm (thu nhiệt) phụ
tthuộc vào tinh chất của chất hòa tan, dung môi và nồng độ chất hòa tan.
Nhiệt tích phân của quá trình hòa tan là lượng nhiệt (dương hoặc âm) của
1kg chất rắn khi hòa tan trong một lượng dung môi rất lớn nghĩa là nếu ta
tiếp tục thêm dung môi vào thì thực tế không có hiệu ứng nhiệt nữa. Các
chất dễ tạo thành sovat thì nhiệt hòa dương, còn những chất không tạo
solvat nhiệt hòa tan âm.
b) Nhiệt độ sôi của dung dịch: nhiệt độ sôi của dung dịch có tính chất
quan trọng khi tính toán và thiết kế thiết bị cô đặc vì từ nhiệt độ sôi của
dung dịch ta sẽ chọn chất tải nhiệt để đốt nóng cũng như các chế độ làm
việc của thiết bị. Hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và dung dịch là một
trong những yếu tố xác định bề mặt truyền nhiệt của thiết bị.
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và
chất hòa tan, khi nồng độ tăng thì nhiệt độ sôi tăng. Nhiệt độ sôi của dung
dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở cùng áp suất, điều này có
thể giải thích theo định luật Raun:
Ps − P n
=
Ps N
Ở đây Ps – áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất
P – áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt dung dịch
n – số mol của chất hòa tan;
N – số mol của dung môi.
Từ biểu thức trên ta thấy Ps > P nghĩa là áp suất hơi bão hòa của dung
môi trên mặt dung môi nguyên chất luôn luôn lớn hơn áp suất hơi bão hòa
của dung môi trên mặt dung dịch khi có nhiệt độ như nhau, cũng từ biểu
thức này ta thấy khi tăn gn (tăng nồng độ của dung dịch) thì P sẽ giảm.
Hiệu số Ps – P = ∆ P gọi là độ giảm áp suất của dung môi trên dung dịch.
Nếu ở nhiệt độ như nhau áp suất của dung môi trên dung dịch luôn nhỏ
hơn áp suất của dùng môi trên dung môi nguyên chất thì ngược lại khi có
cùng áp suất bên ngoài như nhau nhiệt độ sôi cả dung dịch sẽ luôn luôn
lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. Hiệu số của nhiệt độ sôi
của dung dịch và dung môi nguyên chất
t – ts = ∆ ’
∆ ’ là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất, ∆ ’
cũng phụ thuộc nồng độ, nồng độ tăng thì ∆ ’ cũng tăng. Đại lượng này
gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ. Trị số của ∆ ’ phụ thuộc vào chất hòa
tan.
Khi tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất khác ta ứng dụng
quy tắc Babô, theo quy tắc này: độ giảm tương đối của áp suất hơi bão
hòa của dung môi trên dung dịch ở nồng độ đã cho là một đại lượng không
đổi không phụ thuộc vào nhiệt độ sôi. Nghĩa là:
Ps − P
Ps
= hằng số
P
do đó Ps
= hằng số
Từ biểu thức này ta biết nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồng độ đã cho ứng
với áp suất nào đó thì ta có thể xác định được nhiệt độ sôi ở các áp suất
khác.
Nhiệt độ sôi của dung dịch cũng phụ thuộc vào độ sâu, trên mặt
thoáng nhiệt độ sôi thấp nhất, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng. Ví
dụ nước đun sôi trong ống đứng ở áp suất thường, trên miệng ống sôi ở
1000C, ở sâu 4m sôi ở 108,70C nguyên nhân của nhiệt độ sôi khác nhaủơ
trên mặt thoáng và ở dưới của chất lỏng là do có thêm áp suất thủy tĩnh
của chất lỏng. Hiệu số giữa nhiệt độ sôi trên mặt thoáng tp và ở lớp dưới
t(p + ∆ p) gọi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh
t(p + ∆ p) – tp = ∆ ’’
ở đây: t(p + ∆ p) – nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với p + ∆ p
tp – nhiệt độ của dung dịch ứng với ứng với áp suất p trên mặt
thoáng. Áp suất thủy tĩnh trong tính toán ta lấy trị số trung bình:
∆ p = ρ ' .gh [N/m2];
ở đây ρ ' – khối lượng riêng của dung dịch ở dạng bọt, kg/m3
ρ
Trong tính toán gần đúng có thể lấy ρ ' =
2
ρ – khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3;
g – gia tốc trọng trường, m/s2;
h – độ sâu kể từ mặt thoáng đến giữa ống truyền nhiệt, m;
Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh cũng như tổn thất nhiệt độ do
nồng độ làm giảm hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và nhiệt độ sôi
của dung dịch, làm tăng bề mặt truyền nhiệt của thiết bị nhưng ở đây
lượng nhiệt cung cấp để đun quá nhiệt dung dịch không bị mất, vì khi đi
lên trên áp suất giảm nó sẽ cung cấp cho môi trường xung quanh phần
nhiệt quá nhiệt.
c) Sự thay đổi tính chất của dung dịch khi cô đặc: Khi dung dịch bay
hơi nồng độ chất hòa tan sẽ tăng, do đó tính chất của dung dịch sẽ thay
đổi, nó có thể ảnh hưởng đến quá trình tính toán, cấu tạo và vận hành của
thiết bị cô đặc. Tính chất của dung dịch thay đổi theo thời gian cô đặc và
nồng độ của dung dịch ở áp suất không đổi biểu thị bằng đồ thị hình 9-4.
Trên hình (9-4a) biểu thị nồng độ thay đổi theo thời gian τ từ xđ đến xc ,
lúc đầu tăng nhanh sau chậm dần.
λ α2
c

ν

ρ
∆'
τ
I 0 II I 0 II
H ình 9-4. Sự thay đổi tính chất của dung dịch theo thời gian:
I – miền chưa bão hòa; II – miền bão hòa.
Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng c, hệ số cấp nhiệt
α 2 phía dung dịch sẽ giảm, ngược lại khối lượng riêng ρ, độ nhớt ν tổn
thất do nồng độ ∆' sẽ tăng, các các tính chất này thể hiện trên đồ thị hình
(9-4b), đồng thời khi tăng nồng độ sẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám
trên bề mặt truyền nhiệt, những tính chất đó làm giảm khả năng truyền
nhiệt của thiết bị. Khi cô đặc các dung dịch kết tinh, đến thời gian τ 0 nào
đó dung dịch sẽ bão hòa, nếu tiếp tục cho bốc hơithì chất hòa tan sẽ tách
ra ở dạng rắn (kết tinh), nồng độ của dung dịch sẽ không thay đổi, càng
về sau lượng tinh thể càng tăng. Nồng độ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ sôi
của dung dịch, khi nhiệt độ sôi tăng thì nồng độ bão hòa tăng, giới hạn
thay đổi thể hiện trên khu gạch chéo trên hình (9-4a). Ở miềnquá bão hòa
II, đường nồng độ có hai nhánh, nhánh trên là nồng độ tính theo toàn bộ
khối lượng chất hòa tan, còn nhánh dưới là nồng độ của nước cái. Độ
nhớt của dung dịch ở miền quá bão hòa cũng có hai nhánh (hình 9-4b),
nhánh trên là độ nhót của huyền phù còn nhánh dưới là nước cái.
Đối với các dung dịch không kết tinh hoặc có chất không kết tinh thì
không có phần miền II.
Đối với các dung dịch có miền II người ta thường ứng dụng cô đặc
chân không.
3. Các phương pháp cô đặc.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều
nồi làm việc gián đọan hoặc liên tục. Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho
vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng yêu cầu, hoặc cho vào liên tục
trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng độ
dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ láy ra một lần sau đó lại cho
dung dịch mới để cô.
Khi cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi dung dịch và
hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Quá trình cô
đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật,
khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị
hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân
không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi
của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung
dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt.
Cô đặc chân không có thể dùng hơi đốt ở áp suất thấp, điều đó rất có
lợi khi ta dùng hơi thải của các quá trình sản xuất khác.
Cô đặc chân không cho phép ta cô đặc những dung dịch ở nhiệt độ
sôi cao (ở áp suất thường) có thể sinh ra những phản ứng phụ không cần
thiết (oxy hóa, nhựa hóa, đường hóa …). Mặt khác do nhiệt độ sôi của
dung dịch thấp thì tổn thất nhiệt ra môi trường chung quanh sẽ nhỏ hơn
khi cô đặc ở áp suất thường.
4 – Cô đặc nhiều nồi.
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó
có ý nghĩa kinh tế caovề sử dụng nhiệt.
Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:
Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này
đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,
…hơi thứ ở nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ (xem hình 9-8). Dung
dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một
phần, nồng độ tăng dần lên.
Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh
lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh
lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm
việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của
nồi sau. Thông thường thì nồi đầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm
việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển (chân không).
Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với
một nồi, vì nếu ta giả thiết rằng cứ 1kg hơi đưa vào đốt nóng thì được
1kg hơi thứ, như vậy 1kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi số kg
hơi thứ tương đương với số nồi trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, hay nói
cách khác là lượng hơi đốt dùng để làm bốc 1kg hơi thứ tỷ lệ nghịch với
số nồi. Ví dụ khi cô đặc hai nồi: 1kg hơi đốt vào nồi đầu làm bốc hơi 1kg
hơi thứ trong nồi đầu, 1kg hơi thứ này đưa vào đốt nóng nồi sau cũng bốc
hơi 1kg hơi thứ nữa, như vậy đối với hai nồi ta được 2kg hơi thứ và
1
lượng hơi đốt tính theo 1kg hơi thứ la = 0,5 kg.
2
Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi.
Hệ thống cô đặc nhiều nồi làm việc xuôi chiều, ngược chiều và
song song..
Trên hình 9-8 là sơ đồ cô đặc ba nồi xuôi chiều.
Dung dịch đi vào nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 nồi 3 nhờ chênh
lệch áp suất trong các nồi. Còn hơi đốt đi vào phòng đốt của nồi 1 để đốt
nóng dung dịch ở nồi 1, hơi thứ của nồi 1 đi vào phòng đốt của nồi 2, hơi
thứ nồi 2 đi vào phòng đốt nồi 3 và hơi thứ nồi 3 đi vào thiết bị ngưng tụ
4.
Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng phổ biến hơn cả,
loại này có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau
nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn
nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao
hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi, lượng nhiệt
này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi.
Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do
đó cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy
khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun
nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ.
Khuyết điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các
nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ
nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ
nồi đầu đến nồi cuối.

II – Giới thiệu chung về NaOH.
Các hiđroxit MOH là chất rắn màu trắng, nóng chảy ở nhiệt độ
tương đối thấp tạo nên chất lỏng linh động và trong suốt.
Ở trạng thái nóng chảy, chúng ăn mòn thủy tinh, sứ và (khi có mặt
không khí) cả platin cho nên để nấu chảy chúng, cần phải dùng các dụng
cụ bằng sắt, niken hoặc bạc.
Tất cả hiđroxit đều hút ẩm mạnh. Khi để trong không khí, thọat đầu
chúng bị ướt và sau một thời gian có thể tan thành dung dịch.
Quá trình hòa tan phát ra những lượng nhiệt lớn, vào khoảng
40kJ/mol. Theo nguyên lý Lơ Satơliê, độ tan của chúng phải giảm xuống
khi nhiệt độ tăng lên. Nhưng thực tế độ tan của NaOH vẫn tăng theo nhiệt
độ.
Hiđroxit MOH cũng dễ tan trong rượu metylic, rượu etylic.
Ở nhiệt độ cao hơn, KOH có kiến trúc lập phương kiểu muối ăn,
còn LiOH có kiến trúc lớp.
Ở trạng thái rắn cũng như trạng thái dung dịch các hiđroxit MOH đều
gồm hoàn toàn các ion.
Là chất kiềm mạnh, các hiđroxit MOH tương tác dễ dàng với các oxit
axit và axit tạo nên muối.
Natri hiđroxit là chất rắn không trong suốt, có màu trắng, hút ẩm rất
mạnh. Nó tan dễ dàng trong nước và rượu. Quá trình tan trong nước phát
nhiệt nhiều. 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. Nó 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.
Trước kia trong công nghiệp, 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:
dòng điện
2NaCl + 2H2O Cl2 + H2 + 2NaOH
Cân bằng vật chất
Những công thức tính
1. Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ
dung dịch thay đổi từ xđ đến xc :
W = Gđ(1 - xđ/xc), kg/s;
trong đó Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/s; xđ , xc - nồng độ đầu và nồng độ
cuối của dung dịch, % khối lượng.
2. Nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi:
Gd ⋅ xd
B1 = , % khối lượng;
Gd −W1
G1 ⋅ xd
B2 =
G − ( W1 + W2 ) , % khối lượng;
Gd ⋅ xd
Bn = , % khối lượng;
G d − (W1 + W2 + ... + Wn )
trong đó B1, B2, …, Bn - nồng độ cuối của dung dịch trong các % khối
lượng; W1, W2, … , Wn - lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi kg/s; xđ - nồng
độ đầu của dung dịch, % khối lượng; Gđ - lượng dung dịch đầu, kg/s;

3. Tính tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ ở áp suất khác có thể dùng quy
tắc Babô. Theo quy tắc Babô thì quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa của
dung môi trên dung dịch loãng p với áp suất hơi bão hòa của dung môi
nguyên chất p0 ở cùng nhiệt độ là không đổi và đối với dung dịch có nồng
độ nhất định quan hệ đó không phụ thuộc nhiệt độ sôi.
(p/p0)t = const
4. Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh ∆ ’’
(tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):
Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
h2
Ptb = P0 + (h1 + ) ρ dds ⋅ g , N/m2;
2
trong đó P0 – áp suấthơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, N/m2; h1 - chiều
cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng của dung dịch, m; h2 - chiều cao ống truyền nhiệt, m; ρ dds - khối
lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3; g – gia tốc trọng trường, m/s2.
Vậy ta có: ∆ ’’ = ttb – t0 , độ;
ở đây ttb - nhiệt độ sôi ứng với áp suất ptb, 0C; t0 - nhiệt độ sôi ứng với áp
suất p0, 0C.
5. Tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực trong các ống dẫn gây nên:
∆ ’’’ = t1 – t0, độ;
Thường đối với mỗi nồi ∆ ’’’ = 1 – 1,50C, do đó trong tính toán để đơn
giản ta có thể tự chọn trong khoảng này.
6. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc được xác định như sau:
∆t hl = ∆t ch − ∑ ∆ , độ;
trong đó ∆t ch - hiệu số nhiệt độ chung, nghĩa là hiệu số giữa nhiệt độ hơi
đốt của nồi I và nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ:
∆t ch = t − t ngt , độ;
ở đây t - nhiệt độ hơi thứ của nồi I, 0C; tngt - nhiệt độ của hơi thứ ở thiết
bị ngưng tụ, 0C; ∑ ∆ - tổng tổn thất nhiệt độ, 0C.
∑ ∆ = ∑ ∆' + ∑ ∆'' + ∑ ∆''' , 0C.
Cân bằng nhiệt lượng
- Hệ số cấp nhiệt tính theo công thức Nuxen:
rρ 2 λ 3 g rρ 2 λ 3
α = 1,1154 = 2,044 , [W/m2 độ]; (1)
µ∆tH µ∆tH
trong đó: r - nhiệt ngưng tụ của hơi, J/kg;
ρ - khối lượng riêng của nươvs ngưng, kg/m3;
λ - độ dẫn nhiệt của nước ngưng, W/m độ;
µ - độ nhớt của nước ngưng, Ns/m2;
∆t - hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ
thành
( ∆t = t bh − tτ );
H - chiều cao ống đứng hoặc trường, m.
Đại lượng r phải lấy ở nhiệt độ hơi ngưng tụ tbh, còn λ, µ và ρ lấy ở
nhiệt độ trung bình của màng trước ngưng:
tτ + t bh
tm =
2
trong đó: tτ - nhiệt độ thành ở phía. Công thức (1) khi áp dụng để tính cho
hơi nước ngưng tụ có thể rút gọn như như:
0 , 25
 r 
α = 2,042 A  , [W/m2 độ];
 H∆t 
trong đó:
ρ 2 λ3
A= 4
µ

Đối với nước hệ số A có trị số phụ thuộc vào nhệit độ màng tm như
sau:
Tm, 0C: 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
A : 104 120 139 155 169 173 188 184 197 199 199

-Hệ số cấp nhiệt:
α n = 45,3 p 0,50 ∆t 2,33 , [W2 độ];
trong đó: p – áp suất làm việc, t;
∆t = tτ - t : hiệu số nhiệt độ giữa thành và chất lỏng sôi;
q - nhiệt tải riêng, W/m2;
Hệ số cấp nhiệt của các chất lỏng bất kỳ khác và của dung dịch
chưa có công thức tính toán thật đơn giản và chính xác.
Khi cần tính toán gần đúng cho dung dịch hoặc một chất lỏng bất kỳ,
ta có thể tính theo hệ số cấp nhiệt α n của nước rồi nhân thêm hệ điều
chỉnh ψ:
α = ψ .α n
Hệ số ψ đối với dung dịch và chất lỏng bất kỳ bao giờ cũng nhỏ hơn
1 và có thể tính theo công thức:
0 , 435
λ 
0 , 565
 ρ 
2
 C dd  µ n 
ψ =  dd
λ 
  dd
 
 
C 
 µ 

 n   ρ n
   n  dd 
trong đó:
λ, ρ, C, µ - độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ
nhớt tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch (phải lấy cùnh một hệ đơn
vị.)
chỉ số dd – là dung dịch.
chỉ số n – là của nước.
- Công thức Pavơlôp được biểu diễn bằng hệ thức sau:
t1 − t 2
= K = const.
θ1 − θ 2
Trong đó t1, t2 là nhiệt độ mà tại đó chất lỏng A có độ nhớt tương
ứng µ 1 và µ 2; θ 1,θ 2 là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có cùng giá trị độ
nhớt bằng µ 1 và µ 2.
Muốn tìm độ nhớt µ 3 ở nhiệt độ t3 nào đó ta thay giá trị t3 vào phương
trình trên, tìm được nhiệt độ θ 3 của nước:
t3 − t2 t −t
= K →θ3 = 3 2 + θ2
θ3 − θ2 K
sau đó từ trị số θ 3 tra bảng độ nhớt của chất lỏng tiêu chuẩn là µ 3, đó cũng
chính là độ nhớt của chất lỏng A tại nhiệt độ t3 cần tìm.
-Phân bố nhiệt độ hữu ích trong các nồi đảm bảo bề mặt đun nóng
bằng nhau: trong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi
tỉ lệ bậc nhất với tỉ số Q/K của các nồi tương ứng:
Qi / K i
∆t hii = ∆t hi . i =n
Q
∑ K i , độ;
i =1 i

trong đó Qi - lượng nhiệt cung cấp, W; Ki - hệ số truyền nhiệt, W/m2. độ;
i - số thứ tự của nồi; n - số nồi.
III – Ngưng tụ.
Ngưng tụ là quá trình chuyển hơi hoặc khí sang trạng thái lỏng bằng
hai cách:
– Làm nguội hơi (hoặc khí);
– Nén và làm nguội hơi (khí) đồng thời.
Ở đây chủ yếu ta chỉ xét quá trình ngưng tụ bằng cách làm nguội hơi
hoặc khí và dùng nước hoặc không khí lạnh để làm nguôiị.
Dùng nước để lấy nhiệt cho hơi ngưng tụ có thể tiến hành theo hai
phương pháp:
– Ngưng tụ gián tiếp, hay còn gọi là ngưng tụ bề mặt, tức là quá
trình tiến hành trong các thiết bị trao đổi nhiệt có tường ngăn cách giữa
hơi và nước. Hơi được ngưng tụ lại trên bề mặt trao đổi nhiệt.
– Ngưng tụ trực tiếp, hay còn gọi là ngưng tụ hỗn hợp, tức là quá
trình tiến hành bằng cách cho hơi và nước tiếp xúc trực tiếp với nhau. Hơi
cấp ẩn nhiệt ngưng tụ cho nước và ngưng tụ lại, nước lấy nhiệt của hơi
và nóng lên, cuối cùng tạo thành một hỗn hợp chất lỏng đã ngưng tụ và
nước.
* Ngưng tụ trực tiếp.
Nguyên tắc làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là
cho phun nước vào trong hơi, hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ
lại. Do đó thiết bị ngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi
của các chất lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước, vì chất lỏng
đã ngưng tụ sẽ trộn lẫn với nước làm nguội.
Khi làm việc, giữa hơi và nước cần phải có bề mặt tiếp xúc lớn thì
hiệu qủa ngưng mới cao. Vì thế nên thờng người ta cho phun nước qua
những vòi phun hoặc cho chảy qua nhiều tấm ngăn nằm ngang có lỗ nhỏ.
Thiết bị ngưng tụ trực tiếp được ứng dụng rộng rãi trong công
nghiệp hóa học vì có ưu điểm là năng suất cao, cấu tạo đơn giản và dễ
dàng chống ăn mòn.
Tùy theo cách làm việc của thiết bị mà người ta chia ra hai loại: thiâte
bị loại ướt và loại khô. Đặc điểm khác nhau giữa hai loại này như sau:
- Trong thiết bị lọai ướt, chất lỏng ngưng tụ, nước làm nguội và khí
không ngưng được dqẫn ra cùng một đường bằng một bơm ơ không khí –
ướt ».
- Trong thiết bị loại khô, nước ngưng tụ và nước làm nguội được
dẫn đi chung một đường, còn khí không ngưng được hút ra theo một
đường khác.
Ngoài ra, người ta còn dựa vào hướng chuyển động của hơi nước
phân ra thiết bị ngược chiều và xuôi chiều, hoặc dựa theo chiều cao của
thiết bị mà gọi là thiết bị ngưng tụ loại thấp và loại cao.
Thiết bị ngưng tụ trực tiếp, loại khô.
Trên hình 8-24 mô tả sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ
barômét ngược chiều, loại khô. Thiết bị gồm thân 1 có gắn những tấm
ngăn hình bán nguyệt 4 có lỗ nhỏ và ống barômét 3 tháo nước và chất
lỏng đã ngưng tụ ra ngoài. Hơi vào thiết bị ngưng tụ, đi từ dưới lên, nước
chảy từ trên xuống, chảy tràn qua tấm ngăn và đồng thời một phần chui
qua các lỗ của tấm ngăn. Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng
tụ chảy xuống ống barômét, khí không ngưng đi lên qua ống 5 sang thiết
bị thu hồi bọt 2. Tác dụng của thiết bị thu hồi bọt là để giữ lại những hạt
nước đã bị khí không ngưng cuốn theo. Những hạt nước này lắng lại
trong thiết bị 2 và tập trung chảy sang ống barômét. Khí không ngưng
(hoặc không khí) được hút ra qua phía trên bằng bơm chân không.
Các tấm ngăn của thiết bị ngưng tụ barômét có thể là hình vành khăn
hoặc hình viên phấn. Nhưng thường là loại hình viên phấn được dùng
nhiều hơn vì lắp nó đơn giản, không cần ống trung tâm.
Ống barômétthường cao khoảng 11m để khi độ chân không trong
thiết bị có tăng thì nước vẫn không bị dâng lên ngập thiết bị.
Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra được không cần bơm nên ít
tốn năng lượng, năng suất lớn. Trong công nghiệp hóa chất, thiết bị
ngưng tụ barômét ngược chiều, loại khô, thường được dùng trong hệ
thống thiết bị cô đặc nhiều nồi, đặt ở cuối hệ thống vì các nồi cuối làm
việc trong chân không.
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản