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.

I. Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH):

1.Tính chất vật lí và 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 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 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 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=

G D∗xD

1200∗12

30 = 480 kg/h

2.Llượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống :

Áp dụng công thức : W=G D(1−

x D

x C) kg/h Trong đó:

W : Lượng hơi thứ của tồn hệ thống kg/h

GD : Lượng dung dịch ban đầu kg/h

xD,xC : Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng

Thay số vào ta có:

W=G D(1−x D

x C )=1200 (1−

12

30 )=720 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 :

W I

W II=1 1

Khi đó ta có hệ phương trình:

W I

W II=1 1

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=

G D x D

G D−WI=

1200 12 1200−377 2=17 5 %

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

x’’C=

G D x D

G D−WI−WII=

1200 12 1200−377 2−342 8=30 %

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 :

ΔPP1 ΔPP2=1 5

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

Suy ra : P1 = 1.8 at

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 :

Loại

Áp suất

(at)

Nhiệt độ (0C)

Áp suất (at)

Nhiệt độ (0C)

Áp suất (at)

Nhiệt độ (0C)

Hơi

đốt P1= 3.50 T1=138.12 P1=1.70 T2=114.5

Png=0.5 tng=80.79 Hơi

thứ P’1=1.70 t’1 =114.5 P’2=0.5 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 :

a Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (’):

Áp dụng công thức của Tiaxenko:

’ = ’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

f

=16 2(273+t ' i)

2

r i

Ta có

f 1=16 2(273+114 5)

2 2223100

= 1.094

f 2=16 2(273+80 79 )

2 2307900

= 0.878

Do đó ⇒∆1'=∆01'

*f 1 =6.6*1.094 = 7.2 0 C

∆2'=∆02' *f 2 = 17*0.878=14.93 0 C

Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau:

Đại

lượng

Nồi I

xC (%k.l)

’o (0C )

t’

( 0C )

r.10-3 (j/kg )

’i (0 C )

Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :

Σ’ = ’I +’II = 7.2+14.93=22.13 0C

b 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:

P =

1

2 S.g.Hop N/m2 Trong đó:

s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m3

s =0.5 dd

dd : 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(dd-dm)].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 dd , kg/m3 dm ,kg/m3

Coi dd 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(dd-dm)].Ho

=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*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(dd-dm)].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:

” =”1+”2 =0.53+1.47 = 2.00 0C

c 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:

”’1=1.50C

”’2 =1.0 0C

d Tổn thất chung trong tồn hệ thống cô đặc:

=’+”+”’=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+1) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04 0C

Nồi II: ti2=T2 – (tng +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:

a Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:

Nồi I:

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 =1310

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

b Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL):

Nồi I:

D.i+GD.CD.tD=W1.i1+(GD – W1)C1.t1+D.Cng1 1+Qxq1

Nồi II:

W1.i1+(GD –W1)C1.t1=W2.i2+(GD – W)C2.t2+W1.Cng2.2+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

1, 2: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 1=r (1) và i1- Cng2 2=r(2) tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây:

Dung dịch NaOH :

+ tD=125.33 0C

+ CD= 3558.1 j/kg.độ

+ GD=1159 kg/h

Hơi đốt:

+ 1=137.9 0C

+ i= 2737000 j/kg

+ Cng1=4290 j/kg.độ

Dung dịch NaOH : + t1=125.86 0C + C1= 3323.2 j/kg.độ Hơi thứ :

+2 =114.5 0C + i1 =2706000 j/kg +Cng2 = 4290 j/kg.độ + W1=303.5 kg/h

Dung dịch NaOH:

+ t2=98.42 0C + C2= 3323.2 j/kg.độ + G2=579.5 kg/h Hơi thứ :

+ t’2=81.9 0C + i2=2643740 j/kg + W2=276 kg/h

Cho : Qxp1=0.05.D.(i – Cng1 1) =0.05.D.r(1).

Qxp1=0.05.W.(i1 – Cng2 2) =0.05.W1.r(2)

Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I là :

W1=W i2+(GD−W ).C2.t2−GD C1 t1

0 95 r(θ1)+i2−C1 t1 =

=

579.5∗2643740+579 5∗3323.2∗98 42−1159∗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−GD .C D .t D

0.95(i1−Cng 1 .θ1) =

=

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) =

303 5−289 9

303 5 100%=4.5 %<5 %

C%(II) =

289 6−276

289 6 100 %=4 7 %<5 % Vậy :

Lượng hơi thứ nồi I là : WI = 289.9 kg/h

Lượng hơi thứ nồi II là : WII = 289.6 kg/h

Đáp ứng yêu cầu

Lượng hơi đốt nồi I là : D = 314.6kg/h