TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HĨA HỌC
------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC
DUNG DỊCH NaOH MỘT NỒI LIÊN TỤC,
NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 6245,5 Kg.h-1,
NỒNG ĐỘ ĐẦU 10%,
NỒNG ĐỘ CUỐI 30%.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SV THỰC HIỆN:

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

Nguyễn Văn Đồ

B1809013

Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa 44
Tháng 09/2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HĨA HỌC
------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC
DUNG DỊCH NaOH MỘT NỒI LIÊN TỤC,
NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 6245,5 Kg.h-1,
NỒNG ĐỘ ĐẦU 10%,
NỒNG ĐỘ CUỐI 30%.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SV THỰC HIỆN:

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

Nguyễn Văn Đồ

B1809013

Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa 44
Tháng 09/2022


NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Đồ - B1809013
Lớp: Cơng nghệ kỹ thuật hóa học A2 – K44
Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao
1/ Tên đề tài
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NaOH một nồi liên tục năng suất nhập liệu
6245,5 Kg/h, nồng độ đầu 10 %, nồng độ cuối 30 %.
2/ Các số liệu ban đầu
Nguyên liệu: dung dịch NaOH

Nồng độ nhập liệu: Xđ = 10 %
Nồng độ sản phẩm: Xc = 30 %
Áp suất hơi thứ: Pht = 0,6 at
Áp suất hơi đốt: Phđ = 4 at


LỜI CẢM ƠN
Lời nói đầu tiên em xin gởi đến q Thầy Cơ Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Khoa
Cơng nghệ, Trường Đại học Cần Thơ với lòng biết ơn sâu sắc nhất. Cảm ơn quý thầy
cô đã tâm huyết, hỗ trợ và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt 4,5 năm học tập tại
trường. Cá nhân em là sinh viên sắp tốt nghiệp hiểu được nổi lo cũng như mong muốn
của quý Thầy, cô nhằm nâng cao chất lượng đào tạo, cung cấp kiên thức thực tiễn cho
sinh viên đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp nên bộ môn đã tổ chức cho em tiếp
cận với môn học mà theo em rất bổ ích cho sinh viên ngành Cơng nghệ Kỹ thuật Hóa
học đó là mơn “Đồ án Quá trình và Thiết bị - CNHH”. Đây là cơ hội tốt để tiếp cận với
việc tính tốn, thiết kế và lựa chọn các chi tiết thiết bị theo các thơng số cụ thể mà em
nghĩ sẽ rất có ích khi ra trường đi làm việc. Em xin gửi lời chân thành cảm ơn sâu sắc
nhất đến PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao đã tận tình hướng dẫn em qua các buổi thảo luận
về đề tài và nhờ đó đã giúp em tìm ra được hướng đi đúng cho đề tài của mình cũng
như dành lời cảm ơn đến các anh chị, bạn bè, đã luôn quan tâm, giúp đỡ em rất nhiều
trong suốt q trình học tập và hồn thành Đồ án Quá trình và Thiết bị.
Trong quá trình làm đồ án khơng tránh khỏi những sai sót, em rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn đọc để kiến thức
của em được hồn thiện hơn. Cuối cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ Bộ mơn Cơng
nghệ Hóa học nói riêng và quý Thầy Cô trường Đại học Cần Thơ nói chung, ln dồi
dào sức khỏe và ln thành cơng trong công việc và trong cuộc sống.
Xin chân thành cảm ơn!
Đại học Cần Thơ, ngày xx tháng 09 năm 2022
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Đồ - B1809013



MỤC LỤC
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN.........................................................................i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................ii
MỤC LỤC

.....................................................................................................iii

DANH MỤC HÌNH.............................................................................................ii
DANH MỤC BẢNG............................................................................................ii
TĨM TẮT

ii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..............................................................................1
1.1 Tình hình sản xuất NaOH trên thế giới..........................................................1
1.2 Tổng quan về NaOH......................................................................................1
1.2.1 Giới thiệu NaOH..................................................................................1
1.2.2 Các phương pháp sản xuất NaOH [1]..................................................2
1.3 Tổng quan về cô đặc......................................................................................3
1.3.1 Định nghĩa............................................................................................3
1.3.2 Phương pháp cô đặc [2]........................................................................3
1.3.3 Phân loại thiết bị cô đặc [2]..................................................................4
1.3.3.1

Theo cấu tạo........................................................................4

1.3.3.2


Theo phương thức thực hiện quá trình................................4

1.3.4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc.......................................5

CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH ĐỀ TÀI...........................................................6
2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ.............................................................................6
2.2 Thuyết minh đề tài.........................................................................................6

CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 8
3.1 Cân bằng vật chất...........................................................................................8
3.2 Cân bằng năng lượng.....................................................................................8
3.2.1 Nhiệt độ và áp suất trong nồi cô đặc....................................................8
3.2.2 Xác định lượng nhiệt tổn thất...............................................................8
3.2.3 Cân bằng nhiệt lượng.........................................................................10
3.2.4 Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống:.....................................................11

CHƯƠNG 4 THIẾT BỊ CHÍNH....................................................................13
4.1 Tính tốn bề mặt truyền nhiệt......................................................................13


4.1.1 Thơng số cần tính tốn và lựa chọn....................................................13
4.1.2 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ 1.................................................13
4.1.3 Hệ số cấp nhiệt phía chất lỏng sơi......................................................14
4.1.4 Nhiệt tải riêng phía dung dịch lỏng sơi..............................................15
4.1.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt.............................................................16
4.2 Buồng đốt và buồng bốc..............................................................................16
4.2.1 Kích thước buồng đốt.........................................................................16
4.2.2 Kích thước buồng bốc........................................................................19
4.3 Một số kích thước của buồng đốt và bốc.....................................................20
4.4 Kích thước các ống dẫn...............................................................................20

4.4.1 Ống nhập liệu vào nồi cô đặc.............................................................20
4.4.2 Ống tháo liệu ra khỏi nồi cô đặc........................................................21
4.4.3 Ống dẫn hơi đốt..................................................................................21
4.4.4 Ống dẫn hơi thứ..................................................................................21
4.4.5 Ống dẫn nước ngưng..........................................................................21
4.4.6 Ống dẫn khí khơng ngưng..................................................................22

CHƯƠNG 5 TÍNH BỀN CƠ KHÍ.................................................................23
5.1 Tính bền cơ khí buồng đốt...........................................................................23
5.1.1 Sơ lược cấu tạo...................................................................................23
5.1.2 Bề dày buồng đốt tối thiểu.................................................................23
5.2 Tính cho buồng bốc.....................................................................................25
5.2.1 Sơ lược về cấu tạo..............................................................................25
5.2.2 Tính tốn............................................................................................25
5.3 Tính đáy và nắp cho thiết bị.........................................................................28
5.3.1 Tính đáy buồng đốt............................................................................28
5.3.2 Tính nắp buồng bốc............................................................................32
5.4 Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt.........................................33
5.5 Lựa chọn mặt bích.......................................................................................34
5.5.1 Sơ lược về cấu tạo..............................................................................34
5.5.2 Chọn mặt bích nối buồng bốc và buồng đốt.......................................34
5.5.3 Chọn mặt bích nối đáy và buồng đốt..................................................35
5.5.4 Chọn mặt bích nối nắp và buồng bốc.................................................35
5.5.5 Mặt bích nối giữa các bộ phận của thiết bị và ống.............................36


5.6 Tính vỉ ống...................................................................................................37
5.6.1 Sơ lược cấu tạo...................................................................................37
5.6.2 Tính vỉ ống trên buồng đốt.................................................................37
5.6.3 Tính vỉ ống phía dưới buồng đốt........................................................38

5.7 Tính khối lượng...........................................................................................39
5.7.1 Khối lượng buồng đốt........................................................................40
5.7.2 Khối lượng buồng bốc........................................................................40
5.7.3 Khối lượng phần nón cụt....................................................................40
5.7.4 Khối lượng đáy nón............................................................................41
5.7.5 Khối lượng nắp ellipse.......................................................................41
5.7.6 Khối lượng ống truyền nhiệt và ống tuần hồn trung tâm.................42
5.7.7 Khối lượng mặt bích...........................................................................42
5.7.8 Khối lượng vỉ ống..............................................................................42
5.7.9 Khối lượng bulong, đai ốc..................................................................43
5.7.10 Khối lượng dung dịch chứa đầy trong thiết bị................................45
5.8 Tai treo.........................................................................................................45
5.9 Kính quan sát và cửa sửa chữa.....................................................................46

CHƯƠNG 6 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ..................................................47
6.1 Thiết bị ngưng tụ baromet............................................................................47
6.1.1 Sơ lược về thiết bị ngưng tụ baromet.................................................47
6.1.2 Lượng nước tưới vào thiết bị..............................................................47
6.1.3 Lưu lượng khơng khí và khí ngưng cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ 48
6.1.4 Thể tích khơng khí cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ..........................48
6.1.5 Các kích thước của thiết bị ngưng tụ baromet...................................48
6.1.5.1

Đường kính của thiết bị ngưng tụ Dt-b...............................48

6.1.5.2

Kích thước tấm ngăn.........................................................49

6.1.5.3


Chiều cao của thiết bị ngưng tụ........................................49

6.1.5.4

Kích thước ống baromet....................................................50

6.1.5.5

Chiều cao ống baromet.....................................................50

6.1.6 Bơm....................................................................................................52
6.1.6.1

Bơm chân không................................................................52

6.1.6.2

Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ.................................52

6.1.6.3

Bơm đưa dung dịch ban đầu lên bồn cao vị......................55


6.1.7 Bồn cao vị...........................................................................................58
6.2 Tính bề dày lớp bọc cách nhiệt....................................................................60
6.2.1 Bề dày cách nhiệt cho buồng bốc và nắp thiết bị...............................60
6.2.2 Bề dày cách nhiệt cho buồng đốt.......................................................60
6.2.3 Bề dày cách nhiệt cho đáy thiết bị......................................................61


CHƯƠNG 7 TÍNH KINH TẾ........................................................................62
CHƯƠNG 8 KẾT LUẬN................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................65
NHẬN XÉT CỦA CÁC BỘ HƯỚNG DẤN....................................................66
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN.......................................................67


DANH MỤC HÌNH
Hình 2-1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ......................................................................6


TĨM TẮT
Hiện nay, hầu hết các ngành cơng nghiệp có liên quan đến hóa chất như: sản xuất
dược phẩm, cơng nghiệp dệt và nhuộm màu, sản xuất giấy, chế biến thực phẩm, chất
giặt tẩy, dầu khí… đều có mặt NaOH, do đó ta có thể mườn tượng được ứng dụng của
NaOH trong đời sống thực tiển nó rộng lớn và quan trọng thế nào. Tuy nhiên, dưới góc
nhìn của doanh nghiệp thì số lượng phải ln đi kèm với chất lượng, nên vấn đề đặc ra
là làm thế nào để thu được NaOH có nồng độ cao và tinh khiết với chất lượng tốt nhất.
Giải pháp đưa ra là áp dụng phương pháp cô đặc, một trong nhưng phương pháp được
sử dụng phổ biến để nâng cao nồng độ.
Và đây cũng là đề tài mà em thực hiện trong đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc
một nồi, liên tục, ngược chiều, bằng thiết bị cô đặc buồng đốt trong có ống tuần hồn
trung tâm. Cấu trúc của đồ án có thể chia thành các phần như sau:










Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Thuyết minh đề tài.
Chương 3: Cân bằng vật chất và năng lượng.
Chương 4: Tính tốn thiết bị chính.
Chương 5: Tính tốn cơ khí.
Chương 6: Tính tốn thiết bị phụ.
Chương 7: Tính kinh tế.
Chương 8: Kết luận.

Nhiệm vụ của đồ án này là tính tốn, thiết kế hệ thống cơ đặc một nồi, ngược
chiều, liên tục, có ống tuần hoàn trung tâm, làm việc liên tục để cô đặc dung dịch
NaOH từ nồng độ 10% lên 30%, công suất nhập liệu 6245,5 kg.h −1. Đồ án này được
thực hiện dưới sự hướng dẫn và hỗ trợ hết sức nhiệt tình của PGS.TS. Đặng Huỳnh
Giao. Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị - CNHH là một đề tài lớn đầu tiên mà em đảm
nhận và do những kiến thức còn hạn chế của bản thân nên em khơng tránh khỏi những
thiếu sót và hạn chế. Do đó, em rất mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình từ
phía các thầy cơ để em có thể hoàn thành tốt đồ án này.


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3-1 Tổng hợp các thông số đã tính..............................................................12
Bảng 4-1 Hệ số A phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng Tm trang 28 [3]...13
Bảng 4-2 Các thông số của nước và dung dịch NaOH.........................................15
Bảng 4-3 Tổng hợp các thơng số đã tính của bề mặt truyền nhiệt.......................16
Bảng 4-4 Bố trí ống truyền nhiệt theo hình lục giác đều......................................18
Bảng 4-5 Các thơng số đường kính và chiều cao buồng bốc...............................19
Bảng 5-1 Mặt bích giữa buồng bốc và buồng đốt................................................34

Bảng 5-2 Mặt bích giữa đáy và buồng đốt...........................................................35
Bảng 5-3 Mặt bích giữa buồng bốc và nắp...........................................................35
Bảng 5-4 Mặt bích giữa các ống dẫn....................................................................36
Bảng 5-5 Khối lượng của các bộ phận trong thiết bị............................................44
Bảng 5-6 Thông số của tai treo.............................................................................45
Bảng 5-7 Tấm lót tai treo......................................................................................45
Bảng 7-1 Giá thành của các bộ phận trong hệ thống............................................62


Chương 1: Tổng quan

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN

Tình hình sản xuất NaOH trên thế giới

Trên thế giới, hằng năm có khoảng 45-50 triệu tấn Natri hidroxit được sản xuất.
Trong đó, 16% (7-8 triệu tấn) được bn bán trên thị trường, chủ yếu là xút sản xuất ở
Hoa Kỳ và châu Âu (chiếm 80% thị trường) còn các nước Cuba, Algeria và châu Phi
vẫn là những thị trường tiêu thụ chính đối với xút rắn. Khoảng 94% xút được bn bán
ở dạng lỏng (thường là 50% natri hidroxit), trong đó gần 2 triệu tấn được vận chuyển
bằng đường bộ. Giá xút rắn thường cao hơn giá xút lỏng (tính theo dạng khơ) có giá từ
100-200 USD/tấn. Thị trường đối với xút rắn chủ yếu là ở các nước đang phát triển do
cơ sở hạ tầng khơng thích hợp cho việc vận chuyển và sử dụng xút lỏng.
Ở châu Á, Indonesia là nước duy nhất còn nhập xút rắn với khối lượng lớn, còn
với thị trường lớn như Trung Quốc do có cơ sở hạ tầng đang ngày càng được phát triển

nên họ đang hướng đến giảm tiêu thụ xút rắn và chuyển sang nhập xút lỏng. Do giá xút
rắn cao nên khối lượng buôn bán sản phẩm này trên thế giới chỉ đạt 400.000 tấn/năm
và đang giảm với tốc độ 8% năm. Xút lỏng được buôn bán trên thế giới chủ yếu phục
vụ nhu cầu sản xuất nhôm oxit (alumin) tại các nước trong đó ở khu vực châu Á đáng
kể nhất là Úc.
Ở Việt Nam, sản xuất Natri hidroxit là một trong những ngành cơng nghiệp hóa
chất quan trọng bậc nhất. Nó góp phần to lớn trong sự phát triển của các ngành công
nghiệp khác như sản xuất xà phịng, cơng nghệ giấy; cơng nghiệp lọc dầu; cơng nghệ
dệt nhuộm, thực phẩm; xử lý nước; sản xuất các loại hóa chất đi từ xút như natri
silicat, chất trợ lắng PAC, ...
1.2

Tổng quan về NaOH

1.2.1 Giới thiệu NaOH
Natri hydroxide hay thường gọi là xút hoặc xút ăn da là hợp chất vô cơ, tạo thành
một dung dịch base mạnh khi hịa tan trong dung mơi là nước. Nó được sử dụng nhiều
trong công nghiệp giấy, luyện nhôm, dệt nhuộm, xà phịng.
Ngành cơng nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành sản xuất hố chất
cơ bản và lâu năm. Nó đóng vai trị to lớn trong sự phát triển của các ngành công
nghiệp khác như dệt, tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hố dầu, sản xuất phèn...
Trước đây trong cơng nghiệp, NaOH được sản xuất bằng cách cho Ca(OH) 2 tác
dụng với dung dịch Na2CO3 lỗng và nóng. Ngày nay, người ta dùng phương pháp
hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hoà. Tuy nhiên, dung dịch sản phẩm thu
được thường có nồng độ rất lỗng, gây khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để
SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 1



Chương 1: Tổng quan

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng, người ta phải cô đặc dung dịch NaOH đến một
nồng độ nhất định theo yêu cầu.
Các tính chất vật lý cơ bản của NaOH [1]




Dạng tồn tại: tinh thể trắng dạng hạt, hoặc dạng bột màu trắng.
Phân tử lượng: 39,9997 g.mol−1
Tỷ trọng: 1,1 g.cm−3



Điểm nóng chảy: 318 ℃



Điểm sơi: 1388 ℃




Độ hịa tan trong nước: 111 g/100 ml (ở 20℃)
Độ base (pKb): -2.43

Các tính chất hóa học của NaOH [1]


Dung dịch NaOH là một base mạnh, làm quỳ tím hóa xanh, dung dịch
phenolphtalein hóa hồng.

Phản ứng với các acid tạo thành muối và nước
NaOH(dung dịch) + HCl(dung dịch) → NaCl(dung dịch) + H2O

Phản ứng với các oxide acid: CO2, SO2
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2 → NaHCO3

Phản ứng với muối tạo thành muối mới và base mới
2NaOH + CuCl2 → 2NaCl + Cu(OH)2↓

Phản ứng với các acid hữu cơ tạo thành muối của nó và thủy phân este


Dung dịch NaOH có tính nhờn, làm bục vải, giấy và gây ăn mòn da.
NaOH tác dụng được với acid, oxyde acid, một số dung dịch muối tạo thành base
khơng tan, có khả năng tác dụng với các hợp chất lưỡng tính hoặc hịa tan được kim
loại và oxyde của chúng lưỡng tính.
1.2.2 Các phương pháp sản xuất NaOH [1]
Sản xuất NaOH chủ yếu là dựa trên phản ứng điện phân dung dịch NaCl bão hòa.
Trong quá trình này dung dịch muối (NaCl) được điện phân thành Clo nguyên tố
SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 2


Chương 1: Tổng quan


PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

(trong buồng anot), dung dịch natri hydroxide, và hydro nguyên tố (trong buồng catot).
Phản ứng tổng thể để sản xuất xút và clo bằng điện phân là:
2Na+ + 2H2O + 2e− → H2↑ + 2NaOH
Phản ứng điện phân dung dịch muối ăn trong bình điện phân có màng ngăn:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2↑

Sơ đồ điện phân dung dịch NaOH có màng ngăn
Điểm phân biệt giữa các công nghệ này là ở phương pháp ngăn cản khơng cho
natri hydroxide và khí clo lẫn lộn với nhau, nhằm tạo ra các sản phẩm tinh khiết.
- Buồng điện phân kiểu thủy ngân: Trong buồng điện phân kiểu thủy ngân thì
khơng sử dụng màng ngăn hoặc màn chắn mà sử dụng thủy ngân như một phương tiện
chia tách. Tuy nhiên, công nghệ này hiện nay đang bị cấm dần vì sử dụng một lượng
lớn thủy ngân, một kim loại rất độc hại.
- Buồng điện phân kiểu màng chắn: Trong buồng điện phân kiểu màng chắn,
nước muối từ khoang anot chảy qua màng chia tách để đến khoang catot; vật liệu làm
màng chia tách là amian phủ trên catot có nhiều lỗ.
Khơng nhất thiết màng chắn phải là amian, nếu điều chế ở quy mơ phịng thí
nghiệm có thể thay thế nó bằng miếng giấy A4 hơ trên hơi sáp paraphin (hoặc khơng
hơ sáp cũng có thể được nhưng hiệu quả kém hơn). Nếu thực hiện đúng cách miếng
giấy sẽ chỉ cho nước và một số ion đi qua, các phần tử bọt khí sẽ bị giữ lại, nhờ đó clo
khơng khuếch tán sang và khơng tác dụng được với natri hydroxide. Tuy nhiên phải
đảm bảo cân bằng nồng độ chất tan hai bên màng, nếu khơng thì khơng phải clo sẽ
khuếch tán mà chính natri hydroxide sẽ khuếch tán qua màng và tác dụng với clo. Có
thể ngăn cản sự khuếch tán của natri hydroxide bằng cách cung cấp thật nhiều natri
chloride vào bể điện phân ở nửa có điện cực giải phịng khí clo, natri chloride vừa cân

SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013


Trang 3


Chương 1: Tổng quan

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

bằng nồng độ ion và vừa tạo ra một lượng lớn anion Cl− có tác dụng cản trở sự hịa tan
mang tính vật lý của clo vào nước.
Còn cách khác để tạo một màng ngăn, chúng ta có thể dùng loại giấy tạp chí dày
(loại này là giấy phủ cao lanh hay còn gọi là dioxide silic. Loại này có tính chất ưu việt
nhất nhưng cần phải ngâm nước một thời gian cho nước thấm vào thì các ion mới đi
qua được.
- Buồng điện phân kiểu màng ngăn: Còn trong buồng điện phân kiểu màng ngăn
thì màng chia tách là một màng trao đổi ion
1.3

Tổng quan về cô đặc

1.3.1 Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung
dịch gồm 2 hai nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng –
lỏng có chênh lệch nhiệt độ sơi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần
dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn); đó là các q trình vật lý – hố lý. Tuỳ theo tính
chất của cấu tử khó bay hơi (hay khơng bay hơi trong q trình đó), ta có thể tách một
phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hoặc
phương pháp làm lạnh kết tinh [2].
1.3.2 Phương pháp cơ đặc [2]
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng

sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất
tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử
sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung mơi để
tăng nồng độ chất tan. Tuỳ tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt
thống mà q trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp.
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân
tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt
để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngồi. Do đó, ta cần cung cấp
nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
Bản chất của cơ đặc: Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí
hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng
riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hồn tự nhiên trong nồi cơ
đặc. Tách khơng khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.

SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 4


Chương 1: Tổng quan

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

1.3.3 Phân loại thiết bị cơ đặc [2]
1.3.3.1 Theo cấu tạo
- Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cơ đặc
nhóm này có thể cơ đặc dung dịch khá lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hồn dễ
dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
ngồi.


Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hồn trong hoặc
Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục buồng bốc)

- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cơ
đặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt
truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các
dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
Bao gồm:
Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi.
Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi.
-Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ
cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược)
để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc
biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép.
Bao gồm:
Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngồi: dung
dịch sơi tạo bọt khó vỡ.
Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt trong hay ngồi: dung dịch
sơi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
1.3.3.2 Theo phương thức thực hiện q trình
- Cơ đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi;
thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định,
nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
- Cơ đặc áp suất chân khơng: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân
không. Dung dịch tuần hồn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
- Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi khơng nên q
lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cơ chân khơng, cơ áp lực
hay phối hợp cả hai phương pháp; đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác
để nâng cao hiệu quả kinh tế.

- Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cơ đặc gián đoạn. Có thể được điều
khiển tự động nhưng hiện chưa có cảm biến đủ tin cậy. Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta
đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngồi, có hoặc khơng có ống tuần hồn.
SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 5


Chương 1: Tổng quan

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

Tuỳ theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc
ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư.
1.3.4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc
- Thiết bị chính:





Ống nhập liệu, ống tháo liệu
Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt
Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp
Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí khơng ngưng

- Thiết bị phụ:
 Bể chứa nguyên liệu
 Bể chứa sản phẩm
 Bồn cao vị











Lưu lượng kế
Thiết bị gia nhiệt
Thiết bị ngưng tụ baromet
Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị
Bơm tháo liệu
Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ
Bơm chân không
Các van
Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất…

SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 6


Chương 2: Thuyết minh đề tài

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

CHƯƠNG 2

2.1

THUYẾT MINH ĐỀ TÀI

Sơ đồ quy trình cơng nghệ

Hình 2-1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ

1. Bồn chứa ngun liệu

8. Bồn chứa sản phẩm chính

2. Bơm ly tâm

9. Bồn chứ nước ngưng

3. Bồn cao vị

10. Thiết bị ngưng tụ baromet

4. Nồi hơi

11. Bơm đưa nước lên thiết bị ngưng tụ

5. Thiết bị cô đặc

12. Thiết bị tách lỏng

6. Bồn chứa sản phẩm tạm thời


13. Bơm chân không

7. Bơm sản phẩm
2.2

Thuyết minh đề tài

Nguyên liệu ban đầu là dung dịch NaOH có nồng độ 10%. Dung dịch từ bể chứa
nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị nhờ bơm ly tâm. Từ bồn cao vị, dung dịch sẽ tự
chảy vào thiết bị cô đặc được điều chỉnh lưu lượng bởi lưu lượng kế.
Phần dưới của thiết bị cô đặc là buồng đốt, gồm các ống truyền nhiệt và một ống tuần
hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống, còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong
SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 6


Chương 2: Thuyết minh đề tài

PGS.TS. Đặng Huỳnh Giao

khoảng không gian ngồi ống. Dung dịch trong nồi cơ đặc được làm sôi bởi hệ thống
các ống truyền nhiệt (ống chùm) được gia nhiệt bởi hơi nước ở áp suất 3 at. Dung dịch
được tuần hoàn tự nhiên nhờ hệ thống các ống chùm và ống tuần hoàn trung tâm dựa
trên nguyên tắc: dung dịch sẽ dịch chuyển từ dưới lên trên trong ống truyền nhiệt và từ
trên xuống dưới trong ống tuần hoàn trung tâm, do khi thiết bị làm việc, dung dịch
trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và
bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống. Đối với ống tuần hồn, do thể tích dung dịch theo
một đơn vị bề mặt truyền nhiệt nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên lượng
hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn. Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp

lỏng – hơi ở ống tuần hoàn trung tâm lớn hơn so với ống truyền nhiệt và hỗn hợp được
đẩy xuống dưới, kết quả là có dịng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ
dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hồn trung tâm
Trong q trình hoạt động, đơi khi có sự thay đổi nhiệt độ hoặc áp suát thì hơi
nước được ngưng tụ trong buồng đốt theo ống dẫn nước ngưng được dẫn ra ngồi
thơng qua bẫy hơi. Phần phía trên thiết bị là buồng bốc của nồi cơ đặc, tại đây sẽ xảy
ra q trình sơi sủi bọt dưới áp suất chân không được tạo ra từ bơm chân không. Hơi
thứ bốc lên mang theo nhưng giọt nước đi qua thiết bị tách bọt, tại đây giọt nước sẽ bị
vỡ ra nhờ các lỗ được bố trí ở thiết bị tách bọt tuần hồn xuống phía dưới và hơi thứ
theo đường ống vào thiết bị ngưng tụ, hơi thứ sẽ đi từ dưới lên trên, nước làm mát đi
từ trên xuống dưới, ở đây sẽ xảy ra q trình trao đổi nhiệt ngược dịng giữa nước làm
mát và hơi thứ, nước ngưng hòa vào dòng nước chảy xuống phía dưới ống baromet
vào bồn chứa nước ngưng, khí không ngưng sẽ được đi qua thiết bị tách lỏng để tách
một lần nữa trước khi đi qua bơm chân khơng.
Dung dịch sau cơ đặc được đưa ra ngồi vào bồn chứa sản phẩm tạm thời sau đó
dùng bơm và bơm vào bồn chứa sản phẩm chính. Sản phẩm cơ đặc được kiểm tra
thường xuyên để đảm bảo tính chất và nồng độ đạt yêu cầu là 30%.

SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 7


Chương 3: Tính tốn cân bằng vật chất và năng lượng
Giao

CHƯƠNG 3
3.1

PGS.TS. Đặng Huỳnh


TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ
NĂNG LƯỢNG

Cân bằng vật chất
Nồng độ đầu của dung dịch Xđ = 10%
Nồng độ cuối của dung dịch Xc = 30%
Lượng dung dịch ban đầu Gđ = 6245,5 kg.h-1
Lượng dung dịch cuối
kg.h-1
Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống theo công thức [III-1] tr 105] [3]
kg.h-1

3.2

Cân bằng năng lượng

3.2.1 Nhiệt độ và áp suất trong nồi cô đặc
Áp suất hơi đốt: Phđ = 4 at (chọn)
→ Nhiệt độ hơi đốt: thđ = 142,9 ℃ [bảng I.251, tr314][4]
Áp suất hơi thứ trong thiết bị: Pht = 0,6 at (chọn)
→ Nhiệt độ hơi thứ: tht = 85,5 ℃

[bảng I.251, tr314][4]

Tổn thất nhiệt do sức cản thủy lực trong đường ống:
∆”’ = 1℃ (chọn)

[trang 67][5]


Nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất buồng bốc:
tsdm(Po) = tht + ∆”’= 85,5 + 1 = 86,5℃
→ Áp suất buồng bốc (áp suất làm việc): Po = 0,6275 at [bảng I.250, tr312][4]
3.2.2

Xác định lượng nhiệt tổn thất

 Do nồng độ tăng cao
’ = ’0.f , 0C

[CT VI.10, tr 59] [5]

SVTH: Nguyễn Văn Đồ – B1809013

Trang 8