I.           Phần mở đầu.

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh.

Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng hơi. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt thoáng dung dịch bừng với áp suất làm việc của thiết bị.

Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các dung dịch loãng, hoặc để tách các chất rắn hoà tan.

Quá trình cô đặc thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường ( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất chân không ) người ta dùng thiết bị kín.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc gián đoạn.

Cố đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩ về sử dụng nhiệt.

Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi xuôi chiều là: Nồi thứ nhất dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi bốc lên ở nồi này được dùng làm hơi đốt nóng nồi 2, hơi thứ của nồi 2 đưcọ dùng làm hơi đốt nồi 3...hơi thứ của nồi cuối cùng được đưa vào thiết bị ngưng tụ.

Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi dung mội duwcoj bốc hơi một phần, nòng độ của dung dịch tăng dần lên.

Hệ thông cô đặc nhiều nồi xuôi chiều được dùng khá phổ biến trong công nghiệp. Ưu điểm của loại này 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 1) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ đưcọ làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm 1 lượng nước nữa gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, do đó, khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu cần được đung 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 tằng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.

Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy xuống qua thiết bị gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc của nồi I. Dung dịch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi II nên dung dịch tiếp tục chảy qua nồi II rồi được bơm hút ra rồi chuyển vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ trong nồi I dùng làm hơi đốt nồi II để tận dụng nhiệt. Hơi thứ nồi II sẽ được đưa qua thiết bị ngưng tụ baromet và được chân không hút ra ngoài.

    Cấu tạo và nguyên lý  làm việc của nồi cô đặc:

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong khoảng không gian phía ngoài ống.

Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.

Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm: do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó hệ số truyền nhiệt nhỏ, dung dịch sẽ sôi ít hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung dịch sẽ có rds = 0.5 rdd do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo một dòng chuyển động tuần hoàn trong thiết bị. Để ống tuần hoàn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dịch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt. 

Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hoá chất cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như dệt , tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn...

NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao. Vì vậy cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động trong quá trình sản xuất.

Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho  Ca(OH)2  tác dụng với dung dịch Na2CO3 loãng và nóng . Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dịch sản phẩm thu được thường có nồng độ rất loãng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng người ta phải cô đặc dung dịch đến một nồng  độ nhất định theo yêu cầu.

Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung dịch xút NaOH có nồng độ đầu 10% đến nồng độ cuối 24%. Năng suất đầu vào là 2.5Kg/s.