Đồ Án Thiết kế phân xưởng sản xuất sođa

Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất sođa

PHẦN I : LƯ THUYẾT
I – tính chất và ứng dụng của sodaSođa là loại muối kết tinh màu trắng ngậm nước hoặc khan. Nhiệt độ nóng chảy 815[SUP]0[/SUP] C, trọng lượng riêng 2,53 gam/cm[SUP]3[/SUP]. Sođa hoà tan trong nưởc rất tốt, khi hoà tan có toả nhiệt. Dụng dịch Soda có tính kiềm mạnh. Soda kết tinh có thể ngậm nước ở các mức độ khác nhau cho 3 loại tinh thể ngậm nước Loại ngậm một nước : Na[SUB]2­[/SUB]CO[SUB]3[/SUB]. H[SUB]2[/SUB]O
Loai ngậm bảy nứơc : Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] .7 H[SUB]2[/SUB]O
Loại ngậm mười nước: Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] . 10 H[SUB]2[/SUB]O
Các loại ngậm nước hoà tan nhanh và dÔ hơn loại khan. Theo yêu cầu sử dụng
của Soda mà người ta phân làm ba loại:
Loại kỹ thuật
Loại phim ảnh
Loại quang học
Đặc trưng kỹ thuật của ba loại Soda như sau :
[TABLE="align: center"]
[TR]
[TD]Phần trăm tổn thất
[/TD]
[TD]Loại kỹ thuật
[/TD]
[TD]Phim ảnh
[/TD]
[TD]Quang học
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]%Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB]
[/TD]
[TD]95
[/TD]
[TD]95
[/TD]
[TD]96
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Tổn thất nung % <
[/TD]
[TD]3,5
[/TD]
[TD]3,5
[/TD]
[TD]2,5
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]Chất không tan%
[/TD]
[TD]Hơi đục
[/TD]
[TD]0,1
[/TD]
[TD]0,3
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]NaCL%
[/TD]
[TD]1
[/TD]
[TD]1
[/TD]
[TD]0,5
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]NaSO[SUB]4[/SUB]
[/TD]
[TD]Không đo
[/TD]
[TD]0,1
[/TD]
[TD]0,05
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]F% <
[/TD]
[TD]Không đo
[/TD]
[TD]0,01
[/TD]
[TD]0,005
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Sản phẩm Soda sử dụng tới 96% sản lượng cho các ngành công nghiệp. C̣n lại 4% sản lượng của nó dùng cho các ngành kinh tế khác. trong các ngành sử dụng Soda phân phối theo tỷ lệ tương đối sau:
* Công nghiệp hoá chất 23,7% Tổng sản lượng
* Luyện kim màu 11,9% Tổng sản lượng
* Luyện kim đen 2,5 % nt
* Công nghiệp dầu mỏ 1 % nt
* Các ngành công nghiệp khác 32% nt
II - CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT :
1. Phương pháp sản xuất Soda từ muồi ăn, axitsunphuaric và đá vôi của
Lebơlan:
Theo phương pháp này th́ quá tŕnh sản xuất Soda phải qua các công đoạn sau:
* Chế tạo Natrisunphat từ muối ăn và axit sunphuric theo phản ứng sau:
2NaCL + H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] = Na[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4 [/SUB]+ 2 HCL
* Nung phối liệu gồm Natrisunphat, đá vôi theo tỷ lệ 1:1:0,5 trọng lượng đem nung với nhiệt độ nóng chảy sẽ tạo ra Soda nằm trong hỗn hợp ra khỏi ḷ. Khi nung quá tŕnh tạo ra Cacbonnat vôi natri theo phản ứng :
Na[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] + 2C + CaCO[SUB]3[/SUB] = Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] +CaS + 2CO[SUB]2[/SUB]
* Giai đoạn Cacbonat hoá:
Sản phẩm nung ra khỏi ḷ gồm hỗn hợp chứa các muối hoà tan Na[SUB]2[/SUB]O[SUB]3[/SUB]; Na[SUB]2[/SUB]S; NaOH và các muối không tan CaS, các tạp chất không phản ứng c̣n lại. Đem hỗn hợp đó nghiền nhỏ rồi hoà tan vào nước, khi đó các muối hoà tan trong sẽ chuyển vào dung dịch, bă c̣n lại gồm chất không tan và tạp chất , lọc đem chế biến thu hồi lấy lưu huỳnh trong CaS. Nước lọc đem cacbonat hoá bằng khí CO[SUB]2[/SUB] để chuyển toàn bộ Na[SUB]2[/SUB]S và NaOH có lẫn trong dung dịch về dạng Cacbonat hoá theo phản ứng
Na[SUB]2[/SUB]S + CO[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O = Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]S
2NaOH + CO[SUB]2[/SUB] = Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]O
Dung dich sau khi cacbonat hoá đem cô đặc sẽ được Soda tinh chế .
· Tái sinh lưu huỳnh:
Bă c̣n lại sau khi lọc chứa chủ yếu là Cansisunphuam bă đó đem khuấy vào dung dich nước dưới tác dụng của nguồn CO[SUB]2[/SUB]thổi vào ở áp lực th́ lưu huỳnh chứa trong CaS giải phóng ra dưới dạng khí H[SUB]2[/SUB] theo phản ứng sau:
CaS + CO[SUB]2[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]O = CaCO[SUB]3[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]S
Khi H[SUB]2[/SUB]S thu được đem đốt nóng trong ḷ có axit , sắt, nhôm làm xúc tác sẽ cho lưu huỳnh nguyên tố dùng để chế tạo axit H[SUB]2[/SUB]SO[SUB]4[/SUB] sử dụng cho giai đoạn chế tạo Natrisunphat. Như vậy sản xuất Soda theo phương pháp Lêbơlan th́ sản phẩm thu được là Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] ; axit HCl, nguyên liệu tiêu hao là muối ăn và than .
+ Phương pháp sản xuất Soda của Sonvay : Đây là phương pháp chế tạo Soda có thể thực hiện quá tŕnh tuần hoàn kín theo các giai đoạn sau:
· Chuẩn bị dung dịch nước muối băo hoà amoniác:
Ở giai đoạn này th́ muối rắn được hoà tan và làm sạch đạt tới nồng độ
305 ữ310g/l
· Cacbonnat hoá:
Nước muối sau khi hấp thụ amoniắc coi như được tinh chế một lần nữa đem hấp thụ khí cacbonnic sẽ có muối natri tạo ra và tách khỏi dụng dịch dưới dạng kết tủa theo phản ứng :
CO[SUB]2[/SUB] + NaCl +NH[SUB]3[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]O = NaHCO[SUB]3[/SUB] + NH[SUB]4[/SUB]Cl
Natribicacbonat kết tủa lọc khỏi dụng dịch và đem sấy sẽ được sản phẩm Soda theo phản ứng :
2NaHCO[SUB]3[/SUB] = Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] + CO[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O
· Tái sinh amoniac:
Nước lọc chủ yếu chứa amonclorua muối ăn không phản ứng và lượng nhỏ các muối các bonnat amon và natri hoà tan. Dung dịch nước lọc đó đem trộn lẫn với sữa vôi và đun nóng sẽ cho amoniac bay ra dùng trở cho quá tŕnh theo phản ứng :
2NH[SUB]4[/SUB]Cl + Ca(OH)[SUB]2 [/SUB]= NH[SUB]3[/SUB] + CaCl[SUB]2[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]O
So với phương pháp Le bơ lan th́ phương pháp Son – vay có nhiều ưu điểm và thực hiện trong chu tŕnh kín tuy nhiên phương pháp Son – vay c̣n nhiều nhược điểm là
hiệu suất chuyển hoá muối ăn thấp 70ữ75%, bă thải sau tái sinh amoniac chưa tận dụng triệt để được do đó yêu cầu phải có băi thải lớn. Để khắc phục các nhược điểm này, người ta sản xuất Soda theo hướng sản xuất liên hợp Sodavới các sản phẩm khác như :
- Sản xuất Soda và Calxiclorua
- Sản xuất Soda với Clorua amon
Trên cơ sở phương pháp Son – vay cũ chưa loại trừ được hoàn toàn chất thải v́ khả năng sử dụng canxi clorua nhỏ hơn so với nhu cầu về Soda. V́ vậy hướng hiện nay là liên hợp sản xuất Soda và amoclorua với phân xưởng tổng hợp amoniac. Theo hướng sản xuất này th́ không cần sử dụng tới đá vôi để cung cấp CO[SUB]2[/SUB] mà lấy CO[SUB]2[/SUB] từ bộ phận tinh chế khí tổng hợp amoniac . Phương pháp này loại trừ được giai đoạn tái sinh amoniac, sản phẩm thu được là Soda và amoclorua dùng làm phân bón. Quá tŕnh tách amonclorua ra khỏi nước lọc có thể chưa thực hiện bằng cách cô đặc kết tinh hoặc bằng phương pháp điện tích làm giảm độ hoà tan của muối cần tách chứa trong dụng dịch. Để giải quyết vấn đề chủ tiêu hoăc hạn chế bă thải trong sản xuất Soda hiện nay các nhà nghiện cứu đang cố gắng loại trừ khả năng sử dụng loại trừ amoniac làm chất trung gian theo hướng chế biến tổng hợp quặng alumôsilicat kiềm để lấy Soda, xi mặng và nhôm, khai thác nguồn Soda thiên nhiên .
Ngoài các phương pháp sản xuất Soda trên, hiện nay các nhà khoa học đă cải tiến phương pháp của Lê - bơ - lan khi sử dụng natrisunphat để chế tạo Soda. Theo phương pháp này th́ giai đoạn đầu là khử Natri sunphat bằng than ở nhiệt độ t[SUP]0[/SUP]=1100[SUP]0[/SUP]C sẽ tfhu được Na[SUB]2[/SUB]S sau đó đem tách than để chuyển về toàn bộ Na[SUB]2[/SUB]S cào dung dịch. Dụng dịch được đưa đi cacbonat hoá nóng sẽ được Soda hoà tan trong dụng dịch nếu đem dụng dịch này cô ngay sẽ được Soda không tinh khiết giống như phương pháp Lê - bơ - lan , trước kia. Để thu được Soda tinh khiƠt, dụng dịch Soda sau khi thu được sau khi các bon nat hoá nóng đem đi cacbonat tách ra theo phản ứng : Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] + CO[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O = 2NaHCO[SUB]3[/SUB]
Kết tủa đem lọc và sấy giống như phương pháp Son - vay
Cơ sở lư thuyết của quá tŕnh
I – CƠ SỞ LƯ THUYẾT CỦA QUÁ TR̀NH AMÔN HOÁ NƯỚC MUỐI.
Trong quá tŕnh sản xuất Soda th́ giai đoạm hấp thụ amoniac bằng nước muối có ư nghĩa rất quan trọng về kinh tế kỹ thuật.
Về mặt kinh tế:
Đảm bảo khả năng thu hồi toàn bộ khí amoniac và cacbonic từ các bộ phận: lọc, rửa, tái sinh và cacbon hoá đưa lại.
Về măt kỹ thuật:
Đảm bảo dung dịch muối ăn trước khi tham gia vào giai đoạn kết tinh (cacbonat hoá) được làm sạch triệt để các tạp chất c̣n lại trong nước muối, đồng thời chuẩn bị dung dịch muối ăn có nồng độ amoniac nhất định phục vụ cho giai đoạn kết tinh. V́ vậy giai đoạn amoniac hoá cần phải đề cập tới các vấn đề hấp thụ và cân bặng giữa phan lỏng và pha khí. Đặc điểm của quá tŕnh hấp thụ amoniac trong sản xuất Soda là dung dich nước muối làm dung môi hoà tan khí amoniac, hơn nữa quá tŕnh hấp thụ có kèm theo phản ứng hoá học giữa pha lỏng và pha khí giữa các chất hoà tan trong pha lỏng với nhau. V́ vậy, quá tŕnh hấp thụ tương đối phức tạp. Amoniac hoà tan trong nước rất tốt và độ hoà tan của nó gần như tỷ lệ thuậnvới áp suất. Trong nước muối th́ độ hoà tan của amoniac cũng gần như vậy. Khi hoà tan trong dụng dịch nước muối, amoniac có tham gia phản ứng kết hợp với nước và toả ra một lượng nhiệt làm cho dung dich nóng lên.
NH[SUB]3 [/SUB][SUB](K) [/SUB]+ H[SUB]2[/SUB]O = NH[SUB]4[/SUB]OH [SUB](C)[/SUB] + Q
Quá tŕnh này có yếu tố hoá học tức là do có sự kết hợp nước với NH[SUB]3[/SUB] . Trong sản xuất Soda hỗn hợp khi đưa về hấp thụ không phải chỉ có amoniac mà c̣n có cacbon với hơi nước. V́ vậy quá tŕnh hấp tụ không phải chỉ có phản ứng kết hợp giữa amoniac và hơi nước mà c̣n phản ứng của khí cacbonic với amoniac hoà tan trong dụng dịch nước muôí để tạo ra hợp chất kém bay hơi.
CO[SUB]2[/SUB] + 2NH[SUB]3[/SUB] « NH[SUB]2[/SUB] COONH[SUB]4[/SUB] + Q
NH[SUB]4[/SUB]CO[SUB]2[/SUB]NH[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O « 4NH[SUB]4[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] + NH[SUB]3[/SUB] + Q
Giữa NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB] và NH[SUB]3[/SUB] tù do trong dụng dịch có cân bằng :
NH[SUB]3[/SUB] + NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O « (NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2[/SUB] CO[SUB]3[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O + Q
Đặc điểm của phản ứng này là phản ứng hấp thụ có kèm theo phản ứng hoá học ảnh hưởng trực tiếp tới cân bằng và động lực của quá tŕnh hấp thụ. V́ vậy động lực hấp thụ không phải chỉ bằng tốc độ trao đổi khối lượng mà c̣n xác định theo quy luật động lực học của phản ứng .
Giữa hấp thụ vật lư và hoá học liên hệ với tốc độ chuyển chất xác định bằng phương pháp sau : Nếu gọi W là tốc độ hấp thụ NH=3 th́:
W[SUB]NH3[/SUB] = b.F.Δ
Trong đó : b - là hệ số chuyển chất trong pha lỏngkhi không có giống hỗn hợp
F - là bề mặt tiếp xúc pha khi không có phản ứng hỗn hợp
Δ - Động lực hấp thụ (Δ = C – C[SUB]0[/SUB])
- Nếu theo quan điểm của hấp thụ hoá học th́:
W [SUB]NH3[/SUB] = b.F. (Δ + δ)
δ -là yếu tố hoá học để làm tăng động lực hấp thụ. V́ vậy ở cùng một điều kiện nhiệt độ, áp suất th́ động lực hấp thụ hoá học bao giờ cũng lớn hơn động lực của quá tŕnh hấp thụ vật lư .
nếu gọi y là hệ số tăng tốc phản ứng hấp thụ trong pha láng khi có phản ứng hoá học th́ :

Và nồng độ cân bằng của hấp thụ hoá học cũng nhanh đạt được hơn so với tốc độ vật lư
Trong quá tŕnh quá tŕnh hấp thụ có kèm theo phản ứng hoá học có các trường hợp sau sảy ra :
+ Quá tŕnh hấp thụ vật lư và hoá học sảy ra đồng thời trong trường hợp này nếu coi khuếch tán qua màng khí quyết định tốc độ phản ứng th́ phương tŕnh khuếch tán cầu tử A từ pha khí vào kết hợp với cấu B hoạt độngtrong pha lỏng có dạng :

[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD="colspan: 2, align: left"][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD="colspan: 2, align: left"][/TD]
[/TR]
[/TABLE]





Trong đó: A,B : là nồng độ cầu tử A và B tù do K mol/ m[SUP]3[/SUP]
D[SUB]A[/SUB], D[SUB]B [/SUB]: là hệ số khuếch tán cầu tử A và B
n : là số Kmol B tiêu hao để phản ứng với 1 kmol cầu tử
N : là tốc độ tiêu hao cầu tử A trong đơn vị thể tích theo phản ứng hoá
học Kmol/m[SUP]3[/SUP]
N = f (A,B)

[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Y

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]=

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Y

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]+

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Y

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]+

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]Y

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]+

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]T

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]T

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]A

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]A

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]A

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]B

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]B

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]B

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD](

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]1

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]1

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD])

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
+ Nếu coi A và B chỉ tác dụng với một phần dung môi đem hấp thụ, th́ khi đó hệ số tăng tốc hấp thụcủa các chất có dạng :

[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]1

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]


[TABLE="align: left"]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD="align: left"][/TD]
[TD][/TD]
[TD="align: left"][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]





[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]D

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[TABLE]
[TR]
[TD][TABLE="width: 100%"]
[TR]
[TD]D

[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]
Trong đó:



n[SUB]A[/SUB], n[SUB]B [/SUB]_ sè kmol cấu tử C tác dụng với A và B
C – nồng độ cấu tử C trong pha láng
A[SUB]P[/SUB] , B[SUB]P[/SUB] nồng độ cấu tử A,B ở bề mặt phân chia pha
· Cân bằng pha khí hấp thụ
Cân bằng lỏng khí trong quá tŕnh hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào bản chất dung môi và chất hoà tan chứa trong dung dịch.
Nếu trong dụng môi có chất hoà tan nhựng không tác dụng với khí hoà tan khi hấp thụ :
Ví dô : NH[SUB]3[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O + NaCl

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Th́ dụng dịch như vậy thường làm giảm độ hoà tan của khí khi bị hấp thụ Động lực của quá tŕnh hấp thụ phụ thuộc rất nhiều vào các chất hoà tan. NaCl là chất điện li nên trong dụng dịch nó phân li thành Na[SUP]+[/SUP] và Cl[SUP]-[/SUP] làm cho điện tích của các chất tồn tại trong hệ bị ảnh hưởng. V́ vậy lượng chất hoà tan cũng sẽ bị thay đổi trong dụng môi với các dung dịch chứa chất điện giải nhưng không tác dụng với khƯ hoà tan của khí xác định theo phương tŕnh tổng quát sau :
Trong đó: m : Là lượng chất hoà tan khác trong dụng môi.
m[SUB]0[/SUB] : Lượng chất hoà tan khi không có chất hoà tan khác trong
dung môi .

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

a,b : Là hệ số đặc trưng cho bản chất của dụng dịchvà các chất
hoà tan trong dụng môi
e : Là lực ion trong dụng dịch điện li.
c : Nồng độ của các chất hoà tan trong dung môi

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

m : Phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố
Trong đó : C[SUB]i [/SUB] nồng độ ion trong dụng dịch
T[SUB]i[/SUB] nồng độ ion trong dụng dịch
K[SUP]+[/SUP]; K[SUP]-[/SUP] : Là trị số bổ xung đối với các khí và ion.
Nếu ta gọi : y là thành phần NH[SUB]3[/SUB] ở pha láng

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Ta có thể viết :
Trong đó : f[SUP],[/SUP] : fugat ở pha khí
F : fugat ở pha láng
a : hoạt động ở pha láng
a[SUP],[/SUP] : hoạt động ở pha khí
f = a . P
Khi trong dung môi có chất hoà tan th́ :

P[SUB]NH3[/SUB] : áp suất riêng phần của NH[SUB]3[/SUB]trên dung dịch không có NaCl [ mmHg]
A: nồng độ NH[SUB]3[/SUB] ở trong dụng dịch tính theo đơn vị chuẩn
(1 độ chuẩn =1/20 N)
Khi có CO[SUB]2[/SUB] hoà tan trong dụng dịch th́ khi đó tính theo phương tŕnh :
Trong đó : n và c tuỳ thuộc vào nồng độ CO[SUB]2[/SUB] có trong dụng dịch. Giá trị của c và n thay đổi theo bảng sau.
[TABLE]
[TR]
[TD][CO[SUB]2[/SUB]] theo đlg
[/TD]
[TD]0
[/TD]
[TD]1
[/TD]
[TD]2
[/TD]
[TD]3
[/TD]
[TD]4
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]n
[/TD]
[TD]1,13
[/TD]
[TD]1,31
[/TD]
[TD]1,83
[/TD]
[TD]2,5
[/TD]
[TD]3,2
[/TD]
[/TR]
[TR]
[TD]c
[/TD]
[TD]5,67
[/TD]
[TD]5,08
[/TD]
[TD]4,13
[/TD]
[TD]2,65
[/TD]
[TD]1,65
[/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Khi có mặt của NaCl th́ P[SUB]NH3[/SUB] được tính theo công thức :

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Trong đó : C[SUB]NaCl[/SUB] là nồng độ NaCl trong dung dịch amoni hoá
P[SUP]0[/SUP] là áp suất hơi cân bằng của NH[SUB]3[/SUB] trên dung dịch khi không có chất
hoà tan [mm Hg]
V́ NH[SUB]3[/SUB] là chất hoà tan tương đối dễ trong nước cho nên nó có quan hệ giữa nồng độ và áp suất theo đồ thị sau:








Nhận xét : Quá tŕnh amoni hoá có thể thực hiện ở áp suất âm và đạt được nồng độ tương đối lớn. V́ vậy quá tŕnh amoni hoá thực hiện ở P< P[SUB]K4 [/SUB] mục đích là làm giảm lượng NH[SUB]3[/SUB] thoát ra môi trường khi ḍ gỉ đường ống, thiết bị
Quan hệ giữa nồng độ NH[SUB]3­[/SUB] và nồng độ NaCl được thể hiện qua đồ thị sau :





Chính v́ lư do trên, mà qua tŕnh amoni hoá không nên đưa thừa lượng NH[SUB]3[/SUB], v́ nếu lượng NH[SUB]3[/SUB] quá lớn sẽ làm giảm nồng độ muối ăn. Trong quá tŕnh amoni hoá th́ nồng độ NaCl giảm v́ :

- Khi NH[SUB]3­[/SUB] hoà tan làm cho thể tích dung dịch tăng nên .
- Do hơi nước trong khi tái sinh mang lại.
- Do .nhiệt độ của dung dịch tăng làm cho thể tích của chất lỏng tăng (nhiệt độ này do cặn trong dụng dịch ).
Do vậy bề mặt truyền nhiệt sẽ có cặn dẫn tới hệ số truyền nhiệt cũng như chuyển khối giảm. V́ vậy phải chọn thiết bị sao cho dễ làm sạch
Ngoài phản ứng chính : NH[SUB]3[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O = NH[SUB]4[/SUB]OH c̣n có các phản ứng phô sau:
2NH[SUB]3[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]O + CO[SUB]2[/SUB] = (NH[SUB]4­[/SUB])[SUB]2[/SUB] CO[SUB]3[/SUB]+ Q
Khi trong dung dịch dư nhiều NH[SUB]3[/SUB] th́ sẽ tạo ra muối cacbonat trung tính. Khi hết NH[SUB]3[/SUB] tù do hoặc rất Ưt th́ mới có thể tạo ra NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB]
Ca[SUP]2+[/SUP] +CO[SUB]3[/SUB][SUP]2-[/SUP] = CaCO[SUB]3[/SUB]
Mg[SUP]2+[/SUP] +OH[SUP]-[/SUP] = Mg(OH)[SUB]2[/SUB]
Tuy nhiên khi nồng độ NH[SUB]3[/SUB] lớn th́ c̣n có phản ứng tạo ra mối kép
NaCl + CaCO[SUB]3[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O ® NaCl . CaCO[SUB]3[/SUB] H[SUB]2[/SUB]O

II– CƠ SỞ LƯ THUYẾT CỦA QUÁ TR̀NH CACBONAT HOÁ DUNG DỊCH AMON:

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Quá tŕnh cacbonat hoá là cung cấp cho dung dịch một lượng CO[SUB]2[/SUB]để tạo ra sản phẩm NaHCO[SUB]3[/SUB] với hiệu suất sử dụng muối ăn là cao nhất
Thực chất của quá tŕnh này là quá tŕnh phản ứng giữa chất khí hoà tan trong nước muối (NH[SUB]3[/SUB]) với khí CO[SUB]2[/SUB] tạo muối cacbonat qua phản ứng trao đổi để tạo kết tủả Natribicacbonat theo phản ứng sau:
NH[SUB]3[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O +CO[SUB]2[/SUB] « NH[SUB]2[/SUB] COONH[SUB]4­[/SUB] + Q (1)
NH[SUB]2[/SUB]COONH[SUB]4[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O « NH[SUB]4[/SUB] HCO[SUB]3­ [/SUB]+ NH[SUB]3[/SUB] + Q
Sau đó NH[SUB]3[/SUB] sẽ quay trở lại để hấp thụ CO[SUB]2[/SUB] theo phản ứng (1)
Theo quan điểm 2:
Khí CO[SUB]2­ [/SUB]tác dụng chủ yếu với amoniac hoà tan trong dụng dịch Hyđoxit
2 NH[SUB]4[/SUB]OH + CO[SUB]2[/SUB] « (NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2[/SUB] CO[SUB]3[/SUB] + Q + H[SUB]2[/SUB]O
Sau đó phản ứng tiếp tục với CO[SUB]2[/SUB] với (NH[SUB]4[/SUB] )[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] ở trong dung dịch để tạo ra muối amonibicacbonat .
(NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2­[/SUB] CO[SUB]3[/SUB] + CO[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O « 2 NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB]
sản phẩm cuối cùng của phản ứng là NH[SUB]4[/SUB] HCO[SUB]3[/SUB] tham gia tác dụng với NaCl (do NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB] băo hoà nên kết tủa )
NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB] + NaCl « NaHCO[SUB]3[/SUB] + NH[SUB]4[/SUB] Cl
Hai quan điểm trên đều có thể phù hợp với quá tŕnh dung dịch sau cacbonat hoá c̣n có chứa một số muối khác ngoài các muối trên (NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] ; Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB] ;
NH[SUB]4[/SUB]­CO[SUB]2[/SUB] NH[SUB]2[/SUB] . Sở dĩ có các muối đó là do trong quá tŕnh cacbonat hoá c̣n có các phản ứng phụ chuyển đổi muối từ dạng nok sang dạng kia
+ Động học của quá tŕnh:
Trong quá tŕnh cacbonat hoá dung dịch amon có hai quá tŕnh sảy râ đó là
· Quá tŕnh hấp thụ CO[SUB]2[/SUB]
· Quá tŕnh kết tinh NaHCO[SUB]3[/SUB] trong dông dịch
Hai quá tŕnh này có thể sảy ra song song hoặc sảy ra nối tiếp
Ta có thể tính được lượng khí CO[SUB]2[/SUB] bị hấp thụ bởi dụng dịch amon trong một đơn vị thời gian như sau :

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Trong đó : b[SUP],[/SUP] là hệ số chuyển khối trong phản ứng hoá học
C[SUB]O[/SUB] : Nồng độ băo hoà
C : Nồng độ quá băo hoà , C phụ thuộc vào CO[SUB]2­[/SUB] trong pha
(C – C[SUB]0[/SUB]) : độ băo hoà, nó quyết định động lực của quá tŕnh hấp thụ sẽ
tạm dừng và lượng CO[SUB]2[/SUB] sẽ không vào dung dịch được nữa .

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Thực ra CO không phải là giá trị đồng biến hay nghịch biến. Cho nên người ta có thể viết lại công thức trên dưới dạng tổng quát :
Mức độ cacbonat hoá : đây là đại lượng đặc trưng của CO[SUB]2[/SUB] trong dụng dịch :

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Lượng trong dung dịch bao gồm lượng CO[SUB]2[/SUB] nằm dưới .

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Các dạng muối : CO[SUB]3[/SUB][SUP]2-[/SUP] ; HCO[SUB]3[/SUB][SUP]-[/SUP] ; NH[SUB]2[/SUB]OO[SUP]-[/SUP]
Lượng CO[SUB]2[/SUB] trong pha rắn chính là lượng NaHCO[SUB]3[/SUB]
Nếu không có kết tinh th́ mức độ Cacbonat hoá = 100% khi có kết tinh th́ mức độ cacbonat hoá >100%
Để cho R[SUB]C[/SUB] = 160% ¸ 200% th́ nồng độ CO[SUB]2[/SUB] trong pha khí phải đạt >80%
Khi : R[SUB]C[/SUB] <= 100% th́ pha rắn chưa có
R[SUB]C[/SUB]>100% th́ trong dung dịch có kết tinh
+ Động học của quá tŕnh kết tinh :
Gồm hai giai đoạn :
Tạo mầm : Động lực của quá tŕnh tạo mầm mang tính chất tự nhiên nó tuân theo công thức :
W[SUB]M[/SUB] = k . exp(ΔZ/ RT)
Trong đó : W: Là tốc độ tạo mầm
ΔZ: Là biến thiên thế động lực học khi tạo pha mớivà

[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

ΔZ = - A[SUB]max[/SUB]
A[SUB]max[/SUB] : Là công tŕnh thành mầm
a - Là hệ số h́nh dạng của hạt tinh thể
d - Năng lượng bề mặt riêng của mầm
M – Khối lượng phân tử của chất tạo mầm
S – Tỷ trọng của mầm
C – Nồng độ quá băo hoà của chất tạo mầm
C[SUB]0[/SUB] – Nồng độ băo hoà
·
[TABLE]
[TR]
[TD][/TD]
[/TR]
[TR]
[TD][/TD]
[TD][/TD]
[/TR]
[/TABLE]

Phát triển mầm : phải có một quá tŕnh chuyển vật chất từ không gian tới bề mặt mầm. Quá tŕnh chuyển vật chất chủ yếu là do khuếch tán .
Trong đó:
d : Chiềudày lớp khuếch tán
F : Bề mặt tiếp xúc giữa pha mầm và dung dịch
D : Hệ số khuếch tán
Muốn cho mầm phát triển đều thi tốc độ vận chuyển vật chất phải ổn định
ΔC = C – C[SUB]0[/SUB] = Const
+ Cân bằng : Hệ cacbonat hoá là hệ gồm nhiều cấu tử. Nên cân bằng của hệ này rất phức tạp
+ Cân bằng rắn- lỏng : Dựa vào hệ lư tưởng 4 cấu tử
NH[SUB]4[/SUB] HCO[SUB]3[/SUB] + NaCl = NaHCO[SUB]3[/SUB] + NH[SUB]4[/SUB]Cl
Nếu điểm hệ nằm tại O th́ khi kết tinh sẽ suất phát từ đích qua điểm O về(1). Tại(1) th́ NH[SUB]4[/SUB]Cl kết tinh tương đối lớn ®U[SUB]Na[/SUB]tăng. Tại điểm P[SUB]1[/SUB] th́ hiệu suất chuyển
hoá là 82,3%. Khi đó sản phẩm có lẫn NaHCO[SUB]3[/SUB] và NH[SUB]4[/SUB]Cl. Nếu đem nhiệt giải th́ NaHCO[SUB]3[/SUB] sẽ bị phân huỷ :
NaHCO[SUB]3[/SUB] = Na[SUB]2[/SUB]­CO[SUB]3[/SUB] + CO[SUB]2[/SUB] +H[SUB]2[/SUB]O
Na[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3 [/SUB]+ NH[SUB]4[/SUB]Cl = NaCl + (NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB]
Nếu lấy điểm a và nối với đỉnh cắt đường P[SUB]1[/SUB]. IV tại 2 th́ 2 tồn tại 2 muối : NaHCO[SUB]3[/SUB] và NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB]. Và hiệu suất lúc này thấp :U[SUB]NA[/SUB] . Khi đem nhiệt giải th́ :
NH[SUB]4[/SUB]HCO[SUB]3[/SUB] ® NH[SUB]3[/SUB] + CO[SUB]2[/SUB] + H[SUB]2[/SUB]O
NaHCO[SUB]3[/SUB] + NH[SUB]4[/SUB]OH = NaCl + (NH[SUB]4[/SUB])[SUB]2[/SUB]CO[SUB]3[/SUB]
Vậy muốn đạt hiệu suất cao và chất lượng cao thi điểm thành phần phải nằm xung quanh điểm (1) và tất cả các cấu tử phải được băo hoà
Cân bằng lỏng khí : Trên bề mặt pha lỏng sẽ có hiện tượng NH[SUB]3[/SUB] thoát ra. Đặc trưng cho quá tŕnh này là P[SUB]NH3[/SUB]
Khi cacbonat hoá th́ sảy ra các hiện tượng
CO[SUB]2[/SUB]­ - P[SUB]CO2[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]O­ - P[SUB]H2O[/SUB]