đồ án cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn ngoài

Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Quá trình thiết bị

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên

: Nguyễn Đình Long

Lớp

: ĐHCN Hóa 1 – K13

Khoa

: Cơng Nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn

: Nguyễn Văn Mạnh
NỘI DUNG ĐỀ BÀI:

Thiết kế hệ thống cơ đặc hai nồi xi chiều , phịng đốt ngồi thẳng
đứng. Cơ đặc dung dịch HNO3 với năng suất 3250 kg/h
Các số liệu ban đầu :
-Chiếu cao ống gia nhiệt

: H = 3m

-Nồng độ đầu của dung dịch là : 30,15% .
-Nồng độ cuối là

: 58,2 % .

-Áp suất hơi đốt nồi 1 là

: 4,0 at

-Áp suất hơi ngưng tụ là

: 0,29 at

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2010
Người nhận xét

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Quá trình thiết bị

MỤC LỤC

Phần 1 :
Mở đầu:
I. Sơ lược về q trình cơ đặc ......................................................................... 7
II. Giới thiệu chung về sản phẩm .................................................................... 8
Phần 2 : Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất .................................................. 9
I. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều: ................................. 10
II. Nguyên lý làm việc của hệ thống ............................................................. 11
Phần 3 : Tính tốn thiết bị ........................................................................ 12
I. Tính tốn thiết bị chính: ............................................................................ 12
1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: ........................................ 12
2. Tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi: ........................................... 12
3. Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi: .................................................. 13
4. Chênh lệch áp suất chung của hệ thống: ................................................ 13
5. Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt trong mỗi nồi: ......................................... 13
6. Nhiệt độ (t’i) và áp suất hơi thứ (p’i) ra khỏi từng nồi: ............................ 14
7. Tổn thất nhiệt độ do từng nồi:................................................................ 15
8. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống: .................................................. 18
9. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: ........................................ 19
10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi: ......................... 22
11. Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi: ............................................ 27
12. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi: ................................................ 27
13. So sánh ∆T*i và ∆Ti: ............................................................................ 28
14. Bề mặt truyền nhiệt: (F)....................................................................... 29
II. Tính toán thiết bị phụ ............................................................................... 29
1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: ............................................................. 29
2.Thùng cao vị: ....................................................................................... 34

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Q trình thiết bị

3.Tính tốn thiết bị ngưng tụ: .................................................................. 41
4.Tính tốn bơm chân khơng: .................................................................. 48
III: Tính tốn cơ khí: .................................................................................... 50
A.Buồng đốt: ................................................................................................ 50
1. Số ống trong buồng đốt: ....................................................................... 50
2. Đường kính trong buồng đốt:................................................................ 51
3. Chiều dày phòng đốt:............................................................................ 51
4. Chiều dày lưới đỡ ống: ......................................................................... 54
5. Chiều dày đáy nồi phịng đốt: ............................................................... 55
6. Tra bích để lắp đáy vào thân: ................................................................ 57
B. Buồng bốc ............................................................................................... 58
1. Thể tích phịng bốc hơi: ........................................................................ 58
2. Tính chiều cao phịng bay hơi: .............................................................. 58
3. Chiều dày phòng bốc: ........................................................................... 59
4. Chiều dày nắp buồng bốc: .................................................................... 60
5. Tra bích để lắp nắp vào thân: ................................................................ 62
IV. Một số chi tiết khác ................................................................................ 62
1. Tính đường kính các ống nối dẫn hơi và dung dịch vào: ...................... 62
2. Tính và chọn tai treo: .......................................................................... 66
3. Chọn kính quan sát:............................................................................. 71
4. Tính bề dày lớp cách nhiệt: ................................................................. 72
Phần 4. Kết luận ........................................................................................... 73

Tài liệu tham khảo: ....................................................................................... 74

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Q trình thiết bị

LỜI NĨI ĐẦU
Là một sinh viên ngành cơng nghiệp hóa chất và là một kĩ sư hóa chất
trong tương lai. Ngồi những kiến thức đã được học trên lớp, học qua sách vở,
chúng ta cũng cần trau dồi những kiến thức chuyên môn trong thực tế. Sau khi
đã được học xong môn quá trình và thiết bị, em đã được nhận đề tài đồ án về
“Thiết kế hệ thống cô dặc hai nồi xi chiều thiết bị cơ đặc có phịng đốt
ngồi kiểu đứng” Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên
trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng
kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Cơng nghệ Hố học”
. Việc làm đồ án môn học này không những giúp em làm quen với thực tiễn mà
còn tạo điều kiện để em phát huy năng lực của mình trong việc hồn thiện các
kĩ năng tính tốn, tư duy, thu thập thơng tin trong thực tế và tự nâng cao kĩ
năng trình bày bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một
cách có hệ thống.
Để đồ án được hồn thiện tốt hơn em rất mong nhận được sự chỉ bảo, giúp
đỡ tận tình của các thầy hướng dẫn trong quá trình thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày…tháng…năm….
Sinh viên thực hiện

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Quá trình thiết bị

Phần 1: MỞ ĐẦU
I. Sơ lược về q trình cơ đặc.
Q trình cơ đặc là q trình làm tăng nồng độ của chất hồ tan (khơng
hoặc khó bay hơi) trong dung mơi bay hơi. Đặc điểm của q trình cơ đặ là
dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, cịn chất hồ tan trong dung
dịch khơng bay hơi do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên.Khi bay hơi
nhiệt độ của dung dịch sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất hơi của dung môi trên
mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên bề mặt
thoáng 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 thì tốc độ bay hơi càng lớn,
cịn sự bốc hơi diễn ra ( ở trạng thái sôi) ngay cả trong lòng dung dịch( tạo
thành bọt ) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thống,
trạng thái sơi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của
dung dịch đã cho.
Trong q trình cơ đặc nồng độ của dung dịch tăng lên, do đó mà một số
tính chất của dung dịch sẽ thay đổi. Điều này có ảnh hưởng tới q trình tính
tốn, cấu tạo và vận hành của thiết bị cô đặc. Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt
, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt  của dung dịch sẽ giảm. Ngược lại khối
lượng riêng  , độ nhớt ν, tổn thất do nồng độ ∆ ’ sẽ tăng. Đồng thời khi tăng
nồng độ sẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, những

tính chất đó sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị.
Hơi của dung môi được tách ra trong q trình cơ đặc gọi là hơi thứ, hơi
thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng 1 thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ
để đun nóng cho 1 thiết bị ngồi hệ thống thì ta gọi đó là hơi phụ.

Q trình cơ đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc 1 nồi hoặc nhiều
nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Qúa trình cơ đặc có thể tiến hành ở các
áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thường thì
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Q trình thiết bị

có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cơ đặc
trong chân khơng vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt (khi
áp suất giảm thì nhiệt độ sơi của dung dịch giảm dần đến hiệu số nhiệt độ giữa
hơi đốt và dung dịch).
Cô đặc nhiều nồi
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý
nghĩa cao về mặt sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi : Nồi đầu
dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ bốc lên ở nồi này được đưa vào
làm hơi đốt của nồi thứ hai, hơi thứ của nồi thứ hai sẽ được đưa vào làm hơi
đốt của nồi thứ ba,... hơi thứ ở nồi cuối trong hệ thống được đưa vào thiết bị
ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi trước đến nồi sau, qua mỗi nồi nồng
độ của dung dịch tăng dần lên do dung môi bốc hơi một phần.Điều kiện cần
thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt

và dung dịch sơi,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 nồi đầu làm việc ở áp
suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.
Hệ thống cơ đặc nhiều nồi được sử dụng khá phổ biến trong thực tế sản
xuất.
Ưu điểm nổi bật của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước ra nồi
sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nhiệt
độ sôi của 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 được làm lạnh đi, lượng nhiệt này
sẽ là bốc hơi thêm 1 phần nước là q trình tự bốc hơi.

Nhược điểm của nó là nhiệt độ của nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại
cao hơn so với nồi trước nên đọ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn đến hệ số

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Quá trình thiết bị

truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối. Hơn nữa khi dung
dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần tốn thêm 1 lượng
hơi đốt để đun nóng dung dịch.
Trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm, cơ đặc là q trình làm bay hơi 1
phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi ở nhiệt độ sôi với
mục đích:

+ Làm tăng nồng độ của các chất hịa tan trong dung dịch
+ Tách các chất hòa tan ở dạng rắn (kết tinh)
+ Tách dung môi ở dạng nguyên chất vv…
II. Giới thiệu chung về sản phẩm HNO3
Axit Nitric ( HNO3) là một trong những hợp chất vô cơ quan trọng được
sử dụng khá phổ biến trong cơng nghiệp hóa chất phân bón. Phân bón chứa
amoni sunfat có tác dụng làm giảm pH cho đất. Ngồi ra cịn được sử dung là
thành phần trong thuốc diệt cỏ,thuốc sát trùng, thuốc trừ sâu…Trong hóa sinh
sự kết tủa axit nitric là một phương pháp chung để làm sạch protein.
Axit Nitric được tạo thành từ phản ứng của amoniac và Axit Nitric. Có
thể tồn tại ở dạng bột khô hoặc dung dịch. ở dạng khơ được hình thành từ việc
phun axit sunfuric vào phịng kín chứa đầy khí amoniac. Amoni sunfat cũng
được sản xuất từ thạch cao. Ở nhiệt độ trên 2500C Axit Nitric sẽ bị phân hủy.

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường ĐHCN Hà Nội

Đồ án Quá trình thiết bị

SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
I.Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc xuôi chiều làm việc liên tục :
Chú thích sơ đồ:
1. Thùng chứa dung dịch đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế

5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6. Thiết bị cô đặc
7. Thiết bị cô đặc
8. Thùng chứa nước
9. Thùng chứa sản phẩm
10.Thiết bị ngưng tụ Baromet
11.Thiết bị tách bọt
12.Bơm chân khơng
13. Khóa
14. Buồng bốc 1
15.Buồng bốc

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long – Hóa 1K13


Trường: ĐHCN Hà Nội

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

Đồ Án Môn Học QTTB CN Hóa Học

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

II.Nguyên lý làm việc:
Dung dịch đầu HNO3 được bơm( 6) đưa vào thùng cao vị (số 5) từ thùng chứa,
sau đó chảy vào thiết bị trao đổi nhiệt (3). Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được
đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi 1. Ở nồi 1, dung dịch tiếp tục được
đun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền
nhiệt, hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch . Nước ngưng được
đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng. Dung mơi bốc hơi lên trong phịng
bốc gọi là hơi thứ, hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được đưa qua bộ phận tách
bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua bọt. Hơi thứ ra khỏi nồi
1 được làm hơi đốt cho nồi 2. Dung dịch từ nồi 1 tự di chuyển sang nồi thứ 2 do có
sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi
trước. Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn nhiệt độ của nồi sau, do đó dung dịch đi vào
nồi 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi, kết quả là dung dịch được làm lạnh, lượng
nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng dung môi gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng
khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sơi của dung dịch do đó
cần phải tiêu tốn thêm 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi
chiều dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu được đun nóng sơ bộ .
Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 được đưa vào thùng chứa sản phẩm. Hơi thứ bốc ra
khỏi nồi thứ 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụ barômet. Trong thiết bị ngưng tụ nước
làm lạnh từ trên đi xuống hơi cần ngưng đi từ dưới đi lên, ở đây hơi được ngưng tụ
lại thành lỏng chảy qua ống baromet (10) ra ngoài, cịn khí khơng ngưng đi qua thiết
bị thu hồi bọt rồi vào bơm hút chân không.

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

PHẦN II
TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
1. Số liệu ban đầu :
Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 3,25 tấn/h = 3250kg/h
Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m
Nồng độ đầu vào của dung dịch: 30,15%
Nồng độ cuối của dung dịch: 58,2%
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 at
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,29 at
2.Tính cân bằng vật liệu :
2.1. Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng
nồi:

2.1.1. Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:
Áp dụng công thức (VI.1/ST 2 – T 55)

xđ
W = Gđ – Gc = Gđ (1 xc )
 W = 3250.( 1 - 30,15%/58,2% )= 1566.366 (kg/h)

2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :
W1 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1
W2 : Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2
Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

W1
1
W2

Mà ta có: W1 + W2 = 1566.366

 W1  W2  783,183
3043,886
(kg/h)

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi

x1:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1
x2:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2
Áp dụng công thức :
W1 = Gđ ( 1-

xđ

x

)  x1=

Gx
G W

d

d

1

d

1

x 1 = 39,722%
x2 = 58,2%
3.Tính cân bằng nhiệt lượng :
3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:

3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi.
- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

P  Phd  Pnt  44 – 0,29
0,2 = 33,71
,8(at )
- Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:
P1 2,45

 P1  2,45P2
P2
1

mà:

P1  P2  3,71
3,8
=> ∆𝑃2 = 1,1
∆𝑃1 = 2,61

* Vậy áp suất hới đốt ở từng nồi là:
P1 = 4 (at)

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

;

P2 = 4 – 2,61= 1,39 ( at )

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

* Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:
Tra bảng (I.251/ST1-T316):
P1 = 4 (at)  t1 =142,9°C
P2 = 1,39 (at)  t2 =108,475°C
Pnt = 0,29 (at)  tnt =67,8 °C
3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.
NX: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết bị ngưng tụ
thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là ,,  1  1,5 ,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốt cho nồi
2: chọn ,,  1C

Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:

t1, , t 2, , P1, , P2,
t1,  t2  1  106,45  1  107,45C
Ta có:

 t’ =109,475°C

t’2 =68.8°C

t2,  tnt  1  59,7  11 60.7C

Tra bảng (I.250/ST1-T312), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi sẽ cho áp hơi
thứ tương ứng:
P’1= 1,4568 at

P’2= 0.302652 at

Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:
Bảng 1:
Nồi I
Loại

Áp suất

Nồi 2

Nhiệt độ

Áp suất

(0C)
Hơi
đốt
Hơi
thứ

P1= 4

t1=142,9

Hơi ngưng tụ
Nhiệt độ

Nhiệt
độ (0C)

(0C)
P2=1,408

Áp suất

t2=108,475
Png=0.29 tng=67,8

P’1=1,4568 t’1=109,45 P’2=0.302652

t’2 =68,8

3.2.Xác định tổn thất nhiệt đợ:

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

3.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ : , C
Áp dụng công thức:

,  ,o . f C
(CT.VI.10/ST2 – T59)

T2
f  16,2.
r

’o : tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung

môi ở áp suất thường
T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho

K

r: ẩn nhiệt hố hơi của dung mơi ngun chất ở áp suất làm việc J/kg
* Tra bảng (VI.2/ST2 – T63)
x 1 = 39,722% 

= 4.49 °C

x 2 = 58.2% 

= 8.05 °C

* Xác định nhiệt độ Ti
𝑇1 =109,45 + 237 = 346,45 K
𝑇2 = 68,8 + 273 = 341,8 K
* Xác định ri:
Tra bảng (I.250/ST1 – T312)
𝑟1 = 2234. 103 𝑗/𝑘𝑔
𝑟2 = 2340. 103 𝑗/𝑘𝑔
Vậy:
∆ ∙1 = 3,9℃
∆ ∙2 = 6,51℃
= 3,9 + 6,51 = 10,41 ℃
3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: ,,
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

- Áp dụng công thức VI.13

,,  ttb  t o

Ptb  Po  (h1 

h2  dds .g
).
at
2 9,81.10 4

Po : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at)
h1 :chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m)
h 2 : chiều cao của ống truyền nhiệt (m)

 dds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3 ). Lấy gần đúng bằng

1

2

khối

lượng riêng của dung dịch ở 20ºC

g : gia tốc tọng trường m/s2
- Khối lượng riêng của dung dịch HNO3 ở 20ºC ứng với mỗi nồng độ được xác định
theo bảng (I.46/ST1 – T42)
𝑥1 = 39,722 %  𝜌𝑑𝑑 = 1283,12(𝑘𝑔/𝑚 3 )
𝑥2 = 58,2 %  𝜌𝑑𝑑 = 1426,65(𝑘𝑔/𝑚 3 )
Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là
𝜌𝑑𝑑1 = 1283,12/2 = 641,56 (𝑘𝑔/𝑚 3)
𝜌𝑑𝑑2 = 1426,65/2 = 713,325 (𝑘𝑔/𝑚 3 )
- chọn h1 = 0,5 m và h2 = 2,0 m ( đề ra )

𝑃𝑡𝑏1 = 1,52 (𝑎𝑡)

𝑃𝑡𝑏2 = 0,46 (𝑎𝑡)

Tra bảng (I.251/ST1- T314)

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

𝑡𝑡𝑏1 = 112,1℃

𝑡𝑡𝑏2 = 79.7℃

Vậy:
= 112,1 – 109,45 = 2,65℃
= 79,7 – 68,8 = 10,9 ℃

  ,,  ,1,  ,2,  12,65
,87 +10,9
9,96 =13,55
11,83 C℃

( ,,, )

3.2.3 Tổn thất do đường ống

- Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là :1 oC
Vậy:



,,,

 ,1,,  ,2,,  1  1  2C

 tổng tổn thất nhiệt độ là:

      
,

,,

,, ,

 4,66  11,83  2  18,49C
=10,41 + 13,55 + 2 = 25,96 ℃
3.3.Tính hiệu số nhiệt đợ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi

3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định :

t hi  t ch    (CT VI.16/ST2 –T67)
t ch  Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ ngưng
ở thiết bị ngưng tụ.

tch  thd  tnt =142
,9  –6068,8
,7  82
2C (CT VI.16/ST2 – T67)
142,9
= ,74,1
Vậy :

t hi  82
,2 18
,49 =63
,71C
74,125,96
48,14
℃
3.3.2 Xác định nhiệt độ sơi của từng nồi
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

t s1  t1,  ,1  ,1,
t s 2  t 2,  ,2  ,2,
t s1 , t s 2 : nhiệt độ hơi thứ của từng nồi
𝑡𝑠1 = 109,45 + 2,65 + 3,666 = 116,92℃

𝑡𝑠2 = 68,8 + 10,9 + 6,125 = 86,65℃
3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi;
∆𝑇1 = 𝑡1 − 𝑡𝑠1 = 142,9 − 117,766 = 25,134℃
∆𝑇2 = 𝑡2 − 𝑡𝑠2 = 108,475 − 85,825 = 22,65℃
3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

GdCdtso

W1i1

W1.i2

Qm1

W2i3

W

Qm2
W1Cn1 2

D.i
D  1 Cn1

(Gd-W1)C1ts1

(Gd-W1-W 2 )C2.ts2

D:Lượng hơi đốt vào kg/h

i, i1 , i2 :hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ J/kg

1 ,  2 : Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2
Cd, C1,Cn1,Cn2,C2: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nước ngưng.
Qm1,Qm2 : nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

Gd : lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị
W1 , W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2
3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có:
- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i
Nhiệt do dung dịch mang vào : G
- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W 1.i2
Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (Gd – W1)C1ts1
3.4.2 Nhiệt lượng mang ra:
- Nồi 1:
- Hơi thứ mang ra : W1i1
- Nước ngưng :D.  1 .Cn1
- Dung dịch mang ra : (Gd – W1)C1ts1
- Nhiệt mất mát : Qm1=0,05D(i - C1  1 )
- Nồi 2 :
- Hơi thứ : W2i3
- Nước ngưng : W1.  2 .Cn2

- Do dung dịch mang ra : (Gd – W1 – W2)C2.ts2
- Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cn2)  2
3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Được thành lập dựa trên nguyên tắc :
Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

- Nồi 1 :
D.i1  Gd C d t s 0  W1 .i1  (Gd  W1 )C1 .t s1  D.Cn1 .1  Qm1
D.i1  Gd C d t s 0  W1 .i1  (Gd  W1 )C1 .t s1  D.Cn11  0,05D(i  Cn11 )

(1)

- Nồi 2 :
W1i 2  (G d  W1 )C1 .t s1  W2 i3  (G d  W1  W2 )C 2 t s 2  W1Cn 2 2  Qm 2
W1i 2  (G d  W1 )C1t s1  W2 i3  (G d  W1  W2 )C 2 t s 2  W1Cn 2 2  0,05W1 (i 2  Cn 2 ) 2

(2)

mà ta lại có: W1  W2  W (3)
Kết hợp pt (1),(2),(3) ta được
W1 

D

W (i3  C 2 t s 2 )  G d (C 2 t s 2  C1t s1 )
(4)
0,95(i 2  Cn 2 2 )  i3  C1t s1

W1 (i1  C1t s1 )  G d (C1t s1  C d t s 0 )
(5)
0,95(i  Cn1 1 )

- Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

1  142,9C
 2  106,45C

𝜃2 = 108,475℃
-Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Tra bảng I204/ Tr 236/ ST1 x0 = 30,15 % ↔: ts0 =103,613ºC
Đã tính được : ts1 = 116,92oC
ts2 = 86,65oC
- Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng
(I.249/ST1 – T310)
1 = 142,9 oC  Cn1 = 4294,25 (J/kg độ)

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long

Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

2 = 108,475 oC  Cn2 = 4231,32 (J/kg độ)
- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2, ra khỏi nồi 2 :
- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 30,15 %
Áp dụng cơng thức I.41 /ST1 – T152 ta có:
Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,3015) = 2923,921 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 39,722 %
Cũng áp dụng công thức trên ta được:
C1 = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,3972) =2523,3208 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ xc = 58,2 %
Áp dụng cơng thức I.44/ST1 – T152 ta có:
C2 = Cht.x + 4186 (1- x)
Với Chr là nhiệt dung riêng của HNO3 được xác định theo công thức I.41/ST1
– T152:
M.Cht = n1.c1 + n2.c2 + n3.c3
trong đó :

M : KLPT của HNO3 : M1 = 63
n1 : Số nguyên tử H : n1 = 1
n2 : Số nguyên tử N : n 2 = 1
n3 : Số nguyên tử O : n 3 = 3

c1 , c2 c3 : Nhiệt dung riêng của nguyên tử H, N, O .

Tra từ bảng I.141 /ST1 – T152
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

c1 = 9630 J/kg.nguyên tử. độ
c2 = 26000 J/kg.nguyên tử. độ
c3 = 16800 J/kg.nguyên tử. độ
Vậy :
26000  26000  16800.3
Cht  (9630 + 26000 + 16800.3)/63
 1013,8614= 1365,566 (J/kg độ)
101

Vậy: C2 = 1365,566.0,582 + 4186.(1- 0,582) = 2544,5074 (J/kg độ)
- Xác định hàm nhiệt hới đốt và hơi thứ;
Tra bảng ( I.250/ST1 – 312 )
𝑡1 =142,9℃

𝑖 = 2744060 𝑗/𝑘𝑔

𝑡2 = 108,475℃
𝑡′1 = 116,92oC
𝑡′2 = 86,56oC

𝑖2 = 2690510,01 𝑗/𝑘𝑔
𝑖1 = 2692572 𝑗/𝑘𝑔

𝑖3 = 2626300 𝑗/𝑘𝑔

Thay các kết quả ta đã tính tốn được vào pt (1) và pt (2) ta được kết quả sau :
𝑤1 = 791,72 (𝑘𝑔/ℎ)
𝑤1 =791,72 (kg/h)

𝑘𝑔

𝑊2 = 𝑊 − 𝑊1 = 1566,366 − 791,72 = 774,56 ( )
ℎ

𝐷1 = 858,77 (𝑘𝑔/ℎ)

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

Ta có
Bảng số liệu như sau
Bảng 3

Nồi

C

Cn

J/kg độ

J/kg độ

W , kg/h
, C
CBVC

CBNL

Sai số


1

2523,3208 4226,338

142,9

783,183

791,72

1,09

2

2544,51

108,475

783,183

774,65

1,09

4229,233

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W 1 : W2 = 0,98
Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân bằng
vật chất < 5% ,vậy thoả mãn.

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi:
4.1.Tính hệ số cấp nhiệt



khi ngưng tụ hơi.

1i ;1i
t1i

TT2 i
t2i
2i ;  2i

TT1i

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1 và nồi 2
là : 11 , 12
- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưng bên
ngồi ống ,máng nước ngưng chảy dịng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính theo cơng
thức ( V.101/ST2 – T28 ).

  2,04. A.(

ri
t1i .H

) 0, 25 W/m2. độ

Trong đó:

 1i : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i

W/m2. độ

 1i : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi ngưng

của nồi I ( o C ).
Giả thiết:

∆11 = 2℃
∆12 = 1.6℃

ri: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt:
(Tra bảng I.250/ST1 – T321)
ta có:
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

t1 = 142,9 oC

r1 = 2135,5 .103 J/kg

t2 = 108,475oC

r 2 = 2252,4.103 J/kg

A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng
Với tm được tính:
tmi = 0,5(tTi +t i )

o

C (*)

ti: nhiệt độ hơi đốt
tTi : nhiệt độ bề mặt tường
mà ta lại có:

t1i  t i  tTi
(**)

 tTi  t i  t1i
thay (**) vào (*) ta được :

t mi  ti  0,5t1i
Với:

t1 = 142,9 oC

tm1 = 142,9 – 0,5.2 = 140,9 oC

t2 = 108,475 oC

tm2 = 108,45 – 0,5.1,6 = 107,68oC

Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : (ST2 – T 29 )
với:

tm1 = 141,9oC
tm2 = 107,68 oC

A1 = 194
A2 = 186,3

Vậy:
𝑊
𝛼11 = 9672,1 ( 2 đô )
𝑚

GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

𝛼22 = 9930,0 (𝑤/𝑚 2 đơ)

SV: Nguyễn Đình Long


Trường: ĐHCN Hà Nội

Đồ Án Mơn Học QTTB CN Hóa Học

4.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:

( CT 4.14/QTTB1 – T1 )

q1i  1i .t1i W/m2
q11 = 9672,1.2 = 19345,342 (W/m2)
q12 = 9930.1,6 = 15888 (W/m2)
Bảng 4:

 1i , W / m 2 do

q1i , W / m 2

194

9672,71

19345,42

186,3

9930.0

15888.0

Nồi

t1i ,C

t mi ,C

A

1

2

141,9 oC

2

1,6

107,675oC

4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi

 2i

W/m2 độ:

Ta xác định hệ số này theo công thức:
(CT /QTTB1 – T332)

 2 I  45,8.Pi 0.5 .t 2i 2,33 . i (W/m2 độ )
Pi: áp suất hơi thứ at
Xem bảng 1:

P1,  1,3465 at

P2,  0,2056at

t 2i : hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi.
GVHD: Nguyễn Văn Mạnh

SV: Nguyễn Đình Long