ĐỒ án môn học đề tài thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều không lấy hơi phụ có phòng đốt ngoài thẳng đứng, cô đặc dung dịch NaNO3 với năng suất 3,4 kgs

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MƠN QT - TB CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM



--------------- ---------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều không lấy hơi phụ có phịng
đốt ngồi thẳng đứng, cơ đặc dung dịch NaNO3 với năng suất 3,4 kg/s.

GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên
SVTH: Nguyễn Thắng
MSSV: 20175158

HÀ NỘI - 2021

download by :


VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM

BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ
CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM
______________________

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

N
H
I
Ệ
M
V
Ụ

THIẾT
KẾ ĐỒ
ÁN MÔN
HỌC
Họ và tên: Nguyễn Thắng
MSSV: 20175158
Lớp: KTHH 03
Khóa: 62
I. Đầu đề thiết kế:
Tính tốn, thiết kế hệ thống cơ
đặc hai nồi xuôi chiều làm việc
liên tục, dùng để
cô đặc
m

dung dịch NaN 3, năng suất F= 3,4 kg/s, chiều cao ống truyền nhiệt: H = 6

II. Các số liệu ban đầu:
Nồng độ đầu của dung dịch:
Nồng độ cuối của dung dịch:
Áp suất hơi đốt nồi 1:

Áp suất hơi ngưng tụ:
BI.

IV.

Nội dung các phần thuyết minh
và tính tốn:
1. Phần mở đầu
2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ cơng
nghệ (bản vẽ A4)
3. Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính
4. Tính và chọn thiết bị phụ
5. Kết luận
6. Tài liệu tham khảo.

Các bản vẽ
- Bản vẽ dây chu
- Bản vẽ lắp thiết


V.
VI.
VII. Ngày phải hoàn thành:

Cán bộ hướng dẫn:
Ngày giao nhiệm vụ:

download by :
skknchat@gmail.
com

Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU
PHẦN 1: TỔNG QUAN ............................................................................................

1.1.
1.2.
1.3.
1.3.1.
1.3.2.
PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH ................................................................

2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.7.1.
2.7.2.
2.7.3.
2.7.4.
2.8.
2.9.
lượng hơi thứ Wi ở từng nồi .............................................................................
2.9.1.
2.9.2.
2.9.3.

2.9.4.
2.10.
2.10.1. Tính hệ số cấp nhiệt α1 khi ngưng tụ hơi ..............................
2.10.2. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ .............................

download by :


2.10.3. Tính hệ số cấp nhiệt α2 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sơi 19
2.10.4. Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch

24

2.10.5. So sánh q1i và q2i

24

2.11.
truyền nhiệt của từng nồi
2.12.
độ hữu ích từng nồi

Xác định hệ số
25
Tính hiệu số nhiệt
25
*

2.13.
∆Ti

2.14.
nhiệt F

So sánh ∆Ti và
26
Tính bề mặt truyền
26

PHẦN 3: TÍNH TỐN CƠ KHÍ.............................................................................27

3.1.
đặc
3.1.1.
trong buồng đốt
3.1.2.
trong của buồng đốt
3.1.3.

Buồng đốt nồi cơ
27
Xác định số ống
27
Xác định đường kính
28

phịng đốt

Xác định chiều dày
28

đỡ ống

Tính chiều dày lưới
30

phịng đốt

Tính chiều dày đáy
32

thân, số bulơng cần thiết để lắp ghép

Tra bích lắp đáy và
34

3.1.4.
3.1.5.
3.1.6.
3.2.

Buồng bốc hơi
...34

3.2.1.

Thể tích phịng bốc
34

hơi
3.2.2.

hơi:

Chiều cao phịng bốc
35

hơi

Chiều dày phịng bốc
35

bốc

Chiều dày nắp buồng
36

3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
vào thân buồng bốc

Tra bích để lắp nắp
37


3.3.

Tính một số chi tiết
37

khác

3.3.1.

Tính đường kính các
ống nối dẫn hơi, dung dịch vào và ra . 37

3.3.2.
đỡ
3.3.3.

Tính tai treo và chân
43
Chọn kính quan sát
...49

3.3.4.
nhiệt

Tính bề dày lớp cách
49

PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ................................................................53

4.1.
tụ Baromet
4.1.1.
Gn cần thiết để ngưng tụ
4.1.2.
trong Dtr của thiết bị ngưng tụ

Tính thiết bị ngưng

53
Tính lượng nước lạnh
53
Tính đường kính
54

download by :


4.1.3.
ngăn

Tính kích thước tấm
54

bị ngưng tụ

Tính chiều cao thiết
55

Baromet

Tính kích thước ống
56

4.1.4.
4.1.5.
4.1.6.
khơng ngưng
4.2.

chân khơng
4.3.
hỗn hợp đầu
4.3.1.

Tính lượng hơi và khí
58
Tính tốn bơm
58
Thiết bị gia nhiệt
60

(Q)

Nhiệt lượng trao đổi
60

ích

Hiệu số nhiệt độ hữu
61

4.3.2.
4.3.3.

Bề mặt truyền nhiệt
...65

4.3.4.

Số ống truyền nhiệt
...65

4.3.5.
của thiết bị đun nóng
4.3.6.
ngăn

Đường kính trong
66
Tính vận tốc và chia
66

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................68


download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

LỜI MỞ ĐẦU
Để trở thành một kỹ sư kỹ thuật hóa học, học phần “Đồ án Q trình và thiết bị
Cơng nghiệp hóa học – thực phẩm” đã giúp em bước đầu làm quen với cơng việc của
một kỹ sư kỹ thuật hóa học là thiết kế, sản xuất thiết bị phục vụ nhiệm vụ sản xuất. Bộ
mơn “Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học” cung cấp những kiến thức cần thiết cho
sinh viên đặc biệt là kỹ sư máy hóa chất, giúp sinh viên hiểu và có khả năng vận hành
các thiết bị máy móc trong cơng nghiệp sản xuất có liên quan. Đây là nền tảng căn

bản, là cơ sở để các kỹ sư hiểu sâu hơn và nghiên cứu sản xuất các máy móc hiện đại
hơn trên thế giới nhất là trong thời đại mà máy móc phát triển như vũ bão hiện nay.
Trong phạm vi “Đồ án môn học – Nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi
xơi chiều thiết bị có phịng đốt ngồi thẳng dùng để cô đặc dung dịch NaNO 3” đề
cập đến việc tính tốn và thiết kế những thiết bị chính, phụ và tính cơ khí của hệ thống.
Để hồn thành đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ phía thầy cơ,
gia đình và bạn bè. Đặc biệt em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên
hướng dẫn TS. Cao Thị Mai Duyên đã giúp đỡ em tận tình để hồn thành đồ án này.
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em rất
mong nhận được ý kiến và sự góp ý của các thầy cơ để đồ án được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

PHẦN 1: TỔNG QUAN
1.1.

Giới thiệu về sản phẩm NaNO3

a, Tính chất vật lý
-

Natri Nitrat thường ở dạng tinh thể không màu, khối lượng riêng 2,265 g/ 3, có nhiệt độ nóng chảy là = 312℃.

-

Natri Nitrat tan trong nước, là chất điện li mạnh

-

Để ngoài khơng khí chúng bị chảy do hấp thụ hơi nước trong khơng khí

-

NaN

3

kha bền với nhiệt (chúng có thể thăng hoa trong chân khơng ở 380-500

℃ ).

b, Tính chất hóa học
-

Ở nhiệt độ cao NaN

3

-

Khi bị đun nóng NaN

3

-

2NaN
Phản ứng với Cu trong mơi trương Axit:

là chất oxi hóa mạnh

bị phân hủy tạo thành muối Nitrit và oxi
°

3 → 2NaN

2N

3

−

+3

+8

+

→3

2+

2

2+

+ 2NO + 4

2

c, Ứng dụng
-

Trong thiên nhiên, chủ yếu được khai thác ở ChiLe nên được gọi là sanpet Chi
Lê

-

Dùng để điều chế axit nitric, phân đạm, dùng trong công nghiệp thủy tinh,
luyện kim, độ tinh khiết 99,3 %, dùng trong thí nghiệm cơng nghiệp, dân dụng

-

Dùng làm thuốc nổ đen

1.2. Sơ lược về q trình cơ đặc
a, Q trình cơ đặc
Q trình cơ đặc là q trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun
sôi. Đặc điểm của quá trình này là dung mơi được tách ra khỏi dung dịch ở
dạng hơi, chất hoà tan được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung
dịch sẽ tăng 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 mặt thống 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 sư bốc hơi (ở trạng thái sôi) diễn ra ngay cả trong lòng
dung dịch( tạo thành bọt) khi áp suất hơi của dung môi
SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

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 cũng sẽ thay đổi. Điều này có ảnh hưởng đến q trình tính tốn,
cấu tạo vá 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 ,
’
tổn thất do nồng độ Δ 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 bề mặt 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 một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ để đun nóng
cho một 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 một nồi hoặc nhiều nồi,
làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cơ đặc có thể được thực hiện ở các áp suất
khác nhau tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thường thì 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 dẩn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng).
b, Cô đặc nhiều nồi
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý
nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cơ đặc nhiều nồi có thể
tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của
nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba...hơi thứ nồi cuối
cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua
mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên. 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.
Trong các loại hệ thống cơ đặc nhiều nồi thì hệ thống cơ đặc nhiều nồi xuôi
chiều được sử dụng nhiều hơn cả.
SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ
sự 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 đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sơi, kết quả là
dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một phần nước làm
quá trình tự bốc hơi.

Nhược điểm: nhiệt độ dung dịch ở các nồi sau thấp dần nhưng nồng độ của
dung dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền
nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối. Hơn nữa, dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ sơi nên cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung
dịch.
Trong cơng nghệ hố chất và thực phẩm, Cơ đặc là q trình làm bay hơi một
phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi. ở nhiệt độ sơi; với mục
đích:
+ Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch
+ Tách các chất hồ tan ở dạng rắn (kết tinh)
+ Tách dung mơi ở dạng nguyên chất.v.v.

1.3.

Sơ đồ - Mô tả dây chuyền sản xuất

1.3.1. Bản vẽ sơ đồ dây chuyền sản xuất
(Bản vẽ tay A4 đính kèm)
Chú thích:
1. Thùng chứa dung dịch
’

đầu 2, 2 . Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
’

6, 6 . Buồng đốt của nồi cô đặc
’

7, 7 . Buồng bốc hơi của nồi cô đặc
8. Thiết bị ngưng tụ baromet
9. Thiết bị thu hồi bọt
10. Thùng chứa nước
11. Thùng chứa sản phẩm

12. Bơm chân không
SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

1.3.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống
-

Dung dịch chứa trong thùng chứa được bơm (2) đưa lên thùng cao vị có chảy tràn
để ổn định lưu lượng. Lưu lượng kế (4) điều chỉnh lưu lượng cần thiết của dung
dịch vào thiết bị gia nhiệt (5), đun nóng tới nhiệt độ sơi dung dịch, sau đó đưa vào nồi cơ đặc 1 (6). Dung dịch sau nồi 1 đạt
nồng độ 1 sẽ sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất. Sau nồi 2 dung dịch đạt nồng độ cuối và sẽ làm lạnh bằng thiết bị làm lạnh

(16) sau đó đẩy vào thùng chứa sản phẩm (15)
-

Hơi thứ ở nồi 1 (6) được làm hơi đốt cho nồi 2 (7) vì nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ sôi
dung dịch nồi 2 (7). Hơi thứ nồi 2 (7) đi vào thiết bị ngưng tụ Baromet. Hơi được

ngưng tụ thành lỏng và tự chảy xuống thùng chứa khí khơng ngưng có lẫn bọt qua
cơ cấu tách bọt, bọt sẽ được đi xuống thùng chứa, khí khơng ngưng đi ra ngồi nhờ
bơm (11).
Hệ thống cơ đặc xi chiều (hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từ nồi nọ
sang nồi kia) được dùng khá phổ biến trong cơng nghiệp hóa chất. Nhiệt độ sơi của
nồi trước lớn hơn 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 sẽ được làm lạnh đi và lượng
nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng
khi dung dịch vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sơi của dung dịch, thì cần
phải đun nóng dung dịch do đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt. Vì vậy, khi cơ đặc
xi chiều, dung dịch trước khi vào nồi nấu đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi
phụ hoặc nước ngưng tụ.
Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau
thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch
tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :

Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUN

PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
u cầu:
Thiết kế hệ thống cơ đặc 2 nồi xi chiều khơng lấy hơi phụ có phịng đốt ngồi
thẳng đứng, cô đặc dung dịch NaNO3 với năng suất 12240 kg/h.
Các số liệu ban đầu:

2.1.

-

Nồng độ đầu vào của dung dịch: 10 % kh.lg

-

Nồng độ cuối của dung dịch: 25 % kh.lg

-

Áp suất hơi đốt nồi đầu: 5,0 at

-

Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at

Tính tốn lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W)

Áp dụng cơng thức:
Trong đó:

W – Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (kg/h)

xd – Nồng độ đầu vào của dung dịch: xd = 10%
xc – Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 25%
Gd – Lượng dung dịch đầu: Gd = 12240 [kg/h]
10

2.2.

Tính toán lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi
Gọi: W1 – Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1: W1 [kg/h]
W2 – Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W2 [kg/h]
Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước. Để đảm bảo việc dùng toàn
bộ lượng hơi thứ nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau ta chọn: Giả thiết mức phân
phối lượng hơi thứ bốc ra ở hai nồi là:

Mặt khác

SVTH: NGUYỄN

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

2.3.

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

Tính nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi

Áp dụng công thức:
Nồng độ cuối ra khỏi nồi 1 là:
1=

Gd.

Nồng độ cuối ra khỏi nồi 2 là:
2=

Gd.

2.4. Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống (∆P)
Chênh lệnh áp suất chung của hệ thống (∆P) là hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ
cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ png.
Thay số, ta có:
2.5.

Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi

a. Áp suất

Hiệu số áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau.
Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi:
∆p1: ∆p2 = a1: a2 = 2,3: 1
∆p =

Thay số, ta có:

∆p1 = ∆p.

∆p2 = ∆p.

1+ 2

2
1+ 2

1

= 4,8.

2,3
2,3+1

= 4,8.

= 3,35 at
1

= 1,45 at

2,3+1

Áp suất hơi đốt từng nồi được tính:
pi = pi-1 - ∆pi-1

[at]

Thay số, ta có:
p1 = 5 at
p2 = p1 - ∆p1 = 5 – 3,35 = 1,65 at

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

o

b. Nhiệt độ hơi đốt T ( C), nhiệt lượng riêng I (J/kg), nhiệt hóa hơi r (J/kg)

Tra bảng I.251 trong [1 – 314] và nội suy ta có:
+ Nồi 1: với p1 = 5 at, ta có:

- Nhiệt độ hơi đốt:
-

Nhiệt lượng riêng:

-

Nhiệt hóa hơi:

+ Nồi 2: với p2 = 1,65 at, ta có:

- Nhiệt độ hơi đốt:
-

Nhiệt lượng riêng:

-

Nhiệt hóa hơi:

+ Với png = 0,2 at, ta có:
o

Tng = 59,7 C
3

ing = 2607.10 (J/kg)
3

rng = 2358.10 (J/kg)

2.6.

’ o

’

Tính nhiệt độ ti ( C), áp suất hơi thứ p i (at) ra khỏi từng nồi

’

Áp dụng cơng thức: ti = Ti+1 + ∆i’’’
Trong đó:

o

[ C]

’

ti : nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi i (i = 1,2)

∆i’’’: tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống
o

o

(chọn ∆1’’’ = 1 C; ∆2’’’ = 1 C)
Thay số, ta có: t1’ = T2 + ∆1’’’ = 113,6 + 1 = 114,6 oC
o

t2’ = Tng + ∆2’’’ = 59,7 + 1 = 60,7 C

Tra bảng I.251 trong [1 – 314] và nội suy, ta có:
o

+ Nồi 1: với t1’ = 114,6 C, ta có:

- Áp suất hơi thứ:

-

Nhiệt lượng riêng:

-

Nhiệt hóa hơi:
o

+ Nồi 2: với t2’ = 60,7 C, ta có:

- Áp suất hơi thứ:
-

Nhiệt lượng riêng:

-

Nhiệt hóa hơi:

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

Bảng tổng hợp số liệu 1:

Nồi

p, at

1

2

2.7.

Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi
Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ. Tổng tổn thất nhiệt độ này

là do nồng độ tăng cao (∆’), do áp suất thủy tĩnh tăng cao (∆’’), do trở lực đường ống
(∆’’’)
2.7.1. Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao ∆i’’
Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung dịch ở trên mặt thống. Thường tính tốn ở khoảng giữa của ống truyền nhiêt.
Cơng thức tính:
Trong đó:

ptbi là áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối (lỏng – hơi) trong ống tuần hồn,
tính theo cơng thức VI.12 [4 – 60]:

Trong đó:
3

]

: khối lượng riêng của dung dịch tương ứng với 20℃, nồi thứ i [kg/

pi’: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch

[at]

h1: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng, chọn h1 = 0,8 [m]
H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 6 [m]
SVTH: NGUYỄN THẮNG


download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN
2

g: gia tốc trọng trường g = 9,81 [m/s ]
+ Nồi 1: với p1’ = 1,7016 [at]
o

Tra bảng I.59 trong [1 – 46] và nội suy với t = 114,6 C, x1 = 14,11%, ta có:

p = 1,7016 + [(0,8 +
tb1

= 1,91 (at)

Tra bảng I.251 trong [1– 314] và nội suy với ptb1 = 1,91 [at], ta có:
o

ttb1 = 118,15 C
o

 ∆1’’ = ttb1 – t1’ = 118,15– 114,6 = 3,55 [ C]
+ Nồi 2: với p2’ = 0,21 [at]
o

Tra bảng I.59 trong [1 – 46] và nội suy với t = 60,7 C, x2 = 25%, ta có:
2

Thay vào phương trình, ta có:

tb2

= 0,43 (at)

Tra bảng I.251 trong [1 – 314] và nội suy với ptb2 = 0,43 [at], ta có:
o

ttb2 = 77,42 C
o

 ∆2’’ = ttb2 – t2’ = 77,42 – 60,7 = 16,72 [ C]

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:
∑

∆′′= ∆1′′ + ∆2′′ = 3,55 + 16,72 = 20,27 (oC)

2.7.2. Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i’
Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hịa tan và dung mơi vào nồng độ và
áp suất của chúng. ∆i’ ở áp suất bất kì được xác định theo phương pháp Tysenco:
∆i’ = f. ∆0’ = 16,2.
Trong đó:
o

tsi’: nhiệt độ sơi của dung mơi ngun chất (hơi thứ) ở áp suất đã cho [ K]


SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất (hơi thứ) ở áp suất làm việc [J/kg]

∆0i’: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung mơi ở nhiệt độ nhất định và áp suất khí quyển (tsdd > tsdm)
+ Nồi 1: Ta có:
’

ts1 =ttb1 + 273= 118,15 + 273 = 391,15 [K]

Tra bảng cuối bản hướng dẫn và nội suy với nồng độ dung dịch NaNO3 là
o

x1 = 14,11% ta được ∆01’ = 1,72 C


∆1’ = 16

+ Nồi 2: Ta có:
’

o

ts2 = ttb2 + 273= 77,42 + 273 = 350,42 [ K]
Tra bảng VI.2 [2-64] và nội suy với nồng độ dung dịch NaNO3 là x2 = 25% ta
o

được ∆02’ = 3,45 C


∆2’ = 16,2.

Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao là:
∑

∆′= ∆1′ + ∆2′ = 1,97 + 2,8 = 4,77 (oC)

2.7.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ∆i’’’
Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị. Đó là đoạn nối giữa
nồi 1 với nồi 2, nồi 2 với thiết bị ngưng tụ. Trong giả thiết mục 2.6 khi tính nhiệt độ và

o

o

áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi ta đã chọn ∆1’’’= 1 ( C); ∆2’’’ = 1 ( C)
Vậy tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng:
∑ ∆′′′= ∆1′′′ + ∆2′′′ = 1 + 1 = 2 (oC)

2.7.4. Tính tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống
∑
=

2

∆ = ∑∆′ +∑∆′′ +∑∆′′′
=1

= 4,77 + 20,27 + 2 = 27,04 [oC]

2.8.

2

=1

2
=1

Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống

2.8.1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
∑

=

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

= 151,1 − 59,7 − 27,04 = 64,36 [oC]

Trong đó:
T1: nhiệt độ hơi đốt ở nồi 1
Tng: nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ
trong mỗi nồi:

∑2

=1

∆: tổng tổn thất nhiệt độ của 2 nồi 2.8.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích

Là hệ số nhiệt độ hơi đốt Ti và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch cơ đặc.
o
∆Ti = Ti – tsi

[ C]
Tính nhiệt độ sơi của dung dịch trong từng nồi theo công thức:

tsi = ti’ + ∆i’ + ∆i’’

o

[ C]
o

 ts1 = t1’ + ∆1’ + ∆1’’ = 114,6 + 1,97 + 3,55 = 120,12 [ C]
o

 ts2 = t2’ + ∆2’ + ∆2’’ = 60,70 + 2,8 + 16,72 = 80,22 [ C]

Thay số, ta được:
o

∆T1 = T1 – ts1 = 151,1 – 120,12 = 30,98 [ C]
o

∆T2 = T2 – ts2 = 112,88 – 80,22 = 33,38 [ C]
Bảng tổng hợp số liệu 2:

Nồi
1

2

SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

2.9.

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng hơi
thứ Wi ở từng nồi

2.9.1. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng

Trong đó:
Gd: lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị
D: lượng hơi đốt vào nồi thứ nhất
W1, W2: lượng hơi thứ đi ra khỏi nồi 1, nồi 2
i1, i2: nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2
i1’, i2’: nhiệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2
C0, C1, C2: nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu, dung dịch ra khỏi nồi
1, nồi 2
Cnc1, Cnc2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ra khỏi nồi 1, nồi 2
ts0, ts1, ts2: nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2
θ1, θ2 : nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2
Qm1, Qm2: nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2 (bằng 5% nhiệt lượng tiêu
tốn để bốc hơi ở từng nồi)
2.9.2. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch NaNO3
Với dung dịch loãng (x < 20%) nhiệt dung riêng tính theo công thức:

C = 4186. (1 – x)[J/kg.độ]
+ Dung dịch ban đầu có xd = 10% nên ta có:
C0 = 4186.
+ Dung dịch ra khỏi nồi 1 có x1 = 14,11% nên ta có:
C1 = 4186.
Với dung dịch đặc (x > 20%) nhiệt dung riêng tính theo cơng thức:
C = Cht. x + 4186. (1 – x)
SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :


Đồ án QT & TB CN Hóa học và Thực phẩm

GVHD: TS. CAO THỊ MAI DUYÊN

Trong đó: Cht: nhiệt dung riêng của chất hịa tan khan (khơng chứa nước),
J/kg.độ
x: nồng độ chất hịa tan, phần khối lượng
Cht tính theo cơng thức: MCht = n1c1 + n2c2 + n3c3 [1 – 152] Với
NaNO3 ta có M = 85; n1 = 1; n2 = 1; n3 = 3
Tra bảng I.141 trong [1 – 152] ta có nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố:
Na: c1 = 26000 [J/kg nguyên tử.độ]
N: c2 = 26000 [J/kg nguyên tử.độ]
O: c3 = 16800 [J/kg nguyên tử.độ]
1.26000+1.26000+3.16800

Từ đó ta có: Cht =

= 1204,71 [J/kg.độ]

+ Dung dịch ra khỏi nồi 2 có x2 = 25% nên ta có:
C2 = Cht.x2 + 4186. (1 – x2) = 1204,71.0,25 + 4186. (1 – 0,25)
= 3440,68 [J/kg.độ]
2.9.3. Các thông số của nước ngưng
Nhiệt độ của nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:
o

o

θ1 = T1 = 151,1 C; θ2 = T2 = 112,88 C
Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn, người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độ
càng cao càng tốt vì q trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của các q trình
sản xuất khác.
o

Do đó có thể chọn: ts0 = ts1 = 120,12 C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng:
Tra bảng I.249 [3 – 311] và nội suy với:
o

➔

o

➔

θ1 = 151,1 C
θ2 = 113,6 C

Cnc1 = 4314,74 [J/kg.độ]
Cnc2 = 4238,95 [J/kg.độ]

2.9.4. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng
+ Nồi 1:
Lượng nhiệt mang vào:
•

Do dung dịch đầu: GdC0ts0

•

Do hơi đốt: Di1

Lượng nhiệt mang ra:
SVTH: NGUYỄN THẮNG

download by :