Đồ án môn học Máy và Thiết bị“Thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chum”. pptx

Đồ án môn học Máy và Thiết bị
“Thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián
đoạn NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg
/mẻ ,sử dụng ống chum”















Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 2
MỤC LỤC
Lời nói đầu 2
Chương I:
Giới thiệu tổng quan

I.Nhiệm vụ của đồ án 3
II.Tính chất nguyên liệu và sản phẩm 3
III.Cô đặc 4
IV.Quy trình công nghệ 5
Chương II :
Thiết kế thiết bị chính
A.Cân bằng vật chất và năng lượng 8
I. Cân bằng vật chất 8
II. Cân bằng năng lượng 9
B. Tính thiết kế thiết bị chính
I.Hệ số truyền nhiệt 14
II.Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc 21
III.Buồng đốt và đáy 23
IV. Buồng bốc và nắp 24
C. Tính cơ khí cho thiết bị chính 27
I.Buồng đốt 27
II.Buồng bốc 28
III.Đáy 30
IV.Nắp 32
V. Tính cách nhiệt cho thân 32
VI.Mối ghép bích 33
VII.Vỉ ống 34
VIII.Khối lượng và tai treo 35
IX.Các ống dẫn ,cửa 37
Chương III :
Tính chi tiết thiết bị phụ
I.Thiết bị ngưng tụ Baromet 39
II.Bơm 44
Chương IV :
Tính giá thành thiết bị 49

Kết luận 51
Tài liệu tham khảo 52


Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 3
Lời nói đầu
Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng
đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là
Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết được sử dụng
nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng
dịch truyền.đ
Nhiệm vu cụ thể c
ủa đồ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn
NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm.
Đồ án gồm 4 chương :
• Chương I:Giới thiệu tổng quan
• Chương II :Thiết kế thiết bị chính
• Chương III :Thiết kế các chi tiết phụ
• Chương IV: Tính tốn giá thành thiết bị
Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là mộ
t cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại tồn bộ các
kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngồi ra đây còn là dịp mà sinh
viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính tốn và thiết kế các chi tiết của
một thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế.
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ
và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn
Nghệ , và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bị khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí
trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần

Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện đồ án.










CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
I. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 4
Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián
đoạn dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, năng suất 1200kg/mẻ, sử dụng
ống chùm.
II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM:
1 .Nguyên liệu :
- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion
- Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày
- Khối lượng riêng dd 10% là 1073 (kg/m
3
)
- Độ nhớt là 1,07 *10
-3
(Ns/m
2

) ở 20
0
C (dung dịch 10%).
- Độ hòa tan ở 60
o
C là 27,1% ,ở 20
o
C là 26,3%
- Nguyên liệu đem đi cô đặc là dd NaCl 10% với dung môi là nước .
2. Sản Phẩm:

• Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dịch ở nhiệt độ từ 75-80
o
C ,khi đó độ hòa tan của
dung dịch khoảng 27,5% .Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch ở nhiệt độ thường chừng
26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dịch bão hòa ,và khi làm nguội thì
sẽ có NaCl tinh thể kết tinh .Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl
2
hay CaCl
2
lại tan
ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch muối bão
hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ. Muối tinh khiết thường
được sử dụng trong thực phẩm và y tế.

3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không
ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch
thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.

Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng
độ, nhiệt độ sôi.

Yêu cầu chất lượng sản phẩm :
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
Thành phần hố học chủ yếu không thay đổi.


III. CÔ ĐẶC:
1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung
dịch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi
trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương
pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh.
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 5
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách
tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi.
2. Các phương pháp cô đặc:

Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi 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 thống
chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra
dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ
chất tan.Tùy
tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà quá trình kết tinh đó xảy ra
ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.

3. Phân loại và ứng dụng

a. Theo cấu tạo

• Nhóm 1:
dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá
lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hồn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền
nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hồn trong
hoặc ngồi.
- Có buồng đốt ngồi ( không đồng trục buồng bố
c).
• Nhóm 2:
dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5
m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung
dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. 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, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm
biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước
trái cây,hoa quả ép…Gồm:
- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngồi: dung dịch sôi tạo bọt khó
vỡ.
- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngồi: dung dịch sôi ít tạo bọt và
bọt dễ vỡ.
b.
Theo phương pháp thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở):
có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô

đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian
cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không
: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100
o
C, áp suất chân không.
Dung dịch tuần hồn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi
: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ
làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô 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.
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 6
Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự
động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn

• Ưu điểm

- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng.
- Thao tác dễ dàng.
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch.
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
• Nhược đ
iểm
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo
nồng độ, thời gian.

- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.
IV. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at.
- Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc
bằng bơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút đến khi nhập đủ 3240 kg
thì ngừng.
- Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at)
vào buồng đốt để gia nhiệt dung dị
ch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống
chùm) và một ống tuần hồn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dịch chảy trong ống
được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngồi ống. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hồn qua ống
tuần hồn (do ống tuần hồn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong
ống tuần hồn sẽ sôi ít h
ơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong
ống tuần hồn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp
lực đẩy dung dịch từ ống tuần hồn sang các ống truyền nhiệt). Dung môi là nước bốc hơi
và thốt ra ngồi qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt. Hơi thứ
được dẫ
n qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng
tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngồi bồn chứa. Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách
giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngồi. Hơi đốt khi ngưng tụ
chảy ra ngồi qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngồi.
- Quá trình c
ứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3 phút)
thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu.
2. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm

Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không.
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 7
+ Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng.
Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy.
Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch NaCl từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô
đặc.
+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc.
b Thiết bị cô đặc

Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ. Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và
buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hồn
trung tâm có đường kính lớn hơn.
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng
hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, h
ơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần hồn
được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hồn trong thiết bị.
c Thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ
trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng
thiết bị. Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao
cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngồi khí quy
ển mà không cần máy bơm.
d Thiết bị tách lỏng

Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử
bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.
e Các thiết bị phụ trợ khác

- Bẫy hơi
- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.


















Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 8







CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:
• Dung dịch NaCl có:
- Nhiệt độ đầu 25
o
C, nồng độ đầu 10%.
- Nồng độ cuối 27%.
• Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at.
• Aùp suất ngưng tụ: P
ck
= 0,7 at.
Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ

1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ
Nồng độ, %
10 15 20 27
Khối lượng riêng, kg/m
3

1073 1110 1150 1205
2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn
G
đ
= G
c
+ W
G
đ
.x

đ
= G
c
.x
c
Trong đó

G
đ
, G
c
: lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (kg)
W : lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn (kg)
x
đ
, x
c
: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn
G
đ
.x
đ
, G
c
.x
c
: khối lượng NaCl trong dung dịch (kg)
•
Khối lượng dd đầu :

G
đ
= 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg)

a Giai đoạn 10% đến 15%
G
đ
= 3240 (kg)
x
đ
= 0,1 ; x
c
= 0,15
• Lượng sản phẩm ( là dung dịch NaCl 15% ):
G
c
= G
đ
. 2160
15,0
1,0
*3240 ==
c
ñ
x
x
(kg)
• Lượng hơi thứ:
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 9

W = G
đ
- G
c
= 3240 – 2160 = 1080 (kg)
b Giai đoạn 15% đến 20%

G
đ
= 2160(kg) ; x
đ
= 0,15 ; x
c
= 0,2
⇒ G
c
= 1620
2,0
15,0
*2160. ==
c
ñ
ñ
x
x
G
(kg)
W = G
đ
– G

c
= 2160 – 1620 = 540 (kg)
c Giai đoạn 20% đến 27%

G
đ
= 1620 (kg) ; x
đ
= 0,2 ; x
c
= 0,27
1200
27,0
2,0
*1620. ===⇒
c
ñ
ñc
x
x
GG
(kg)
W = 1620 – 1200 = 420 (kg)
• Tổng lượng hơi thứ bốc hơi
W
t
= 1080+540+420 = 2040 (kg)
• Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất
Nồng độ dung dịch, %
10 15 20 27

Thể tích dung dịch trong nồi, m
3

3,02 1,946 1,4 1
Khối lượng dung dịch, kg
3240 2160 1620 1200
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg
0 1080 1620 2040
Khối lượng riêng dung dịch, kg/m
3

1073 1110 1150 1205
II. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Aùp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P
1
= 0,3 at.
⇒Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t
1
= 68,7
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thống dung dịch
)P(sdm
1
t = 68,7
o
C
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ
K
1

'''
=
Δ
.
⇒Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t
0
= 68,7 - 1 = 67,7
o
C.
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch

a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng độ ở

áp suất P
1
= 0,3 at (
'
Δ
) :
Theo tài liệu [3] trang 149:

'
Δ = o
'
Δ *f
Với f tra ở tài liệu [3] trang 147 :
Với
)P(sdm
1
t = 68,7

o
C ,f = 0,81

Nồng độ dung dịch, %
10 15 20 27
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 10
Tổn thất
o
'
Δ
,
o
C
1,9 3,25 4,85 8
Tổn thất
'
Δ
,
o
C
1,54 2,63 3,9 6,48
Nhiệt độ sôi dd ,
o
C 70,2 71,3 72,6 75,2
b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh
''
Δ
. Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp suất trung
bình

Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]

)P(sdm)P(sdm)P(sdd)P(sdd
''
1tb1tb
tttt −=−=Δ
Với: P
tb
= P
1
+ 0,5
hh
ρ
.g.H
op
= P
1
+
Δ
P
• ΔP = 0,5
hh
ρ
.g.H
op

•
ddhh
2
1

ρρ
=
Trong đó
dd
ρ
: Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ
)PP(sdd
1
t
Δ+

• H
op
: Chiều cao lớp chất lỏng sôi
Trong thiết bị tuần hồn tự nhiên
H
op
=
(
)
[]
odmdd
H.0014,026,0
ρ
ρ
−
+
Với H
o :
Chiều cao ống truyền nhiệt

dm
ρ
: Khối lượng riêng dung môi ở t
sdm

*
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H
o
= 1,5m
 Tính cho trường hợp dung dịch NaCl 10 %
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số
dmdd
ρ
ρ
−
thay đổi không đáng kể nên :

)/(999
3
mkg
dm
=
ρ


)/(1073
3
%)25(
mkg

dd
=
ρ

[]
5454,05.1*)9991073(*0014.026.0
=
−
+=⇒
op
H (m)
⇒
atmNHgP
ophh
015,0/24,14355454,0*81,9*1073*
2
1
*5,0***5,0
2
====Δ
ρ

atPPP
tb
315,0015,03,0
1
=+
=
Δ+=⇒
Nhiệt độ sôi của H

2
O ở 0,315 at là 69,7
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh

17,687,69
)()(
''
1
=−=−=Δ
PsdmPsdm
tt
tb
o
C
⇒ nhiệt độ sôi dung dịch NaCl 10 % ở áp suất P
1
+
P
Δ

2,7112,70
)(
1
=+=
Δ+ PPsdd
t
o
C

 Tính tương tự ta được

Nồng độ dung dịch, %
10 15 20 27
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 11
''
Δ ,
o
C
1 1,14 1,34 1,7
)2(
1
PPsdd
t
Δ+

72,2 73,6 75,3 78,6
2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn
Tính theo công thức 2.4 trang 104 Tài liệu [4]:
*
Phương trình cân bằng nhiệt

cñtwcccñññD
QQcDiWtcGtcGiDcD ±+++=+−+
θϕθϕ
).1.(
''
.
''

Với
D : lượng hơi đốt sử dụng (kg)

%5=
ϕ
: tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo

θ
: nhiệt độ nước ngưng (
o
C)
C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở
C
o
θ
(J/kg độ)
c
đ
, c
c
: nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/kg độ)
t
đ
, t
c
: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (
o
C)

''
D
i : entanpi của hơi đốt (J/kg)

''
w
i : entanpi của hơi thứ (J/kg)
Q
t
: nhiệt lượng tổn thất (J)
Q
cđ
: nhiệt lượng cô đặc (J)
*
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp ( do có 5% hơi nước ngưng cuốn theo )
Q
D
= D.(1-
ϕ
).(
θ
.ci
''
D
− ) = D.(1-
ϕ
).r =G
đ
(c
c

t
c
- c
đ
t
đ
) +W (iw
’’
- c
c
t
c
) ± Q
cd
r =
θ
.ci
''
D
− : nhiệt hóa hơi của nước ở áp P
Đ

*
Nhiệt dung riêng của dung dịch
Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4]
c
dd
= 4190.(1-x) + c
1
.x

Trong đó
x: nồng độ dung dịch
c
1
: nhiệt dung riêng NaCl khan (J/kg độ)
Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4]
c
1
= 89,88
5,58
10*2610*26
33
=
+
(J/kg độ)
Vậy nhiệt dung riêng dung dịch theo nồng độ

Nồng độ dung dịch. %
10 15 20 27
Nhiệt dung riêng dung dịch, J/kg độ 3771 3652 3370 3082,7
* Chọn hơi đốt có áp suất P
D
=3 at ⇒

t
D
=132,9
o
C
*

Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at
r = 2171*10
3
J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 12
* Entanpi của hơi thứ ở 73,05
o
C
''
w
i
=2620*10
3
J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
*
Tổn thất nhiệt Q
t
= 0,05*Q
D

*
Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể
a
Giai đoạn đưa dung dịch 10% từ 25
o
C đến 72,2
o
C
G

đ
= G
c
= 3240 (kg)
c
đ
= c
c
=3771 (J/kg độ)
t
đ
= 25
o
C ; t
c
=72,2
o
C ; W = 0 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q
1
=3240*3771*(72,2-25) =5,77*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ):
Q
D1
=
8
1

10*07,6
95,0
=
Q
(J)
Lượng hơi đốt sử dụng:
D
1
= 3,294
10*2171*)05,01(
10*07,6
3
8
=
−
(kg)
b
Giai đoạn đưa dung dịch từ 10% đến 15%:
G
đ
= 3240 (kg) ; c
đ
=3771 (J/kg độ ); t
đ
=72,2 (
o
C)
G
c
= 2160 (kg) ; c

c
= 3562 (J/kg độ) ; t
c
= 73,6 (
o
C)
W = 1080 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q
2
= 2160*3562*73,6 – 3240*3771*72,2 + 1080*2620*10
3

Q
2
=25,14*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất )
Q
D2
=
8
8
2
10*46,26
95,0
10*14,25
95,0
==

Q
(J)
Lượng hơi đốt sử dụng
D
2
=
1283
10*2171*)05,01(
10*46,26
3
8
=
−
(kg)
c Giai đoạn đưa dung dịch từ 15% đến 20%:
G
đ
= 2160 (kg) ; c
đ
= 3562 (J/kg độ) ; t
đ
= 72,2(
o
C)
G
c
= 1620 (kg) ; c
c
= 3370 (J/kg độ ); t
c

= 75,3(
o
C)
W = 540 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
3
= 1620*3370*75,3 – 2160*3370*72,2 + 540*2620*10
3

Q
3
= 12,6*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ):
Q
D3
=
8
8
10*26,13
95,0
10*6,12
=
(J)
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 13
Lượng hơi đốt sử dụng
D

3
=
643
10*2171*)05,01(
10*26,13
3
8
=
−
(kg)
d Giai đoạn đưa dung dịch từ 20% đến 27%:
G
đ
= 1620 (kg) ; c
đ
= 3370 (J/kg độ ); t
đ
= 75,3(
o
C)
G
c
= 1200 (kg) ; c
c
= 3082,7 (J/kg độ ); t
c
= 78,6 (
o
C)
W = 420 (kg)

Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
4
= 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*10
3

Q
4
= 9,8*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ):
Q
D4
=
8
8
10*32,10
95,0
10*8,9
=
(J)
Lượng hơi đốt sử dụng:
D
4
=
500
10*2171*)05,01(
10*32,10
3

8
=
−
(kg)
*
Tổng nhiệt lượng:
Q
D
= 6,07*10
8
+ 26,46*10
8
+ 13,26*10
8
+ 9,8*10
8
=56,11*10
8
(J)
*
Tổng lượng hơi đốt:
D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg)
*
Lượng hơi đốt riêng:
D
riêng
=
33,1
2040
3,2720

==
W
D
(kg/kg hơi thứ)
*
Tóm tắt cân bằng năng lượng:
Nồng độ dung dịch. %
10(25
o
C) 10(72,2
o
C) 15 20 27
Nhiệt lượng hữu ích, J*10
-8

0 5,77 30,9 43,5 53,3
Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10
-8

6,07 32,53 45,79 56,11
Lượng hơi đốt sử dụng, kg
294,3 1577,3 2220,0 2720,3
B. TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I. HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT
1. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi
1.1 Các kí hiệu và công thức

1
α
: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m

2
K)
2
α
: hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi( W/m
2
K)
q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m
2
)
q
2
: nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi(W/m
2
)
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 14
q
v
: nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt (W/m
2
)
1
v
t
: nhiệt độ trung bình vách ngồi ống (
o
C)

2
v
t : nhiệt độ trung bình vách trong ống (
o
C)
t
D
: nhiệt độ hơi ngưng, t
D
= 132,9(
o
C)
t
dd
: nhiệt độ dung dịch sôi (
o
C)
1
vD1
ttt −=Δ
ddv2
ttt
2
−=Δ

21
vvv
ttt −=Δ
()
1

vDm
tt
2
1
t +=
: nhiệt độ màng nước ngưng (
o
C)
1.1.1
Phía hơi ngưng:
111
t.q Δ=
α
(1)
Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]

4
1
1
H*t
r
*A*04.2
Δ
=
α
(2)
Với A=
25,0
32
*

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
μ
λρ
phụ thuộc vào nhiệt độ màng t
m
t
m
,
o
C
40 60 80 100 120 140 160 180 200
A
139 155 169 179 188 194 197 199 199

ρ
: khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ t
m
(kg/m
3
)

λ
: hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ t

m
(W/mK)

μ
:độ nhớt của nước ở nhiệt độ t
m
(Pas)
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ t
D

r = 2171*10
3
(J/kg)
H = 1,5 m: chiều cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phía dung dịch
q
2
=
22
t.Δ
α
(3)
Theo công thức VI.27 trang 71 Tài liệu [2]

435,0
2565,0
2
***
⎥
⎥

⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
dd
n
n
dd
n
dd
n

dd
n
c
c
μ
μ
ρ
ρ
λ
λ
αα
(4)
Trong đó
nnnn
,c,,
μ
ρ
λ
: hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m
3
), nhiệt dung riêng (J/kg
độ), độ nhớt (Pas) của nước
dddddddd
,c,,
μ
ρ
λ
: các thông số của dung dịch theo nồng độ
n
α

: hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước (W/m
2
K)
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 15

15,07,0
**56,0 pq
n
=
α
(5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])
Với q : nhiệt tải riêng (W/m
2
)
p : áp suất tuyệt đối trên mặt thống (N/m
2
)
p = p
1
= 0,3 at = 29430 (N/m
2
)
*
Các thông số của nước ( Bảng I.249 trang 311 Tài liệu [2] ):
t
sdm
= 68,7 (
o
C)

=
n
ρ
978,5 (kg/m
3
)
c
n
= 4186 (J/kg độ)
n
μ
= 0,4*10
-3
(Ns/m
2
)
n
λ
= 66,7*10
-2
(W/mK)
*
Các thông số của dung dịch:
•
dd
μ
tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40
o
C )
•

dd
λ
tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]
3
dd
dd
dddd
8
M
**c*10*58.3
ρ
ρλ
−
=
, W/mK
M
dd
=
18
1
5,58
1
xx −
+

Với x : nồng độ dung dịch
• c
dd
và
dd

ρ
xác định theo nồng đo


Nồng độ dung dịch, %
10 15 20 27
t
sdd
,
o
C
72,2 73,6 75,3 78,6
dd
ρ
, kg/m
3

1073 1110 1150 1205
c
dd
, J/kg độ
3771 3562 3370 3082,7
dd
μ
, Ns/m
2

0,71*10
-3
0,78*10

-3
0,89*10
-3
1,08*10
-3

M
dd
19,34 20,09 20,9 22,14
dd
λ
, W/mK
0,55 0,54 0,528 0,504
1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt
Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]
∑
Δ
=
v
v
v
r
t
q
(6)
⇒
v
tΔ =
∑
vv

rq *
Trong đó:
∑
++=
2v
v
1
v
r
1
rr
1
r
δ

Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 16
Lấy
3
1
10*464,0
1
−
=
r
, (W/mK)
-1
: nhiệt trở của nước thường

3

2
10*389,0
1
−
=
r
(W/mK )
-1
: nhiệt trở cuả cáu bẩn

2
v
=
δ
mm: bề dày ống truyền nhiệt

=
v
λ
17,5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách
3
3
3
10*389,0
5.17
10*2
10*464,0
−
−
−

∑
++=⇒
v
r
=9,653*10
-4
, (W/mK)
-1

1.1.4
Hệ số truyền nhiệt K
∑
++
=
2
v
1
1
r
1
1
K
α
α
, W/m
2
K
Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như
sau
1

Chọn
1
v
t
(< t
D
)
1
tΔ⇒
2
Tính
1
α
theo công thức (2)
3
Tính q
1
theo công thức (1)
4
Tính
v
tΔ
theo công thức (6) với q
v
= q
1
2v
t,t
2
Δ

⇒

5
Tính
n
α
theo công thức (5) với q = q
1

6
Tính
2
α
theo công thức (4)
7
Tính q
2
theo công thức (3)
8
Tính q
tb
=
()
21
qq.
2
1
+
9
Xác định sai số ss =

1
tb1
q
qq
−

Nếu ss > 5% thì chọn lại
1
v
t và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ
10
Tính K theo công thức (7)
1.2 Tính K cho các giai đoạn
a. Tímh ở nồng độ 10% :
Chọn
• Ktt
v
9,4128
1
1
=Δ⇒=
• Tính
1
α
:
()
19145,1301289,132*
2
1
=⇒=+= ACt

o
m

57,9083
5,1*9,4
10*2171
*191*204
*
**04,2
4
3
4
1
1
==
Δ
=⇒
Ht
r
A
α
(W/m
2
K)
• )/(5,445099,4*57,9083*
2
111
mWtq ==Δ=
α

Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 17
• )(97,4210*653,9*5,44509*
4
1
Crqt
o
vv
===Δ
−
∑

)(859,42128
2
Ct
o
v
=−=⇒
)(8,122,7285
2
Ct
o
=−=Δ⇒
• 525,470316*29430*5,44509*56,0**56,0
15,07,015,07,0
1
=== pq
n
α
(W/m

2
K)
435,0
3
3
2565,0
2
10*71,0
10*4,0
*
4186
3771
*
5,978
1073
667,0
55,0
*525,4703
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜

⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
−
−
α

)/(56,3402
2
2
KmW=
α

• 76,435528,12*56,3402*
222
=
=
Δ= tq
α
(W/m
2
)
•
()()

)/(4403176,435525,44509
2
1
2
1
2
21
mWqqq
tb
=+=+=

=
−
=
1
tb1
q
qq
ss
%101,0
5,44509
13,440315,44509
==
−
(thỏa)
Vậy
Ct
o
v
128

1
=

K =
)/(730
56,3402
1
10*653,9
57,9083
1
1
2
4
KmW=
++
−

b.
Tính ở nồng độ 15%:
Tính tương tự
Ct
o
v
3,128
1
=
K =
)/(718
75,3141
1

10*653,9
18,9228
1
1
2
4
KmW=
++
−

c.
Tính ở nồng độ 20%:
Tímh tương tự
5,128
1
=
v
t
(
o
C)
K =
)/(42,704
75,2880
1
10*653,9
3,9331
1
1
2

4
KmW=
++
−

d.
Tính ở nồng độ 27%:
Tính tương tự
Ct
o
v
129
1
=

K =
)/(675
78,2425
1
10*653,9
99,9616
1
1
2
4
KmW=
++
−

o Bảng tóm tắt

Nồng độ dung dịch,% 10 15 20 27
t
sdd
,
o
C 72,2 73,6 75,3 78,6
q
1
, W/m
2
44509,5 42449,63 41057,72 37506,29
q
2
,W/m
2
43552,76 43115,41 39083,09 34434,39
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 18
q
tb
, W/m
2
44031,13 42782,52 40070,4 35970,34
1
α
,W/m
2
K
9083,57 9228,18 9331,3 9616,99
2

α
, W/m
2
K
3402,56 3141,75 2880,75 2425,78
K, W/m
2
K
730 718 704 675
ss, % 1 0,78 2,4 4
2. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt dung dịch ban đầu từ 25
o
C đến
72,2
o
C:
2.1 Các kí hiệu và công thức
Các kí hiệu
1
α
,
2
α
, q
1
,

q
2
,

q
v
,
1
v
t
,
2
v
t
, t
D
, t
dd
,
v21
t,t,t
Δ
Δ
Δ
, t
m
như mục 1.1
2.1.1
Phía hơi ngưng:
111
t.q Δ=
α

4
1
1
*
**04,2
Ht
r
A
Δ
=
α

A xác định theo t
m

r = 2171*10
3
J/kg
H = 1,5 m
2.1.2
Phía vách:
∑
Δ
=
v
v
v
r
t
q

∑
−−
=
124
)/(10*653,9 KmWr
v

2.1.3
Phía dung dịch:
222
* tq Δ=
α


l
Nu
l
Nu
dd
dd
λ
α
λ
α
*
*
2
2

=⇒=
Trong đó

()
n
GrCNu Pr*=


dd
dddd
c
λ
μ
*
Pr
=

2
2
3
****
dd
dddd
gtl
Gr
μ
βρ
Δ
=

*
C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau
 Gr*Pr
3
10
−
≤ thì Nu = 0.5
 Gr*Pr 50010
3
→=
−
thì
(
)
125,0
Pr.18,1 GrNu =

7
10*2500Pr* →=Gr
thì
(
)
25,0
Pr.54,0 GrNu =
 Gr*Pr
7
10*2> thì
(
)
33,0

Pr.135,0 GrNu =

*
l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1,5 m
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 19
*
dddddddddd
c,,,,
μ
λ
β
ρ
: khối lượng riêng ( kg/m
3
), hệ số dãn nở thể tích ( K
-1
), hệ số
dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dịch NaCl lấy ở
nhiệt độ màng
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
2
v
dd

_
m
tt
2
1
t
Với
)(6,48)252,72(
2
1
_
Ct
o
dd
=+=

)/(1073
3
mkg
dd
=
ρ

c
dd
= 3771 (J/kg độ)

3
10*78,0
−

=
dd
μ
(Ns/m
2
)

mK/W577.0
dd
=
λ


β
của dung dịch NaCl 25%
T
o
,
o
C
0 20 40 60 80 100 120
3
10.
−
β

0,425 0,455 0,48 0,505 0,535 0,57 0,605
2.1.4 Hệ số truyền nhiệt :
∑
++

=
2
v
1
1
r
1
1
K
αα
, W/m
2
K
*
Trình tự tính lặp
(1).
Chọn
1v
tt
1
Δ⇒

(2).
Tính
1
α

(3).
Tính q
1

(4).
Tính
2v1
ttt
2
Δ⇒⇒Δ
(5).
Tính Nu
2
2
α
⇒

(6).
Tính q
2

(7).
Tính q
tb
=
()
21
qq2
1
+

(8).
Tính ss =

q
qq
tb1
−
, tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% )
2.2 Thực hiện tính lặp
(1). Chọn Ct
o
v
5,124
1
=
4,85,1249,132
1
=−=Δ⇒ t (
o
C)
t
m
=
()
C
o
7,1285,1249,132
2
1
=+
13.190A
=
⇒

Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 20
(2). )/(83,7921
5,1*4,8
10*2171
13,190*04,2
2
4
3
1
KmW==
α

(3).
)/(35,665434,8*83,7921
2
111
mWtq ==Δ=
α

(4).
∑
===Δ
−
23,6410*653,9*35,66543.
4
1 vv
rqt (
o

C)
)(27,6023,645,124
2
Ct
o
v
=−=⇒
67,116,4827,60
2
=−=Δ⇒ t (
o
C)
(5). Tính
2
α
:
868,4
55,0
10*78,0*3771
.
Pr
3
===
−
dd
dddd
c
λ
μ

()
3'
10*49,0435,546,4827,60
2
1
−
=⇒=+=
β
Ct
o
m
(K
-1
)
()
14
2
3
23
10*583,3
10*78,0
81,9*67,11*49,0*1073*5,1
==⇒
−
Gr
ta thấy Gr*Pr > 2.10
7
14456)(Pr**135,0
33,0
==⇒ GrNu

5300
*
2
==⇒
l
Nu
dd
λ
α
(W/m
2
K)
(6). )/(61851*
2
222
mWtq =Δ=
α

(7). q
tb
= 64197,25(W/m
2
)
(8). ss=0.035=3,5% (thoả)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này

)/(781
5300
1
10*653,9

83,7921
1
1
2
4
KmWK =
++
=
−

II. BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT
dQ= K*F(T-t)*d
T
Giả sử đến cuối quá trình dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
F⇒ không đổi, T
không đổi

d.F⇒ T=
()
tTK
dQ
−

Lấy tích phân ta được
F.
T
2
=
()

∫
−
Q
0
tTK
dQ
(1)

T
2
: thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dịch đầu đến 83.48
o
C ), s
Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 21
8
10.Q
−
* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thị. Cần xác định Q,
()
tTK
1
−
ở từng thời điểm.
Nồng độ dung dịch, % 10 15 20 27
Q*10
-8
, J 0 26,46 39,72 50,04
t(t

sdd
),
o
C
72,2 73,6 75,3 78,6
K, W/m
2
K
730 718 704 675
T-t 60,7 59,3 57,6 54,3
5
10*
)tT.(K
1
−

2,257 2,349 2,466 2,728
Vẽ đồ thị có : trục hồnh : Q*10
-8
(x)
: trục tung :
()
tT.K
1
−
*10
5
(y)

0

1
1
2
2
3
3
0204060
x
y

Từ việc tính tích phân đồ thị ta có
• Giai đoạn 1 ( 10%→ 15% ) : S
1
= F. T
1
= 60937 (m
2
s)
• Giai đoạn 2 ( 15%→ 20% ) : S
2
= F. T
2
= 31923(m
2
s)
• Giai đoạn 3 ( 20%→ 27% ) : S
3
= F. T
3
= 26801 (m

2
s)
• Tổng quá trình cô đặc từ 10% đến 27%
S = F.
T = 119661 (m
2
s)
*
Chọn thời gian cô đặc là 80 phút
⇒Bề mặt trao đổi nhiệt là
F = 119661 / 4800 = 24,9 (m
2
) .
Chọn F=25 (m
2
)

⇒Thời gian của các giai đoạn
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 22
 Giai đoạn 1 : T
1
= 60937 / 25 = 2438 s
 Giai đoạn 2 : T
2
= 31923/ 25 = 1277 s
 Giai đoạn 3 : T
3
= 26801 / 25 = 1072 s
*

Thời gian gia nhiệt ban đầu
.F.t.KQ Δ= T


T
=
F.t.K
Q
Δ

Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J
K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m
2
K

tΔ : chênh lệch nhiệt độ, K

()( )
Kt 89,74
48,839,132
259,132
ln
48,839,132259,132
=
−
−
−
−−
=Δ

⇒ T

= 32,6379
25*82*781
10*07,6
8
≈= s (phút)
*
Chọn thời gian nhập liệu 20 phút
Thời gian tháo sản phẩm 15 phút
*
Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là
T
t
= 20 + 6,3 + 80 + 15 = 121,3( phút)
III. BUỒNG ĐỐT VÀ ĐÁY:
Diện tích bề mặt truyền nhiệt : F = 32 (m
2
) (lấy dư 20% để an tồn )
Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1,5m
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : d
ng
= 38mm
: d
tr
= 34 mm
⇒ Số ống cần :
HdnF
tr
π

=
200
5,1*034,0*
32
===⇒
ππ
Hd
F
n
tr
(ống)
• Chọn bước ống t = (1.2
5.1→
).d
ng

Chọn t = 56 mm
• Chọn ống tuần hồn
 Đường kính ống tuần hồn
Chọn d
tr (th)
= 315 mm
d
ng(th)
= 325 mm
Số ống truyền nhiệt bị chiếm chỗ
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hồn

⇒m=( d
ng(th)

- d
ng
)/t +1 = 1,41
56
38*4325
=+
−

Chọn m=7
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 23
⇒
có 5 ống trên đường chéo ống tuần hồn
⇒ a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )
Tổng số ống bị chiếm chỗ
371)14(*4*31)1.(3
'
=+−=+−= aan (công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)
• Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 )
 Số hình lục giác đều : 9 hình
 Số ống trên đường chéo : 19 ống
⇒
Tổng số ống : 271 ống

Số ống truyền nhiệt còn lại

23437271 =
−
=n
(ống)

Như vậy ta có thể chọn số ống an tồn là 234 ống .
• Đường kính trong buồng đốt
D
t
= t.(b-1) + 4.d
ng
= 56*(19-1) + 4*38 =1160 (mm)
Với b = 19 , số ống trên đuờng chéo lục giác
Chọn đường kính buồng đốt D
t (bđ)
= 1200 (mm)
• Đáy :
Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60
o

Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]
Chiều cao gờ h
gờ
= 50 mm
Chiều cao phần nón h
n
= 1087 (mm)
Bề mặt trong :F
t
= 2,608( m
2
)
Thể tích đáy nón V
đáy
= 0,532 (m

3
)
Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hồn
V
ô
= 436,015*
4
315,0
*5,1*
4
034,0*
*234
22
=+
π
π
(m
3
)
Cuối quá trình cô đặc V
dd
= 1 > 0,532 +0,436
⇒dung dịch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
IV. BUỒNG BỐC VÀ NẮP
1. Đường kính
 Lưu lượng hơi thứ
Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là
lớn nhất )

1hôi

WV = /(
1
ρ
* T
1
) ( m
3
/s)
Trong đó
W
1
: lượng hơi thứ trong giai đầu (kg)
W
1
= 1080 (kg)

1
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P
1
= 0,3 at

1
ρ
= 0,1876 (kg/m
3
) ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 24
T

1
: thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 10% đến 15% )

T
1
= 2438 s
361,2
2438*1876,0
1080
==⇒
hôi
V (m
3
/s)
 Vận tốc hơi:
2
)(
2
)(
2
)(
0065,3
.
361,2*4
4
bbtrbbtrbbtr
h
hôi
DDD
V

===
π
π
ω

 Vận tốc lắng:
Xác định theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3]

()
h
lhl
o
dg
ξρ
ρρ
ω
3
4 −
=

Trong đó

l
ρ
: khối lượng riêng giọt lỏng (kg/m
3
)

h
ρ

: khối lượng riêng hơi thứ,
h
ρ
= 0,1876 (kg/m
3
)
d
l
: đường kính giọt lỏng, d
l
= 0,3 mm = 3*10
-4
m

ξ
: hệ số trở lực
Ta có

l
ρ
= 978,5 (kg/m
3
), tra ở nhiệt độ 68,7
o
C (Bảng I.249 trang 310 Tài liệu [1])

ξ
tính theo Re

h

hh
d
μ
ρ
ω
=Re
Với
h
μ
=0,0106*10
-3
Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ
2
)(
3
4
2
)(
963,15
10*0106.0
1876,0*10*3
*
.
361,2*4
Re
bbtrbbtr
DD
==
−
−

π

• Giả sử 0,2< Re < 500




⇒ Vận tốc lắng

6,0
)(
2,1
)(
4
)(
415,2
1876,0**509,3*3
10*3*)1876,05,978(*81,9*4
bbtrbbtr
o
DD
=
−
=
−
ω

Mà
()
oh

%80%70
ωω
→≤

[]
6.0
)(
2
)(
415,2
*8,0
.
361,2*4
bbtr
bbtr
D
D
≤⇒
π

372,1
)(
≥⇒
bbtr
D (m)
2,1
)(
6,0
2
)(

6,0
*509,3
963,15
5,18
Re
5,18
bbtr
bbtr
D
D
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
==
ξ
Đồ án môn học Máy và Thiết bịĐồ án môn học Máy và Thiết bị
trang 25
h
3
h
2
=400 mm
h
1

=50 mm
h
1
= 50 mm : chiều cao phần
gờ buồng bốc
h
2
= 400 mm :chiều cao phần
nón buồng bốc
h
3
: chiều cao dung dịch trong
phần trụ
*
Ta chọn đường kính buồng bốc
D
tr(bb)
=1,6 m = 1600 (mm)
 Kiểm tra Re
()
500;2,0236,6
6,1
963,15
Re
2
∈== (thỏa)
2. Chiều cao
Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]
 Thể tích không gian hơi
tth

kgh
U
W
V
*
ρ
=
( m
3
)
Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)
U
tt
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (m
3
/m
2
h)

h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ, 1876,0
=
h
ρ
(kg/m
3
)
Ta có W =
1530

80
60*2040
= (kg/h)
U
tt
= f.(U
tt (1at)
)
Với U
tt (1at)
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at
f : hệ số hiệu chỉnh
Chọn U
tt (1at)
= 1650 (m
3
/m
3
h) (lấy trung bình giữa 1600 và 1700)
⇒
f = 1,5 ( Đồ thị VI.3 trang 72 Tài liệu [2] )
⇒ U
tt
= 1,5*1650 =2475 (m
3
/m
3
h)
⇒ Thể tích không gian hơi:

295,3
2475*1876,0
1530
==
kgh
V (m
3
)
⇒Chiều cao phần không gian hơi trong trụ bốc

64,1
6,1*
295,3*4
4
22
)(
===
ππ
bbtr
kgh
kgh
D
V
H (m)

 Thể tích dung dịch trong buồng bốc trước khi cô đặc
V
dd (bb)
= V
dd

– V
ô
- V
đáy
= 3,02 – 0,436 – 0,532 = 2,052 (m
3
)
Mặt khác :
V
dd(bb)
= V
dd phần gờ
+ V
dd phần nón
+ V
dd phần trụ

=
()
3
2
)(
)(
)(
2
)(
2
)(
2
1

2
)(
*
4
*
12
*
*
4
h
D
DDDD
h
h
D
bbtr
bÑtr
bbtr
bÑtr
bbtr
bÑtr
π
π
π
++++