Đề tài thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch nacl

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM
**********

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM
(Mã HP: CH3440)

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC LIÊN TỤC HAI
XUÔI CHIỀU ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NaCl
Giảng viên hướng dẫn: TS. Vũ Thị Phương Anh
Sinh viên thục hiện: Nguyễn Thị Thùy Linh
MSSV: 20174878
Lớp: KTHH – K62

HÀ NỘI - 2021

NỒI


VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ
CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH3440

(Dùng cho sinh viên khối cử nhân kỹ thuật/kỹ sư)

Họ và tên: Nguyễn Thị Thùy Linh
Lớp: KTHH – K62

MSSV: 20174878

I. Đầu đề thiết kế:
Tính tốn thiết kế hệ thống cô đặc liên tục hai nồi xuôi chiều để cô đặc dung
dịch: NaCl
Hỗn hợp đầu vào thiết bị cô đặc ở nhiệt độ sôi.
Thiết bị cô đặc loại: Có ống tuần hồn buồng đốt ngồi
Ống truyền nhiệt dài 5 m.
II. Các số liệu ban đầu:
Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 6500 kg/h
Nồng độ đầu của dung dịch: 5% khối lượng.
Nồng độ cuối của dung dịch: 23 % khối lượng.
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4,8 at.
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2 at.
III. 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 cơ khí thiết bị chính
5.
Tính và chọn 3 thiết bị phụ

6.
Kết luận
7.
Tài liệu tham khảo
IV. Các bản vẽ:
- Bản vẽ dây chuyền công nghệ:
Khổ A4
- Bản vẽ lắp thiết bị chính:
Khổ A1
V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Vũ Thị Phương Anh
VI. Ngày giao nhiệm vụ:
Ngày 01 tháng 10 năm 2020
VII. Ngày phải hoàn thành:
Ngày 31 tháng 12 năm 2020
Phê duyệt của Bộ môn
Ngày 01 tháng 10 năm 2020
Người hướng dẫn
(Họ tên và chữ ký)



Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................4
PHẦN 1: PHẦN TỔNG QUAN..........................................................................5
1.1. Giới thiệu về sản phẩm................................................................................ 5
1.2. Sơ lược về quá trình cơ đặc......................................................................... 5

PHẦN 2: VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ.............................8
2.1. Sơ đồ cơng nghệ.......................................................................................... 8
2.2. Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ................................................................... 10
PHẦN 3: TÍNH TỐN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH............................... 11
3.1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống W....................................... 11
3.2. Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi................................................. 11
3.3. Tính nồng độ cuối của dung dịch ở mỗi nồi..............................................11
3.4. Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống ∆P....................................... 12
3.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi......................................... 12
3.5.1. Tính áp suất hơi đốt từng nồi....................................................................... 12
3.5.2. Xác định nhiệt độ hơi đốt Ti, nhiệt lượng riêng ii và nhiệt hóa hơi ri của từng
nồi........................................................................................................................... 12
3.6. Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi..............................13
3.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi........................................................... 14
3.7.1. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao........................................... 14
3.7.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆ i '................................................................. 15
3.7.3. Tính nhiệt độ tổn thất của hệ thống.............................................................. 15
3.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống.............................................. 15
3.9. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng
hơi thứ Wi ở từng nồi................................................................................................ 16
3.9.1. Các thông số của dung dịch......................................................................... 17
3.9.2. Các thơng số nước ngưng............................................................................. 18
3.9.3. Phương trình cân bằng nhiệt lượng.............................................................. 18
3.10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi............................ 19
3.10.1. Tính hệ số cấp nhiệt

1

khi ngưng tụ hơi........................................................................................ 19

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 1


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

3.10.2. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ................................................... 21
3.10.3. Tính hệ số cấp nhiệt

2

từ bề mặt đốt đến chất lỏng sơi................................................. 21

3.10.4. Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch........................................................ 25
3.10.5. So sánh q1i và q2i......................................................................................... 26
3.11. Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi................................................ 26
3.12. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi............................................. 26
3.13. So sánh Ti* và Ti................................................................................. 27
3.14. Tính bề mặt truyền nhiệt F...................................................................... 27
PHẦN 4: TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ............................................................. 28
4.1. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu................................................................... 28
4.1.1. Nhiệt lượng trao đổi..................................................................................... 28
4.1.2. Hiệu số hữu ích............................................................................................ 28
4.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể.......................................................... 29
4.1.4. Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ............................................................. 29
4.1.5. Hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp chảy xốy................................................. 29
4.1.6. Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch.............................................................. 30

4.1.7. So sánh q1 với q2........................................................................................... 30
4.1.8. Xác định bề mặt truyền nhiệt....................................................................... 30
4.1.9. Xác định số ống truyền nhiệt....................................................................... 31
4.1.10. Đường kính trong của thiết bị đun nóng.................................................... 31
4.1.11. Tính vận tốc và chia ngăn.......................................................................... 32
4.2. Thiết bị ngưng tụ baromet......................................................................... 33
4.2.1. Các số liệu cần biết....................................................................................... 33
4.2.2. Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ.......................................... 34
4.2.3. Tính đường kính trong của thiết bị ngưng tụ............................................... 34
4.2.4. Tính kích thước tấm ngăn............................................................................ 35
4.2.5. Tổng diện tích bề mặt các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng
tụ............................................................................................................................. 35
4.2.6. Tính bước lỗ t............................................................................................... 35
4.2.7. Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ................................................................... 36
4.2.8. Tính kích thước đường kính trong ống baromet.......................................... 36
4.2.9. Xác định chiều cao ống baromet.................................................................. 37
4.2.10. Tính lượng hơi và khơng khí ngưng........................................................... 38
SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 2


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

4.3. Tính tốn bơm chân khơng........................................................................ 38
PHẦN 5: TÍNH TỐN CƠ KHÍ....................................................................... 39
5.1. Buồng đốt nồi cơ đặc................................................................................. 40
5.1.1. Xác định số ống trong buồng đốt................................................................. 40

5.1.2. Xác định đường kính trong của buồng đốt................................................... 41
5.1.3. Xác định chiều dày buồng đốt...................................................................... 42
5.1.4. Tính chiều dày lưới đỡ ống.......................................................................... 44
5.1.5. Tính chiều dày đáy phịng đốt...................................................................... 45
5.1.6. Tra bích lắp vào thân và đáy........................................................................ 47
5.2. Buồng bốc nồi cơ đặc................................................................................ 48
5.2.1. Thể tích khơng gian hơi............................................................................... 48
5.2.2. Đường kính trong và chiều cao phịng bốc hơi............................................ 49
5.2.3. Chiều dày phòng bốc hơi............................................................................. 49
5.2.4. Chiều dày nắp buồng bốc............................................................................. 51
5.2.5. Tra bích lắp vào thân và nắp........................................................................ 52
5.3. Tính một số chi tiết khác........................................................................... 52
5.3.1. Tính đường kính các ống dẫn vào và ra thiết bị........................................... 52
5.3.2. Tính và chọn tai treo..................................................................................... 56
5.3.3. Chọn kính quan sát....................................................................................... 60
5.3.4. Tính bề dày lớp cách nhiệt........................................................................... 61
KẾT LUẬN......................................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................. 63

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 3


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

LỜI MỞ ĐẦU
Đồ án mơn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học nhằm giúp sinh

viên biết vận dụng các kiến thức của môn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ
hóa học và các mơn học khác có liên quan vào việc thiết kế một thiết bị chính và một
số thiết bị phụ trong hệ thống thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn
trong các q trình cơng nghệ.
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế thiết bị,
hệ thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên được làm
đồ án Quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học. Việc làm đồ án là một công việc
tốt cho sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau khi hoàn thành mơn học
Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học.
Trong phạm vi “Đồ án môn học – Nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xôi
chiều thiết bị có ống tuần hồn ngồi dùng để cơ đặc dung dịch NaCl đề cập đến việc
tính tốn và thiết kế những thiết bị chính, phụ và tính cơ khí của hệ thống. Để hoàn
thành đồ án này em đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ phía thầy cô và bạn bè. Đặc
biệt em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến cô giáo PGS.TS. Vũ Thị Phương Anh
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 Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 4


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

PHẦN 1: PHẦN TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về sản phẩm

Một số tính chất vật lý và hóa học của dung dịch NaCl
Natri clorua là muối phổ biến nhất,tính chất vật lý phổ biến không màu ,không
mùi, tinh thể và vị mặn và một số tính chất bao gồm :
* Nhiệt độ nóng chảy :800,1oC
* Nhiệt độ sơi :1465oC
* Mật độ :2,165g/cm3
* Độ hòa tan : khoảng 35,9/100g nước tại 25OC
* Khối lượng phân tử :58.44 g/mol
* Độ nhớt [1-101] :0,982.103(
)tại 20OC với nồng độ dung dịch 2% Về tính chất
hóa học :
* Nacl là chất điện ly mạnh , phân ly hoàn toàn trong nước
* Nacl là muối trung tình ,trơ về mặt hóa học
* Tác dụng với nước tạo HCl Ứng dụng trong công nghiệp :
* Đối với sản xuất da,giày : người ta dùng muối để bảo vệ da
* Đối với cao su : người ta dùng muối để làm trắng cao su
* Trong dầu khí : muối là thành phần quan trọng trong dung dịch khoan giếng khoan
* Từ nacl có thể pha chế các hóa chất trong sản xuất như : nước javen ,sản xuất
nhơm,dồng ,thép,…
1.2. Sơ lược về q trình cơ đặc
a) Qúa trình cơ đặc
Q trình cơ đặc là q trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun sôi. Đặc điểm
của q 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 sự bốc hơi (ở trạng thái
sơi) diễn ra 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 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 λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt của dung dịch sẽ
giảm. Ngược lại, khối lượng riêng , độ nhớt μ, tổn thất do nồng độ ∆’ sẽ tăng. Đồng

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 5


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

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. Q 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. Ngun tắc của q 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
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 sôi, 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 sôi 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 khơng 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…
SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 6


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

Trang số 7


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

PHẦN 2: VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ
2.1. Sơ đồ cơng nghệ.
(Bản vẽ tay A4 đính kèm)
Các thiết bị trong sơ đồ công nghệ:
(1)

Thùng chứa dung dịch đầu

(2)

Bơm hỗn hợp đầu

(3)

Thùng cao vị

(4)

Lưu lượng kế

(5)

Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

(6)

Buồng đốt cô đặc 1
(6`) Buồng đốt cô đặc 2

(7)

Buồng bốc cô đặc 1 (7`) Buồng bốc cô đặc 2

(8)

Thiết bị ngưng tụ baromet

(9)

Xyclon

(10)

Bơm chân không

(11)

Bể chứa nước ngưng
(12)Bơm sản phẩm

(14)
(13)

Thùng chứa nước ngưng
Thùng chứa sản phẩm cuối
(15); (16);(17) Cốc tháo nước ngưng
Chú thích:

-

- - - - - - - -: đường hơi
_________: đường lỏng

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 8


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ.
Dung dịch ban đầu có nồng độ thấp chứa trong thùng (1) qua bơm (2) được bơm
lên thùng cao vị (3). Từ đây nó được điều chỉnh lưu lượng theo yêu cầu qua lưu lượng
kế (4) trước khi vào thiết bị gia nhiệt (5). Tại thiết bị (5), dung dịch được đun nóng
đến nhiệt độ sơi bằng tác nhân hơi nước bão hịa và được cấp vào buồng đốt của nồi cơ
đặc thứ nhất (6). Ở nồi thứ nhất, dung dịch tiếp tục được đun nóng, 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 phịng đốt bằng cửa tháo nước ngưng. Dung môi bốc hơi
lên trên buồng bốc hơi của nồi 1 được 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.
Dung dịch từ nồi thứ nhất tự chảy 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. Tại nồi 2 cũng xảy ra quá
trình bốc hơi tương tự như ở nồi 1 với tác nhân đun nóng chính là hơi thứ của nồi thứ
nhất đây chính là ý nghĩa về mặt sử dụng nhiệt độ trong cô đặc nhiều nồi). Hơi thứ của
nồi 2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ (8). Ở đây hơi thứ sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng,
chảy vào thùng chứa ở ngồi, cịn khí không ngưng đi vào thiết bị thu hồi bọt (9) rồi
vào bơm hút chân không (10). Dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2 được bơm ra ở phía
dưới thiết bị cô đặc đi vào thùng chưa sản phẩm. Nước ngưng tạo ra trong hệ thống đi
qua các ống tháo nước ngưng tập kết tại thùng (12) đưa đi xử lý.

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 9


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

PHẦN 3: TÍNH TỐN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH
Các số liệu ban đầu:
-

Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 6500 kg/h
Nồng độ đầu của dung dịch: xđ = 5% khối lượng
Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 23% khối lượng
Hơi đốt: hơi nước bão hòa
Áp suất hơi đốt nồi 1: P1 = 4,8 at
Áp suất hơi ngưng tụ: Png = P2 = 0,2at
Chiều dài ống truyền nhiệt H = 5 m

3.1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống W.
x
W = G . 1− đ

(

xc

đ

)

= 6500

(

. 1− LINK Excel. Sheet .8Book2Sheet1!R7C5 ¿ ¿ ¿¿ MERGEFORMAT 5

= 5086,96 (kg/h)

3.2. Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi.
-

Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1: W1 (kg/h).

-

Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W2 (kg/h).
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở các nồi W1 : W2 = 1,02
Mà ta lại có W1 + W2 = 5086,96 (kg/h)



W1 = 2518,30 (kg/h) W2 = 2590,256 (kg/h)

3.3. Tính nồng độ cuối của dung dịch ở mỗi nồi.
Ta có cơng thức tính nồng độ cuối của dung dịch:
x

)

LINK Excel. Sheet .8 Book 2 Sheet 1 ! R 8 C 5 ¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 23

đ

xi = Gđ Gđ −∑i W j , %

j=1

* Nồi 1:

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 10


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

xđ

xc1 = Gđ Gđ−W1
= 6500 .

0,2
LINK Excel . Sheet .8 Book 2 Sheet 1! R 6 C 5 ¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 6500−LIN

= 8,16 (% khối lượng)
* Nồi 2:
xđ

xc2 = Gđ Gđ−(W ¿¿1+W 2)¿
= 6500 .

0,2
LINK Excel . Sheet .8 Book 2 Sheet 1! R 6 C 5 ¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 6500−LINK

= 23 (% khối lượng)
3.4. Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống ∆P.
Theo công thức P = P1 – Png
Ta có P = 4,8 – 0,2= 4,6(at)
3.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi.
Giả thiết phân bố áp suất hơi đốt giữa 2 nồi là P1 : P2 = 2,95
Trong đó: - P1 là chênh lệch áp suất trong nồi thứ 1, at P2 là chênh lệch áp suất trong nồi thứ 2, at
Ta có hệ:
{⇒∆ P1−LINK Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R28C5¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 2,95 . ∆P2=0 ∆ P1 +∆
P2=∆P=LINK Excel . Sheet .8 Book2Sheet1!R26C5 ¿¿¿¿ MERGEFORMAT 4,6

{∆ P =LINK Excel. Sheet .8 Book2Sheet1!R30C5 ¿¿¿ ¿ MERGEFORMAT 3,44 (at)
1

∆ P2=LINK Excel. Sheet .8 Book2Sheet1!R31C5 ¿¿¿ ¿ MERGEFORMAT 1,16 (at)

3.5.1. Tính áp suất hơi đốt từng nồi.
Theo công thức Pi = Pi-1 - Pi-1
Ta có:
-

Nồi 1: P1 = 4,8 (at)
Nồi 2: P2 = P1 - P1 = 4,8 – 3,44 = 1,68 (at)

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 11

Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

3.5.2. Xác định nhiệt độ hơi đốt Ti, nhiệt lượng riêng ii và nhiệt hóa hơi ri của
từng nồi.
Tra bảng I.251 [1-314] và nội suy ta có:
Nồi 1: với P1 = 4,8 (at) ta được: ℃

-

Nhiệt độ hơi đốt: T1 = 149,58 ( )

-

Nhiệt lượng riêng: i1 = 2752000 (J/kg)

-

Nhiệt hóa hơi: r1 = 2121480 (J/kg ) Nồi 2: với P2 = 1,68 (at) ta được: ℃

-

Nhiệt độ hơi đốt: T2 = 106,84 ( )

- Nhiệt lượng riêng: i2 = 2695936,71(J/kg)
- Nhiệt hóa hơi: r2 = 2238772,15 (J/kg )
Với Png = 0,2 (at) ta có nhiệt độ nước ngưng ở thiết bị ngưng tụ Tng = 59,70(℃)
3.6. Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi.
Trong đó:

i

i

Theo cơng thức: t =
'

+1

℃

'''

+∆ ,

- ti'là nhiệt dộ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i,
∆''

-

đường ống,

'

là tổn thất nhiệt độ do trở lực

i

Chọn ∆1'' ' =∆2'' '= 1 (

℃

℃

)
thứ ra khỏi mỗi nồi :

Ta có nhiệt độ hơi

℃

t

'
1'= 2 + ∆1'' = 108, 46 + 1 = 109, 46 (℃)

- Nồi 1 là:

-

Nồi 2 là:

có:

t'2= + ∆''2 ' = 59,70 + 1 = 60,700 (℃) Tra bảng I.250 [1-314] và nội℃suy ta

Nồi 1 với t'1 = 111,3 ( ) ta được

-

+ Áp suất hơi thứ: P'1= 1,42 (at)
+ Nhiệt lượng riêng: i'1 = 2697603,38 (J/kg)

-

+ Nhiệt hóa hơi: r'1℃= 2235994,37 (J/kg)
Nồi 2 với t'2 = 60,700 ( ) ta được

+ Áp suất hơi thứ: P'2 = 0,21 (at)
SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 12


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

+

Nhiệt lượng riêng: i'2 = 2608444,44(J/kg)

+

Nhiệt hóa hơi: r'2 = 2355555,56(J/kg) Bảng tổng hợp số liệu số 1:
Nồ

Hơi đốt

i

P

1
2

T

Hơi thứ
P'

i

r

(℃)
(at)
4,8 149,5
8

(J/kg)
2752000,
00

(J/kg)
2121480,
00

1,6

8

2695936,
71

2238772,
15

108,4
6

i'

r'

(at)
( )
1,4 109,4
2
6

(J/kg)
2697603,
38

(J/kg)
2235994,
37

8,16

0,2
1

2608444,
44

2355555,
56

23,0
0

℃

T

'

60,70
0

x
(%)

3.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi.
3.7.1. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao.
Cơng thức tính: ∆''i = ttbi − t'i , ℃
Trong đó:

P'

'

- ttbi : nhiệt độ sơi ứng với

, at

- ti : nhiệt độ sôi ứng với i
, at
ρ .g
dds
là áp suất thủy tĩnh'
1
H
ở giữa ống truyền nhiệt, tính theo cơng thức:

Trong đó:

= Pi +

2

(h +
1

2

).

9,81 .104 , at

ℎ

ℎ

Pi' : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, at.

: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn
0,50 m.
1

1

=

H : chiều cao ống truyền nhiệt, m.
g: gia tốc trọng trường, m/s2.
ρdds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3.
ρdds =

ρ

dd
2 , ρdd được nội suy và ngoại suy từ bảng I.59 [1-46].

Lấy khối lượng riêng tại 100 ℃, Nội suy theo nồng độ bảng I.29 [1-37]
Với nồi 1: x1 = 8,16 %  ρ1 = 1014,56 kg/m3
Với nồi 2: x2 = 23,00 %  ρ2 = 1125,25 kg/m3
Với nồi 1:

SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 13


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

= P1 + 2

1

1

'

= 1,42 +

(

(

h

1

+

2

H

)

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

.

9,81 .104

ρ

.g

dds1

1
2

LINK Excel. Sheet .8 Book2Sheet1!R58C5 ¿¿ ¿ ¿ MERGEFORMAT 0,50+

.

LINK Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R55C5¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 1014,56 .9,81
9,81 .104

= 1,57 (at)

Tra

= 1,57 (at)

bảng I.251 [1-314] với

{

LINK Excel. S

1

t =LINK Excel . Sheet .8 Book2Sheet1!R63C5 ¿¿¿ ¿ MERGEFORMAT 112,54 (℃)
rtb 1=tbLINK1

Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R66C5¿ ¿¿ ¿ MERGEFORMAT 2235994,37( J /kg)

∆1'' = ttb1 − t1' = 112,54 – 109,46 = 3,08 (℃)

Với nồi 2:
2=P2 +

2
'

= 0,21 +

(

1

(h + 2 ).
1

H

9,81 .104
ρ

dds2

.g

1
2

LINK Excel. Sheet .8 Book2Sheet1!R58C5 ¿¿ ¿ ¿ MERGEFORMAT 0,50+

LINK Excel. S

.

LINK Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R56C5¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 1125,25. 9,81
9,81 .104

= 0,38 (at)

Tra

bảng I.251 [1-314] với

{

rtb 2=tbLINK2
t

''
2

= 0,38 (at)

=LINK Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R64C5¿ ¿ ¿¿ MERGEFORMAT 74,05(℃)

t

∆

2

Excel . Sheet .8 Book2Sheet1!R67C5 ¿¿¿ ¿ MERGEFORMAT 2355555,56( J /kg)

−

=
tb2

'

t

2

= 74,05– 60,700 = 13,35 (

3.7.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆i'
Ta dùng phương pháp Tysenco:
Trong đó:

℃

∆i= . ∆o
'

t

si

)

= 16,2 ri
'

. ∆o, ℃

t2si

: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, ᵒK

'


SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 14


Đồ án Quá trình và thiết bị CNHH

r
∆

i

GVHD: TS. Vũ Thị Phương Anh

: ẩn nhiệt hóa hơi của dung mơi ở áp suất làm việc, J/kg
'

°

: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất

thường
Vậy:
'

(ttb 1 +273)2

'

∆1=

. ∆o 1 = 16,2

r

'

. ∆o 1

tb 1

= 16,2

( LINK Excel . Sheet .8 Book2Sheet1!R63C5 ¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 112,54+
LINK Excel . Sheet .8Book2 Sheet1!R66C5¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 223599
= 1,79 (
)
'

. 1,66

'

∆2=

(ttb 2 +273)

℃

2

'

r

. ∆o 2 = 16,2
= 16,2

. ∆o 2

tb 2

( LINK Excel . Sheet .8 Book2Sheet1!R64C5 ¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 74,05+ 273)2
LINK Excel . Sheet .8 Book2Sheet1!R67C5 ¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 2355555,56

6,05 = 5,01 (

3.7.3. Tính nhiệt độ tổn thất của hệ thống.
Chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống:

.

℃
℃

∆

℃

)

'''

∆1'''

=

∆2'''

'

∆

= 1 ( )∑

¿∆1'''+∆2'''

=2( )

'''''

∑∆=∑ +∑ +∑ ¿ LINK Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R78C5¿¿ ¿¿ MERGEFORMAT 25,24(℃)
∆∆

3.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống.
= 149,58 –

=6

Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống
∆ thi =

1

59,70

−

− ∑∆
– 25,24

Nhiệt độ sôi của từng nồi:
tsi = t'i + ∆'i + ∆''i

ts 0=t1' +∆1' =LINK Excel . Sheet .8 Book2 Sheet1!R45C5¿¿¿ ¿ MERGEFORMAT 109,46+ LINK Excel . Shee

- Nồi 1:
ts 1 = t1' + ∆1' + ∆1'' = 109,46 + 1,79+ 3,08 = 114,34 (℃)

-

Nồi 2 :


SVTH: Nguyễn Thị Thùy Linh MSSV: 20174878

Trang số 15