thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều làm việc liên tục dung dịch kno3 bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC & CNTP
BỘ MÔN CN HÓA HỌC VÀ HÓA DẦU
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập- Tự do- Hạnh phúc
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC
1. Họ và tên: 1. Ngô Tiến Việt Anh
2. Nguyễn Hoàng Anh
3. Nguyễn Huỳnh Tuấn Anh
Nhóm 1 - Lớp DH10H1
Môn học: Các quá trình và thiết bị trong CNHH và Thực phẩm
2. Đầu đề thiết kế:
Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều làm việc liên tục dung dịch KNO
3
bằng thiết bị cô đặc loại
ống tuần hoàn trung tâm.
3. Dữ kiện ban đầu
- Năng suất theo dung dịch đầu: G
đ
= 30000kg/h
- Nồng độ đầu: x
đ
= 8% khối lượng
- Nồng độ cuối: x
c
= 48% khối lượng
- Áp suất hơi đốt: P
1
= 12 at
- Áp suất hơi ngưng tụ baromet: P
ng

= 0,2 at
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
- Sơ đồ dây truyền công nghệ cô đặc và cấu tạo thiết bị chính (kèm bản vẽ mô tả )
- Tính toán bề mặt truyền nhiệt bề mặt truyền nhiệt thiết bị cô đặc
- Tính toán bề dày lớp cách nhiệt
- Tính toán thiệt bị ngưng tụ baromet và bơm chân không
- Tính cơ khí
5. Bản vẽ
- Sơ đồ dây truyền công nghệ hệ thống cô đặc: khổ A
1
( 1 bản)
- Nồi cô đặc và các chi tiết: khổ A
1
(1 bản )
Ngày giao nhiệm vụ: 21/1/2013
Ngày hoàn thành: 29/4/2013
Vũng Tàu, ngày 22 tháng 12 năm 2013
Xác nhận của trưởng khoa Xác nhận của giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ
MỤC LỤC
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
LỜI MỞ ĐẦU
Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng. Do đó ngành
công nghiệp hóa chất cơ bản củng phát triển không ngừng, nhu cầu về sản phẩm ngày
càng phong phú. Trên cơ sở đó, quy trình công nghệ luôn được cải tiến và đổi mới để
ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là việc sử dụng hiệu quả năng lượng cho quá
trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo năng suất.
Kali nitrat (potassium nitrate) còn có tên gọi khác là diêm sinh với công thức hóa học
KNO
3

là một trong những hóa chất thông dụng. Với nhiều ứng dụng thực tiễn, hiện nay
KNO
3
được sản xuất với số lượng ngày càng lớn. KNO
3
được ứng dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp như phân bón, thực phẩm, thuốc súng … Vậy làm thế nào để thu
được KNO
3
có nồng độ cao và tinh khiết. Một trong những phương pháp được sử dụng
hiệu quả để tăng nồng độ KNO
3
là phương pháp cô đặc. Đây cũng là đề tài mà nhóm
chúng tôi thực hiện trong đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều dung dịch
KNO
3
bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm.
Cấu trúc của đồ án có thể chia thành các phần như sau:
− Chương I: Tổng quan
− Chương II: Tính toán công nghệ,
− Chương III: Tính và chọn thiết bị chính.
− Chương IV: Tính và chọn thiết bị phụ.
− Tài liệu tham khảo.

Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 2
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
I. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM
I.1.Các tính chất vật lí của KNO

3
Bảng 1: Các tính chất vật lí của KNO
3
Công thức phân tử KNO
3
Phân tử gam 101,1032 g/mol
Bề ngoài Tinh thể trong suốt, không màu
Mùi Chua hay mặn
Tỷ trọng 2,106 g/cm
3
Nhiệt độ nóng chảy 336
0
C (609 K)
Nhiệt độ sôi 400
0
C ( 673 K)
Độ hòa tan trong nước 32 mg/ 100ml ( 20
0
C)
pH ca. 7
I.2. Các ứng dụng của KNO
3

− Phân bón: Nitrat kali được sử dụng chủ yếu trong phân bón , như là một
nguồn nitơ và kali - hai trong số những chất dinh dưỡng cho cây trồng.
− Chất oxi hóa: Nitrat kali là một chất oxy hóa hiệu quả, sản xuất ra một
ngọn lửa màu hoa cà khi đốt cháy do sự hiện diện của kali. Đây là một
trong ba thành phần của bột màu đen, cùng với than bột (đáng kể
carbon) và lưu huỳnh. Như vậy nó được sử dụng trong bột màu đen
động cơ tên lửa. Nó cũng được sử dụng trong pháo hoa như bom khói ,

với một hỗn hợp sucroe và kali nitrat.
− Bảo quản thực phẩm
− Ngoài ra, KNO
3
còn có một số ứng dụng khác như: là thành phần hạt
chính vững chắc của aerosol ức chế đặc cháy hệ thống, là thành phần
chính (thường là khoảng 98%) của một số sản phẩm loại bỏ gốc cây. Nó
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 3
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
làm tăng tốc sự phân hủy tự nhiên của gốc cây bằng cách cung cấp nitơ
cho nấm tấn công gỗ của gốc cây, xử lý nhiệt kim loại như một dung
môi rửa, là một phương tiện lưu trữ nhiệt.
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
II.1. Định nghĩa
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không
bay hơi với mục đích:
− Làm tăng nồng độ chất tan.
− Tách chất rắn hòa tan ở dang tinh thể (kết tinh).
− Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).
Thông thường có 2 loại cô đặc để làm bốc hơi dung môi:
− Cô đặc dùng tác nhân là nhiệt để cung cấp năng lượng cho hơi dung môi
(cô đặc ở trạng thái hơi).
− Cô đặc kết tinh, bằng cách làm lạnh và giảm áp suất riêng phần hơi trên
mặt thoáng của dung dịch để làm tăng quá trình bốc hơi.
Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi nghĩa là áp suất riêng phần của dung môi cần
bằng với áp suát chung trên bề mặt thoáng của chất lỏng. Khác với quá trình chưng
luyện, trong quá trình cô đặc, chỉ có dung môi bay hơi. Đáng lưu ý là trong quá trình cô
đặc, nồng độ chất tan tăng, ảnh hưởng đến quá trình tính toán của thiết bị. Khi đó hệ số
dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt α giảm, đồng thời khối lượng riêng ρ, độ
nhớt µ, tổn thất nhiệt ∆’ tăng.

II.2. Lựa chọn phương án thiết kế
Có thể sử dụng cô đặc dung dịch bằng một nồi hay nhiều nồi, ở đề tài này, chúng ta chỉ
xét hệ thống 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 cô 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 nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai đưa vào nồi thứ ba… hơi thứ
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 4
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi này sang nồi kia,
qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên. Điều kiện cần thiết để truyền
nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, 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 mỗi 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.
Có thể phân loại hệ thống cô đặc nhiều nồi theo các cách khác nhau:
− Theo sự bố trí bề mặt đun: nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng.
− Theo chất tải nhiệt: hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), khói lò, dòng
điện, các chất tải nhiệt đặc biệt (dầu, hydrocarbon).
− Theo chế độ tuần hoàn: xuôi chiều, chéo chiều, ngược chiều.
− Cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống chùm, ống xoắn.
Trong đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch KNO
3
này, ta sử dụng hệ thống cô đặc 3
nồi xuôi chiều ( tuần hoàn tự nhiên), buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm vì những
ưu điểm sau:
− Dung dịch tự di chuyển từ nồi này sang nồi khác nhờ sự chênh lệch áp
suất và nhiệt độ giữa các nồi. Nhiệt độ nồi trước lớn hơn nồi sau, tức là
áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau.
− Dung dịch vào nồi đầu tiên ở nhiệt độ sôi nhờ được gia nhiệt trước bằng

hơi nước, ngoại trừ nồi đầu tiên, dung dịch đi vào nồi thứ 2, 3 có nhiệt
độ cao hơn nhiệt độ sôi, do đó dung dịch được làm lạnh, lượng nhiệt
này sẽ làm bốc hơi thêm một phần nước, gọi là quá trình tự bốc hơi.
− Cô đặc ống tuần hoàn trung tâm có ưu điểm là dung dịch tuần hoàn
trong nồi dễ dàng, vận tốc tuần hoàn lớn vì ống tuần hoàn không bị đốt
nóng dẫn đến đối lưu dễ dàng.
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 5
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Tuy nhiên, phương pháp cô đặc xuôi chiều cũng có nhược điểm là nhiệt độ dung dịch ở
các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ dung dịch tăng dần, làm cho độ nhớt dung dịch tăng
nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
II.3. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Hệ thống cô đặc 3 nồi, làm việc xuôi chiều liên tục. Dung dịch đầu KNO
3
8% khối lượng
được chứa thùng chứa nguyên liệu (3), sau đó được bơm ly tâm (6) bơm lên thùng cao vị
(4). Dung dịch sau đó đi qua lưu lượng kế (7) chả vão thiết bị gia nhiệt (8). Ở đây, dung
dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi, sau đó đi vào nồi cô đặc (1), (2), (3). Tại nồi
cô đặc, dung dịch được đun sôi bằng thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, buồng
đốt trong, trong đó các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn tương đối lớn. Dung dịch đi ở
trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng không gian phía ngoài ống. Khi làm việc, dung dịch
trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị
đẩy từ dưới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn trung tâm thể tích theo một đơn
vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít
hơn, vì vậy khối lượng riêng của hồn hợp hơi– lỏng ở đây lớn hơn so với ống truyền
nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới. Kết quả là trong thiết bị có sự chuyển động tuần hoàn tự
nhiên từ dưới lên trên ở ống truyền nhiệt và từ trên xuống dưới ở ống tuần hoán trung
tâm.
Hơi đốt được lấy ra ở nồi hơi (1) cung cấp nhiệt cho thiết bị gia nhiệt (3) và nòi cô đặc
(1). Tại nồi 1, hơi đốt ngưng tụ, tỏa nhiệt làm sôi dung dịch, bốc hơi một lượng hơi thứ.

Hơi thứ từ nồi thứ (1) được dung làm hơi đốt cho nồi thứ (2) và tương tự thì hơi thứ nồi
(2) sẽ là hơi đốt cho nồi (3). Hơi thứ từ nồi (3) được ngưng tụ nhờ thiết bị baromet (13)
và được hút chân không nhờ bơm chân không (15). Nước ngưng từ phòng đốt của các nồi
cô đặc đi qua của xả nước ngưng, qua bẫy hơi (5) để chả xuống thùng chứ nước ngưng
(2). Dung dịch từ nồi cô đặc (3) được bơm ly tâm (6) lấy ra cho vào thùng chứa sản
phẩm (18).
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 6
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
I. ĐỀ BÀI VÀ CÁC GIẢ THUYẾT BAN ĐẦU
Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm.
Năng suất đầu vào: G
đ
= 30000 kg/h
Nồng độ đầu: x
đ
= 8% ( khối lượng)
Nồng độ cuối: x
c
= 48% ( khối lượng)
Áp suất hơi đốt nồi 1: P
hđ1
= 12at
Áp suất thiết bị ngưng tụ: P
ng
= 0,2at
Dung dịch: KNO
3
Phân tử mol: M

pt
= 101 kg/kmol
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 7
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
II. TÍNH TOÁN
II.1. Xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống
Gọi: G
đ
, G
c
là lượng dung dịch lúc đầu và cuối, kg/h
x
đ,
x
c
là nồng độ đầu và cuối, % khối lượng
W là lượng hơi thứ bốc hơi, kg/h
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:
G
đ
= G
c
+ W
Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử phân bố:
G
đ.
x
đ
= G
c

x
c
+ W x
w
Ở đây ta coi quá trình cô đặc coi khối lượng chất tan không bị mất theo lượng hơi
bốc ra nên ta có:
G
đ
x
đ
= G
c
x
c
Từ (1) và (2) ta có :
W = G
đ
(1 – x
đ
/x
c
) (VI.1/55 – [II])
Theo số liệu đề tài ta có lượng hơi thứ bốc ra toàn hệ thống là :
W = 30000 (1 – 8/48) = 25000 (kg/h)
II.2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi :
Gọi W
1,
W
2,
W

3
là lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 kg/h.
Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ : W
1
: W
2
:W
3
= 1 : 1,1 : 1,2
Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính được lượng hơi thứ bốc ra từng nồi:
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 8
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Nồi 1:
hkg
W
W /76,7575
3,3
25000
3,3
1
===
∑
Nồi 2:
)/(33,8333
3,3
25000
.1,1
3,3
.1,1
2

hkg
W
W ===
∑

Nồi 3:
)/(91,9090
3,3
25000
2,1
3,3
.2,1
3
hkg
W
W ===
∑
II.3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi:
Áp dụng công thức VI.2/ 57- [II], ta có
x
i
=
i
i
đ
đ
đ
WG
x
G

∑
=
−
3
1
, % khối lượng
Với x
i
là nồng độ dung dịch tại nồi I
Vậy:
Nồng độ của nồi 1:
x
1
=
1
WG
x
G
đ
đ
đ
−
=30000
= 10,70 (% khối lượng)
Nồng độ của nồi 2:
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 9
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
x
2
=

21
WWG
x
G
đ
đ
đ
−−
=30000
= 17,03 (% khối lượng)
Nồng độ của nồi 3:
x
3
=
321
WWWG
x
G
đ
đ
đ
−−−
= 30000
= 48 (%khối lượng)
II.4. Tính chênh lệch áp suất chung của toàn hệ thống
Ta có: ∆P = P
hđ1
– P
ng
(at)


∆P = 12 – 0,2 = 11,8 (at)
II.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi
Giả sử áp hiệu số phân bố suất hơi đốt các nồi là: ∆P
1
: ∆P
2
: ∆P
3
= 4,183 : 2,043 : 1
Và ta có:
∆
P =
∆
P
1
+
∆
P
2
+
∆
P
3
= 11,8 at
⇒
∆
P
3
= = 1,633 at

⇒
∆
P
2
= = 3,336 at
⇒
∆
P
1
= = 6,831 at
Mà ta có:
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 10
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
P
hđ1
= 12 at
∆
P
1
= P
hđ1
- P
hđ2
=> P
hđ2
= P
hđ1
-
∆
P

1
= 12 – 6,831 =5,169 at
∆
P
2
= P
hđ2
- P
hđ3
=> P
hđ3
= P
hđ2
-
∆
P
2
= 5,169 – 3,336 = 1,833 at
Gọi: T
hđi
là nhiệt độ của hơi đốt nồi thứ i

i
hđi
là nhiệt lượng riêng hơi đốt nồi thứ i
r
hđi
là nhiệt hóa hơi
tương ứng với áp suất hơi đốt P
hđi

Theo bảng 57/46 – [III], ta có bảng số liệu sau:
Bảng 2: Các thông số của hơi đốt
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
P
hđ
(at) 12 5,169 1,833
T
hđ
(
0
C) 187,1 152,366 116,845
i
hđ
(kJ/kg) 2790 2756,366 2769,165
r
hđ
(kJ/kg) 1995 2113,282 2215,515
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 11
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Với thiết bị ngưng tụ baromet P
ng
= 0,2 at => T
ng
= 59,7
0
C
II.6. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ mỗi nồi
Gọi là tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống.
Chọn ∆
1

= ∆
2
= ∆
3
= 1
0
C
Gọi t
hti
là nhiệt độ hơi thứ nồi thứ i,
0
C
Áp dụng công thức: t
hti
= T
hđi
+
Nhiệt độ hơi thứ nồi sau = nhiệt độ hơi đốt nồi trước – 1
0
C
Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối = nhiệt độ thiết bị baromet + 1
0
C
Vậy từ những dữ kiện trên, ta có:
t
ht1
= T
hđ2
+ 1 = 152,213 + 1 = 153,213
0

C
t
ht2
= T
hđ3
+ 1 = 116,845 + 1 = 117,845
0
C
t
ht3
= T
ng
+ 1 = 59,7 + 1 = 60,7
0
C
Gọi: p
hti
là nhiệt độ của hơi thứ nồi thứ i

i
hti
là nhiệt lượng riêng hơi thứ i
r
hti
là nhiệt hóa hơi
tương ứng với áp suất hơi đốt t
hti
Theo bảng 57/46 – [III], ta có bảng số liệu sau:
Bảng 3: Các thông số của hơi thứ
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3

T
ht
(
0
C) 153,213 117,845 60,7
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 12
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
P
ht
(at) 5,302 1,894 0,206
i
ht
(kJ/kg) 2758,226 2709,468 2608,444
r
ht
(kJ/kg) 2110,359 2212,786 2355,556
II.7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi
Tổn thất nhiệt cho từng nồi gồm:
 Tổn thất nhiệt do nồng độ
 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh
 Tổn thất nhiệt do trở lực đường ống
II.7.1 Tổn thất nhiệt do nhiệt độ ()
Ta sử dụng công thức Tisencô:
Δ’ = Δ
0
’.f (VI.10/59 –[II])
Trong đó Δ’
0
– tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi
của dung môi ở áp suất thường.

f = 16,2. T
2
/r (VI.11/59 – [II])
Trong đó : T là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho,
0
K;
r là ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm
việc,J/kg.
Dựa vào bảng (VI.2/63 – [II]) ta biết được tổn thất nhiệt độ Δ’
0
theo nồng độ a (%
khối lượng)
Bảng 4: Tổn thất nhiệt do nhiệt độ
Nồi1 Nồi 2 Nồi 3
Nồng độ của dung dịch (% kl) 10.70 17.03 48.00
Δ’
0
(
0
C) 0,970 1,653 5,75
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 13
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Vậy: Δ’
1
= Δ’
0.
16,2
= 0,97 . 16,2.
= 1,353
0

C
Tương tự ta có
Δ’
2
= 1,849
0
C
Δ’
3
= 4,404
0
C
II.7.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’):
Theo CT VI.12/60 – [II] ta có:
g
h
hPP
ddsotb
.
2
2
1
ρ






++=

(N/m
2
)
Có 1at = 9,81.10
4
N/m
2
Đổi công thức theo đơn vị at
4
2
1
10.
22
−






++=
dd
otb
h
hPP
ρ
at
Với:
– P
o

là áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch.
– h
1
là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng dung dịch, chọn
∆
h=0,5 cho cả 3 nồi.
– h
2
là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho cả 3 nồi.
– g là gia tốc trọng trường, =9,81 m/s
2
.
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 14
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
–
dds
ρ
là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m
3

dds
ρ
=
2
dd
ρ
Do chưa xác định được nhiệt độ sôi của dung dịch nên giả thiết lấy khối lượng riêng ở
nhiệt độ 20
0

C.
x
dd1
= 10,7% => ρ
dd1
= 1059,03 kg/m
3
x
dd2
= 17,03% => ρ
dd2
= 1110,92 kg/m
3
x
dd3
= 48% => ρ
dd3
= 1502,86 kg/m
3
Từ đó, ta có
4
1
2
111
10.
22
−







++=
dd
httb
h
hPP
ρ
40
1
10.
2
03,1059
2
4
5,0302,5
−








++= CP
tb
P
tb1

= 5,434 at
Tương tự, ta có P
tb2
= 2,033 at và P
tb3
= 0,394 at
Với P
tbi
ta có t
tbi
là nhiệt độ sôi ứng với P
tbi
P
tb1
= 5,434 at => t
tb1
= 154,138
0
C
P
tb2
= 2,033 at => t
tb2
= 120,0389
0
C
P
tb3
= 0,394 at => t
tb3

= 74,998
0
C
Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh tăng cao: = t
tbi
- t
hti
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 15
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
= t
tb1
- t
ht1
= 154,138 – 153,213 = 0,925
0
C
= t
tb2
- t
ht2
= 120,0359 – 117,845 = 2,1939
0
C
= t
tb3
- t
ht3
= 71,998 – 60,7 = 14,298
0
C

II.7.3 Tổn thất do trở lực của đường ống,(Δ”’):
Chọn tổn thất áp suất do trở lực của đường ống trong từng nồi là
'''
∆
= 1÷ 1,5
0
C
Chọn tổn thất = 1
0
C =>
C
o
1
"'
3
'"
2
'"
1
=∆=∆=∆

'''
∆
=
C
o
3
"'
3
'"

2
'"
1
=∆+∆+∆
II.7.4. Tổn thất do toàn bộ hệ thống:
II.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích trong toàn hệ thống
Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình dung dịch:
∆T
i
= T
hđi
– t
si
,
0
C
Với t
si
là nhiệt độ sôi của dung dịch tại nổi thứ i
t
si
= t
hti
+ +
Vậy ta có:
t
s1
= t
ht1
+ + = 153,213 + 1,353 + 0,925 = 155,491

0
C
Tương tự, ta có: t
s2
= 121,8879
0
C , t
s3
= 79,402
0
C
=> Hiệu số nhiệt hữu ích :
∆T
1
= T
hđ1
– t
s1
= 187,1 – 155,491 = 31,609
0
C
∆T
2
= T
hđ2
– t
s2
= 152,213 – 121,8879 = 30,3251
0
C

Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 16
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
∆T
3
= T
hđ3
– t
s3
= 116,845 – 79,402 = 37,443
0
C
Bảng 5: Hiệu số nhiệt hữu ích
Nồi ∆
’
,
0
C ∆
’’
,
0
C ∆
’’’
,
0
C ∆T,
0
C t
s
,
0

C
1 1,353 0,925 1 31,609 155,491
2 1,849 2,1939 1 30,3251 121,8879
3 4,404 14,,298 1 37,443 79,402
II.9. Phương trình cân bằng nhiệt lượng
Gọi:
D
1,
D
2
, D
3
là lượng hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h.
G
đ
, G
c
là lượng dung dịch đầu và cuối, kg/h.
W
1
, W
2
, W
3
là lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h.
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 17
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
C
đ
, C

c
là nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối, J/kg.độ.
t
đ,
t
c
nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của dung dịch,
0
C.
t
s1,
t
s1,
t
s1
nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, 2, 3,
0
C.
i
hđ1,
i
hđ2
, i
hđ3
là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h.
i
ht1
, i
ht2,
i

ht3
là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3,J/kg.
C
1
, C
2
, C
3
nhiệt dung riêng của dung dịch nồi 1,2,3, J/kg.độ
C
n1
, C
n2
, C
n3
là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ.
θ
1
θ
2
θ
3
nhiệt nước của ngưng nồi 1,2,3,
0
C.
Q
tt1
, Q
tt2
, Q

tt3
nhiệt tổn thất ra môi trường sung quanh, J
Theo phương trình cân bằng nhiệt, lượng nhiệt vào bằng lượng nhiệt ra:
Nhiệt lượng vào:
Nồi 1:
- Do dung dịch đầu: G
đ.
C
đ.
t
đ
- Do hơi đốt: D
1.
i
hđ1
Nồi 2:
- Do hơi đốt mang vào: D
2
.i
hđ2
- Do dung dịch ở nồi 1 mang vào: (G
đ
– W
1
).C
1.
t
s1
Nồi 3:
- Do hơi đốt mang vào : D

3.
i
hđ3
- Do dung dịch nồi 2 mang vào: (G
đ
– W
1
–W
2
).C
2.
t
s2
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 18
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Nhiệt lựợng ra:
Nồi 1:
- Do hơi đốt mang ra: W
1
.i
ht1
- Do dung dịch mang ra: (G
đ
– W
1
).C
1.
t
s1
- Do nước ngưng mang ra: D

1.
C
n1
.θ
1
- Do tổn thất nhiệt chung: Q
tt1
= 0,05.D
1.
(i
hđ1
- C
n1
θ
1
)
Nồi 2:
- Do hơi thứ mang ra: W
2.
i
ht2
- Do dung dịch mang ra: (G
đ
–W
1
–W
2
).C
2.
t

s2
- Do nước ngưng mang ra: D
2.
C
n2
.θ
2
- Do tổn thất nhiệt chung: Q
tt2
= 0,05.D
2.
(i
hđ2
– C
n2
.θ
2
)
Nồi 3:
- Do hơi thứ mang ra: W
3.
i
ht3
- Do dung dịch mang ra: (G
đ
–W
1
–W
2
–W

3
).C
3.
t
s3
- Do nước ngưng mang ra: D
3.
C
n3
.θ
3
- Do tổn thất nhiệt chung: Q
tt3
= 0,05.D
3.
(i
hđ3
– C
n3
θ
3
)
Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
ΣQ
vào
= ΣQ
ra
Nồi 1:
G

đ
C
đ
t
đ
+ D
1.
i
hđ1
= W
1
.i
ht1
+ (G
đ
– W
1
).C
1.
t
s1
+ D
1.
C
n1
.θ
1
+ 0,05.D
1.
(i

hđ1
- C
n1
θ
1
) (1)
Nồi 2:
D
2
.i
hđ2
+ (G
đ
– W
1
).C
1.
t
s1
= W
2.
i
ht2
+ (G
đ
–W
1
–W
2
).C

2.
t
s2
+ D
2
C
n2
θ
2
+ 0,05.D
2.
(i
hđ2
– C
n2
.θ
2
)
(2)
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 19
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Nồi 3:
D
3.
i
hđ3
+ (G
đ
– W
1

–W
2
).C
2.
t
s2
= W
3.
i
ht3
+ (G
đ
–W
1
–W
2
–W
3
).C
3.
t
s3
+ D
3
C
n3
θ
3
+ 0,05.D
3.

(i
hđ3
–
C
n3
θ
3
) (3)
 Tính C
1
, C
2
, C
3
Công thức tính C với dung dịch loãng có x

< 20% nên áp dụng CT I.43/152 –[I]
)
100
1(4186
x
C
o
−=→
J/kg.độ
Dung dịch đặc có x > 20% nên áp dụng CT I.44/152 – [I]

)
100
1(4186

100
.
xx
CC
hto
−+=→
J/kg.độ
Với C
ht
được tính theo công thức I.41/152- [I]
OONNKKhtct
CnCnCnCM
++=
Trong đó: Chất hòa tan KNO
3
có:
M = 101 kg/kmol
n
K
, n
N
, n
O
: là số nguyên tử K, N, O trong hợp chất.
C
K
, C
N
, C
O

: là nhiệt dung riêng của các nguyên tố K, N, O và
C
K
= 26000J/kg.độ C
N
= 26000J/kg.độ C
O
=16800J/kg.độ
( )
OONNKKht
CnCnCn
M
C
1
++=→

Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 20
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
( )
864,101316800.326000.126000.1
101
1
=++=→
ht
C
J/kg.độ
Vậy, với dung dịch đầu, x
đ
= 8% < 20%, ta có:

129,3851)
100
8
1.(4186
=−=→
đ
C
J/kg.độ
Với dung dịch 1, có x
dd1
= 10,7 % < 20%

098,3738)
100
7,10
1.(4186
1
=−=→
C
J/kg.độ
Với dung dịch 2, có x
dd2
= 17,03% < 20%
124,3473)
100
03,17
1.(4186
2
=−=→
C

J/kg.độ
Với dung dịch 3, có x
dd3
= 48% > 20%
373,2663)
100
48
1(4186
100
48
.861,1013
3
=−+=→
C
J/kg.độ
 Tính Q
tt
lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn bốc hơi ở từng nồi:
Ta có: θ =t
hđ
; D
2
= W
1
; D
3
= W
2
; W= W
1

+W
2
+W
3
D
1.
C
n1
.θ
1
= D
1
.i
l1
D
2
C
n2
θ
2
= D
2
.i
l2
= W
1
.i
l2
D
3

C
n3
θ
3
= D
3
.i
l3
= W
2
.i
l3
Với i
li
là nhiệt lượng riêng của nức ngưng nồi 1,2,3
Theo Bảng 57/46- [III], ra có:
P
hđ1
= 12 at  i
l1
= 759,3 kJ/kg
P
hđ2
= 5,169 at  i
l1
= 642,8 kJ/kg
P
hđ3
= 1,833 at  i
l3

= 486,7 kJ/kg
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 21
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
 Q
tt1
= 0,05.D
1.
(i
hđ1
- C
n1
θ
1
) = 0,05.D
1
( i
hđ1
– i
l1
), J
 Q
tt2
= 0,05.D
2.
(i
hđ2
– C
n2
.θ
2

) = 0,05.W
1
( i
hđ2
- i
l2
), J
 Q
tt3
= 0,05.D
3.
(i
hđ3
– C
n3
.θ
3
) = 0,05.W
2
( i
hđ3
- i
l3
), J
Thay các dữ kiện trên vào phương trình (1), (2), (3), với các ẩn là W
1
, W
2
, W
3

, D
1
ta có
kết quả như bảng sau:
Bảng 6: Kết quả tính toán của phương trình cân bằng nhiệt lượng
Nồi C
(J/kg.độ)
i
l
(kJ/kg)
θ
(
0
C)
W ( kg/h) Sai số
%
Giả thiết Tính toán
1 3738,098 795,3 187,1 7575,76 7634,362 0,771
2 3473,124 642,8 152,213 8333,33 8573,708 2,885
3 2663,373 486,7 116,845 9090,91 8791,930 3,289
Sai số:
%W
i
= . 100%
Nhận thấy sai số < 5% => giả thiết đưa ra là phù hợp.
Và có D
1
= 11161,399 kg/h.
II.10. Các thông số kĩ thuật chính
II.10.1. Sức căng bề mặt

Theo I.245/305 – [I], ta có sức căng bề mặt của dung dịch như sau:
x
dd1
= 10,7%  σ
1
= 73,698.10
-3
N/m
x
dd2
= 17,07%  σ
2
= 74,5848.10
-3
N/m
x
dd3
= 48%  σ
3
= 79,253.10
-3
N/m
II.10.2. Độ nhớt:
Ta sử dụng công thức Paplov:
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 22
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
k
tt
=
−

−
21
21
µµ
µµ
θθ
=const (I.17/85 - [I])
Trong đó: t
µ1
, t
µ2
nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt tương ứng
21
,
µµ
.

21
,
µµ
θθ
là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tương ứng.
Nồi 1: x
1
= 10,7 %, chọn chất chuẩn là nước
t
µ1
= 20
0
C ta có

1
µ
= 0,9714. 10
-3
(N.s/m
2
) (I.107/101 – [I])
⇒

1
µ
θ
= 21,2228
0
C (I.102/94 – [I])
t
µ2
= 30
0
C ta có
2
µ
= 0,8. 10
-3
(N.s/m
2
) (I.107/101 – [I])
⇒

2

µ
θ
= 30
0
C (I.102/94 – [I])
Nên ta có
⇒
k =
302228,21
3020
21
21
−
−
=
−
−
µµ
µµ
θθ
tt
= 1,139
Từ đó ta có :
2
21
µ
µ
µ
θθ
+

−
=
k
tt
s
Có được θ
µ
ta tra bảng I.110/108 – [I] ta biết được μ
Và: t
s1
= 155,491
0
C
C
0
176,14030
139,1
30491,155
=+
−
=
µ
θ
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 23
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
Vậy
1dd
µ
= 0,196.10
-3

(Ns/m
2
)
Nồi 2: x
2
= 17,03%, chọn chất chuẩn là nước
t
µ1
= 20
0
C ta có
1
µ
= 0,9922. 10
-3
(N.s/m
2
) (I.107/101 – [I])
⇒

1
µ
θ
= 21,6665
0
C (I.102/94 – [I])
t
µ2
= 30
0

C ta có
2
µ
= 0,8041.10
-3
(N.s/m
2
) (I.107/101 – [I])
⇒

2
µ
θ
= 29,8035
0
C (I.102/94 – [I])
Nên ta có
⇒
8035,296665,21
3020
21
21
−
−
=
−
−
µµ
µµ
θθ

tt
= 1,1,229
Và t
s2
= 121,8879
0
C
C
0
57,10430
229,1
308879,121
=+
−
=
µ
θ
Vậy
2dd
µ
= 0,292.10
-3
(Ns/m
2
)
Nồi 3: x
3
= 48%, chọn chất chuẩn là nước
t
µ1

= 20
0
C ta có
1
µ
= 1,152. 10
-3
(N.s/m
2
) (I.107/101 – [I])
⇒

1
µ
θ
= 14,613
0
C (I.102/94 – [I])
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 24
Đồ án môn học QTTB GVHD: PGS. TS Nguyễn Văn Thông
t
µ2
= 30
0
C ta có
2
µ
= 1,005.10
-3
(N.s/m

2
) (I.107/101 – [I])
⇒

2
µ
θ
= 20
0
C (I.102/94 – [I])
Nên ta có
⇒
20613,14
3020
21
21
−
−
=
−
−
µµ
µµ
θθ
tt
= 1,856
Và t
s3
=79,402
0

C
C
0
617,4620
856,1
30402,79
=+
−
=
µ
θ
Vậy
3dd
µ
= 0,582.10
-3
(Ns/m
2
)
II.10.3. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch:
Tính theo công thức (I.32/123- [I])
3

M
CA
Pd
ρ
ρλ
=
, W/m.độ;

Trong đó: C
p
là nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng, J/kg.độ;
ρ là khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m
3
;
M là khối lượng mol của chất lỏng;
A là hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng;
Ở đây A = 3,58.10
-8
;
Trong đó: M = m
i
.M
ct
+ (1- m
i
). M
H2O
Nhóm 1- Lớp DH10H1 Page 25