đồ án cô đặc 2 nồi ngược chiều muối ăn

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
ĐẶT VẤN ĐỀ 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ 3
1.1 Tổng quan về sản phẩm 3
1.2 Phương pháp điều chế 4
1.3 Cô đặc 4
1.4. Lựa chọn phương pháp thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ 5
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, NĂNG LƯỢNG 7
A. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 7
2.1. Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống 7
2.2. Xác định nồng độ cuối mỗi nồi 7
B. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 8
2.3.Xác định áp suất trong mỗi nồi 8
2.4 Xác định nhiệt độ trong các nồi 8
2.5 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi 9
2.6.Cân bằng nhiệt lượng 12
C. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT 16
2.7 Độ nhớt () 16
2.8 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) 17
2.9 Hệ số cấp nhiệt () 18
2.10 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi 21
CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHÍNH 24
3.1. Buồng đốt 24
3.2 Buồng bốc 29
3.3. Đường kính các ống dẫn 33
CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ PHỤ 48
4.1. Cân bằng vật liệu 48
4.2.Kích thước thiết bị ngưng tụ 49
4.3.Chọn bơm 55

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay công nghiệp hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng lớn
đến nhiều ngành sản xuất khác. Hiện nay, một trong những hóa chất được sản xuất, sử dụng
dụng nhiều là NaCl vì khả năng ứng dụng của nó.
Trong quy trình sản xuất NaCl, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó
đưa dung dịch lên nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sự dụng đa dạng, tiết kiệm chi phí vận
chuyển, tồn trữ, độ tinh khiết cao và tạo điều kiện cho quá trinh kết tinh nếu cần.
Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều buồng
đốt trong ống tuần hoàn ngoài kiểu đứng, cô đặc dung dịch NaCl từ 10% lên 30%.
Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ
án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu
sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị, vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần
với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của thiết bị với thông số kỹ thuật cụ thể.
Tuy nhiên, quá trình thiết bị là môn học khó và kiến thức thực tế của sinh viên còn
hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em mong nhận được sự đóng
góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các anh chị năm trước để có thể hoàn thành tốt đồ
án này.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU CHẾ, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1 Tổng quan về sản phẩm
Một số tính chất hóa lý đặc trưng về sản phẩm:
- Natri clorua còn gọi là muối ăn, muối, muối, là hợp chất hóa học với công thức hóa
học Na Cl . Natri clorua tan nhiều trong nước, dung dịch có vị mặn đắng. Trong các dung
dịch có nồng độ khác nhau thì nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc thay đổi.
- Natri clorua (NaCl) tinh thể có cấu trúc lập phương tâm diện. Trong các tinh thể của
chúng các ion clo lớn hơn được sắp xếp trong khối khép kín lập phương, trong khi các ion
natri nhỏ hơn điền vào lỗ hổng bát diện giữa chúng. Mỗi ion được bao bởi 6 ion khác loại.
Bảng 1.1: Các tính chất của NaCl.

Công thức phân tử NaCl
Khối lượng phân tử 58,4 g/mol
Bề ngoài Chất rắn kết tinh màu trắng hay không màu
Tỷ trọng 2,16 g/cm3
Điểm chảy 801°C (1074 K)
Điểm sôi 1465°C (1738 K)
Độ hòa tan trong nước 35,9 g/100 ml (25°C)
- Khi điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn xốp:
NaCl + H
2
O = NaOH +
2
1
H
2
+
2
1
Cl
2
- Khi điện phân nóng chảy:
NaCl = Na +
2
1
Cl
2
Ứng dụng:
- Là thành phần chính trong muối ăn, nó được sử dụng phổ biến như là đồ gia vị và
chất bảo quản thực phẩm.
- Dung dịch 0,9% clorua natri (nước đẳng trương) là cơ sở chính của phẫu thuật thay

thế chất lỏng được sử dụng rộng rãi trong y học để ngăn chặn hay xử lý sự mất nước, hay
để truyền ven để ngăn sốc do mất máu.
- Sản xuất bột giấy và giấy, cố định thuốc nhuộm trong công nghiệp dệt may và sản
xuất vải, trong sản xuất xà phòng và bột giặt.
- Là nguyên liệu để sản xuất Clo, là chất cần thiết để sản xuất nhiều vật liệu ngày nay
như PVC và một số thuốc trừ sâu, sản xuất Javen và điều chế HCl trong công nghiệp.
- NaCl là nguyên liệu để điều chế Na, Cl
2
, HCl, NaOH và hầu hết các hợp chất khác
của natri.
- Dung dịch NaCl còn được sử dụng để sát trùng khi cần thiết.
1.2 Phương pháp điều chế
NaCl là hợp chất phổ biến nhất của natri có trong thiên nhiên. Nó có trong nước biển
(khoảng 3% về khối lượng), nước của các hồ nước mặn và trong khoáng vật halit (muối mỏ).
Những mỏ muối lớn có thể có lớp muối dày đến hàng trăm, hàng nghìn mét. Vì vậy, người
ta thường khai thác muối ăn từ mỏ bằng phương pháp ngầm, nghĩa là qua các lỗ khoan dùng
nước hòa tan muối ngầm dưới đất rồi bơm dung dịch lên để kết tinh muối ăn. Người ta còn
cô đặc nước biển bằng cách đun nóng hoặc bằng cách phơi nắng tự nhiên để kết tinh được
muối ăn.
1.3 Cô đặc
1.3.1 Định nghĩa
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.
Ứng dụng:
– Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch (làm đậm đặc);
– Tách các chất hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh);
– Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất);
– Lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân làm lạnh
1.3.2 Đặc điểm của quá trình cô đặc
Từ thể lỏng chuyển thành hơi có thể có hai trạng thái: bay hơi hoặc sôi. Khi bay hơi

nhiệt độ của dung dịch thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất của dung môi trên mặt dung dịch lớn
hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên mặt thoáng của 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 khi tốc độ bay hơi càng lớn, còn sự bốc hơi ở trạng thái sôi xảy ra ở cả trong dung
dịch (tạo thành bọt) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng, trạng
thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun
sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung
dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của
dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử
trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô 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 đun nóng một thiết bị
ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ. Truyền nhiệt trong quá trình cô dặc có thể
trực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung
dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốt nóng.
1.3.3 Các phương pháp cô đặc
- 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 ngắn nhất. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không thực tế.
- Cô đặc ở áp suất chân không: dùng cho dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dễ bị phân
hủy nhiệt. Cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt
thừa của các quá trình khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc
- Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng yêu cầu,
hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng
độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới để
cô.
- Cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi dung dịch và hơi đốt cho vào
liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Có thể áp dụng điều khển tự động.
- Cô đặc nhiều nồi: Nhằm tiết kiệm hơi đốt, có thể cô đặc chân không, cô đặ áp lực hay phối

hợp cả hai phương pháp. Có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích nâng cao hiệu quả kinh tế.
Trên thực tế, trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp
suất lớn hươn áp suất khi quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không.
1.3.4 Các thiết bị cô đặc
Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:
- Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng.
- Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi ( hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói
lò, chất tải nhiệt ở nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao…), bằng dòng điện.
- Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức…
 Chế độ tuần hoàn (đối lưu) tự nhiên: thường dùng cô đặc dung dịch khá loãng,
độ nhớt thấp để quá trình tuần hoàn qua bề mặt truyền nhiệt được dễ dàng. Gồm: buồng đốt
trong (đồng trục buồng bốc) và buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc).
 Chế độ đối lưu cưỡng bức ( dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1- 3,5m/s
tại bề mặt truyền nhiệt, dùng để cô đặc các dung dịch sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn bề mặt
truyền nhiệt. Gồm: có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài và có buồng đốt ngoài, ống tuần
hoàn ngoài.
- Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm, kiểu màng…
1.4. Lựa chọn phương pháp thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ
1.4.1 Lựa chọn phương án thiết kế
Theo tính chất của nguyên liệu và ưu nhược điểm của các dạng thiết bị nói trên ta chọn
loại thiết bị cô đặc hai nồi ngược chiều, phòng đốt trong ống tuần hoàn ngoài.
Ưu điểm:
- Dung dịch có nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào nồi đầu, ở đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt
không tăng mấy.
- Lượng nước bốc hơi ở nồi cuối sẽ nhỏ hơn khi cô đặc xuôi chiều nên lượng nước dùng
làm nước ngưng tụ sẽ nhỏ hơn.
- Dùng được cho các dung dịch với độ nhớt cao, có tính ăn mòn.
Nhược điểm:
- Do dung dịch đi từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao nên không tự chuyển
được mà phải dùng bơm để vận chuyển dung dịch, làm tăng chi phí.

1.4.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
Quá trình cô đặc 2 nồi ngược chiều ống tuần hoàn ngoài ở trên là quá trình sử dụng hơi
thứ thay cho hơi đốt.
Dung dịch ban đầu trong thùng chứa được bơm bơm lên thùng cao vị qua van tiết lưu
điều chỉnh lưu lượng dung dịch NaCl qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị đun nóng. Tại
thiết bị gia nhiệt dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 2, sau đó được đưa vào
buồng đốt của nồi 2. Tại nồi 2, dung dịch sôi tạo hỗn hợp lỏng hơi và được bốc hơi một phần
tại buồng bốc, hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ được ngưng tụ còn lượng khí không
ngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt. Sản phẩm
từ nồi 2 được bơm bơm vào nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ yêu cầu thì
được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm .
Ngoài ra, ở các thiết bị gia nhiệt có các hệ thống đưa hơi đốt vào và tháo nước ngưng
ra. Hơi nước đi ngoài thành ống cấp nhiệt cho dung dịch NaCl chạy trong ống, hơi đốt vào
thiết bị gia nhiệt ở phía trên còn nước ngưng được lấy ra ở phía dưới. Trong thiết bị gia nhiệt
còn có đường ống tháo khí không ngưng
Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi thứ
của nồi 1.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT, NĂNG
LƯỢNG
A. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
2.1. Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống
- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn bộ hệ thống:
G
đ
= G
c
+ W (1)
Trong đó: + G
đ
, G

c
là lượng dung dịch đầu và lượng dung dịch cuối (kg/h)
+ W lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)
- Viết cho cấu tử phân bố:
G
đ
.x
đ
= G
c
.x
c
+ W.x
w

Trong đó :
x
đ
, x
c
là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra khỏi nồi cuối (%khối lượng)
Xem lượng hơi thứ không mất mát ta có:
G
đ
.x
đ
= G
c
.x
c

(2)
Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống:
)−(1=
c
đ
x
x
đ
G W
(3)
Theo giả thiết ta có: G
đ
= 10 Tấn/h = 10.000 Kg/h
x
đ
= 10 %
x
c
= 30 %
Thay vào biểu thức (3) ta có:
W = 10.000 (1-
30
10
) = 6666.667 kg/h
2.2. Xác định nồng độ cuối mỗi nồi
- Ta có: W = W
1
+ W
2
= 6666.667 kg/h (3)

Với : W
1
, W
2
là lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1, 2
Giả sử : W
1
= W
2
=
2
W
=
2
667.6666
= 3333.334 kg/h
- Nồng độ cuối mỗi nồi:
Nồi 1 : x
1
= G
đ

)W(
21
WG
x
d
d
+−
= 10000

[ ]
667.666610000
10
−

= 30 %
Nồi 2: x
2
= G
đ

2
W
−
d
d
G
x
= 10000 (
334.333310000
10
−
) = 15 %
B. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
2.3.Xác định áp suất trong mỗi nồi
Gọi P
1
,P
2
,P

nt
: là áp suất của nồi 1,2 và thiết bị ngưng tụ.

∆
P
1
: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2.

∆
P
2
: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ.

∆
P: hiệu số áp suất của toàn hệ thống.
Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão hoà.
Ta có:
∆
P = P
1
- P
nt
= 4 – 0,75 = 3,25 at.

∆
P =
∆
P
1
+

∆
P
2
= 3,25 at. (1)
Giả sử chọn:
1
2
P
P
∆
∆
= 2,5 (2)
Từ (1) và (2)
⇒
∆
P
2
= 0,929(at),
∆
P
1
= 2,321 at
Mà
∆
P
1
= P
1
– P
2

⇒
P
2
= P
1
-
∆
P
1
= 4 – 2,321 = 1,679 at
2.4 Xác định nhiệt độ trong các nồi
Gọi: t
hđ1
, t
hđ2
, t
nt
: là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ (
o
C)
t
ht1
, t
ht2
: là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1,2 (
o
C)
Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 1
0
C.

t
ht1
= t
hđ2
+ 1
t
ht2
= t
ng
+ 1
(I.250, STQTTB,T1/312, I.251, STQTTB, T1 /314)
Từ các số liệu trên ta có được bảng tổng kết áp suất và nhiệt độ như sau:
Bảng 2.1
Nồi 1 Nồi 2 TB Barômet
P(at) t(
o
C) P(at) t(
o
C) P(at) t(
o
C)
Hơi đốt 4 142,9 1,679 114.122 0,75 91,15
Hơi thứ 1,731 115.122 0,778 92,15
2.5 Xác định các loại tổn thất nhiệt trong các nồi
2.5.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (
'
∆
)
Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi
nguyên chất. Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất

nhiệt độ do nồng độ gây ra.
Ta có:
'∆
= t
o
sdd
- t
o
sdmnc
(ở cùng áp suất).
Áp dụng công thức Tisenco:
r
T
s
o
2
.2,16.''
∆=∆
(CT 3.16, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 3/145)
Trong đó:
T
s
: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ,
o
K.

o
'∆
: tổn thất nhiệt độ do áp suất thường (áp suất khí quyển) gây ra.
r : nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất làm việc, J/kg

Tra đồ thị, Hình VI.2, STQTTB, T2/60.
Bảng 2.2
Nồi 1 Nồi 2
Nồng độ dung dịch (% khối lượng) 30 15
)(' C
o
∆
9.5 3.25
Tra bảng I.250,STQTTB, T1/312 xác định được nhiệt hóa hơi, ta có bảng sau:
Bảng 2.3
Nồi 1 Nồi 2
Áp suất hơi thứ (at) 1,731 0,778
Nhiệt hoá hơi r(J/kg) 2220,113.10
3
2279,760.10
3
Nồi 1:
( )
1
2
1
11
273.2,16
''
r
t
ht
o
+
∆=∆

( )
3
2
1
10.113,2220
273122,115.2,16
.5,9'
+
=∆
=∆
1
'

10,442
o
C
Nồi 2:
( )
2
2
2
22
273.2,16
''
r
t
ht
o
+
∆=∆

=
+
=∆
2279760
)273 15,92(2,16
.25,3'
2
2

3,079
o
C
=∆+∆=∆⇒
21
'''
10,442 + 3,079= 13,521
o
C
2.5.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh (
''
∆
)
Theo CT VI.12, STQTTB, T2/Trang 60 ta có :
Áp suất thủy tĩnh ở độ sôi trung bình của chất lỏng :
P
tb
= P
o
+ (h
1

+
2
2
h
)
dds
.g (N/m
2
)
Hay: P
tb
= P
o
+ (h
1
+
2
2
h
)
dds
.
4
10.81,9
g
(at)
- Trong đó:
t
tb
: nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với áp suất p

tb
,
o
C
t
o
: nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với áp suất P
o
,
o
C.
P
o
: áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch, N/m
2
h
1
: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến
mặt thoáng của dung dịch, m(chọn h
1
=0,5m cho cả 2 nồi)
h
2
: chiều cao ống truyền nhiệt, m. Chọn h
2
=4m cho cả 2 nồi

dds
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m
3

.
Với:
dds
ρ
=
2
dd
ρ
g: gia tốc trọng trường, m/s
2
, g = 9,81 m/s
2
Nồi 1: Ứng với x
1
= 30%
Tại điều kiện áp suất khí quyển ta có:
t
s1
=110,886
o
C (Bảng I.204, STQTTB, T1/236)
⇒
)/(5,586
2
1173
)/(1173
33
1
mKgmKg
ddsdd

==→=
ρρ
(Bảng I.57, STQTTB, T1/45 và sử dụng phương pháp ngoại suy)
Ta có: P
01
= 1,731 at
Suy ra:
P
tb1
=1,731 +(0,5+
2
4
)
4
10.81,9
81,9.5,586
= 1,878 at
Nồi 2: Ứng với x
2
=15%
t
s2
=103,11
o
C (Bảng I.204, STQTTB, T1/236)
⇒
)/(531
2
1062
)/(1062

33
2
mkgmkg
ddsdd
==→=
ρρ
(Bảng I.57, STQTTB, T1/45 và sử dụng phương pháp ngoại suy)
Ta có: P02=0,778 at
P
tb2
=0,778+(0,5+
2
4
)
4
10.81,9
81,9.531
=0,911 at
 Để tính t
o
s
của dung dịch NaCl ứng với P
tb
ta dùng công thức Baboo:
K
P
P
t
s
=









=const
Với: P: áp suất hơi bão hoà của dung môi trên bề mặt thoáng của dung dịch (at).
P
s
: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất (at).
Nồi 1: x
1
=30%
t
s1
=110,866
o
C Theo bảng I.250, STQTTB, T1/ 312 ta có:
Áp suất hơi nước bão hòa là : 1,506 at
Ta có:
PP
P
P
s
s
506,1
506,1

1
1
1
=→=
- Khi: P=P
tb
→
P
s1
= 1,878 . 1,506 = 2,828 at
⇒
t
s1
’
= t
tb1
=131,177
o
C
(Bảng I.251, STQTTB, T1/ 314)
- Khi: P=P
o

→

o
s
P
1
= 1,506.1,731=2,607 at

o
s
t
`1
⇒
=127,674
o
C
(Bảng I.251, STQTTB, T1/ 314)
⇒
∆
’’
1
= t
s1
’ – t
s1
= 131,177 – 127,674 =3,503(
o
C)
Nồi 2: x
2
=15%
t
s2
=103,11(
o
C)
Theo bảng I.250, STQTTB, T1/312 ta có:
Áp suất hơi nước bão hòa là : 1,157 at

Ta có :
157,1
1
2
=
s
P
P
⇒
P
s2
=1,157P
- Khi: P = P
tb
→
P
s2
= 0,911 . 1,157= 1,054 at
⇒
t
s2
’
= t
tb2
= 100,477
o
C
- Khi: P=P
o

→
P
s2
=1,157.0,778=0,9 at
`2s
t⇒
=96,2
o
C
(Bảng I.251, STQTTB,T1/ 314)
⇒
∆
’’
2
= t
tb2
’

– t
s2
= 100,477-96,2= 4,277
o
C
Vậy:
∆
’’
=
∆
1
’’

+
∆
2
’’
=3,503+ 4,277= 7,78
o
C
2.5.3 Tổn thất do trở lực trên đường ống
)'''(∆
Nồi 1:
1
'''∆
= 1
o
C
Nồi 2:
2
'''∆
= 1
o
C

21
''''''''' ∆+∆=∆→
= 1+1= 2
o
C
Tổn thất cho toàn hệ thống:
301,23278,7521,13'''''' =++=∆+∆+∆=∆
o

C
2.5.4 Hiệu số nhiệt độ có ích cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi
Cho từng nồi:
Nồi 1:
∑
∆−−=∆
121
1
hdhdhi
ttt
= 142,9 – 114,122 –(10,442+ 3,503 +1) = 13,833
o
C
=∆
1hi
t
t
hd1
– t
s1
⇒
t
s1
= t
hd1
-
=∆
1hi
t
142,9 – 13,833 = 129,067

o
C
Nồi 2:
2
2
2
∑
∆−−=∆
nthdhi
ttt
= 114,122 – 91,15 – (3,079 + 4,277 +1) = 14,616
o
C
=∆
2hi
t
t
hd2
– t
s2
⇒
t
s2
= t
hd2
-
=∆
2hi
t
114,122– 14,616 = 99,506

o
C
Cho toàn hệ thống:
∑∑
∆−−=∆−=∆
nthdchunghi
tttt
1
=∆
hi
t
142,9 – 91,15 – 23,301 = 23,301
o
C
2.6.Cân bằng nhiệt lượng
2.6.1 Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)
- Nếu như x < 20% ta tính C theo công thức I.43, STQTTB, T1/152
C = 4186 (1- x)
- Nếu như x >20% thì C được tính theo công thức I.44, STQTTB, T1/152
C = C
ht
. x + 4186 (1-x)
Trong đó C
ht
: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan khan (J/kg. độ)
x : Nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng
Theo I.41, STQTTB, T1/152, có:
C
ht
. M =

∑
C
i
. n
i
Với M : Khối lượng phân tử chất tiến hành cô đặc,
C
i
: Nhiệt dung riêng của các đơn chất
n
i
: Số nguyên tử trong phân tử
- Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu :
x
đ
= 10%
⇒
C
đ
= 4186
×
( 1 - 10/100) = 3767,4 J/kg.độ
- Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồi 1:
x
1
= 30%
⇒
C = C
ht
. x + 4186 (1-x)

Ta có: C
ht
. M =
ii
nC .Σ
(*)
M
NaCl
= 58,5 g/mol
Tra bảng I.141, STQTTB, T1/ trang 152
n
Na
= 1, n
Cl
= 1 => C
Na
= C
Cl
= 26000 J/kg.độ
thay vào (*) ta có:
C
ht
=
5,58
2600026000 +
= 888,889 J/kg.độ
=> C
2
= 888,889 .
100

30
+ 4186.(1-
100
30
) = 3196,867 J/kg.độ
- Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồi 2:
x
2
= 15%
⇒
C
1
= 4186
×
(1 - 15/100) = 3558,1 J/kg.độ
2.6.2 Tính nhiệt lượng riêng
I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)
i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)
(Bảng I.249, STQTTB, T1/310, bảng I.250, STQTTB,T1/312)
Bảng 2.4
Nồi Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch
t(
o
C) I.10
3
(J/kg)
C
n
(J/kgđộ)
t(

0
C) i.10
3
(J/kg)
C
(J/kg độ)
t
s
(
0
C)
1 142,9 2744,06 4294,244 115,122 2704,171 3196,867 129,067
2 114,122 2702,774 4240,006 92,15 2665,869 3558,1 99,506
2.6.3 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng
Gọi : D
1
, D
2
:là lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (trong đó D
1
cần phải tìm) (kg/h)
+ G
đ
, G
c
:lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)
+ W
1
,W
2

:

lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h)
+ C
đ
, C
c
: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu, cuối (J/kg độ)
+ t
đ
, t
c
: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (
0
C)
+ I
1
, I
2
: Hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg)
+ i
1
, i
2
: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg)
+ C
n1
,C
n2
:

nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg độ)
+
21
,
θθ
: Nhiệt độ của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 (
0
C)
+ Q
tt1
, Q
tt2
: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2 (W)
Nhiệt lượng vào:
Nồi 1:
+ Do hơi đốt mang vào : D
1
.I
1
+ Do dung dịch mang vào : (G
đ
-W
2
).C
2
.t
s2
Nồi 2:
+ Do hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi1) : D

2
.I
2
=W
1
.i
1
+ Do dung dịch ở nồi 1 mang vào : G
đ
.C
đ
.t
đ
Nhiệt lượng ra:
Nồi 1:
+ Do hơi thứ mang ra : W
1
.i
1
+ Do dung dịch mang ra : (G
đ
-W).C
1
.t
s1
+ Do hơi nước ngưng tụ mang ra : D
1
.C
n1
.

1
θ
+ Do tổn thất chung : Q
tt1
= 0,05D
1
(I
1
-C
n1
1
θ
)
Nồi 2:
+ Do hơi thứ mang ra : W
2
i
2
+ Do sản phẩm mang ra : (G
đ
-W
2
)C
2
t
s2
+ Do hơi nước ngưng tụ mang ra : D
2
C
n2

2
θ
+ Do tổn thất chung : Q
tt2
=0,05D
2
(I
2
-C
n2
2
θ
)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng :
∑
Q
vào
=
∑
Q
ra
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Nồi 1:
D
1
I
1
+(G
đ
-W

2
)C
2
t
s2
=W
1
i
1
+(G
đ
-W)C
1
t
s1
+D
1
C
n1
1
θ
+0,05D
1
(I
1
-C
n1
1
θ
) (1)

Nồi 2:
D
2
I
2
+G
đ
C
đ
t
đ
=W
2
i
2
+(G
đ
-W
2
)C
2
t
s2
+D
2
C
n2
2
θ
+0,05D

2
(I
2
-C
n2
2
θ
) (2)
Với: D
2
=W
1
, W=W
1
+W
2

Ta có :
(2)
⇔
W
1
(0,95i
1
- C
2
t
s2
+ i
2

- 0,95C
n2
2
θ
)= Wi
2
+ (G
đ
–W)C
2
t
s2
– G
đ
C
đ
t
s2

⇔
W
1
=[Wi
2
+ (G
đ
–W)C
2
t
s2

–G
đ
C
đ
t
s2
] /[0,95i
1
-C
2
t
s2
+ i
2
-0,95C
n2
2
θ
] (*)
Với:
G
đ
=10000 kg/h; C
2
= 3558,1 J/kg độ; t
s2
= 99,506
o
C
W =6666.667 kg/h; i

2
= 2665,869.10
3
J/kg C
n2
=4240,006 J/kg độ;
2
θ
=t
hd2
= 114,122
o
C; I
2
= 2702,774.10
3
J/kg C
1
=3196,867 J/kg độ;
C
đ
= 3767,4 J/kg.độ; i
1
= 2704,171.10
3
J/kg
Với:
2
θ
=t

hđ2
,
1
θ
=t
hđ1
122,114.006,4240.95,0506,99.1,355810.869,2665.95,0
506,99.4,3767.10000506,99.1,3558).667,666610000(10.896,2665.667,6666
3
3
1
−−
−−+
=⇒ W
⇒
W
1
=3439,965 kg/h
⇒
W
2
=W – W
1
= 6666,667 – 3439,965 = 3226,702 kg/h
Thay W
1
vừa tìm được vào (1) ta có:
0,95D
1
(I

1
-C
n1
1
θ
) =W
1
i
1
+ (G
đ
-W)C
1
t
s1
- (G
đ
–W
2
)C
2
t
s2
⇒
D
1
=[ W
1
i
1

+(G
đ
-W)C
1
t
s1
- (G
đ
–W
2
)C
2
t
s2
] / [ 0,95(I
1
- C
n1
1
θ
) ]
Với :
W
1
=3439,9651 kg/h; i
1
= 2704,171.10
3
J/kg; G
đ

=10000 kg/h
C
1
= 3196,867 J/kg độ; t
s1
=129,067
o
C; C
đ
= 3767,4 J/kg độ
I
1
= 2744,060.10
3
J/kg; C
n1
=4294,244 J/kg độ;
1
θ
=142,9
o
C
Giả sử dung dịch ban đầu đi vào nồi 1 ở nhiệt độ sôi của nồi 2:
t
đ
= t
s2
= 100,477
o
C

)9,142.244,4294060,2744.(95,0
067,129.1,3558).702,322610000(067,129.867,3196).667,666610000(17110,2704.965,3439
3
1
−
−−−+
=⇒
D
⇒
D
1
= 4090,89 kg/h
Tính sai số :
+ Nồi 1:
1,3%100.
965,3439
965,3439334,3333
%100.
max
11
1
=
−
=
−
=
W
WW
ptcbvltính
η

<5%
+ Nồi 2:
199,3%100.
334,3333
702,3226334,3333
%100.
max
22
2
=
−
=
−
=
W
WW
ptcbvltính
η
<5%
Lúc đó nồng độ của dung dịch NaCl trong các nồi là:
Nồi 1: x
1
= G
đ

)W(
21
WG
x
d

d
+−
= 10000
[ ]
667,666610000
10
−

= 30 %
Nồi 2 : x
2
= G
đ

2
W
−
d
d
G
x
= 10000 (
702,322610000
10
−
) = 14,764 %
C. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT
Xác định các thông số cơ bản của dung dịch
2.7 Độ nhớt (
µ

)
Sử dụng công thức Paplov I.17 STQTTB T1/Trang 85:
k
tt
=
−
−
21
21
θθ
=const
Trong đó :t
1
, t
2
là nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt là
21
,
µµ

21
,
θθ
nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt là
21
,
µµ
Nồi 1:
Lấy nước làm chất lỏng tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ là X
1

= 30%
Chọn t
1
= 60
o
C, ta có
1
µ
= 0,94. 10
-3
N.s/m
2

⇒

1
θ
= 22,923
o
C
t
2
= 80
o
C, ta có
2
µ
= 0,71. 10
-3
N.s/m

2

⇒

2
θ
= 35,893
o
C
Tra
1
µ
,
2
µ
dựa vào bảng I.107, STQTTB, T1/100.
Tra
1
θ
,
2
θ
dựa vào bảng I.102, STQTTB, T1/94.
⇒
k=
542,1
893,35923,22
8060
21
21

=
−
−
=
−
−
θθ
tt
Từ đó ta có :
713,67893,35
542,1
80-129,067
2
2
1
=+=+
−
=
θθ
k
tt
s
s
o
C

⇒

3
1

10.0419
−
=
s
µ
N.s/m
2
Nồi 2: (tương tự như nồi 1)
Lấy nước làm chất lỏng tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ X
2
= 14,764 %
Chọn t
1
=30
o
C, ta có
µ
1
= 1,062.10
-3
N.s/m
2

⇒
θ
1
=18,167
o
C
t

2
=40
o
C, ta có
µ
2
= 0,883.10
-3
N.s/m
2

⇒
θ
2
=25,522
o
C
⇒
k =
36,1
522,25167,18
4030
21
21
=
−
−
=
−
−

θθ
tt
Từ đó ta có:
276,69522,25
36,1
80-99,506
2
2
2
=+=+
−
=
θθ
k
tt
s
s
o
C

⇒
3
2
10.41,0
−
=
s
µ
N.s/m
2

2.8 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ )
3

M
CA
pdd
ρ
ρλ
=
(W/m.độ) ( I.32, STQTTB, T1/123)
Với :
A:hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước.
C
p
: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg.độ)

ρ
: khối lượng riêng (kg/m
3
)
M: khối lượng mol của chất lỏng.
m
i:
nồng độ phần mol.
Chọn A = 3,58.10
-8
Ta có : M = m
i
.M
dd

+(1-m
i
).M
nước
Mà :

OH
i
đ
i
dd
i
i
MM
M
m
2
x1x
x
−
+
=
Vậy
Nồi 1: m
i1
=
18
3,01
5,58
3,0

5,58
3,0
−
+
= 0,117

⇒
M
1
= 0,117.58,5 + (1-0,117).18 = 22,739

⇒
λ
1
= 3,58.10
-8
.3196,867.1173.
3
739,22
1173
= 0,5 W/m.độ
Nồi 2: m
i2
=
18
147,01
5,58
147,0
5,58
147,0

−
+
= 0,052
⇒
M
2
= 0,052.58,5 + (1-0,052). 18 = 20,106
⇒
λ
2
= 3,58.10
-8
. 3558,1.1062.
3
106,20
1062
= 0,508 W/m.độ
2.9 Hệ số cấp nhiệt (
α
)
Mô tả sự truyền nhiệt qua vách ống :
Thiết bị cô đặc có khu vực sôi bố trí bên trong ống, phía ngoài ống có một lớp nước
ngưng tụ. Màng nước ngưng này có ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Đồng thời sát
thành ống phía bên trong có một lớp cặn dung dịch bám vào, lớp cặn này cũng ảnh hưởng
đến quá trình truyền nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm 3 giai đoạn:
- Truyền nhiệt từ hơi đốt đền bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp nhiệt
1
α
và nhiệt tải riêng q

1
(w/m
2
)
- Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bề dày
δ
- Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt
2
α
và nhiệt tải
riêng q
2
(w/m
2
).
Sơ đồ mô tả quá trình truyền nhiệt qua thành ống
2.9.1 Về phía hơi ngưng tụ (
1
α
)
4
1
1
.
04,2
tH
r
A
∆
=

α
(V.100, STQTTB, T2/28)

Với r : ẩn nhiệt ngưng (J/kg)
H : chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H=4m)

4
2
.
µ
λρ
=A
: là hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng t
m
t
m
= 0,5(t
T1
+ t
hd
)

∆
t
1
= t
hd
- t
T1
Nồi 1: Chọn

∆
t
11
= 0,717
o
C
⇒
t
T11
= t
hd1
-
∆
t
11
=142,9 – 0,717 = 142,183
o
C

⇒
t
m1
= 0,5(142,9+142,183) = 142,542
o
C
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A
1
= 194,382
Từ t
hđ1

=142,9
o
C ta có r
1
= 2135,5.10
3
J/kg (Bảng I.250, STQTTB, T1/312)
)/(904,8351717,0.401,11648.
)./(401,11648
717,0.4
102135,5.
.194,382.04,2
2
111111
2
4
3
11
mWtq
đômW
==∆=→
==→
α
α
Nồi 2: Chọn
∆
t
12
= 0,7755
o

C
⇒
t
T12
= t
hd2
-
∆
t
12
= 114,122-0,7755 = 113,3465
o
C

⇒
t
m2
= 0,5(114,122+113,3465) = 113,734
o
C
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A
2
= 185,18
Từ t
hđ2
= 114,122
o
C, ta có r
2
= 2209,458.10

3
J/kg (Bảng I.250, STQTTB, T1/312)
)/(734,85107755,0.512,10974.
)./(512,10974
7755,0.4
10.2209,458
185,18 04,2
2
121212
2
4
3
12
mWtq
đômW
==∆=→
==→
α
α
2.9.2 Về phía dung dịch sôi (
2
α
)
Ta có
α
2
=
ϕ
α
n

Với:
ϕ
: hệ số hiệu chỉnh

α
n
: hệ số cấp nhiệt của nước
Mà:
435,0
2565,0
2
222
.









































=
d
n
n
d
n
d

n
d
C
C
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ϕ

α
n
= 3,14.

p
0,15
.q
0,7
, (W/m
2
.độ) (CT 1.68 Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa
chất và thực phẩm/Trang 44)
Trong đó:
dddddddd
C
µρλ
,,,
lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ

nhớt của dung dịch.
nnnn
C
µρλ
,,,
là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ nhớt của
nước.
Ta có:
321
rrrr ++=
∑
Chọn theo bảng V.1, STQTTB,T2/ 4

31
rrr ++=
∑
λ
δ
Trong đó : r
1
: nhiệt trở do lớp nước ngưng
r
2
: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống
δ : bề dày ống truyền nhiệt (δ =2mm)
λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiêt.
r
3
: nhiệt trở qua lớp vật liệu
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 có λ = 50 W/m.độ ( Tra bảng XII.7, STQTTB,

T2/313)
Chọn: r
1
= 0,375.10
-3
m
2
.độ/W;

r
3
= 0,39.10
-3
m
2
.độ/W
⇒
333
10.39,010
50
2
10.375,0
−−−
++=
∑
r
=0,805.10
-3
Nồi 1: t
s1

=t
21
=129,067
o
C
Ta có:
∆
t
I
= q
11
.
∑
r
=8351,901.0,805.10
-3
= 6,723
o
C
⇒
t
T21
= t
T11
-
∆
t
I
= 142,185-6,723= 135,46
o

C
Hiệu số cấp nhiệt của nước:
∆
t
21
= t
T21
– t
21
=135,46-129,067=6,393
o
C
⇒

α
n1
= 3,14.1,878
0,15
.8351,901
0,7
= 1919,702 W/m
2
.độ
Tra bảng I.149 STQTTB,T1 /Trang 311, ứng với nhiệt độ sôi ta có:
C
n
: 4264,049 J/kg.độ

=
n

µ
0,197.10
-3
N.s/m
2


0,686=
n
λ
W/m.độ

936,017=
n
ρ
kg/m
3

435,0
3
3
2565,0
1
10.419,0
19710,0
049,4264
867,3196
017,936
1173
.

686,0
5,0



































=
−
−
ϕ
= 0,647
⇒
α
21
=
1
ϕ
α
n1
= 0,647.1919,702 = 1242,047(W/m
2
.độ)
⇒
212121
. tq ∆=
α
=1240,227.6,393=7940,406(W/m
2
)
Nên ta có:

η
1
=
%100.
904,8351
406,7940904,8351
%100.
max
2111
−
=
−
q
qq
= 4,927% < 5%
Vậy nhiệt tải trung bình là:
155,8146
2
406,7940904,8351
2
2111
1
=
+
=
+
=
qq
Q

(W/m
2
)
- Nồi 2: t
s2
=t
22
=99,506
o
C
Ta có:
∆
t
II
= q
12
.
∑
r
=8510,734.0,805.10
-3
=6,851
0
C
⇒
t
T22
= t
T12
-

∆
t
II
= 113,352– 6,851 =106,4955
0
C
Hiệu số cấp nhiệt của nước:
∆
t
22
= t
T22
– t
22
=106,4955-99,506=6,9895
0
C
Áp suất hơi thứ tại nồi 2:
⇒

α
n2
= 3,14.1,054
0,15
.8510,734
0,7
= 1745,156 W/m
2
.độ
Tra bảng I.149 STQTTB,T1 /Trang 311, ứng với nhiệt độ sôi ta có:

n
C
=4219,359 J/kg.độ

=
n
µ
0.285.10
-3
N.s/m
2


n
λ
=0,682 W/m.độ

n
ρ
=958,744kg/m
3

435,0
3
3
2565,0
2
10.508,0
10.285,0

359,4219
1,3558
744,958
1062
.
682,0
508,0



































=
−
−
ϕ
= 0,734
⇒
α
22
=
2
ϕ
α
n2
= 0,734.1738,654 = 1280,945 W/m
2
.độ
⇒
165,89539895,6.945,1280.
222222

==∆= tq
α
W/m
2
Nên ta có:

η
2
=
%100.
165,8953
165,8953734,8510
%100.
max
2212
−
=
−
q
qq
= 4,942% <5%
Vậy nhiệt tải trung bình là:
95,8731
2
165,8953734,8510
2
2212
2
=
+

=
+
=
qq
Q
W/m
2
2.10 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi
Xem hệ số truyền nhiệt trong các nồi là như nhau: F
1
=F
2
, khi đó nhiệt độ hữu ích
trong các nồi được tính:
∑
∑
∆=∆
=
=
hi
n
i
hi
t
Ki
Qi
Ki
Qi
it .)(
2

1
(VI.20,STQTTB,T2/ 68)
Trong đó:
∆
t
hi
: nhiệt độ hữu ích trong các nồi
Q
i
: lượng nhiệt cung cấp
Q
i
=
3600
.
ii
rD
(W/m
2
)
D
i
: lượng hơi đốt mỗi nồi
r
i
: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi
K
i
: hệ số truyền nhiệt
21

11
1
αα
+∑+
=
r
K
(W/m
2
.độ)
Nồi 1:
Q
1
=
3600
.
11
rD
=
3600
10.35,54090,89.21
3
= 2426693,221 W/m
2
633,589
1242,047
1
10.805,0
11656.538
1

1
11
1
3
2111
1
=
++
=
+∑+
=
−
αα
r
K
W/m
2
.độ
Suy ra:
599,4115
633,589
221,2426693
1
1
==
K
Q

Nồi 2:
Q

2
=
3600
.
22
rD
=
3600
10.209,4583439,965.2
3
= 2111238,386 W/m
2
376,596
1280,945
1
10.805,0
10974,512
1
1
11
1
3
2212
2
=
++
=
+∑+
=
−

αα
r
K
W/m
2
.độ
Suy ra:
113,3540
376,596
62111238,38
2
2
==
K
Q

⇒
2
2
1
1
2
1
K
Q
K
Q
K
Q
n

i
i
i
+=
∑
=
=
= 4115,538+3540,133= 7655,712
Ta có hiệu số nhiệt độ có ích cho toàn bộ hệ thống là
∑
∆
hi
t
=28,449
o
C
Nhiệt độ hữu ích của từng nồi là:
Nồi 1:
∆t
hi1
’ =
294,15449,28.
712,7655
538,4115
=
o
C
Nồi 2:
∆t
hi2

’=
155,13449,28.
712,7655
133,3540
=

o
C
Sai số nhiệt độ hữu ích là:
Nồi 1:
η
1
=
15,294
13,833-15,294'
max1
11
=
∆
∆−∆
hi
hihi
t
tt
.100% =9,553% < 10%
Nồi 2:
η
2
=
14,616

14,616-13,155'
max2
22
=
∆
∆−∆
hi
hihi
t
tt
.100% = 9,996% < 10%
Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:
- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:
1,269
294,15.633,589
12426693,22
.
11
1
1
==
∆
=
hi
tK
Q
F
m
2
- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2:

1,269
,115596,376.13
62111238,38
.
22
2
2
==
∆
=
hi
tK
Q
F
m
2
Như vậy dựa vào F
1
,F
2
ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi có diện tích truyền nhiệt
bằng nhau và bằng 269,1 m
2
.
CHƯƠNG III THIẾT KẾ CHÍNH
3.1. Buồng đốt
3.1.1. Tính số ống truyền nhiệt
F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m
2
f= d

n
πH : Diện tích của một ống truyền nhiệt, m
2
d
n
: Đường kính ngoài của ống đốt, m
Chọn d
n
= 0,057 m(bảng VI.6, STQTTB, T2/80)
Chọn chiều cao của ống truyền nhiệt là h = 4 m
Số ống truyền nhiệt tính theo công thức n =
f
F
=
4.14,3.057,0
1,269
=375,879 ống
Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11, STQTTB, T2/48.
Chọn n = 397 ống.
Chọn cách xếp ống theo hình sáu cạnh.
Số hình sáu cạnh là 11.
Số ống trong tất cả các viên phân là: b= 23 ống.
3.1.2. Đường kính thiết bị buồng đốt
D
t
= t( b - 1) + 4d
n
( V.141, STQTTB, T2/49).
Trong đó:
t: là bước ống ,thường chọn t=(1,2 -1,5)d

n
Chọn t=1,2.d
n
068,0057,0.2,1 ==→ t
m
724,1057,0.4)123(068,0 =+−=→
t
D
m
Theo XIII .6, STQTTB, T2 /359
Chọn D
t
=1,8 m
3.1.3 Tính bề dày của thân buồng đốt
Vật liệu dùng để chế tạo buồng đốt thường sử dụng thép chịu nhiệt C
T3
.
Dựa vào công thức XIII.8, STQTTB, T2/360 ta tính được bề dày của thân buồng đốt hình
trụ:
[ ]
C
p
pD
S
t
+
−
=
ϕσ
2

.
(m) (1)
Trong đó:
D
t
: đường kính trong của buồng đốt, m
[]: ứng suất cho phép, N/m
2
φ: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc
P: áp suất trong thiết bị, N/m
2
C: hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày
Ta có:
+ D
t
= 1,8 m
+ Trong trường hợp này ta chọn hệ số bền của thành hình trụ bằng hệ số bền
của mối hàn hay φ= φ
h
. Dưạ vào bảng XIII.8,STQTTB,T2/Trang 362
Chọn φ
h
= 0,95
⇒
φ= 0,95
+ []: bao gồm ứng suất khi kéo [
k
] và ứng suất cho phép giới hạn chảy [
c
]

* Ứng suất cho phép của thép C
T3
theo giới hạn bền:
[ ]
η
σ
σ
.
b
k
k
n
=
(N/m
2
) (XIII.1,STQTTB,T2/355)
Với:
: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2,STQTTB,T2/356)
n
b
: hệ số an toàn theo giới hạn bền, n
b
= 2,6 (Bảng XIII.3,STQTTB,T2/356)

k
: giới hạn bền khi kéo,
k
σ
= 380.10
6

(N/m
2
) (Bảng XII.4,STQTTB,T2/309)
⇒
[ ]
9,0.
6,2
10.380
.
6
==
η
σ
σ
b
k
k
n
= 131,54 .10
6
N/m
2
* Ứng suất cho phép giới hạn chảy [ 
c
]
[ ]
η
σ
σ
.

c
c
c
n
=
(N/m
2
) (CT XIII.2,STQTTB,T2/355)
Với:
: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2,STQTTB,T2/356)
n
c
: hệ số an toàn theo giới hạn chảy, n
c
=1,5 (Bảng XIII.3,STQTTB,T2/356)

c
: giới hạn chảy,
c
σ
= 240.10
6
N/m
2
(Bảng XII.4,STQTTB,T2/309)