Thiết kế hệ thống cô đặc nước sơ ri 2 nồi, xuôi chiều

Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
CHƯƠNG 1
Tổng quan
1.1.NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Thiết kế hệ thống cô đặc nước sơ ri 2 nồi, xuôi chiều với các thông số sau :
- Thiết bị cô đặc dạng ống dài thẳng đứng.
- Năng suất sản phẩm: 3000 kg/h.
- Nồng độ nhập liệu: 10 %.
- Nồng độ sản phẩm : 45%.
- Aùp suất hơi đốt: 4 at.
- Aùp suất hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ: 0.2 at.
- Các thông số khác tự chọn.

1.2. LỰAC CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
1.2.1.Khái quát về cô đặc
- Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hồ tan trong dung dịch bằng cách tách 1
phần dung môi ở dạng hơi hay kết tinh chất tan.
- Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng
độ các dung dịch lỗng, hoặc để tách các chất rắn hồ tan.
- Quá trình cô đặc bốc hơi có những đặc điểm sau:
+ thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường ( áp suất khí quyển)
ta dùng thiết bị hở, còn khi làm việc ở áp suất khác (ví dụ áp suất chân không) người ta dùng thiết
bị kín.
+ có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc
gián đoạn, xuôi chiều hay ngược chiều.
+ thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề
mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.
1.2.2. Phân loại thiết bị cô đặc
Có nhiều cách phân loại nhưng thường phân loại thành 3 nhóm sau:
- Nhóm 1: dung dịch được đối lưu tự nhiên → dùng để cô đặc các dung dịch khá lỗng, độ nhớt
thấp, đảm bảo sự tuần hồn tự nhiên của dung dịch dẽ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.

- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức→ dùng được cho các dung dịch khá sệt, có độ nhớt
khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.
- Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng → cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề
mặt truyền nhiệt một lần để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính một số thành phần của
dung dịch.
⇒
Tuỳ vào một số tính chất của dung dịch, tính hiệu quả cũng như mặt bằng mà có thể thiết kế
buồng đốt trong hay ngồi cho thiết bị cô đặc.
SVTH : Trang 1
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
1.2.3. Khái quát về nguyên liệu
- Sơri (Barbados), tên khoa học Malpighia glaboa, thuộc họ Malpighiacea, là một thứ trái nhỏ,
có khía, tròn, màu đỏ (khi chín) và có hương vị đặc trưng.
- Trước đến nay sơ ri chỉ dùng để ăn như một số trái cây khác, do tính chất mềm, dễ dập nên
phải thường ăn ngay.
- Ngày nay, sau khi phân tích về thành phần các chất có trong trái sơ ri, người ta phát hiện nó
có hàm lượng vitamin rất cao(đặc biệt là vitamin C), khống, đạm…Điều đó có nghĩa là sơ ri có giá
trị cao trong việc chế biến một số thức uống: rược vang, nước trái cây có hàm lượng đường vừa đủ,
thêm một số vitamin và khống chất…
Thành phần tính cho 100g ăn được
Đường
(g)
Chất
đạm (g)
Nước
(g)
Vitamin (mg) Caroten
(mg)
Chất khống (mg)
C B1 B2 B3 Ca Mg K Fe

8.0 0.67 91.0 3.00 0.02 0.03 0.27 500 13 11 127 0.69
1.2.4. Lựa chọn thiết bị cô đặc
Chọn thiết bị cô đặc chảy màng, ống dài, buồng đốt ngồi, hệ thống hai nồi , xuôi chiều, liên
tục.
• Ưu điểm:
- Hệ thống cô đặc ở áp suất không cao, nhiệt độ sôi không cao nên thích hợp để cô đặc dung
dịch dễ biến tính, tránh hư hỏng sản phẩm phù hợp với dung dịch dung dịch thực phẩm, chứa
đường và một số vitamin
- Dùng hệ cô đặc 2 nồi nên đã tiết kiệm được chi phí hơi đốt do tận dụng hơi thứ của nồi trước
làm hơi đốt nồi sau.
- Cô đặc dạng màng lưu chất chỉ dàn đều trong ống và bốc hơi nhẹ nhàng. Sử dụng ống dài
giúp tăng thời gian lưu để bốc hơi được tốt hơn, dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt 2 truyền
nhiệt 1 lần nên tránh được tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính dung dịch.
- Nồng độ nước sơ ri ở dây thực chất được coi là nồng dộ đường vì sau khi chế biến ép nước
sơ ri nồng dộ đường là lớn nhất, nồng độ các chất khác rất nhỏ coi như mức ảnh hưởng không đáng
kể . Tuy nhiên việc muốn giữ lại các chất đó sau khi cô đặc xong ta phải quan tâm đến nhiệt độ quá
trình. Đồng thời việc chảy xuôi chiều giúp nhiệt độ không cao quá ở phần cuối dế làm biến tính
dung dịch do sự quá nhiêt cục bộ
• Nhượïc điểm:
- Hệ cô đặc nhiều nồi đòi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hơn, cũng như diện tích nhà xưởng lớn
hơn, đặc biệt việc chọn buồng đốt ngồi càng làm tốn diện tích
- Cô đặc chân không nên điều kiện an tồn khó khăn, tốn năng lượngvà chi phí vận hành thiết bị
1.3.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.3.1. Thuyết minh quy trình công nghệ (có sơ đồ đính kèm)
Dung dịch nước sơ ri sau khi qua một số công đoạn ép, lọc, tinh chế trước đó được đưa vào
bồn chứa, duy trì ở nhiệt độ 60
0
C nhằm tránh được sự phát triển của vi sinh vật.
Sau đó nước sơ ri được bơm lên trên thiết bị gia nhiệt với suất lượng 3000 kg/h. Qua trình
bơm sẽ có sự điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp với hệ thống tự động điều khiển lưu lượng. Thiết

bị gia nhiệt được sử dụng là thiết bị gia nhiệt ống chùm dạng vỏ áo, đặt thẳng đứng, bên trong gồm
SVTH : Trang 2
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
nhiều ống truyền nhiệt nhỏ được bố trí theo đỉnh tam giác đều. Các đầu ống này được giữ cố định
nhờ các vỉ ống gắn với thân. Thiết bị gia nhiệt sử dụng hơi đốt lấy từ lò hơi với áp suất tuyệt đối là
4 at. Dung dịch được đưa vào cùng chiều dòng hơi để tránh hiện tượng dòng ra bị cháy do tiếp xúc
với nhiệt độ quá cao.Ngồi ra việc dung dịch chảy từ trên xuống sẽ tận dụng lực trọng trường nên
không tiêu tốn năng lượng. Trong thiết bị gia nhiệt có sự trao đổi nhiệt giữa dòng lỏng và dòng hơi
qua vách ống truyền nhiệt. Dòng lỏng sẽ được gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ sôi trước khi vào thiết
bị cô đặc t =110.21
0
C. Việc gia nhiệt lên nhiệt độ sôi có ý nghĩa lớn cho quá trình diễn ra lúc sau ở
thiết bị cô đặc vì ta sẽ không phải mất thêm năng lượng cho việc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, ngồi ra
còn đảm bảo quá trình truyền nhiệt để bốc hơi ở buồng đốt là thật sự hiệu quả. Còn dòng hơi sẽ
được ngưng tụ thành lỏng sôi và đựơc thốt ra ngồi. Ơû thiết bị gia nhiệt có ống thốt khí không
ngưng để đảm bảo an tồn về áp suất trong thiết bị và quá trình truyền nhiệt có hiệu quả.
Từ thiết bị gia nhiệt, dung dịch được đưa sang hệ thống cô đặc. Ở đây ta sử dụng thiết bị cô
đặc có buồng đốt ngồi, ống dài, và hai nồi liên tục xuôi chiều. Loại thiết bị này khá thích hợp với
việc cô đặc dung dịch thực phẩm do chế độ nhiệt êm dịu và không tăng quá nhanh.
Đầu tiên dòng lỏng vào buồng đốt 1 (thiết bị cô đặc 1). Thiêùt bị này có cấu tạo như thiết bị
gia nhiệt loại màng có bộ phận phân phối lỏng (là bộ phận có nhiều lỗ nhỏ và những ống ngắn hàn
vào đĩa, các ống này có dưòng kính nhỏ hơn ống truyền nhiệt và được đặt đồng tâm, lọt vào ống
truyền nhiệt. Ở đây dòng lỏng được để ở chế độ chảy màng từ trên xuống trong các ống truyền
nhiệt để tận dung lực trọng trường cũng như có thể tạo được màng lỏng mỏng và đều. Việc phân
phối lỏng như trên được thực hiện nhờ vào đĩa phân phối lỏng. Khi lỏng đi vào buồng đốt (phần
nắp) sẽ chảy từ từ qua các lỗ nhỏ rồi men theo thành rỗng giữa ống truyền nhiệt và ống ngắn để tạo
thành màng mỏng với bề dày theo yêu cầu đặt ra. Dòng hơi được sử dụng cũng từ lò hơi với áp
suất tuyệt đối là 4 at, dùng năng lượng lấy từ sự ngưng tụ hơi nước để cấp nhiệt cho dòng lỏng.
Trong thiết bị này, khác với thiết bị gia nhiệt ở chỗ dòng lỏng không nhận nhiệt để thay đổi nhiệt
độ mà đẻ thay đổi entanpi nhằm chuẩn bị cho quá trình bốc hơi sẽ diễn ra ở trong buồng bốc.

Tưong tự như thiêát bị gia nhiệt dòng hơi ngưng tụ thành lỏng được thốt ra ngồi và ở buồng đốt
cũng có ống thốt khí không ngưng. Sau khi chảy qua hệ thống ống truyền nhiệt, dung dịch đi
xuống thân phụ để chuyển qua buồng bốc. Thân phụ giúp duy trì một vận tốc ổn dịnh cho dòng
lỏng. Thân phụ nối với bồng bốc nhờ một ống hình chữ nhật đi ra vuông góc với thân phụ và tiếp
tuyến với thân buồng bốc để tạo ra dòng chuyển động xốy giúp xáo trộn tốt hơi và lỏng giúp quá
trình bốc hơi dễ dàng hơn.
Ở buồng bốc 1, dung dịch thực hiện quá trình bốc hơi (sau khi đã nhận đủ nhiệt để chuyển
trạng thái). Hơi nứơc bốc lên với áp suất là 1.47 at và dung dịch còn lại sẽ tăng nồng độ lên là
16.9%. Trong quá trình bốc hơi sẽ có hiện tượng dòng hơi lôi cuốn các giọt lỏng đi theo nó và điều
này sẽ làm ảnh hưởng đến thiết bị phía sau do có sự tạo cặn lên các ống truyền nhiệt làm giảm hiệu
quả truyền nhiệt. Để khắc phục điều này trong các buồng bốc thường có bộ phận phân ly giọt lỏng.
Tuỳ vào loại thiết bị mà có thể dựa vào lực trọng trường, sự dính ướt hay sự ly tâm. Ơû đây ta sử
dụng thiết bị phân ly theo kiểu dính ướt dạng nón. Khi dòng hơi bốc lên sẽ gặp bề mặt nón, các
giọt lỏng sẽ bị giữ lại trên nón và chảy xuống lại buồng đốt theo ống mao quản, còn hơi thứ tràn
qua phần nón đi ra ngồi theo ống dẫn hơi để sang truyền nhiệt cho buồng đốt 2. Còn dung dịch
được bơm sang buồng đốt 2 để tiếp tục thực hiện quá trình cô đặc.
Ở hệ thống nồi cô đạc 2 hiện tượng xảy ra tương tự như ơ nồi 1 tuy nhiên cũng có một số
khác biệt về hơi đốt và đầu ra của các dòng như sau:
Ở buồng đốt 2, dung dịch sơ ri (lúc này đã có sự giảm mạnh về lưu lượng) cũng được chảy
màng từ trên xuống thực hiện chế độ truyền nhiệt êm dịu. Hơi đốt lúc này chính là hơi thứ lấy từ
buồng bốc 1. Do có sự thay đổi đáng kể áp suất ở mặt thống dung dịch nên nhiệt độ sôi của dung
dịch đã giảm xuống ứng vơi nhiệt độ hiện có của dung dịch. Do đó dung dịch cũng chỉ cần nhận
SVTH : Trang 3
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
nhiệt lượng phục vụ cho việc tăng entanpi để có thể bốc hơi khi sang buồng bốc. Nứơc ngưng cùng
khí không ngưng cũng được thốt ra ngồi. Dung dịch chảy xuống thân phụ được đưa sang buồng
bốc.
Tại buồng bốc 2, quá trình bay hơi được thực hiện. Hơi thứ lúc này có áp suất tuyệt đối khá
nhỏ 0.21 at được đi theo ống dẫn hơi đên thiết bị ngưng tụ baromet. Trong khi đó dung dịch nước
sơ ri sau quá trình bốc hơi đạt đến nồng độ 45 % ở nhiệt độ 61.30C được đưa vào bồn chứa chuẩn

bị cho các công đoạn sau đó.
Thiết bị ngưng tụ baromet được chọn ở đây là thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô. Lúc này
dòng hơi thứ được đi từ dưới lên, tiếp xúc trực tiếp dòng lỏng được cấp vào từ trên xuống có nhiệt
độ thấp 30
0
C sẽ ngưng tụ thành lỏng theo dòng nước đi xuống bồn chứa với nhiệt độ nước ngưng
bằng 50
0
C. Trong quá trình này có một lượng lớn hơi được ngưng tụ nên áp suất giảm tạo áp suất
chân không. Chính nhờ điều này mà áp suất trong thiết bị được duy trì ổn định. Sau khi qua thiết bị
ngưng tụ, dòng khí không ngưng còn lại sẽ được chuyển qua thiết bị tách lỏng. Tấm ngăn sẽ làm
vật cản để dính ướt các giọt lỏng có thể còn sót lại trong dòng khí này rồi sau đó mới cho nó qua
thiết bị bơm chân không để tránh hiện tượng xâm thực có thể xảy ra làm hư bơm.Do áp suất bên
trong thiết bị thấp hơn áp suất bên ngồi nên khí không ngưng không tự thốt ra ngồi vì vậy phải sử
dụng bơm hút chân không giúp hút khí không ngưng để áp suất không bị thay đỏi trong cả hệ
thống.
Lượng nước ngưng được thốt ra từ thiết bị gia nhiệt, buồng đốt 1, buồng đốt 2 được gom
lại và đi qua tháp giaiû nhiệt hạ đến nhiệt độ thường phục vụ cho những mục đích khác nhau tuỳ
vào độ tinh sạch của nó.
SVTH : Trang 4
Đồ án mơn học : Q trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu

35928
34812
1111.11
1222.22
294.8
3000
1777.78
666.67

1473.2
Suất lượng (kg/h)
3000
LA
TI
Dòng lưu chất

Nguyên li ệu trước gia nhiệt
Hơi đo át thiết bò 1
Hơi đốt thie át bò gia nhiệt
Nguye ân liệu vào nồi 2
Nguyên liệu sau gia nhiệt
Hơi thứ nồi 2
Hơi thứ n ồi 1
Nước n gưng
Nước nguộ i
Khí không ng ưng 11
1
6
9
10
7
8
4
5
3
2
STT
Sản phẩm
12.6

4
6
FC
5
1
1
FE
TIC
2
2
36
Nhiệt độ ( C)
60
110.28
142.9
110.21
142.9
50
30
60.7
61.6
61
0
0.45
0.169
Nồng độ
0.1
0.1
1.47
0.21

4
4
Áp suất(at)
3
PI
7
LIC
3
4
PIC
QIC
QY
TE
TE
8
LIC
9
6
10
TI
11
7
LA
5
Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Khoa Công nghệ hoá học
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ
THIẾT KE Á HỆ TH ỐNG C Ô ĐẶC DUNG DỊCH NƯ ỚC SƠ R I
BẰNG HỆ HAI NO ÀI LIÊN TỤC
ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
Bồn chứa sản phẩm
Thiết b ò ngưng tu ï Baromet
Thiết bò ta ùch lỏng
Thie át bò gia nhiệt
Buồng đốt
Buồng bốc
Bồn chứa nguy ên liệu
Phạm Thò Th anh Hiền
Đồ án môn học: Quá t rình và thiết bò
TÊN GỌI
Lê Pha n Hoàng Ch iêu
STT
05
07
06
03
01
02
04
GVHD
SVTH
CNBM
Chư ùc năng
Họ tên
Vũ Bá Minh
Chữ ký
SL
1
1

1
2
1
2
1
VẬT LIỆU
23-05 -05
28-05-05
Bản vẽ số:
Tỉ le ä:
Nga øy HT:
Ngày BV:
1
SVTH : Trang 5
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Thông số công nghệ
Ký
hiệu
Dòng lưu chất Suất lượng
(kg/h)
Nồng độ Nhiệt độ
(
0
C)ä
Aùp
suất (at)
1 Nguyên liệu ban đầu 3000 0.1 60
2 Nguyên liệu đã gia nhiệt 3000 0.1 110.21
3 Nguyên liệu vào nồi 2 1777.78 0.169 61
4 Sản phẩm 666.67 0.45 61.6

5 Hơi đốt 1473.2 142.9 4
6 Hơi thứ nồi I 1222.22 110.1 1.47
7 Hơi thứ nồi 2 1111.11 60.7 0.21
8 Nước làm nguội 34812 30
9 Nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ 35928 50
10 Khí không ngưng 12.06 36
1.3.2.Kiểm sốt và điều khiển quá trình
Mục tiêu điều khiển quá trình cô đặc là thu được sản phẩm có nồng độ mong muốn và đảm
bảo cân bằng vật chất và năng lượng ở tất cả các thiết bị trong suốt quá trình.
1.3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc:
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc được chia thành các nhóm sau dựa vào việc ta có thể
kiểm sốt, điều khiển cũng như có đặt ra yêu cầu kiểm sốt và điều khiển hay không đòng thời với
vai trò quyết định của chúng đến kết quả của quá trình
Tác động nhiễu cho phép ổn định:
- Lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch nhập liệu.
- Lưu lượng hơi đốt.
Tác động nhiễu không ổn định:
- Nhiệt lượng tổn thất.
- Aùp suất hơi đốt.
- Nồng độ dung dịch nhập liệu.
- Hệ số truyền nhiệt.
Các đại lượng cần điều chỉnh:
- Nồng độ sản phẩm
- Lưu lượng nhập liệu
- Aùp suất hơi thứ trong nồi cuối.
- Mức dung dịch trong từng nồi
- Nhiệt dộ của dung dịch nhập liệu
Tác động diều chỉnh:
- Lưu lượng sản phẩm
- Lưu lượng dung dịch vào từng nồi

- Lưu lượng hơi đốt vào nồi một và thiết bị gia nhiệt
- Lưu lượng nước làm nguội ở thiết bị ngưng tụ
Các thông số cần kiểm tra:
- Aùp suất trong các nồi trung gian
- Lưu lượng và nhiệt độ dòng nhập liệu
- Mức chất lỏng trong cùng bồn chứa và nhiệt độ dung dịch.
SVTH : Trang 6
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
1.3.2.2. Hệ thống điều khiển:
Các thông số công nghệ được ổn định bằng các hệ thống điều khiển tự động một vòng như
sau:
STT Thông số cần ổn định Tác động điều chỉnh
1 Nồng độ sản phẩm Lưu lượng hơi đốt cho nồi 1
2 Mức dung dịch trong các nồi Suất lượng tháo liệu ở mỗi nồi
3 Aùp suất hơi thứ nồi cuối Lưu lượng nước ngưng tụ
4 Nhiệt độ nhập liệu vào nồi 1 Lưu lượng hơi đốt cho thiết bị gia nhiệt
Với nồng độ dung dịch được xác định gián tiếp thông qua độ tăng phí điểm của dung dịch
sản phẩm. Tiến hành đo nhiệt độ sôi của dung dịch trong buồng bốc II và nhiệt độ hơi thứ ở cùng
điều kiện áp suất. Tín hiệu đo nhiệt độ được truyền đến bộ tính tốn để tính hiệt nhiệt độ và xác
định nồng độ sản phẩm.
Ngồi ra cũng phải kể đến việc có sự thay đổi áp suất trong phần thân buồng đốt do sự có
mặt của khí không ngưng,và ta cũng sẽ có những bộ phận xả khí không ngưng tự động khi có sự
tăng áp suất trong thiết bị mà không cần phải kiểm sốt.
1.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động một vòng:

- ĐTĐK: đối tượng điều khiển. - CBĐL: cảm biến đo lường.
- TBĐC: thiết bị điều chỉnh. - BPTH: bộ phận thừa hành.
- y: đại lượng điều chỉnh. - x: tác động điều chỉnh.
- x
DC

: tín hiệu điều khiển. - u: giá trị chủ đạo
1.3.2.4. Dụng cụ đo và điều khiển:
Để đảm bảo an tồn trong sản xuất các cơ cấu thừa hành sử dụng nguyên tắc truyền động bằng
khí nén
Dụng cụ đo được chọn như sau:
- Đo áp suất bằng áp kế hộp xếp khí nén có tín hiệt ra dạng khí nén
- Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện cho độ chính xác cao và có thể áp dụng trên một khoảng
biến thiên rộng của đại lượng
- Đo mức bằng mức kế thuỷ tĩnh có phao chìm
- Đo lưu lượng bằng lưu lượng kế có độ chênh áp biến thiên.
SVTH : Trang 7
ĐTĐK
BPTH
CBĐL
TBĐC
Z
y
y
u
x
x
ĐC
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
SVTH : Trang 8
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
CHƯƠNG
2
Thiết bị cô đặc
2.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT & NĂNG LƯỢNG
2.1.1.Ký hiệu các đại lượng

Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
G kg/h Suất lượng dung dịch đường
W kg/h Suất lượng hơi thứ
D kg/h Suất lượng hơi đốt
X Nồng độ dung dịch đường
x
tb
Nồng độ trung bình ủa dung dịch đường
Q kJ/h Nhiệt lượng có ích
I kJ/kg Entanpi
R kJ/kg Aån nhiệt ngưng tụ
C kJ/kg.độ Nhiệt dung riêng
Q
tt
kJ/kg Nhiệt lượng tổn thất
Q
cđ
kJ/kg Nhiệt lượng cô đặc
P at Aùp suất
∆P at Chênh lệch áp suất
t
o
C Nhiệt độ
∆t
o
C Chênh lệch nhiệt độ
t
s
o
C Nhiệt độ sôi của dung dịch

t
tbs
o
C Nhiệt độ trung bịnh của dung dịch
∆t
hi
o
C Nhênh lệch nhiệt độ hữu ích
∆’
o
o
C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
∆’
o
C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
∆”
o
C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
∆”’
o
C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
∆t
hi
o
C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
2.1.2.Tính cân bằng vật chất và năng lượng:
√
Mục đích : Giúp tính tốn hơi đốt hữu ích, Q, ∆t
hi
để tính tốn bề mặt truyền nhiệt, từ đó tính

kích thước thiết bị.
√
Sơ đồ:
1. Chọn tỉ lệ hơi thứ: W
1
: W
2
= m
2. Tính W
1
,W
2
, G, x
B1: Chọn tỉ lệ hiệu áp suất :
∆
p
1
:
∆
p
2
= a
B2: Tính ra áp suất tại mỗi nồi p
1
, p
2
, p
w1
, p
w2.

B3: Xác định nhiệt độ tại mỗi nồi t
1
, t
2
, t
w1
, t
w2
.
SVTH : Trang 9
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
B4 : Xác định nhiệt độ tổn thất cho mỗi nồi
B5 : Xác định nhiệt độ sôi của mỗi nồi.
B6 : Xác định nhiệt độ chênh lệch hữu ích mỗi nồi.
B7 : Kiểm tra điều kiện
%5
),max(
21
21
≤
∆∆
∆−∆
hh
hh
tt
tt
(1)
Nếu điều kiện thỏa thì ngừng, nếu điều kiện không thỏa thì lặp lại từ B1
4. Tính lại W
1

, W
2
, D theo phương trình cân bằng năng lượng của nồi 1 và nồi 2.
5. Kiểm tra điều kiện

∆
W =
),(
tínhcoïn
tínhchoïn
wwMax
WW
−

≤
5% (2)
Nếu điều kiện đạt được thì ta tính tiếp, nếu không đạt được thì lặp lại tính từ bước 1
• Công thức tính tốn :
2.1.2.1..Xác định nồng độ và hơi thứ
- Lượng hơi thứ bốc lên trong tồn hệ thống:
W = G
đ
( 1-
C
D
X
X
) (5.17-[2]) (3)
- Phân phối hơi thứ trong các nồi:W
1

/ W
2
=m (4)
mà :W = W
1
+ W
2
và W
2
= W - W
1
=>
m
1
1
W
W
1
+
=
(5)
- Nồng độ dung dịch nồi 1:
1
*
WG
XG
X
D
DD
I

C
−
=
(5.17-[2]) (6)
2.1.2.2. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi Theo T
105
-[1]
- Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:
∆P = P
1
– P
2’
Chọn
2
1
P
P
∆
∆
= a
mà ∆P

= ∆P
1
+ ∆P
2
=> ∆P
1
, ∆P
2

và ∆P
1
= P
1
- P
1’
=> P
1
, P
2
2.1.2.3 Xác định nhiệt độ tổn thất
-Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao
∆
’: Theo công thức Tisencô
r
t
2
'
0
)273(
*2.16*'
+
∆=∆
(VI.10-[2]) (7)
Với ∆’
o
tra bảng III.1-[5]
-Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh
∆

’’:
Vì chọn chế độ chảy màng bằng hệ thống ống dài nên xem như dung dịch sôi ở mặt thống
tức ∆’’= 0
o
C
-Tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên đường ống
∆
’’’:
SVTH : Trang 10
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ
và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1°C. Nên:
∆’’’
1
= ∆’’’
2
= 1°C .
-Tổn thất chung: ∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ (T
184
-[3]) (8)
2.1.2.4. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng nồi Theo T
111
-[1]
t
dd
si
= t
i’
+ ∆’
i

+ ∆’’
i
(8a)

t
dd
si’
= t
i’
+ ∆’
i’
+ ∆’’
i ‘
(8b)

∆t
hii
= t
i
- t
sitb
dd
(8c)
Tổng hiệu nhiệt độ hữu ích:
∑∆
hi
= ∆t
hi1
+ ∆t
hi2

(9)
2.1.2.5. Nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi
-Nếu x< 20% => C = 4190 (1 – x) (4.10-[3]) (10)

x > 20% => C = 4190(1-x) +C
1
x (4.11-[3]) (11)
Xem thành phần đường trong sơri chủ yếu dạng C
12
H
22
O
11
nên:
73.2375
342
25100*1118000*2211700*12
=
++
=
ht
C
2.1.2.6 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng Theo T
181
-[3]
- Ta có sơ đồ nhiệt đơn giản sau :
W
1
, i
1

W
2
, i
2
Q
xq1
Q
xq2


D , i

G
d
,C
d
,t
d
(G
d
– W
1
)C
1
t
1
(G
d
– W)C
2

t
2
D , C
ng1
,


W
1
, C
ng2
,

2
Phương trình cân bằng năng lượng:
ω
D
.c.υ + D(1-ω).i”
D
+G
d
.c
d
. t
d
= W.i”

+G
c
.c

c
. t
c
+

D.c.θ+ Q
tt
+ Q
cd
(4.4-[3]) (12)
Mà: ω = 0.5% ; i”
D
- c.υ =r
D

Q
tt
=0.05 Q
D
; Q
cd
=0 ; Q
D
=D.r
D
=> 0.9 D.r
D
= W.i”

+G

c
.c
c
. t
c
- G
d
.c
d
. t
d
=> Nồi 1: 0.9 D
1
.r
D1
= W
1
.i”
1
+G
c1
.c
c1
. t
c1
- G
d1
.c
d1
. t

d1
Nồi 2: 0.9 .D
2
. r
D2
= W
2
.i”
2
+G
c2
.c
c2
. t
c2
- G
d2
.c
d2
. t
d2
Ma ø: W
1
=D
2
; G
c1
=G
d1
; W

1
+W
2
=W, i= c.t.10
-3
=>
.''9.0
)()''(
22
2
2222
1
d
i
W
ir
d
i
c
iG
c
i
W
iW
W
D
d
−+
−+−
=

(13)
SVTH : Trang 11
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
W
2
= W – W
1
(14)
Với:
1000
.ct
i
=
(15)
- Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi: (III.15-[1]) (16)
),max(
11
11
chontính
chontính
WW
WW
W
−
=∆

- Lượng hơi đốt tiêu tốn chung:
2
22
1

2
1
9.0
..''.
D
dc
r
d
iG
c
iG
W
iW
D
−−
=
(17)
Kết quả:
Bảng 2.1: Bảng thông số và kết quả sơ bộ pha hơi và pha lỏng
Với m=1.1, a=2
TT Đại lượng Kí
hiệu
Đơn vị Giá trị Ghi chú
(CTTT)
Nồi 1 Nồi 2
Chênh lệch áp suất
∆P
at 2.53 1.26 Theo [1]
Hơi thứ
Suâùt lượng W kg/h 1222.22 1111.11 (4)

Aùp suất P
W
at 1.47 0.21
Nhiệt độ t
W
0
C 110.1 60.7
Bảng 57-[3]
theo P
w
Entanpi i
W
kJ/kg 2696.5 2609.59
Aån nhiệt ngưng tụ r
W
kJ/kg 2233.5 2355.26
Hơi đốt
Nhiệtđộ t
D
0
C 142.9 109.1
Aùp suất P
D
at 4 1.42 Bảng 57-[3]
theo t
D
Aån nhiệt ngưng tụ r
D
kJ/kg 2141 2223.7
Entanpi i

D
kJ/kg 2744 2702.35
Suất
luượng
Dung dịch vào G
đ
kg/h 3000 1777.78
Dung dịch ra G
c
kg/h 1777.78 666.67
Nồng độ
Dung dịch vào x
đ
0.1 0.169 (6)
Dung dịch ra x
c
0.169 0.45 (6)
Trung bình
x
0.134 0.31
Độ tăng
phí điểm
1at
Dung dịch vào
∆
’
ođ
0
C 0.1 0.338 Bảng
III.1-[5] theo

x và t
w
Dung dịch ra
∆
’
oc
0
C 0.338 1.3
Trung bình
'
∆
0
C 0.219 0.819
Bảng 2.2.Bảng kết quả tính tốn cân bằng vật chất và năng lượng
TT Đại lượng
Kí
hiệu
Đơn vị
Giá trị
Ghi chú
Nồi 1 Nồi 2
Độ tăng phí
điểm
Dung dịch vào
∆
’
ođ
0
C 0.106 0.259 (7)
Dung dịch ra

∆
’
oc
0
C 0.18 0.996
Trung bình
0
C 0.143 0.63
SVTH : Trang 12
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Nhiệt độ sôi
Dung dịch vào t
đ
0
C 110.206 61 (8a,b)
Dung dịch ra t
c
0
C 110.28 61.6
Trung bình
t
0
C 110.24 61.3
Nhiệt dung
riêng
Dung dịch vào C
đ
kJ/kg.độ 3771 3481.9 (10),(11)
Dung dịch ra C
c

kJ/kg.độ 3481.9 3373.6
Trung bình
C
kJ/kg.độ 3628.54 3627.58
Entanpi
Dung dịch vào i
đ
kJ/kg 415.6 212.4 (15)
Dung dịch ra i
c
kJ/kg 384 215.76
Trung bình
i
kJ/kg
Suất lượng hơi thứ W kg/h 1268.98 1064.35 (13),(14)
Sai số
∆
W 3.7% 4.2% (2)
Kiểm tra điều kiện đạt đạt
Suất lượng hơi đốt D kg/h 1473.72 2696.5 (17)
Chênh lệch nhiệt độ
hữu ích
∆
th
0
C 32.66 48.4 (8c)
Nhiệt lượng có ích Q kJ/h 2395.2 2379.89
SVTH : Trang 13
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
2.2. KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH

√
Mục đích : Tính F => số ống n, chiều cao thiết bị H, tính kích thước buồng đốt, buồng bốc
làm cơ sở tính bền
√
Sơ đồ:
Các bước tính tốn:
1. Chọn vật liệu ống truyền nhiệt và các thông số về kích thước thiết bị: H
ô
, d
t
, d
n
, n.
2. Chọn 2 giá trị chênh lệch nhiệt độ phía hơi đốt
t
∆
rồi suy ra nhiệt độ vách ngồi tương
ứng.
3. Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía hơi đốt (
D
α
và
D
q
)
4. Tính chênh lệch nhiệt độ giữa hai phía của thành ống và chênh lệch nhiệt độ phía dung
dịch.
5. Chọn số ống truyền nhiệt n
chọn

6. Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía dung dịch (
l
α
và
D
α
)
7. Coi cường độ dòng nhiệt phụ thuộc tuyến tính vào
D
t
∆
,ta dựng hai đường thẳng q
D
=f(
D
t
∆
) và q
L
= g(
D
t
∆
), giao điểm của hai đường thẳng này ứng vớigiá trị
D
t
∆
cần xác
định. Lặp lại các bước 2 – 4 với giá trị này.
8. Kiểm tra điều kiện:

∆
q =
),max(
DL
DL
qq
qq
−

≤
5%
Nếu điều kiện không thoả, ta thực hiện lại bước 2 – 6. nếu điều kiện thoả, ta tiếp tục bước tiếp
theo.
9. Tính hệ số truyền nhiệt K
10. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi.
11. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt F
12. Tính lại số ống truyền nhiệt n
13. kiểm tra điều kiện:
%5
≤
−
=∆
chon
tinhchon
n
nn
n

Nếu điều kiện chưa thoả thì ta điều chỉnh lại các thông số về kích thước thiết bị đã chọn ở
trên. Nếu điều kiện thoả, ta làm tròn diện tích bề mặt truyền nhiệt và số ống truyền nhiệt đến

thông số chuẩn.
SVTH : Trang 14
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
2.2.1.Kí hiệu các đại lượng
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
q W/m
2
Cường độ dòng nhiệt
M
Sac
Khối lượng phân tử đường saccharose
M
dm
Khối lượng phân tử nước
M
Khối lượng phân tử trung bình của dung dịch đường mía
K W/m
2
.độ Hệ số truyền nhiệt tổng quát
r
s
kJ/kg Ẩn nhiệt ngưng tụ
r m
2
.độ/W Nhiệt trở
g m/s
2
Gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s
2
)

H m Chiều cao thiết bị
D m Đường kính thân thiết bị
F m
2
Diện tích bề mặt truyền nhiệt
d m Đường kính ống truyền nhiệt
d
m Đường kính trung bình ống truyền nhiệt
n ống Tổng số ống truyền nhiệt
m ống Số ống truyền nhiệt trên đường chéo chính
V m
3
Thể tích thiết bị
v m/s Vận tốc lưu chất
U
tt
m
3
/m
3
.h Cường độ bốc hơi thể tích
f Hệ số điều chỉnh cho cường độ bốc hơi thể tích
α
W/m.độ Hệ số cấp nhiệt
β
m Bước ống truyền nhiệt
δ
m Chiều dày ống truyền nhiệt
λ
W/m.độ Hệ số dẫn nhiệt

µ
Pas Độ nhớt tuyệt đối
ρ
kg/m
3
Khối lượng riêng
θ
m Kích thước hình học đặc trưng
“L” Ký hiệu ứng với dung dịch đường mía
“D” Kí hiệu ứng với hơi đốt
“W” Kí hiệu ứng với hơi thứ
“n” Kí hiệu bên ngồi ống truyền nhiệt
“t” Kí hiệu bên trong ống truyền nhiệt
“v” Kí hiệu ứng với vách ống truyền nhiệt
“đ” Kí hiệu ứng với buồng đốt
“b” Kí hiệu ứng với buồng bốc
“ô” Kí hiệu ứng với ống truyền nhiệt
SVTH : Trang 15
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
2.2.2. Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt
- Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể được tính theo công thức tổng quát:
F =
.
i
Q
K t
∆
(m
2
) (II.16-[1]) (18)

Với Q
i
= 0.9D
i
.r
i
(W) (Theo CMT) (19)
2.2.2.1. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi
2.2.2.1.1.Tính nhiệt tải riêng trung bình
- Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định.
- Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị:
q
D
= 
1
.(t
1
– t
w1
) = 
1
.t
1
(20)
- Nhiệt tải riêng của thành thiết bị:
tw2)(tw1.
1
= q
nt
v

rr
v
++
λ
δ
. (21)
- Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi:
q
L
= 
2
.(t
w2
– t
2
) = 
2
.t
2
(22)
2.2.2.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ 
D
Khi tốc độ của hơi nhỏ (’
≤
10 m/s, chính xác hơn khi ’’
2

≤
30) và màng nước ngưng
chuyển động dòng (Re

m
<100) thì hệ số cấp nhiệt 
1
đối với ống thẳng đứng được tính theo công
thức sau:
Hệ số cấp nhiệt phía hơi bão hồ ngưng tụ (V.105-[4])

)
)(
(15.1
32
vnDDo
DSD
D
ttH
gr
−
=
µ
λρ
α
(W/m
2
.độ) (23)
với r
s
: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hồ tại nhiệt độ t
D
Các thông số vật lý khác (
nnn

λµρ
,,
) là số liệu của nước sôi tại nhiệt độ trung bình phía hơi đốt:
t
m
= 0,5.(t
w1
+ t
1
) (24)
- Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể :
q = q
1
= q
2
 t
w2
= t
w1
– q
1
.
r∑
(25)
2.2.2.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch 
L
Theo T
183
-[2]
- Hệ số cấp nhiệt 

L
từ bề mặt ống vào dung dịch chảy dọc từ trên xuống được tính như sau:
Ta có: Nu
e
= 0,01.(Re.Pr)
1/3
(5.62-[2]) (26)
Mặt khác: Nu
e
=
2
.
e
l
α θ
λ
(T
183
-[2]) (27)
=> 
L
=
1/3 1/ 3
0,01.Re .Pr .
l
e
λ
θ
(W/m
2

.độ) (28)
Trong đó:
Lt
dn
G
µπ
....3600
.4
Re
=
(T
21
-[5]) (29)
với G=(G
đ
+G
đ
)/ 2 (30)
SVTH : Trang 16
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
3
1
2
2









=
g
L
L
e
ρ
µ
θ
(T
183
-[2]) (31)
P=
L
L
C
λ
µ
.
(T
21
-[5]) (32)
3
8
***10*58.3
dd
dd
ddddl
M

C
ρ
ρλ
−
=
(I.32-[5]) (33)
OHOHCdd
M
X
M
X
M
2112212
11
−
+=
2.2.2.1.4. Tính hệ số truyền nhiệt của nồi thứ i: Theo T
116-117
-[1]
K
i
=
tbI
iI
q
t
∆
(III.17-[1]) (34)
Kiểm tra sai số: q =
1 2

1
.100%
q q
q
−
(35)
Nếu q < 5% thì thỏa.
=> Nhiệt tải trung bình: q
tb
=
1 2
2
q q
+
(36)
2.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi Theo T
117
-[1]
- Công thức chung:
* .
i
m
im
i
m
i
t
Q
t
Q

K
K
∆
∆ =
∑
∑
(
0
C) (III.19-[1]) (37)
- Trong đó: chữ số “m” là chỉ nồi thứ m
i iI iII
t t t
∑∆ = ∆ + ∆
(38)
i
I II
i I II
Q
Q Q
K K K
∑ = +
(39)
Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích:
t
i
) =
*
*
.100%
i i

i
t t
t
∆ − ∆
∆
(40)
Nếu t
i
) < 5% thì thỏa.
2.2.4. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi
F
i
=
*
.
I
I iI
Q
K t∆
(III.21a,b-[1]) (41)
SVTH : Trang 17
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Bề mặt truyền nhiệt thực: F
ithưc
= 1.1F
i
(42)
Vì ở đây xét thêm dự trữ 10% để đảm bảo an tồn tránh những sự cố có thể xảy ra như về hơi đốt,
chân không… Thông thường theo kinh nghiệm lấy lên 20% nhưng tuỳ vào thiết bị chọn cho phù
hợp với kết quả tính tốn nên ta vẫn có thể chọn nhỏ hơn.

=> Số ống truyền nhiệt:
. .
F
n
d l
π
=
(II.25-[1])(43)
Với d tính theo phía có
α
bé hơn hoặc là d trung bình với giá trị
α
gần nhau.
Bảng 2.3: Kết quả tính hệ số truyền nhiệt tổng quát và diện tích bề mặt truyền nhiệt
Đại lượng Kí hiệu Đơn vị Giá trị
Nồi I Nồi II
Ống truyền nhiệt
Vật liệu Thép X18H10T
Hệ số dẫn nhiệt W/m.độ 16,3
Tra bảng
XII.7 – [ 4]
Chiều cao H
ô
m 5
Đường kính trong d
t
m 0,034
Đường kính ngồi d
n
m 0,038

Chiều dày m 0,0035
Nhiệt trở lớp nước
ngưng
r
n
m
2
.độ/W 4.64.10
- 4
Nhiệt trở lớp cặn bẩn r
t
m
2
.độ/W 3,87.10
- 4
Phía hơi đốt
Nhiệt độ hơi t
D
0
C 142.9 109.1 Bảng 2.1
nhiệt độ vách t
vn
0
C 139.7 105.6 Chọn
Nhiệt độ trung bình
n
t
0
C 141.3 107.35
Aån nhiệt ngưng tu r

D
kJ/kg 2141 2235 Bảng 56-[3]
Khối lượng riêng
D
ρ
kg/m
3
924.83 952.86 Bảng 39-[3]
theo
n
t
Hệ số dẫn nhiệt
D
λ
W/m.độ 0.685 0.684
Độ nhớt tuyệt đối
D
µ
10
-4
Pas 1.95 2.63
Hệ số cấp nhiệt
D
α
W/m
2
độ 7542.7 7015.2 (23)
Cường độ dòng nhiệt q
D
10

4
W/m
2
24136.64 24553.2 (20)
Phía lỏng
Suất lượng dung dịch
trung bình
kg/h 2365.51 1198.84 Bảng 2.1
Nồng độ trung bình
x
0.134 0.31 Bảng 2.2
Nhiệt độ sôi trung
bình
s
t
0
C 110.24 61.3 Bảng 2.2
Phân tử lượng trung
bình
M
20.6 25.48
Nhiệt độ vách t
vt
0
C 116.29 81.78 Chọn
SVTH : Trang 18
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Nhiệt độ trung bình
t
t

= t
m
0
C 113.27 71.54
Khối lượng riêng
L
ρ
kg/m
3
1054.4 1134.5 Bảng I .87-
[4]
Nhiệt dung riêng C
p
J/kg.độ 3628.54 3627.58 Bảng 2.2
Độ nhớt tuyệt đối
L
µ
10
-4
Pas 2.57 11.61 Bảng I.112-
[4]
Hệ số dẫn nhiệt
L
λ
W/m.độ 0.508 0.522 (33)
Chuẩn số Re Re 1570.4 176.2 (29)
Chuẩn số Pr Pr 1.84 8.07 (32)
Chuẩn số Nu Nu 0.142 0.112 (33)
Kích thuớc hình học
đặc trưng

θ
10
-5
m 1.82 4.74 (31)
Hệ số cấp nhiệt
L
α
W/m
2
độ 3963.5 1233.4 (28)
Cường độ dòng nhiệt q
L
10
4
W/m
2
23979 24107.2 (22)
Kiểm tra điều kiện
%5
≤∆
q
0.65%
=> thoả
2.8%
=>thoả
(36)
Hệ số truyền nhiệt
K W/m
2
độ 736.62 514.6 (34)

Nhiệt lượng có ích
Q 10
3
W 719.36 717.36 Bảng 2.2
Chênh lệch nhiệt độ
hữu ích
hi
t
∆
0
C 32.66 48.4 Bảng 2.2
Chênh lệch nhiệt độ
hữu ích thực
*
hi
t
∆
0
C 33.39 47.67 (37)
Diện tích bề mặt
truyền nhiệt tính
F
*
m
2
29.25 29.24 (41)
Số ống truyền nhiệt
chọn
n
chon

Ống 61 61
Số ống truyền nhiệt
tính
n
tính
Ống 55=>61 55=>61 (43)
Như vậy ta chọn thông số chung cho ba nồi:
- Chọn bề mặt truyền nhiệt : F= 29.5m
2
- Số ống truyền nhiệt: n = 61 ống ( làm tròn theo bảng V.11 – [ 5 ])
- Chiều cao ống truyền nhiệt: H
ô
= 5 m
- Chiều cao buồng đốt lấy bằng chiều cao ống truyền nhiệt: H
đ
= 5 m
2.2.4.

Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc
2.2.4.1 Đường kính buồng đốt
- Đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức sau:
D
t
= s.(m – 1) + 4.d
o
(m) ( CT2.85/ 58/ [2])(44)
Trong đó: Chọn s = 1.5d
o
m =
)1(

3
4
1
−+
n
= 9 (45)
• Ngồi ra ta còn có thêm thân phụ ở buồng đốt lấy H
tp
=(70-100%)D
t
(46)
2.2.4.2. Kích thước buồng bốc Theo T
157-158
-[2]
SVTH : Trang 19
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
- Gọi chiều cao buồng bốc là: H
b
(m)
- Đường kính buồng bốc: D
b
=
4.
.
b
b
V
H
π
(m) (T

72
- [5]) (47)
Trong đó:V
b
: thể tích buồng bốc được tính theo công thức sau:
V
b
=
.
h p
W
U
ρ
(m
3
) (5.15-[2]) (48)
Với: U
p
= f
p
. U
t
(m
3
/m
3
.h) (III.24-[1]) (49)
Chọn U
t
= 1700m

3
/m
3
Chọn f
p
( theo đồ thị VI.3-[5])
- Vận tốc lắng: 
0
=
h
hl
dg
ρξ
ρρ
..3
)..(.4
−
(5.14-[2]) (50)
Nếu 0.2 < Re < 500:  =
0,6
18, 5
Re
Nếu 500 < Re < 150000:  = 0.44
Re =
h
hh
dw
µ
ρ
..

(46)
Vận tốc hơi: 
h
=
h
b
V
F
(51)
V
h
=
h
W
ρ
và F
b
=
4
.
2
b
D
π
- Điều kiện: + phân ly được những giọt lỏng có đường kính từ 0.3 mm trở lên.
+ w
0
< 70%.w
h
.

Dựa vào những lý luận trên cùng giả thiết  =
0,6
18, 5
Re
ta có kết quả sau:
w
h
=AH
b
w
0
=B(H
b
)
0.3
cùng giả sử w
h
=0.6w
0
=> H
b
,D
b
Kiểm tra lại: Vì có chọn lại đường kính thiết bị nên ta kiểm tra lại điều kiện. Ta có bảng kiểm tra
như sau:
Bảng 2.4. Kích thước buồng đốt & buồng bốc
Đại lượng Ký hiệu Đơn vị
Giá trị
Ghi chú
Nồi I Nồi II

Tổng số ống TN n Ống 61 Chọn và tính
Số ống trên đường xuyên
tâm
m Ống 9 (46)
Đường kính ống truyền
nhiệt
d
t
m 0.034 Bảng 2.3
Tỉ số bước ống
β
mm 1.5 Chọn
Chiều cao buồng đốt H
đ
m 5 Theo bảng 2.3
Đường kính buồng đốt D
đ
m 0.608
→
chọn 0.6 (44)
SVTH : Trang 20
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Chiều cao thân phụ H
tp
m 0.6 Chọn
Hơi thứ
Suất lượng W Kg/h 1268.98 1064.35 Bảng 2.2
Khối lượng riêng
w
ρ

Kg/m
3
1.2092 0.1345
Bảng 57-[3]
Độ nhớt tuyệt đối
w
µ
10
-4
pas 0.128 0.106
Dung dịch
Nồng độ cuối x
c
0.169 0.45
Nhiệt độsôi cuối t
sc
0
C 110.28 61.696
Khối lượng riêng
L
ρ
kg/m
3
1069.62 1205.6 Bảng I.87-[4]
Hệ số hiệu chỉnh f 0.95 1.6
Cường độ bốc hơi thể tích
cho phép
U
tt
m

3
/m
3
.h 1700 1700
Cường độ bốc hơi thể tích
hiệu chỉnh
U’
tt
m
3
/m
3
.h 1615 2720 (49)
Hệ số A A 0.449 0.776
Hệ số B B 0.928 1.894
Chiều cao không gian hơi H
b
mm 1360 1894
Chiều cao buồng bốc thực H
b
mm 2000
Đường kính buồng bốc tính
D
b
mm
643 1360 (47)
Đường kính buồng bốc
thực
D
b

m 1400
Vận tốc dòng hơi w
h
m/s 0.19 1.43 (52)
Vận tốc dòng lỏng w
0
m/s 0.72 2.29 (50)
Chuẩn số Re Re 5.37 5.43 (51)
Tỉ số w
h
/w
0
26.4% 62.4% thoả
2.2.5.Kích thước các cửa
(nhập liêu, tháo liệu, hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, nối buồng bốc và buồng đốt)
- Sử dụng công thức và cách chọn theo tài liệu [8], T
74
- Chọn vật liệu làm ống dẫn dung dịch là thép không rỉ X18H10T, còn ống dẫn hơi đốt và nước
ngưng là thép CT3.
- Công thức chung để tính vận tốc lưu chất:
v =
A
G
ρ
(m/s) (VIII.42-[5](53)
Trong đó : G

: Lưu lượng lưu chất (kg/s)
v: Vận tốc lưu chất (m/s)
: Khối lượng riêng của lưu chất (kg/m

3
)
Từ công thức này ta có thể tính được vận tốc dựa vào giá trị d chọn trước.
Bảng 2.5: Đường kính ống dẫn
Đại lượng Nhập
liệu
Tháo
liệu
Hơi
đốt
Hơi
thứ
Nước
ngưng
Hỗn hợp
sau khi
SVTH : Trang 21
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
qua
BMTN
Ốngtròn 50 50 150 300 20
Ống chữ nhật 200x300
Nồi I 0.833 0.481 0.409 0.325 0.409 0.833
Nồi I 0.481 0.185 0.352 0.3 0.352 0.481
Nồi I 1040 1069.6 2.12 0.8 923.39 0.8
Nồi I 1069.6 1205.6 0.8 0.134 951.63 0.134
Nồi I 0.4 0.2 10.9 5.75 2 17.35
Nồi I 0.2 0.1 24.9 31.68 2 59.82
Với d
t

: theo tiêu chuẩn ống [10]
SVTH : Trang 22
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
2.3.TÍNH CƠ KHÍ
√
Mục đích tính tốn bề dày thiết bị thoả với điều kiện làm việc của thiết bị.
2.3.1.Kýhiệu các đại lượng
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
S m Chiều dày
S
m
m Chiều dày tối thiêu
D
t
m Đường kính trong
D
n
m Đường kính ngồi
l m Chiều dài
C m Chiều dày bổ xung
C
a
m Chiều dày bổ xung do ăn mòn
C
b
m Chiều dày bổ xung do bào mòn
C
c
m Chiều dày bổ xung quy tròn kích thước
h

t
m Chiều cao của đáy hoặ c nắp
h
g
m Chiều cao gờ của đáy nắp
d
b
m Đường kính chân ren
z cái Số bulon
k Hệ số thứ nguyên
p
tt
N/m
2
Áp suất tính tốn
P
n
N/m
2
Áp suất ngồi
P
t
N/m
2
Áp suất trong
P
a
N/m
2
Áp suất khí quyển

P
0
N/m
2
Áp suất thử
P
th
N/m
2
Áp áp suất tới hạn
E
t
N/m
2
Modun đàn hồi
η
Hệ số an tồn
h
ϕ
Hệ số bền mối hàn
n
c
Hệ số an tồn khi chảy
[σ]
*
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn
[σ] Giới hạn ứng suất
cku
σσσ
,,

Ứng suất uốn , kéo , chảy
[ ] [ ] [ ]
cku
σσσ
,,
Ứng suất giới hạn uốn , kéo , chảy
[
n
σ
 N/mm
2
Ứng suất cho phép khi nén
x Tỉ số giới hạn đàn hồi của vật liệu
2.3.2. Thân thiết bị buồng đốt và buồng bốc
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3, trong khi đó buồng bốc thì
dùng X18H10T, thiết bị có vỏ cách nhiệt, các công thức và cách chọn được áp dụng theo tài liệu
[6]. Buồng đốt nối với nắp và thân phụ bằng bích, thân phụ nói với thân buồng bốc bằng ống hình
chữ nhật. Thân buồng bốc nối với nắp và đáy bằng bích.
SVTH : Trang 23
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
2.3.2.1.Thân làm việc điều kiện áp suất trong: Theo TL [6]
• Thông số làm việc:
- P=P
tt
= P
dư
=P
tb
-P
kq

- t
tt
= t
mt
+ 20
- [σ] = η[σ]
*
(1.9-[6]) (54)
Trong đó η= 0.95 (tra T
26
-[6])
• Tính bền:
- Xét biểu thức nếu:
[ ]
h
P
ϕ
σ
*
> 25
-=> Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt được tính theo công thức:
[ ]
h
t
PD
S
ϕσ
..2
.
=

(mm) (55)
Trong đó: ϕ
h
=0.95 (Bảng 1.7- [6])
=> Bề dày thực của thân buồng đốt: Theo T
27
-[6]
S’ = S + C (mm) (56)
Với C = C
a
+ C
b
+C
c
+C
0
(1.10-[6]) (57)
• Kiểm tra điều kiện:
- Điều kiện 1:
1.0
)(
<
−
t
a
D
CS
(5.10-[6]) (58)
- Điều kiện 2: áp suất tính tốn cho phép bên trong thiết bị:
[ ]

[ ]
( )
)(
...2
at
ah
CSD
CS
P
−+
−
=
ϕσ
>P (N/mm
2
) (5.11-[6]) (59)
Nếu cả hai điều kiện trên không thoả thì ta tăng bề dày lên rồi kiểm tra lại.
2.3.2.2.Thân làm việc điều kiện áp suất ngồi
• Thông số làm việc:
- P=P
tt
= P
a
+ P
CK
=P
a
+( P
a
–P

mt
) (60)
-t
tt
= t
mt
+20 (61)
- [σ
c
] = n
c
.[σ]
*
(62)
Với n
c
= 1.65 (Bảng 1.7- [6])
• Tính ổn định:
Ta có:
4.0
'
***18.1'









=
t
t
t
D
l
E
P
DS
(5.1-[6]) (63)
Vơi l’= H (thân dùng mối ghép bích)
• Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung của áp suất ngồi
- Điều kiện 1:

t
a
D
CS ).(2
5.1
−
).(2
'
a
t
t
CS
D
D
l
−

≤≤
(5.15-[6]) (64)
- Điều kiện 2:
3
).(2
..3.0
'






−
≥
t
a
ct
D
CS
E
D
l
σ
(5.16-[6]) (65)
SVTH : Trang 24
Đồ án môn học : Quá trình và Thiết bị GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
- Điều kiện 3: áp suất tính tốn cho phép bên trong thiết bị:

[ ]

t
a
t
at
n
D
CS
D
CS
l
D
EP
−








−
=
2
.
'
..649.0
(5.19-[6]) (66)
• Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung của lực nén chiều trục:
 Xác định lực nén chiều trục:

n
t
ct
P
SD
P .
4
)2(
2
+
=
π
([6]) (67)
 k
c
: phụ thuộc vào
)(2
a
CS
D
−
∈ [25,250]

c
t
c
c
k
E

K ..875
σ
=
(5.34-[6]) (68)
Với k
c
tra bảng T
140
-[6]
 Kiểm tra độ ổn định của thân:
t
c
ct
a
EK
P
CS
π
≥−
(5.32-[6]) (69)
• Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung đồng thời của lực nén chiều trục và
áp suất ngồi: Bỏ qua ứng suất uốn
 Xác định ứng suất nén chiều trục :
))((
at
ct
n
CSSD
P
−+

=
π
σ
(T
149
-[6]) (70)
 Xác định ứng suất nén chiều trục cho phép :
t
a
t
cn
D
CS
EK
−
=
][
σ
(5.40-[6]) (71)
 kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời:
[ ] [ ]
1≤+
n
n
n
n
P
P
σ
σ

hoặc >1 tuy nhiên không quá 5%. (5.45-[6]) (72)
Nếu các điều kiện trên không thoả thì ta tăng bề dày lên rồi kiểm tra lại
SVTH : Trang 25