Công nghệ cô đặc Nacl

Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
MỤC LỤC
Lời nói đầu 2
Chương I: Giới thiệu tổng quan
I.Nhiệm vụ của đồ án 3
II.Tính chất nguyên liệu và sản phẩm 3
III.Cô đặc 4
IV.Quy trình công nghệ 5
Chương II : Thiết kế thiết bò chính
A.Cân bằng vật chất và năng lượng 8
I. Cân bằng vật chất 8
II. Cân bằng năng lượng 9
B. Tính thiết kế thiết bò chính
I.Hệ số truyền nhiệt 14
II.Bề mặt truyền nhiệt và thời gian cô đặc 21
III.Buồng đốt và đáy 23
IV. Buồng bốc và nắp 24
C. Tính cơ khí cho thiết bò chính 27
I.Buồng đốt 27
II.Buồng bốc 28
III.Đáy 30
IV.Nắp 32
V. Tính cách nhiệt cho thân 32
VI.Mối ghép bích 33
VII.Vỉ ống 34
VIII.Khối lượng và tai treo 35
IX.Các ống dẫn ,cửa 37
Chương III :Tính chi tiết thiết bò phụ
I.Thiết bò ngưng tụ Baromet 39
II.Bơm 44
Chương IV : Tính giá thành thiết bò 49

Kết luận 51
Tài liệu tham khảo 52
trang 1
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
Lời nói đầu
Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh
hưởng đến nhiều ngành khác. Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá
nhiều là Natri Clorua (NaCl) do khả năng sử dụng rộng rãi của nó.NaCl tinh khiết được
sử dụng nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn ,hay sử dụng nhiều trong ngành y tế
dưới dạng dòch truyền.đ
Nhiệm vu cụ thể của đồ án môn học là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián
đoạn NaCl từ 10% lên 27% ,năng suất 1200kg /mẻ ,sử dụng ống chùm.
Đồ án gồm 4 chương :
• Chương I:Giới thiệu tổng quan
• Chương II :Thiết kế thiết bò chính
• Chương III :Thiết kế các chi tiết phụ
• Chương IV: Tính toán giá thành thiết bò
Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hội tốt cho sinh viên ôn lại toàn bộ các
kiến thức đã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngoài ra đây còn là dòp mà sinh
viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết
của một thiết bò với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế.
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn
Nghệ , và các thầy cô bộ môn Máy và Thiết Bò khoa Công nghệ Hóa học và Dầu khí
trường Đại học Bách khoa thành phố Hố Chí Minh. Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần
Văn Nghệ và các thầy cô khác cũng như các bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện đồ án.
trang 2
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
CHƯƠNG I . GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
I. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN

Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián
đoạn dung dòch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 27%, năng suất 1200kg/mẻ, sử dụng
ống chùm.
II. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM:
1 .Nguyên liệu :
- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion
- Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày
- Khối lượng riêng dd 10% là 1073 (kg/m
3
)
- Độ nhớt là 1,07 *10
-3
(Ns/m
2
) ở 20
0
C (dung dòch 10%).
- Độ hòa tan ở 60
o
C là 27,1% ,ở 20
o
C là 26,3%
- Nguyên liệu đem đi cô đặc là dd NaCl 10% với dung môi là nước .
2. Sản Phẩm:
• Khi kết thúc quá trình cô đặc ,dung dòch ở nhiệt độ từ 75-80
o
C ,khi đó độ hòa tan
của dung dòch khoảng 27,5% .Nhưng độ hòa tan cuả dung dòch ở nhiệt độ thường chừng
26,3%.Vì vậy ,quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dòch bão hòa ,và khi làm nguội
thì sẽ có NaCl tinh thể kết tinh .Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl

2
hay CaCl
2

lại tan ở nhiệt độ thường ,vì vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dòch
muối bão hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ. Muối tinh
khiết thường được sử dụng trong thực phẩm và y tế.
3.Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không
ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dòch tăng dẫn đến tính chất dung
dòch thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền
nhiệt.
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do
nồng độ, nhiệt độ sôi.
Yêu cầu chất lượng sản phẩm :
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
trang 3
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.
III. CÔ ĐẶC:
1. Đònh nghóa
Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong
dung dòch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay
hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng
phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dòch bằng cách
tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi.
2. Các phương pháp cô đặc:
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi

dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt
thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra
dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất
tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết
tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.
3. Phân loại và ứng dụng
a. Theo cấu tạo
• Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dòch khá
loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dòch dễ dàng qua bề mặt
truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong
hoặc ngoài.
- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).
• Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dòch từ 1,5 - 3,5
m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung
dòch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
trang 4
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
• Nhóm 3: dung dòch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm
biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dòch thực phẩm như dung dòch nước
trái cây,hoa quả ép…Gồm:
- Màng dung dòch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dòch sôi tạo bọt
khó vỡ.
- Màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dòch sôi ít tạo bọt
và bọt dễ vỡ.
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bò hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng

cô đặc dung dòch liên tục để giữ mức dung dòch cố đònh để đạt năng suất cực đại và thời
gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dòch đạt được là không cao.
Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có nhiệt độ sôi dưới 100
o
C, áp suất chân
không. Dung dòch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ
làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai
phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả
kinh tế.
Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự
động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn
• Ưu điểm
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn đònh lưu lượng.
- Thao tác dễ dàng.
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dòch.
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
• Nhược điểm
- Quá trình không ổn đònh, tính chất hóa lý của dung dòch thay đổi liên tục theo
nồng độ, thời gian.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bò.
IV. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at.
trang 5
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ

- Sau đó bơm dung dòch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc
bằng bơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút đến khi nhập đủ 3240
kg thì ngừng.
- Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất 3
at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dòch. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt
(ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dòch chảy
trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống. Dung dòch trong ống sẽ sôi và tuần
hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt
nên dung dòch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng
riêng dung dòch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dòch trong ống
truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dòch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt).
Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc
và thiết bò tách giọt. Hơi thứ được dẫn qua thiết bò ngưng tụ baromet và được ngưng tụ
bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần không
ngưng sẽ được dẫn qua thiết bò tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân
không hút ra ngoài. Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy
hơi rồi được xả ra ngoài.
- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính: 121,3
phút) thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van
tháo liệu.
2. Các thiết bò được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm
Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không.
+ Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng
dòng. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy.
Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dòch NaCl từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô
đặc.
+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc.
b Thiết bò cô đặc
Đây là thiết bò chính trong quy trình công nghệ. Thiết bò gồm đáy, nắp, buồng bốc

và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần
hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn.
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dòch, buồng bốc là để tách hỗn hợp
lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ. Ống tuần
hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bò.
c Thiết bò ngưng tụ
trang 6
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
Thiết bò ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bò ngưng tụ
trực tiếp (thiết bò ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng
thiết bò. Thiết bò thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ
cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần máy bơm.
d Thiết bò tách lỏng
Thiết bò tách lỏng được đặt sau thiết bò ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử
bay hơi còn sót lại, chưa kòp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.
e Các thiết bò phụ trợ khác
- Bẫy hơi
- Các thiết bò đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
trang 7
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
A. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Các số liệu ban đầu:
• Dung dòch NaCl có:
- Nhiệt độ đầu 25
o
C, nồng độ đầu 10%.
- Nồng độ cuối 27%.
• Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 3at.

• p suất ngưng tụ: P
ck
= 0,7 at.
Cô đặc gián đoạn với năng suất 1200 kg/mẻ
1. Khối lượng riêng của dung dòch theo nồng độ
Nồng độ, %
10 15 20 27
Khối lượng riêng, kg/m
3
1073 1110 1150 1205
2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn
G
đ
= G
c
+ W
G
đ
.x
đ
= G
c
.x
c
Trong đó
G
đ
, G
c
: lượng dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn (kg)

W : lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn (kg)
x
đ
, x
c
: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn
G
đ
.x
đ
, G
c
.x
c
: khối lượng NaCl trong dung dòch (kg)
• Khối lượng dd đầu :
G
đ
= 1200 *0,27 /0,1 = 3240 (kg)

a Giai đoạn 10% đến 15%
G
đ
= 3240 (kg)
x
đ
= 0,1 ; x
c
= 0,15
• Lượng sản phẩm ( là dung dòch NaCl 15% ):

G
c
= G
đ
.
2160
15,0
1,0
*3240
==
c
đ
x
x
(kg)
• Lượng hơi thứ:
W = G
đ
- G
c
= 3240 – 2160 = 1080 (kg)
b Giai đoạn 15% đến 20%
G
đ
= 2160(kg) ; x
đ
= 0,15 ; x
c
= 0,2
⇒

G
c
=
1620
2,0
15,0
*2160.
==
c
đ
đ
x
x
G
(kg)
trang 8
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
W = G
đ
– G
c
= 2160 – 1620 = 540 (kg)
c Giai đoạn 20% đến 27%
G
đ
= 1620 (kg) ; x
đ
= 0,2 ; x
c
= 0,27

1200
27,0
2,0
*1620.
===⇒
c
đ
đc
x
x
GG
(kg)
W = 1620 – 1200 = 420 (kg)
• Tổng lượng hơi thứ bốc hơi
W
t
= 1080+540+420 = 2040 (kg)
• Ta có bảng tóm tắt kết quả cân bằng vật chất
Nồng độ dung dòch, %
10 15 20 27
Thể tích dung dòch trong nồi, m
3
3,02 1,946 1,4 1
Khối lượng dung dòch, kg
3240 2160 1620 1200
Lượng hơi thứ đã bốc hơi, kg
0 1080 1620 2040
Khối lượng riêng dung dòch, kg/m
3
1073 1110 1150 1205

II. CÂN BẰNG NĂNG LƯNG
p suất làm việc trong buồng bốc thiết bò cô đặc P
1
= 0,3 at.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t
1
= 68,7
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] ).
Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dòch
)P(sdm
1
t
=
68,7
o
C
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bò ngưng tụ
K1
'''
=∆
.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bò ngưng tụ : t
0
= 68,7 - 1 = 67,7
o
C.
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dòch

a Xác đònh tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dòch NaCl theo nồng độ ở
áp suất P
1
= 0,3 at (
'
∆
) :
Theo tài liệu [3] trang 149:

'
∆
=
o
'
∆
*f
Với f tra ở tài liệu [3] trang 147 :
Với
)P(sdm
1
t
= 68,7
o
C ,f = 0,81
Nồng độ dung dòch, %
10 15 20 27
Tổn thất
o
'
∆

,
o
C
1,9 3,25 4,85 8
Tổn thất
'
∆
,
o
C
1,54 2,63 3,9 6,48
trang 9
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
Nhiệt độ sôi dd ,
o
C
70,2 71,3 72,6 75,2
b Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tónh
''
∆
. Nhiệt độ sôi dung dòch ở áp suất trung
bình
Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]
)P(sdm)P(sdm)P(sdd)P(sdd
''
1tb1tb
tttt
−=−=∆
Với: P
tb

= P
1
+ 0,5
hh
ρ
.g.H
op
= P
1
+
∆
P
•
∆
P = 0,5
hh
ρ
.g.H
op

•
ddhh
2
1
ρρ
=

Trong đó
dd
ρ

: Khối lượng riêng dung dòch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ
)PP(sdd
1
t
∆+
• H
op
: Chiều cao lớp chất lỏng sôi
Trong thiết bò tuần hoàn tự nhiên
H
op
=
( )
[ ]
odmdd
H.0014,026,0
ρρ
−+
Với H
o :
Chiều cao ống truyền nhiệt

dm
ρ
: Khối lượng riêng dung môi ở t
sdm

* Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H
o
= 1,5m

 Tính cho trường hợp dung dòch NaCl 10 %
Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số
dmdd
ρρ
−
thay đổi không đáng kể nên :
)/(999
3
mkg
dm
=
ρ
)/(1073
3
%)25(
mkg
dd
=
ρ
[ ]
5454,05.1*)9991073(*0014.026.0
=−+=⇒
op
H
(m)
⇒
atmNHgP
ophh
015,0/24,14355454,0*81,9*1073*
2

1
*5,0***5,0
2
====∆
ρ
atPPP
tb
315,0015,03,0
1
=+=∆+=⇒
Nhiệt độ sôi của H
2
O ở 0,315 at là 69,7
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tónh
17,687,69
)()(
''
1
=−=−=∆
PsdmPsdm
tt
tb
o
C
⇒
nhiệt độ sôi dung dòch NaCl 10 % ở áp suất P
1
+

P
∆
2,7112,70
)(
1
=+=
∆+
PPsdd
t
o
C
 Tính tương tự ta được
Nồng độ dung dòch, %
10 15 20 27
''
∆
,
o
C
1 1,14 1,34 1,7
)2(
1
PPsdd
t
∆+
72,2 73,6 75,3 78,6
trang 10
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
2. Cân bằng năng lượng cho các giai đoạn
Tính theo công thức 2.4 trang 104 Tài liệu [4]:

* Phương trình cân bằng nhiệt
cđtwcccđđđD
QQcDiWtcGtcGiDcD
±+++=+−+
θϕθϕ
......).1.(...
''
.
''
Với
D : lượng hơi đốt sử dụng (kg)

%5
=
ϕ
: tỉ lệ nước ngưng bò cuốn theo

θ
: nhiệt độ nước ngưng (
o
C)
C : nhiệt dung riêng nước ngưng ở
C
o
θ
(J/kg độ)
c
đ
, c
c

: nhiệt dung riêng dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn (J/kg độ)
t
đ
, t
c
: nhiệt độ dung dòch đầu và cuối mỗi giai đoạn (
o
C)

''
D
i
: entanpi của hơi đốt (J/kg)

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

θ
.ci
''
D
−
) = D.(1-
ϕ
).r =G
đ
(c
c
t
c
- c
đ
t
đ
) +W (iw
’’
- c
c
t
c
)
±
Q
cd
r =
θ
.ci

''
D
−
: nhiệt hóa hơi của nước ở áp P
Đ
* Nhiệt dung riêng của dung dòch
Tính theo công thức 2.11 trang 106 Tài liệu [4]
c
dd
= 4190.(1-x) + c
1
.x
Trong đó
x: nồng độ dung dòch
c
1
: nhiệt dung riêng NaCl khan (J/kg độ)
Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4]
c
1
=
89,88
5,58
10*2610*26
33
=
+
(J/kg độ)
Vậy nhiệt dung riêng dung dòch theo nồng độ
Nồng độ dung dòch. %

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

t
D
=132,9
o
C
* Nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 at
r = 2171*10
3
J/kg độ (Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
* Entanpi của hơi thứ ở 73,05
o
C
trang 11
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
''
w
i
=2620*10
3
J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
* Tổn thất nhiệt Q
t

= 0,05*Q
D
* Xem nhiệt cô đặc là không đáng kể
a Giai đoạn đưa dung dòch 10% từ 25
o
C đến 72,2
o
C
G
đ
= G
c
= 3240 (kg)
c
đ
= c
c
=3771 (J/kg độ)
t
đ
= 25
o
C ; t
c
=72,2
o
C ; W = 0 kg
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình:
Q
1

=3240*3771*(72,2-25) =5,77*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất ):
Q
D1
=
8
1
10*07,6
95,0
=
Q
(J)
Lượng hơi đốt sử dụng:
D
1
=
3,294
10*2171*)05,01(
10*07,6
3
8
=
−
(kg)
b Giai đoạn đưa dung dòch từ 10% đến 15%:
G
đ
= 3240 (kg) ; c

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

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

=
8
8
2
10*46,26
95,0
10*14,25
95,0
==
Q
(J)
Lượng hơi đốt sử dụng
D
2
=
1283
10*2171*)05,01(
10*46,26
3
8
=
−
(kg)
c Giai đoạn đưa dung dòch từ 15% đến 20%:
G
đ
= 2160 (kg) ; c
đ
= 3562 (J/kg độ) ; t
đ

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

Q
3
= 12,6*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ):
trang 12
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
Q
D3
=

8
8
10*26,13
95,0
10*6,12
=
(J)
Lượng hơi đốt sử dụng
D
3
=
643
10*2171*)05,01(
10*26,13
3
8
=
−
(kg)
d Giai đoạn đưa dung dòch từ 20% đến 27%:
G
đ
= 1620 (kg) ; c
đ
= 3370 (J/kg độ ); t
đ
= 75,3(
o
C)
G

c
= 1200 (kg) ; c
c
= 3082,7 (J/kg độ ); t
c
= 78,6 (
o
C)
W = 420 (kg)
Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình
Q
4
= 1200*3082,7*78,6 – 1620*3370*75,3 + 420*2620*10
3
Q
4
= 9,8*10
8
(J)
Nhiệt lượng cần cung cấp ( kể cả tổn thất nhiệt ):
Q
D4
=
8
8
10*32,10
95,0
10*8,9
=
(J)

Lượng hơi đốt sử dụng:
D
4
=
500
10*2171*)05,01(
10*32,10
3
8
=
−
(kg)
* Tổng nhiệt lượng:
Q
D
= 6,07*10
8
+ 26,46*10
8
+ 13,26*10
8
+ 9,8*10
8
=56,11*10
8
(J)
* Tổng lượng hơi đốt:
D = 294,3 + 1283 + 643 + 500 =2720,3 (kg)
* Lượng hơi đốt riêng:
D

riêng
=
33,1
2040
3,2720
==
W
D
(kg/kg hơi thứ)
* Tóm tắt cân bằng năng lượng:
Nồng độ dung dòch. %
10(25
o
C) 10(72,2
o
C) 15 20 27
Nhiệt lượng hữu ích, J*10
-8
0 5,77 30,9 43,5 53,3
Tổng nhiệt lượng cung cấp, J*10
-8
6,07 32,53 45,79 56,11
Lượng hơi đốt sử dụng, kg
294,3 1577,3 2220,0 2720,3
B. TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
I. HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT
1. Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi
1.1 Các kí hiệu và công thức
1
α

: hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m
2
K)
trang 13
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
2
α
: hệ số cấp nhiệt phía dung dòch sôi( W/m
2
K)
q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m
2
)
q
2
: nhiệt tải riêng phía dung dòch sôi(W/m
2
)
q
v
: nhệt tải riêng phía vách ống truyền nhiệt (W/m
2
)
1
v
t
: nhiệt độ trung bình vách ngoài ống (
o

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

ddv2
ttt
2
−=∆
21
vvv

ttt
−=∆
( )
1
vDm
tt
2
1
t
+=
: nhiệt độ màng nước ngưng (
o
C)
1.1.1 Phía hơi ngưng:
111
t.q
∆=
α
(1)
Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2]
4
1
1
H*t
r
*A*04.2
∆
=
α
(2)

Với A=
25,0
32
*








µ
λρ
phụ thuộc vào nhiệt độ màng t
m
t
m
,
o
C
40 60 80 100 120 140 160 180 200
A
139 155 169 179 188 194 197 199 199
ρ
: khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ t
m
(kg/m
3
)

λ
: hệ số cấp nhiệt của nước ở nhiệt độ t
m
(W/mK)
µ
:độ nhớt của nước ở nhiệt độ t
m
(Pas)
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ t
D
r = 2171*10
3
(J/kg)
H = 1,5 m: chiều cao ống truyền nhiệt
1.1.2 Phía dung dòch
q
2
=
22
t.
∆
α
(3)
Theo công thức VI.27 trang 71 Tài liệu [2]
435,0
2565,0
2
***

























=
dd
n
n
dd
n
dd
n

dd
n
c
c
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
αα
(4)
Trong đó
trang 14
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
nnnn
,c,,
µρλ
: hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m
3
), nhiệt dung riêng
(J/kg độ), độ nhớt (Pas) của nước
dddddddd
,c,,
µρλ
: các thông số của dung dòch theo nồng độ
n
α
: hệ số cấp nhiệt tương ứng của nước (W/m
2

K)
15,07,0
**56,0 pq
n
=
α
(5), (công thức V.90 trang 26 Tài liệu [2])
Với q : nhiệt tải riêng (W/m
2
)
p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m
2
)
p = p
1
= 0,3 at = 29430 (N/m
2
)
* Các thông số của nước ( Bảng I.249 trang 311 Tài liệu [2] ):
t
sdm
= 68,7 (
o
C)
=
n
ρ
978,5 (kg/m
3
)

c
n
= 4186 (J/kg độ)
n
µ
= 0,4*10
-3
(Ns/m
2
)
n
λ
= 66,7*10
-2
(W/mK)
* Các thông số của dung dòch:
•
dd
µ
tra ở bảng I.107 trang 101 Tài liệu [1] ( ở 40
o
C )
•
dd
λ
tính theo công thức I.32 trang 123 Tài liệu [1]
3
dd
dd
dddd

8
M
**c*10*58.3
ρ
ρλ
−
=
, W/mK
M
dd
=
18
1
5,58
1
xx
−
+
Với x : nồng độ dung dòch
• c
dd
và
dd
ρ
xác đònh theo nồng đo
Nồng độ dung dòch, %
10 15 20 27
t
sdd
,

o
C
72,2 73,6 75,3 78,6
dd
ρ
, kg/m
3
1073 1110 1150 1205
c
dd
, J/kg độ
3771 3562 3370 3082,7
dd
µ
, Ns/m
2
0,71*10
-3
0,78*10
-3
0,89*10
-3
1,08*10
-3
M
dd
19,34 20,09 20,9 22,14
dd
λ
, W/mK

0,55 0,54 0,528 0,504
1.1.3 Phía vách ống truyền nhiệt
Theo thí dụ 19 trang 148 Tài liệu [4]
trang 15
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
∑
∆
=
v
v
v
r
t
q
(6)
⇒
v
t
∆
=
∑
vv
rq *
Trong đó:
∑
++=
2v
v
1
v

r
1
rr
1
r
δ
Lấy
3
1
10*464,0
1
−
=
r
, (W/mK)
-1
: nhiệt trở của nước thường
3
2
10*389,0
1
−
=
r
(W/mK )
-1
: nhiệt trở cuả cáu bẩn
2
v
=

δ
mm: bề dày ống truyền nhiệt
=
v
λ
17,5 W/mK: hệ số dẫn nhiệt qua vách
3
3
3
10*389,0
5.17
10*2
10*464,0
−
−
−
∑
++=⇒
v
r
=9,653*10
-4
, (W/mK)
-1
1.1.4 Hệ số truyền nhiệt K
∑
++
=
2
v

1
1
r
1
1
K
α
α
, W/m
2
K
Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp
như sau
1 Chọn
1
v
t
(< t
D
)
1
t
∆⇒
2 Tính
1
α
theo công thức (2)
3 Tính q
1
theo công thức (1)

4 Tính
v
t
∆
theo công thức (6) với q
v
= q
1
2v
t,t
2
∆⇒
5 Tính
n
α
theo công thức (5) với q = q
1
6 Tính
2
α
theo công thức (4)
7 Tính q
2
theo công thức (3)
8 Tính q
tb
=
( )
21
qq.

2
1
+
9 Xác đònh sai số ss =
1
tb1
q
qq
−
Nếu ss > 5% thì chọn lại
1
v
t
và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ
10 Tính K theo công thức (7)
1.2 Tính K cho các giai đoạn
a. Tímh ở nồng độ 10% :
Chọn
•
Ktt
v
9,4128
1
1
=∆⇒=
• Tính
1
α
:
trang 16

Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
( )
19145,1301289,132*
2
1
=⇒=+=
ACt
o
m
57,9083
5,1*9,4
10*2171
*191*204
*
**04,2
4
3
4
1
1
==
∆
=⇒
Ht
r
A
α
(W/m
2
K)

•
)/(5,445099,4*57,9083*
2
111
mWtq
==∆=
α
•
)(97,4210*653,9*5,44509*
4
1
Crqt
o
vv
===∆
−
∑
)(859,42128
2
Ct
o
v
=−=⇒
)(8,122,7285
2
Ct
o
=−=∆⇒
•
525,470316*29430*5,44509*56,0**56,0

15,07,015,07,0
1
===
pq
n
α
(W/m
2
K)
435,0
3
3
2565,0
2
10*71,0
10*4,0
*
4186
3771
*
5,978
1073
667,0
55,0
*525,4703





















=
−
−
α
)/(56,3402
2
2
KmW
=
α
•
76,435528,12*56,3402*
222
==∆=
tq

α
(W/m
2
)
•
( ) ( )
)/(4403176,435525,44509
2
1
2
1
2
21
mWqqq
tb
=+=+=
=
−
=
1
tb1
q
qq
ss
%101,0
5,44509
13,440315,44509
==
−
(thỏa)

Vậy
Ct
o
v
128
1
=

K =
)/(730
56,3402
1
10*653,9
57,9083
1
1
2
4
KmW
=
++
−
b. Tính ở nồng độ 15%:
Tính tương tự
Ct
o
v
3,128
1
=

K =
)/(718
75,3141
1
10*653,9
18,9228
1
1
2
4
KmW
=
++
−
c. Tính ở nồng độ 20%:
Tímh tương tự
5,128
1
=
v
t
(
o
C)
K =
)/(42,704
75,2880
1
10*653,9
3,9331

1
1
2
4
KmW
=
++
−
d. Tính ở nồng độ 27%:
Tính tương tự
Ct
o
v
129
1
=
K =
)/(675
78,2425
1
10*653,9
99,9616
1
1
2
4
KmW
=
++
−

o Bảng tóm tắt
trang 17
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
Nồng độ dung dòch,% 10 15 20 27
t
sdd
,
o
C 72,2 73,6 75,3 78,6
q
1
, W/m
2
44509,5 42449,63 41057,72 37506,29
q
2
,W/m
2
43552,76 43115,41 39083,09 34434,39
q
tb
, W/m
2
44031,13 42782,52 40070,4 35970,34
1
α
,W/m
2
K 9083,57 9228,18 9331,3 9616,99
2

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

q
2
,

q

v
,
1
v
t
,
2
v
t
, t
D
, t
dd
,
v21
t,t,t
∆∆∆
, t
m
như mục 1.1
2.1.1 Phía hơi ngưng:
111
t.q
∆=
α
4
1
1
*
**04,2

Ht
r
A
∆
=
α
A xác đònh theo t
m
r = 2171*10
3
J/kg
H = 1,5 m
2.1.2 Phía vách:
∑
∆
=
v
v
v
r
t
q
∑
−−
=
124
)/(10*653,9 KmWr
v
2.1.3 Phía dung dòch:
222

* tq
∆=
α
l
Nu
l
Nu
dd
dd
λ
α
λ
α
*
*
2
2
=⇒=
Trong đó
( )
n
GrCNu Pr*
=
dd
dddd
c
λ
µ
*
Pr

=
2
2
3
****
dd
dddd
gtl
Gr
µ
βρ
∆
=
* C và n phụ thuộc vào Pr và Gr như sau
 Gr*Pr
3
10
−
≤
thì Nu = 0.5
 Gr*Pr
50010
3
→=
−
thì
( )
125,0
Pr.18,1 GrNu
=

trang 18
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ

7
10*2500Pr* →=Gr
thì
( )
25,0
Pr.54,0 GrNu
=
 Gr*Pr
7
10*2
>
thì
( )
33,0
Pr.135,0 GrNu
=
* l : chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1,5 m
*
dddddddddd
c,,,,
µλβρ
: khối lượng riêng ( kg/m
3
), hệ số dãn nở thể tích ( K
-1
), hệ số
dẫn nhiệt ( W/mK ), độ nhớt ( Pa.s ), nhiệt dung riêng ( J/kg độ ) của dung dòch NaCl lấy

ở nhiệt độ màng






+=
2
v
dd
_
m
tt
2
1
t
Với
)(6,48)252,72(
2
1
_
Ct
o
dd
=+=
)/(1073
3
mkg
dd

=
ρ
c
dd
= 3771 (J/kg độ)
3
10*78,0
−
=
dd
µ
(Ns/m
2
)
mK/W577.0
dd
=
λ
β
của dung dòch NaCl 25%
T
o
,
o
C
0 20 40 60 80 100 120
3
10.
−
β

0,425 0,455 0,48 0,505 0,535 0,57 0,605
2.1.4 Hệ số truyền nhiệt :
∑
++
=
2
v
1
1
r
1
1
K
αα
, W/m
2
K
* Trình tự tính lặp
(1). Chọn
1v
tt
1
∆⇒
(2). Tính
1
α
(3). Tính q
1
(4). Tính
2v1

ttt
2
∆⇒⇒∆
(5). Tính Nu
2
2
α
⇒
(6). Tính q
2
(7). Tính q
tb
=
( )
21
qq2
1
+
(8). Tính ss =
q
qq
tb1
−
, tính cho đến sai số nhỏ (và phải nhỏ hơn 5% )
2.2 Thực hiện tính lặp
(1). Chọn
Ct
o
v
5,124

1
=
4,85,1249,132
1
=−=∆⇒
t
(
o
C)
trang 19
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
t
m
=
( )
C
o
7,1285,1249,132
2
1
=+
13.190A
=⇒
(2).
)/(83,7921
5,1*4,8
10*2171
13,190*04,2
2
4

3
1
KmW
==
α
(3).
)/(35,665434,8*83,7921
2
111
mWtq
==∆=
α
(4).
∑
===∆
−
23,6410*653,9*35,66543.
4
1 vv
rqt
(
o
C)
)(27,6023,645,124
2
Ct
o
v
=−=⇒
67,116,4827,60

2
=−=∆⇒
t
(
o
C)
(5). Tính
2
α
:
868,4
55,0
10*78,0*3771
.
Pr
3
===
−
dd
dddd
c
λ
µ
( )
3'
10*49,0435,546,4827,60
2
1
−
=⇒=+=

β
Ct
o
m
(K
-1
)
( )
14
2
3
23
10*583,3
10*78,0
81,9*67,11*49,0*1073*5,1
==⇒
−
Gr
ta thấy Gr*Pr > 2.10
7
14456)(Pr**135,0
33,0
==⇒
GrNu
5300
*
2
==⇒
l
Nu

dd
λ
α
(W/m
2
K)
(6).
)/(61851*
2
222
mWtq
=∆=
α
(7). q
tb
= 64197,25(W/m
2
)
(8). ss=0.035=3,5% (thoả)
Vậy hệ số truyền nhiệt giai đoạn này
)/(781
5300
1
10*653,9
83,7921
1
1
2
4
KmWK

=
++
=
−
II. BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
Phương trình truyền nhiệt cho khoảng thời gian nhỏ dT
dQ= K*F(T-t)*dT
Giả sử đến cuối quá trình dung dòch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
F
⇒
không
đổi, T không đổi
d.F
⇒
T=
( )
tTK
dQ
−
Lấy tích phân ta được
F.T
2
=
( )
∫
−
Q
0
tTK
dQ

(1)
trang 20
8
10.Q
−
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
T
2
: thời gian cô đặc ( không kể thời gian gia nhiệt cho dung dòch đầu đến
83.48
o
C ), s
Q : nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình này, J
* Ta tính tích phân (1) bằng đồ thò. Cần xác đònh Q,
( )
tTK
1
−
ở từng thời điểm.
Nồng độ dung dòch, % 10 15 20 27
Q*10
-8
, J 0 26,46 39,72 50,04
t(t
sdd
),
o
C
72,2 73,6 75,3 78,6
K, W/m

2
K
730 718 704 675
T-t 60,7 59,3 57,6 54,3
5
10*
)tT.(K
1
−
2,257 2,349 2,466 2,728
Vẽ đồ thò có : trục hoành : Q*10
-8
(x)
: trục tung :
( )
tT.K
1
−
*10
5
(y)
Từ việc tính tích phân đồ thò ta có
• Giai đoạn 1 ( 10%
→
15% ) : S
1
= F. T
1
= 60937 (m
2

s)
• Giai đoạn 2 ( 15%
→
20% ) : S
2
= F. T
2
= 31923(m
2
s)
• Giai đoạn 3 ( 20%
→
27% ) : S
3
= F. T
3
= 26801 (m
2
s)
• Tổng quá trình cô đặc từ 10% đến 27%
S = F. T = 119661 (m
2
s)
trang 21
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
*Chọn thời gian cô đặc là 80 phút
⇒
Bề mặt trao đổi nhiệt là
F = 119661 / 4800 = 24,9 (m
2

) .
Chọn F=25 (m
2
)

⇒
Thời gian của các giai đoạn
 Giai đoạn 1 : T
1
= 60937 / 25 = 2438 s
 Giai đoạn 2 : T
2
= 31923/ 25 = 1277 s
 Giai đoạn 3 : T
3
= 26801 / 25 = 1072 s
* Thời gian gia nhiệt ban đầu
.F.t.KQ
∆=
T


T =
F.t.K
Q
∆
Với Q : nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt, J
K : hệ số truyền nhiệt cho quá trình gia nhiệt, W/m
2
K

t
∆
: chênh lệch nhiệt độ, K
( ) ( )
Kt 89,74
48,839,132
259,132
ln
48,839,132259,132
=
−
−
−−−
=∆
⇒
T

=
32,6379
25*82*781
10*07,6
8
≈=
s
(phút)
* Chọn thời gian nhập liệu 20 phút
Thời gian tháo sản phẩm 15 phút
* Tồng thời gian cô đặc 1 mẻ là
T
t

= 20 + 6,3 + 80 + 15 = 121,3( phút)
III. BUỒNG ĐỐT VÀ ĐÁY:
Diện tích bề mặt truyền nhiệt : F = 32 (m
2
) (lấy dư 20% để an toàn )
Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 1,5m
Chọn ống truyền nhiệt có đường kính : d
ng
= 38mm
: d
tr
= 34 mm
⇒
Số ống cần :
HdnF
tr
π
=
200
5,1*034,0*
32
===⇒
ππ
Hd
F
n
tr
(ống)
• Chọn bước ống t = (1.2
5.1

→
).d
ng
Chọn t = 56 mm
• Chọn ống tuần hoàn
trang 22
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
 Đường kính ống tuần hoàn
Chọn d
tr (th)
= 315 mm
d
ng(th)
= 325 mm
Số ống truyền nhiệt bò chiếm chỗ
Gọi m : là số ống nằm trên đường chéo ống tuần hoàn

⇒
m=( d
ng(th)
- d
ng
)/t +1 =
1,41
56
38*4325
=+
−
Chọn m=7
⇒

có 5 ống trên đường chéo ống tuần hoàn
⇒
a=(m +1)/2 = 4 ( công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48 )
Tổng số ống bò chiếm chỗ
371)14(*4*31)1.(3
'
=+−=+−=
aan
(công thức V.139 Tài liệu [2] trang 48)
• Xếp ống theo hình lục giác đều ( theo Tài liệu [2] trang 48 )
 Số hình lục giác đều : 9 hình
 Số ống trên đường chéo : 19 ống
⇒
Tổng số ống : 271 ống
Số ống truyền nhiệt còn lại
23437271
=−=
n
(ống)
Như vậy ta có thể chọn số ống an toàn là 234 ống .
• Đường kính trong buồng đốt
D
t
= t.(b-1) + 4.d
ng
= 56*(19-1) + 4*38 =1160 (mm)
Với b = 19 , số ống trên đøng chéo lục giác
Chọn đường kính buồng đốt D
t (bđ)
= 1200 (mm)

• Đáy :
Chọn đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60
o
Tra bảng XIII.21 trang 394 Tài liệu [2]
Chiều cao gờ h
gờ
= 50 mm
Chiều cao phần nón h
n
= 1087 (mm)
Bề mặt trong :F
t
= 2,608( m
2
)
Thể tích đáy nón V
đáy
= 0,532 (m
3
)
Thể tích truyền nhiệt và ống tuần hoàn
V
ô
=
436,015*
4
315,0
*5,1*
4
034,0*

*234
22
=+
π
π
(m
3
)
Cuối quá trình cô đặc V
dd
= 1 > 0,532 +0,436
⇒
dung dòch vẫn ngập hết bề mặt truyền nhiệt
trang 23
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
IV. BUỒNG BỐC VÀ NẮP
1. Đường kính
 Lưu lượng hơi thứ
Ta tính lưu lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu ( do lượng hơi thứ trong giai đoạn này là
lớn nhất )
1hơi
WV
=
/(
1
ρ
* T
1
) ( m
3

/s)
Trong đó
W
1
: lượng hơi thứ trong giai đầu (kg)
W
1
= 1080 (kg)
1
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ ở áp suất P
1
= 0,3 at
1
ρ
= 0,1876 (kg/m
3
) ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )
T
1
: thời gian gia nhiệt giai đoạn đầu ( từ 10% đến 15% )
T
1
= 2438 s
361,2
2438*1876,0
1080
==⇒
hơi
V

(m
3
/s)
 Vận tốc hơi:
2
)(
2
)(
2
)(
0065,3
.
361,2*4
4
bbtrbbtrbbtr
h
hơi
DDD
V
===
π
π
ω
 Vận tốc lắng:
Xác đònh theo công thức 5.14 trang 157 Tài liệu [3]
( )
h
lhl
o
dg

ξρ
ρρ
ω
3
4
−
=
Trong đó
l
ρ
: khối lượng riêng giọt lỏng (kg/m
3
)
h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ,
h
ρ
= 0,1876 (kg/m
3
)
d
l
: đường kính giọt lỏng, d
l
= 0,3 mm = 3*10
-4
m
ξ
: hệ số trở lực

Ta có
l
ρ
= 978,5 (kg/m
3
), tra ở nhiệt độ 68,7
o
C (Bảng I.249 trang 310 Tài liệu [1])
ξ
tính theo Re
h
hh
d
µ
ρω
=
Re
Với
h
µ
=0,0106*10
-3
Pa.s : độ nhớt động lực học của hơi thứ
trang 24
Đồ án môn học Máy và Thiết bò GVHD : Trần Văn Nghệ
2
)(
3
4
2

)(
963,15
10*0106.0
1876,0*10*3
*
.
361,2*4
Re
bbtrbbtr
DD
==
−
−
π
• Giả sử 0,2< Re < 500
⇒
Vận tốc lắng
6,0
)(
2,1
)(
4
)(
415,2
1876,0**509,3*3
10*3*)1876,05,978(*81,9*4
bbtrbbtr
o
DD
=

−
=
−
ω
Mà
( )
oh
%80%70
ωω
→≤
[ ]
6.0
)(
2
)(
415,2
*8,0
.
361,2*4
bbtr
bbtr
D
D
≤⇒
π
372,1
)(
≥⇒
bbtr
D

(m)
* Ta chọn đường kính buồng bốc
D
tr(bb)
=1,6 m = 1600 (mm)
 Kiểm tra Re
( )
500;2,0236,6
6,1
963,15
Re
2
∈==
(thỏa)
2. Chiều cao
Tính theo trang 71,72 Tài liệu [2]
 Thể tích không gian hơi
tth
kgh
U
W
V
*
ρ
=
( m
3
)
Với W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bò (kg/h)
U

tt
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (m
3
/m
2
h)
h
ρ
: khối lượng riêng hơi thứ,
1876,0
=
h
ρ
(kg/m
3
)
Ta có W =
1530
80
60*2040
=
(kg/h)
U
tt
= f.(U
tt (1at)
)
Với U
tt (1at)
: cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất bằng 1 at

f : hệ số hiệu chỉnh
Chọn U
tt (1at)
= 1650 (m
3
/m
3
h) (lấy trung bình giữa 1600 và 1700)
⇒
f = 1,5 ( Đồ thò VI.3 trang 72 Tài liệu [2] )
⇒
U
tt
= 1,5*1650 =2475 (m
3
/m
3
h)
⇒
Thể tích không gian hơi:
trang 25
2,1
)(
6,0
2
)(
6,0
*509,3
963,15
5,18

Re
5,18
bbtr
bbtr
D
D
=








==
ξ