thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch (nh4)2so4

Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên : Nguyễn Sĩ Nam
Lớp : ĐHHÓA K4
Khoa : Công Nghệ Hóa
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế Hữu
NỘI DUNG ĐỀ BÀI:
Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung
dịch (NH
4
)
2
SO
4

với năng suất 12587 kg/h.
Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m
Nồng độ đầu vào của dung dịch: 13,3%
Nồng độ cuối của dung dịch: 41,8%
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 atm
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,19 atm
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
∗∗∗∗∗
…………………………………………




Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm 2012
Người nhận xét
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam

1
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
MỤC LỤC
PHẦN II 12
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12
1. Số liệu ban đầu : 12
2.Tính cân bằng vật liệu : 12
2.1. Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng nồi:
12
2.1.1. Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống: 12
2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi : 12
2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi 13
3.Tính cân bằng nhiệt lượng : 13
3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi: 13
3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi. 13
3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi 14
3.2.Xác định tổn thất nhiệt độ: 14
3.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ : 14
3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh: 16
3.2.3 Tổn thất do đường ống 17
3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi 17
3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định : 17
3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi; 18
3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng: 18
3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có: 19
3.4.2 Nhiệt lượng mang ra: 19
3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt: 19
4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi: 23
4.1.Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 23
4.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ: 24

4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi W/m2 độ: 25
4.3.1 Khối lượng riêng : 27
4.3.2 Nhiệt dung riêng : 27
4.3.3 Hệ số dẫn nhiệt: 27
4.3.4 Độ nhớt : 28
4.4.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch : 30
4.5.So sánh q2i và q1i : 30
5. Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi 30
6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 32
6.1. Xác định tỷ số sau : 32
6.2.Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi : 32
8. Tính bề mặt truyền nhiệt (F) 33
PHẦN III 33
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 34
1.Gia nhiệt hỗn hợp đầu : 34
1.1.Nhiệt lượng trao đổi :( Q) 34
1.2.Hiệu số nhiệt độ hữu ích: 34
1.3.Bề mặt truyền nhiệt: 39
1.4.Số ống truyền nhiệt : 39
1.5.Đường kính trong của thiết bị đun nóng : 40
1.6.Tính vận tốc và chia ngăn : 41
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
2
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
2.Chiều cao thùng cao vị: 41
3.Bơm 50
3.1.Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra: 50
3.2.Năng suất trên trục bơm: 53
3.3.Công suất động cơ điện: 54
4.Thiết bị ngưng tụ baromet: 54

4.1.Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ: 56
4.2.Đường kính thiết bị 57
4.3.Kính thước tấm ngăn: 57
4.4. Chiều cao thiết bị ngưng tụ: 58
4.5.Các kích thước của ống baroomet: 59
4.6.Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị: 60
4.7.Tính toán bơm chân không: 61
PHẦN IV 63
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 63
1. Buồng đốt 64
1.1 .Xác định số ống trong buồng đốt: 64
1.2. Đường kính của buồng đốt : 65
1.3 Chiều dày buồng đốt : 65
1.4.Chiều dày lưới đỡ ống : 68
1.5 .Chiều dày đáy buồng đốt : 70
1.6.Tra bích để lắp đáy vào thân buồng đốt : 73
2.Buồng bốc 73
2.1 Thể tích buồng bốc hơi : 73
2.2. Chiều cao buồng bốc : 74
2.3. Chiều dày buồng bốc: 75
2.4 .Chọn chiều dày nắp buồng bốc ( như đáy buồng đốt ): 76
2.5. Tra bích để lắp thân buồng bốc : 78
3. Chiều dày ống có gờ bằng thép CT3 79
4. Tính toán một số chi tiết khác 80
4.1. Tính đường kính các ống nối dẫn hơi , dung dịch vào, ra thiết bị : 80
4.1.1 Ống dẫn hơi đốt vào : 80
4.1.2 Ống dẫn dung dịch vào : 81
4.1.3. Ống dẫn hơi thứ ra : 81
4.1.4. Ống dẫn dung dịch ra: 82
4.1.5. Ống tháo nước ngưng : 82

4.1.6 Ống tuần hoàn: 82
4.2. Tính và chọn tai treo giá đỡ : 86
4.2.1. Tính Gnk : 86
4.2.2.Tính Gnd. : 90
4.3. Chọn kính quan sát : 92
4.4.Tính bề dày lớp cách nhiệt : 92
PHẦN V 93
KẾT LUẬN 93
Tài liệu tham khảo: 94
Chuyển đổi đơn vị thường gặp: 95
QUY ƯỚC KÝ HIỆU
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
3
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:
- [ST
1
] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1. Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật
- [ST
2
] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 2. Nhà xuất
bản Khoa học và Kỹ thuật
-CT: công thức
-T
x
: trang thứ x
-BTQTTB: sách bài tập quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất và
thực phẩm
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam

4
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
LỜI NÓI ĐẦU
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế
một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất. Được sự
hướng dẫn của Thầy Nguyễn Thế Hữu em đã thực hiện đồ án với đề tài:“Thiết
kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch (NH
4
)
2
SO
4
“
Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước
tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo
trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học“ trên cơ sở lượng
kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh
viên sẽ tự thiết kế một thiết bị, hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ
thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ .Qua việc làm đồ án môn học này,
mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng
những kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình
bầy bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ
thống. Đồng thời, đồ án này còn giúp sinh viên tổng hợp được kiến thức đã học
ở các môn cơ sở.
Xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thế Hữu đã tận tình giúp đỡ, hướng
dẫn và truyền đạt những kinh nhiệm quý báu để tôi em hoàn thành đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm
đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án này.
Trong quá trình làm đồ án em không tránh khỏi những sai lầm, thiếu
sót Vì vậy kính mong sự đóng góp nhiệt tình của quý Thầy, Cô và các bạn

sinh viên để đồ án này được hoàn thiện thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
5
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Phần 1: Giới thiệu chung
1.1 Giới thiệu chung về (NH
4
)
2
SO
4
a)Lời mở đầu
Trong thời kỳ đất nước đang trong quá trình phát triển theo hướng
công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì nền công nghiệp của nước ta đang
phát triển mạnh kéo theo sự phát triển của ngành sản xuất các hợp chất hóa
học,bởi các hợp chất hóa học có ứng dụng vô cùng quan trọng để các ngành
khác phát triển.
Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác,
thường phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng, hoặc lỏng trong
lỏng. Để năng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật
người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch. Phương
pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi, khi
đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn.
Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm, tuần
hoàn cưỡng bức, phòng đốt ngoài, …trong đó thiết bị cô đặc tuần hoàn có ống
trung tâm được dùng phổ biến vì thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý đơn đơn
giản, dễ vận hành và sửa chữa, hiệu suất xử dụng cao… dây truyền thiết bị có
thể dùng 1 nồi, 2 nồi, 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu.
trong thực tế người ta thường xử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có

hiệu suất xử dụng hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất.
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là
thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất ,em
được nhận đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”.Việc
thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp
cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình
“Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến
thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
6
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có
giới hạn trong quá trình công nghệ .Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh
viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những
kiến thức,quy định trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản
thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.

b) Giới thiệu về dung dịch (NH
4
)
2
SO
4
.
AMONI SUNFAT ( (NH
4
)
2
SO
4

) khối lượng phân tử là 132,15. Ở
dạng tinh thể thì (NH
4
)
2
SO
4
không màu hình thoi, hoặc bột màu trắng, khối
lượng riêng là 1,77g/cm
3
,t
nc
= 140
o
C, t
phanhuy
= 280
o
C. Dễ tan trong nước : ở
20
o
C, 100 g nước hoà tan được 76 g (NH
4
)
2
SO
4
,không tan trong etanol ,là chất
kết tủa protein. Ở điều kiện thường , dễ hút ẩm , chảy nước, và có mùi khai của
amoniac , do muối này bị phân hủy một phần thành amoniac và axit sunfuric:

(NH
4
)
2
SO
4
→ NH
3
↑ + H
2
SO
4
Khi hòa tan trong nước ta được dung dịch (NH
4
)
2
SO
4
là dung dịch
không màu,có tính chất của muối của một axit mạnh với một bazo yếu và
ngoài ra dung dịch này còn có tính axit yếu.
Ở điều kiện thích hợp amoni sunfat sẽ tham gia phản ứng để số oxi hóa
của N lên mức cao hơn .
Qúa trình tổng hợp nhờ phản ứng của amoniac và axit sunfuric.
NH
3
+ H
2
SO
4

→ (NH
4
)
2
SO
4
Sau đó dung dịch amoni sunfat được tiếp tục tuần hoàn thông qua thiết bị
bay hơi để cô đặc dung dịch và tạo ra tinh thể .Các tinh thể này được tách ra
từ dung dịch nhờ thiết bị ly tâm.Tinh thể được làm khô bằng phương pháp
quay ly tâm và tạo hình trước khi đi đóng bao.
Ứng dụng của muối amonisunfat là :
→làm phân đạm 1 lá nhưng có khả năng làm đất bị chua do bị thủy phân
tạo ra môi trường axit.
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
7
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
→dùng trong lĩnh vực phân tích.Đặc biệt là dung dịch muối Mo, hay sắt
amonisunfat (NH
4
)
2
Fe(SO
4
)
2
.6H
2
O được sử dụng rất phổ biến trong phân tích.
1.2 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.
1.2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình cô đặc.

Trong công nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các ngành công
nghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các hệ dung dịch lỏng chứa
chất tan không bay hơi, để làm tăng nồng độ của chất tan người ta thường làm
bay hơi một phần dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi,
phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc.
Mục đích của quá trình cô đặc đó là làm tăng nồng độ chất tan, tách chất
rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh), thu dung môi ở dạng nguyên chất.
Cô đặc được tiến hành ở hiệt độ sôi, ở mọi áp suất (như áp suất chân
không,áp suất khí quyển,áp suất dư), trong hệ thống cô đặc một nồi hay nhiều
nồi.Hơi của dung môi tách ra gọi 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 là hơi phụ.Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể
trục tiếp hay gián tiếp,truyền nhiệt trực tiếp thường dùng kói lò cho tiếp xúc với
dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốt
nóng.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau tùy theo từng
yêu cầu kỹ thuật. Đó là cô đặc ở áp suất chân không, áp suất cao hơn áp suất
khí quyển, áp suất khi quyển.
Khi cô đặc ở áp suất chân không dùng cho các dun dịch có nhiệt đóôi cao
và dung dịch dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu sốnhiệt độ
của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của trung bình của dung dịch ( hiệu số
nhiệt độ hữu ĩch), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt.Mặt khác, cô dặc chân
không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của
các quá trình sản xuất khác (hay sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô dặc.
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
8
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thòng dùng cho các dung
dịch không bị phân hủy o nhiệt độ cao như các dung dịch muoi vô cơ, để sử
dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác.

Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà đượcthải
ra ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.
Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở aps
suất cao hơn áp suất khí quyển, các nồi khác làm ở áp suất chân không.
Cô đặc được úng dụng trong các nhà máy sản xuất hóa chất và thực
phẩm, ví dụ cô đặc các muối vô cơ,dung dịch kiềm
Quá trình cô đặc có thể thực hiện trong thiết bị cô đặc một nồi hay thiết
bị cô đặc nhiều nồi, nhưng cô đặc một nồi gây lãng phí nhiên liệu,hiệu quả kinh
tế không cao chỉ thích hợp trong quá trình sản xuất đơn giản,do vậy người ta
phải cô đặc nhiều nồi
Sau đây em xin giới thiệu về cô đặc hai nồi xuôi chiều
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
9
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
1.2.2.Dây chuyền sản xuất:
Sơ đồ dây chuyền sản xuất thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức.
1 2
3
4
5 2
12
9
8
10
11
6 7
Hinh1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất của thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức
Chú thích:
1. Thùng chứa dung dịch đầu 7. Thiết bị cô đặc
2. Bơm 8. Thùng chứa nước

3. Thùng cao vị 9. Thùng chứa sản phẩm
4. Lưu lượng kế 10.Thiết bị ngưng tụ Baromet
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 11.Thiết bị tách bọt
6. Thiết bị cô đặc 12.Bơm chân không
13. Ống tuần hoàn
Nguyên tắc hoạt động:
Dung dịch đầu (NH
4
)
2
SO
4
được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ
thùng chứa (1) thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn định mức chất
lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
10
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
(5) (thiết bị ống chùm). Ở gthiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ
bộ đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bảo hòa cung cấp từ ngoài vào, rồi đi vào nồi
(6). Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu
ống chùm , dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào
buồng đốt để đun nóng dung dịch . Một phần khí không ngưng được đưa qua
của tháo khí không ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của
tháo nước ngưng . Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi
thứ .Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang
buong đốt của thiết bị (7).Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ (7) do
đó sự chênh lệch áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi
trước .Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung dịch đi vào nồi
thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh

đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc
hơi .Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (9)
qua thiết bị bơm (2).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ
Baromet (10).Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đây
hời thứ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống Baromet vào thùng chứa
còn khí không ngưng đi qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơm chân không
(12) hút ra ngoài còn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
11
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
PHẦN II
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
1. Số liệu ban đầu :
Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức cô đặc dung
dịch (NH
4
)
2
SO
4

với năng suất 12587 kg/h.
Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m
Nồng độ đầu vào của dung dịch: 13,3%
Nồng độ cuối của dung dịch: 41,8%
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4 atm
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,19 atm
2.Tính cân bằng vật liệu :
2.1. Xác định lượng nước bốc hơi ( lượng hơi thứ ) toàn bộ hệ thống và trong từng
nồi:

2.1.1. Xác định lượng hới thứ bốc ra trong toàn bộ hệ thống:
Áp dụng công thức (VI.1/ST 2 – T 55)
W = G
d
– G
c
= G
d
(1 -
xc
xd
)

⇒
W

=12587(1 -
8,41
3,13
) = 8582,0455 (kg/h)
2.1.2.Xác định lượng hơi thứ bốc ra từ mỗi nồi :
W
1
: Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1
W
2
: Lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2
Chọn tỉ lệ phân phối hơi thứ ở hai nồi như sau:

1

2
1
=
W
W
Mà ta có: W
1
+ W
2
= 8582,0455
023,4291
21
==⇒
WW
(kg/h)
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
12
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
2.2. Xác định nồng độ cuối của dung dịch tại từng nồi
x
1
:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 1
x
2
:nồng độ cuối của dung dich tại nồi 2
Áp dụng công thức :
W
1
= Gd ( 1-
x

x
d
1
)
⇒
x
1
=
WG
xG
d
dd
1
−

x
1
=
724,19
023,429112587
3,13.12587
=
−
%
x
2
= 41,8%
3.Tính cân bằng nhiệt lượng :
3.1.Xác định áp suất và nhiệt độ trong mỗi nồi:
3.1.1 Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt trong mỗi nồi.

- Độ chênh lệch áp suất giữa hơi đốt nồi 1 và thiết bị ngưng tụ là:

)(8,319,04 atmPPP
nthd
=−=−=∆
- Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

21
2
1
45,2
1
45,2
PP
P
P
∆=∆⇒=
∆
∆
mà:
)(8,3
21
atmPP
=∆+∆


)(69855,2
)(10145,1
45.3
8,3

1
2
atmP
atmP
=∆
==∆⇒
* Vậy áp suất hới đốt ở từng nồi là:
)(3145,169855,24
4
2
1
atmP
atmP
=−=
=
* Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
13
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Tra bảng (I.251/ST1-T316):
CtatatmP
CtatatmP
CtatatmP
ntnt
°=⇒==
°=⇒==
°=⇒==
252,5919633,019,0
76,1073581,13145,1
988,1431327,44

22
11
3.1.2 Xác định nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi.
NX: khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2 ,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết bị
ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là
5,11
,,
÷=∆
,và khi đó nó sẽ trở thành
hơi đốt cho nồi 2: chọn
C°=∆ 1
,,
Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:
,
2
,
1
,
2
,
1
,,, PPtt
Ta có:
Ctt
Ctt
nt
°=+=+=
°=+=+=
252,601252,591
76,108176,1071

,
2
2
,
1
Tra bảng (I.250/ST1-T312), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứcủa mỗi nồi sẽ cho áp
hơi thứ tương ứng:
atP
atP
2057,0
4042,1
,
2
,
1
=
=
Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:
Bảng 1:
Loại
Nồi I Nồi 2 Hơi ngưng tụ
Áp suất Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất Nhiệt độ

(
0
C)
Hơi
đốt
P
1
= 4,1327 t
1
=143,988 P
2
=1,3581 t
2
=107,76
P
ng
=0.19 t
ng
=59,252
Hơi
thứ
P’
1
=1,4042 t’
1
=108,76 P’
2
=0,2057 t’
2
=60,252

3.2.Xác định tổn thất nhiệt độ:
3.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ :
C°∆
,

GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
14
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Áp dụng công thức:
r
T
f
Cf
o
2
,,
.2,16
.
=
°∆=∆
(CT.VI.10/ST2 – T59)
∆’
o
: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung môi ở áp suất thường
T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho
K°
r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg
* Tra bảng (VI.2/ST2 – T63)
Cx

Cx
o
o
°=∆⇒=
°=∆⇒=
14,5%8,41
58964,1%724,19
,
22
,
11
* Xác định nhiệt độ T
i
KT
KT
°=+=
°=+=
252,333273252,60
76,38127376,108
2
1
* Xác định r
i
:
Tra bảng (I.250/ST1 – T312)
kgJr
kgJr
/10.31,2356
/10.472,2237
3

2
3
1
=
=
Vậy:
∑
°=∆+∆=∆⇒
°==∆
°==∆
C
C
C
i
602,5
92456,3
31,23256
)252,333(
14,5.2,16
6774,1
472,2237
)76,381(
.59,1.2,16
,
2
,
1
,
2
,

2
2
,
1
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
15
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
3.2.2 Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh:
,,
∆
- Áp dụng công thức VI.13
at
g
h
hPP
tt
dds
otb
otb
4
2
1
,,
10.81,9
.
).
2
(
ρ
++=

−=∆
o
P
: áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng (at)
1
h
:chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m)
2
h
: chiều cao của ống truyền nhiệt (m)
dds
ρ
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m
3
). Lấy gần đúng bằng
2
1

khối lượng riêng của dung dịch ở 20ºC
g
: gia tốc tọng trường m/s
2
- Khối lượng riêng của dung dịch (NH
4
)
2
SO
4
ở 20ºC ứng với mỗi nồng độ được
xác định theo bảng (I.46/ST1 – T42)

)/(64,12375%8,41
)/(13,1138%724,19
3
2
3
1
mkgx
mkgx
dd
dd
=⇒=
=⇒=
ρ
ρ
Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là
)/(782,618
2
64,12375
)/(9065,556
2
13,1138
3
2
3
1
mkg
mkg
dds
dds
==

==
ρ
ρ
Chọn h
1
=0,5m và h
2
=3m ta có
)(3295,0
10.81,9
81,9.782,618
).
2
2
5,0(2057,0
)(5156,1
10.81,9
81,9.9065,556
).
2
3
5,0(4042,1
4
2
4
1
atP
atP
tb
tb

=++=
=++=
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
16
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Tra bảng (I.251/ST1- T314)
Ct
Ct
tb
tb
°=
°=
6765,70
1373,112
2
1
Vậy:
Ctt
Ctt
tb
tb
°=−=−=∆
°=−=−=∆
4245,10252,606765,70
3773,376,1081375,112
022
,,
2
011
,,

1
∑
°=+=∆+∆=∆⇒
C8018,134245,103773,3
,,
2
,,
1
,,
3.2.3 Tổn thất do đường ống
)(
,,,
∆
- Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là :1
o
C
Vậy:
∑
°=+=∆+∆=∆
C211
,,,
2
,,,
1
,,,
⇒
tổng tổn thất nhiệt độ là:
C
°=++=
∆+∆+∆=∆

∑ ∑ ∑ ∑
4038,2128018,13602,5
,,,,,,
3.3.Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ hệ thống và từng nồi
3.3.1 Hệ số nhiệt độ hữư ích trong hệ thống được xác định :
∑
∆−∆=∆
chhi
tt
(CT VI.16/ST2 –T67)
=∆
ch
t
Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ
ngưng ở thiết bị ngưng tụ.
Cttt
nthdch
°=−=−=∆
736,84252,59988,143
(CT VI.16/ST2 –
T67)
Vậy :
Ct
hi
°=−=∆
3322,634038,21736,84
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
17
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
3.3.2 Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi

,,
2
,
2
,
22
,,
1
,
1
,
11
∆+∆+=
∆+∆+=
tt
tt
s
s
:,
21 ss
tt
nhiệt độ hơi thứ của từng nồi
Ct
Ct
s
s
°=++=
°=++=
97836,778018,1392456,3252,60
8147,1133773,36774,176,108

2
1
3.3.3 Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi;
CttT
CttT
s
s
°=−=−=∆
°=−=−=∆
78164,2997836,7776,107
17733,308147,113988,143
222
111
3.4.Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

G
d
C
d
t
so
W
1
i
1
W
1
.i
2
W

2
i
3
W


Qm
1
Qm
2
D.i W
1
Cn
1
2
θ
D
1
θ
Cn
1
(G
d
-W
1
)C
1
t
s1
(G

d
-W
1
-W
2
)C
2.
t
s2
D:Lượng hơi đốt vào kg/h
21
,, iii
:hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ J/kg
21
,
θθ
: Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
18
%5%7,4
2
3322,63
2
3322,63
17733,30
2
2
1
<=
−

=
∆
∆
−∆Τ
=
hi
hi
t
t
ε
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
C
d
, C
1
,Cn
1
,Cn
2,
C
2
: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ,cuối và nước
ngưng.
Qm
1
,Qm
2
: nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2
G
d

: lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị
W
1
, W
2
: lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2
3.4.1 Nhiệt lượng vào gồm có:
- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D.i
Nhiệt do dung dịch mang vào : G
- Nồi 2: Nhiệt do hơi thứ mang vào : W
1
.i
2
Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang : (G
d
– W
1
)C
1
t
s1
3.4.2 Nhiệt lượng mang ra:
- Nồi 1:
- Hơi thứ mang ra : W
1
i
1
- Nước ngưng :D.
1
θ

.Cn
1
- Dung dịch mang ra : (G
d
– W
1
)C
1
t
s1
- Nhiệt mất mát : Qm
1
=0,05D(i - C
1
1
θ
)
- Nồi 2 :
- Hơi thứ : W
2
i
3
- Nước ngưng : W
1
.
2
θ
.Cn
2
- Do dung dịch mang ra : (G

d
– W
1
– W
2
)C
2
.t
s2
- Nhiệt mất mát: Qm
2
= 0,05W
1
(i
2
– Cn
2
)
2
θ
3.4.3 Hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Được thành lập dựa trên nguyên tắc :
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
19
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra
- Nồi 1 :
)(05,0 )(
)(
11111111101

1111111101
θθ
θ
CniDCnDtCWGiWtCGiD
QmCnDtCWGiWtCGiD
sdsdd
sdsdd
−++−+=+
++−+=+
(1)
- Nồi 2 :
222122122213211121
222122213211121
)(05,0)()(
)(.)(W
θθ
θ
CniWCnWtCWWGiWtCWGiW
QmCnWtCWWGiWtCWGi
sdsd
sdsd
−++−−+=−+
++−−+=−+
(2)
mà ta lại có:
WW
=+
21
W
(3)

Kết hợp pt (1),(2),(3) ta được
113222
1122223
1
)(95,0
)()(
s
ssds
tCiCni
tCtCGtCiW
W
−+−
−+−
=
θ
(4)
)(95,0
)()(
11
0111111
θ
Cni
tCtCGtCiW
D
sdsds
−
−+−
=
(5)
- Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

C
C
°=
°=
76,107
988,143
2
1
θ
θ
-Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Tra bảng I204/ Tr 236/ ST1 x
0
= 13,3% ↔: t
s0
=101ºC
Đã tính được : t
s1
= 113,8147
o
C
t
s2
= 77,97836
o
C
- Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng
(I.249/ST1 – T310)
θ
1

= 143,988
o
C ⇒ Cn
1
= 4296,97 (J/kg độ)
θ
2
= 107,76
o
C ⇒ Cn
2
= 4230,086 (J/kg độ)
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
20
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2, ra khỏi nồi 2 :
- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ x
d
= 13,3%
Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152 ta có:
C
d
= 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,133) = 3629,262 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x
1
= 19,724 %
Cũng áp dụng công thức trên ta được:
C
1
= 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,19724) =3360,3534 (J/kg độ)

- Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x
c
= 41,8 %
Áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:
C
2
= C
ht
.x + 4186 (1- x)
Với C
hr
là nhiệt dung riêng của (NH
4
)
2
SO
4
được xác định theo công thức
I.41/ST1 – T152:
M.C
ht
= n
1
.c
1
+ n
2
.c
2
+ n

3
.c
3
trong đó : M : KLPT của (NH
4
)
2
SO
4
: M
1
= 132,15
n
1
: Số nguyên tử N: n
1
= 2
n
2
: Số nguyên tử S : n
2
= 1
n
3
: Số nguyên tử H : n
3
= 8
n
4
: Số nguyên tử O : n

4
=4
c
1
, c
2
,c
3,
c
4
: Nhiệt dung riêng của nguyên tử N,S,O,H
C
1
, C
2
, C
3
, C
4
Nhiệt dung riêng của nguyên tử N, S , H ,O.Tra từ bảng ( I.141 /ST1 –
T152) ta có :
C
1
= 26000 J/kg.nguyên tử. độ
C
2
= 22600 J/kg.nguyên tử. độ
C
3
= 9630 J/kg.nguyên tử. độ

C
4
= 16800 J/kg.nguyên tử. độ
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
21
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
Vậy: C
ht
=
( )
đkgJ ./1656
15,132
1680049630822600260002
=
×+×++×
Từ đó ta sẽ tính được nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 2 :
C
2
=16560,418+4186(1-0,418)=3128,46(J/kg.độ)
- Xác định hàm nhiệt hơi đốt và hơi thứ
Tra bảng ( I.250/ST1 – 312 )
kgJiCt
kgJiCt
kgJiCt
kgJiCt
/7,2608763252,60
/269376876,108
/269196876,107
/2,2745853988,143
'

2
,
2
1
,
1
22
1
=⇒°=
=⇒°=
=⇒°=
=⇒°=
Thay các kết quả ta đã tính toán được vào pt (1) và pt (2) ta được kết quả sau :
)/(71439,5037
)988,143.97,42962,2745853(95,0
)101.262,3629814,113.35,3360(12587)814,113.3534,33602693768(8955,4317
/8955,431715,42640455,8582/15,4264
814,1113.3534,33607,2608763)76,107.086,42302691968(95,0
)8147,113.3534,336097836,77.46,3128(12587)97836,77.46,31287,2608763(0455,8582
121
1
hkgD
D
hKgWWWhKgW
W
=
−
−+−
=
=−=−=⇒=

−+−
−+−
=
Ta có bảng số liệu như sau
Bảng 3
Nồi
C
J/kg độ
Cn
J/kg độ
θ, °C
W , kg/h Sai số
ε
CBVC CBNL
1 3360,3534 4296,97 143,988 4291,023 4264,15 0,63%
2 3128,46 4230,086 107,76 4291,023 4317,8955 0,63%

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W
1
: W
2
= 1: 1,05
Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân
bằng vật chất < 5% ,vậy thoả mãn.
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
22
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
4.Tính hệ số cấp nhiệt , nhiệt lượng trung bình từng nồi:
4.1.Tính hệ số cấp nhiệt
α

khi ngưng tụ hơi.


ii 11
;
α
Τ

i
t
1
∆

i
T
T
2

i
t
2
∆
i
T
T
1

ii 22
;
α

Τ
- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1 và
nồi 2 là :
1211
,
∆∆
- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưng
bên ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính
theo công thức ( V.101/ST2 – T28 ).
25,0
1
)
.
.(.04,2
Ht
r
A
i
i
∆
=
α
W/m
2
. độ
Trong đó:
i1
α
: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i W/m
2

. độ
i1
∆
: hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với hơi
ngưng của nồi I (
o
C ).
Giả thiết:
C
C
°=∆
°=∆
15,3
5,3
12
11
r
i
: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt:
(Tra bảng I.250/ST1 – T321)
ta có:
t
1
= 143,988
o
C r
1
= 2130,06 .10
3
J/kg

t
2
= 107,76
o
C r
2
= 2240,272.10
3
J/kg
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
23
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng
Với t
m
được tính:
t
mi
= 0,5(t
Ti
+t
i
)
o
C ( * )
t
i
: nhiệt độ hơi đốt
t
Ti

: nhiệt độ bề mặt tường
mà ta lại có:
iiTi
Tiii
ttt
ttt
1
1
∆−=⇒
−=∆
( * * )
thay (**) vào (*) ta được :
iimi
ttt
1
5,0
∆−=
Với: t
1
= 143,988
o
C t
m1
= 143,988 – 0,5.3,5 = 142,238
o
C
t
2
= 107,76
o

C t
m2
= 107,76 – 0,5.3,15 = 106,185
o
C
Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào t
m
: (ST2 – T 29 )
với: t
1
= 142,238
o
C A
1
= 194,3357
t
2
= 106,185
o
C A
2
= 181,7832
Vậy:
)/(7851,8182
3.15,3
10.272,2240
.185,106.04,2
)/(6296,8413
3.5,3
10.06,2130

.3357,194.04,2
2
25,0
3
12
2
25,0
3
11
đômW
đômW
=








=
=









=
α
α
4.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
( CT 4.14/QTTB1 – T1 )
iii
tq
111
.
∆=
α
W/m
2
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
24
Trường ĐHCNHN Công nghệ hóa k4 Đồ án môn học quá trình thiết bị
q
11
= 8413,6296.3,5 = 29447,7 (W/m
2
)
q
12
= 8182,7851 = 25775,7731 (W/m
2
)
Bảng 4:
Nồi
Ct
i

°∆
,
1
Ct
mi
°∆
,
A
domW
i
2
1
/,
α
2
1
/, mWq
i
1 3,5 142,238 194,3357 8413,6296 29447,7
2 3,15 106,185 181,7832 8182,7851 25775,7731
4.3.Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi
i2
α
W/m
2
độ:
Ta xác định hệ số này theo công thức:
(CT /QTTB1 – T332)
iiiI
tP

ψα
8,45
33,2
2
5.0
2
∆=
(W/m
2
độ )
P
i
: áp suất hơi thứ at
Xem bảng 1:
atP 4042,1
,
1
=
atP 2057,0
,
2
=

i
t
2
∆
: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi.
TiiiddiiTi
ttTttt

∆−∆−∆=−=∆
122
- Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt
∑
=∆
rqt
iTi
.
1
,
o
C
- Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt
∑
++=
λ
δ
21
rrr
m
2
độ/W
GVHD :Nguyễn Thế Hữu SVTH : Nguyễn Sĩ Nam
25