Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi cô đặc dung dịch KOH xuôi chiều ống tuần hoàn ngoài với năng suất 11000 k trên giờ

Lê Viết Dũng
1. Giới thiệu chung
 Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH
- Lời mở đầu
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 nâng 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 có tuần
hoàn có ống tuần hoàn ngoài được dùng phổ biến vì thiết bị này có
nguyên lý đơn giản , dễ vận hành và sửa chữa , hiệu suất sử 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 sử 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
1
Lê Viết Dũng
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 bày bản thiết kế
theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống .
Trong đồ án môn học này, em cần thực hiện là thiết kế hệ thống cô đặc
hai nồi xuôi chiều , thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc
dung dịch KOH , năng suất 11000kg/h , nồng độ dung dịch ban đầu 8% ,
nồng độ sản phẩm 30%
- Giới thiệu về dung dịch KOH

KOH có dạng tinh thể không màu , t
nc
= 404
o
C , t
s
= 1324
o
C. Dễ tan trong
nước và phát nhiệt mạnh : ở 20
o
C, 100 g nước hoà tan được 112 g KOH .
Thuộc loại kiềm mạnh ; hấp thụ nước và khí cacbonic (CO
2
) trong không
khí , tạo thành kali cacbonat (K
2
CO
3
) . Dung dịch nước KOH ăn mòn
thủy tinh ; KOH nóng chảy ăn mòn sứ (trong môi trường có không khí) ,

platin . Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có
2
Lê Viết Dũng
màng ngăn . Dùng trong phòng thí nghiệm , sản xuất xà phòng mềm, các
muối kali ; KOH ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt .
 Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục :
Dung dịch đầu KOH 8% được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ
thùng chứa (1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi
nhiệt (5) . Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến
nhiệt độ sôi 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 ngưng 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 . Hơi thứ
trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu
phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt .
Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 2 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 (2) 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 .
3
Lê Viết Dũng
Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm
(10) . Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet
(8) . 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 ra ngoài còn khí

không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không
(11)


4
Lê Viết Dũng

SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
1 2
3
4
5 2
12
9
8
10
n
u?
c ng
u
ng
s?n ph?m
N
u?
c
l
?
nh
11
H

o
i
d?
t
H
o
i
d?
t
n
u?
c
ng
u
ng
N
u?
c
ng
u
ng
6
7
13
Chú thích
1. Thùng chứa dung dịch đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

6,7. Thiết bị cô đặc
5
Lê Viết Dũng
8. Thùng chứa nước
9. Thùng chứa sản phẩm
10.Thiết bị ngưng tụ Baromet
11. Thiết bị tách bọt
12. Bơm chân không
13. Ống tuần hoàn
2. Tính toán thiết bị chính
Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo dung dịch đầu : G
đ
= 11000 kg/h
Nồng độ đầu : x
đ
= 8 %
x
c
= 30%
P hơi đốt nồi 1 = 4,1 at .
6
Lê Viết Dũng
P hơi ngưng tụ = 0,2 at .
*Cân bằng vật liệu
 tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống
từ công thức:
. 1
d
d

c
x
W G
x
 
= −
 ÷
 
( VI.1 - Tr.55 - Stttt2 )

8
11000. 1 8066,6667( / )
30
W kg h
 
⇒ = − =
 ÷
 
 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
Chọn tỷ lệ hơi thứ:
1
2
1
1
W
W
=
1
8066,6667.1
4033,3333( / )

2
W kg h= =
12
WWW −=

2
8066,6667 4033,3333 4033,3334( / )W kg h⇒ = − =
 Nồng độ cuối của dung dịch
Nồi 1:
1
1
.
d d
c
d
G x
x
G W
=
−
(VI.2a - Tr57 - Stttt2)
%6316,12
3333,403311000
8.11000
=
−
=
(khối lượng )
Nồi 2:

2c
x
=
11000.8
11000 8066,6667−
= 30% ( khối lượng)
W: tổng lượng hơi thứ của hệ thống
W
1
: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1
7
Lê Viết Dũng
W
2
: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
1c
x
: nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1

2c
x
: nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi
*Tính nhiệt độ, áp suất
 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)
nghd
Ρ−Ρ=∆Ρ
1

4,1 0,2 3,9= − =
(at ) (1)

Р
hd1
: áp suất hơi đốt nồi 1
Р
ng
áp suất hơi nước ngưng
 Nhiệt độ, áp suất hơi đốt
Ta có: chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi :
1
2
p
p
∆
∆
=
2,2
1
(at) (2)
từ (1) và(2) ta có hệ phương trình :
02,2
9,3
21
21
=∆−∆
=∆+∆
pp
pp
Giải ra ta được :
→
Áp suất hơi đốt nồi 2 :

1hd
p
-
1
p∆
= 4,1- 2,68125 = 1,41875 (at)
Trong đó:
8
)(21875,1
)(68125,2
2
1
atp
atp
=∆
=∆
Lê Viết Dũng

1
p∆
: chênh lệch áp suất của nồi 1 và nồi 2

2
p∆
: chênh lệch áp suất của nồi 2 và thiết bị ngưng
Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi , hơi thứ ra khỏi nồi 1 được
đưa sang nồi 2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt . Tra bảng (I.251 - Tr 314 –
stttt1) ta có :
Nồi

P
hdi

at
T
hdi
o
C
i
hdi
J/kg
r
hdi
J/kg
1 4,1 143 2744010 2140995,8
2 1,4187
5
109 2691285,5 2235326,4
ngưng 0,2 59,7 2596000 2358000

 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ :
Theo sơ đồ nồi cô dặc , nhiệt độ hơi thứ nồi 1(T
ht1
) bằng nhiệt độ hơi
đốt nồi 2 (T
hd2
) . Nhưng do quá trình truyền khối cố sự tổn thất nhiệt do
trở lực đường ống (
'''
∆

)
chọn
'''
1
∆
= 1°C

'''
2
∆
= 1°C
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1(T
ht1
)
1
21
+=
hdht
TT
=
109 1 110
+ =
o
C
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2(T
ht2
)
1
2
+=

nght
TT
=
59,7 1 60,7+ =
o
C
9
Lê Viết Dũng
(*)Tra bảng I.251-Tr314-Stttt1.
Nồi
P
hti
at
T
hti
o
C
i
hti
J/kg
r
hti
J/kg
1 1,461 110 2696000 2234000
2 0,21036
6
60,7 2609588 2356000
- Tổn thất nhiệt :
Tổn thất do nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn dung môi (
∆

′
)
Ta có :

0
.
i
f
′ ′
∆ = ∆
(VI.10 - Tr.59 - Stttt2)

2
16,2.
i
T
f
r
=
(VI.11 - Tr59 - Stttt2)

2
0
16,2. .
i
i
T
r
′ ′
⇒∆ = ∆

1
273 110 383T K
= + =
2
273 60,7 333,7T K
= + =
T
i:
nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất hơi thứ
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước
Giá trị
'
0
∆
được tra từ bảng ( VI.2 – Tr.63 – Stttt2 )
Nồi 1:
x
1
=12,6316%
→

'
01
∆
=3,4
0
C
Nồi 2 :
x

2
=30%
→

'
02
∆
= 12,2
0
C
10
Lê Viết Dũng
C
C
0
2
'
2
0
2
'
1
339,9
2356000
7,333
.2,12.2,16
6166,3
2234000
383
.4,3.2,16

==∆⇒
==∆⇒
1 2
3,6166 9,339 12,9556
O
C
′ ′ ′
∆ = ∆ + ∆ = + =
- Tổn thất do tăng áp suất thủy tĩnh (
''
∆
)

2
2
1
4
2
1
( ). . ( / )
2
( ). .10 ( )
2
tb hti dds
hti dds
h
h g m
h
h at
ρ

ρ
−
Ρ = Ρ + + Ν
= Ρ + +
(VI.12 - Tr.60 -Stttt2)
P
hti
: áp suất hơi thứ nồi i
h
1i
: chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt ,
1
h
=0,5 (m)
h
2:
chiều cao ống truyền nhiệt ,
2
h
= 2 (m)
:
dds
ρ
khối lượng riêng của dung dịch khi sôi . Lấy gần đúng bằng ½ khối
lượng riêng của dung dịch ở 15
0
C
Tra bảng I.21 - Tr33 - Sttt1 ta có :

dd1

ρ
= 1116,844( kg/m³)

2dd
ρ
= 1291 (kg/m³)
4
1
4
2
2
1,461 0,5 .1116,6844.10 1,6285( )
2
2
0,210366 0,5 .1291.10 0,404( )
2
tb
tb
at
at
−
−
 
⇒ Ρ = + + =
 ÷
 
 
⇒ Ρ = + + =
 ÷
 

Tra bảng I.251 - Tr314 - Sttt1 :
11
Lê Viết Dũng
C
C
C
Cat
Cat
hdtb
hdtb
tbtb
tbtb
0''
2
1
''''
0
22
''
2
0
11
''
1
0
22
0
11
913,177,14213,3
7,147,604,75

213,3110213,113
4,75)(404,0
213,113)(6285,1
=+=∆+∆=∆
=−=Τ−Τ=∆
=−=Τ−Τ=∆
=Τ⇒=Ρ
=Τ⇒=Ρ
Tổng tổn thất nhiệt của cả hệ thống là :
12,9556 17,913 2 32,8686
o
C
′ ′′ ′′′
∑∆ = ∆ +∆ + ∆ = + + =
Hiệu số nhiệt độ hữu ích(
)
i
hi
t∆
:
1
1 1 1 1 1
2 2 2 2 2
143 59,7 32,8686 50,4314
143 110 3,6166 3, 213 26,1704
109 60,7 9,339 14,7 24,261
hi hd ng
o
hi hd ht
o

ht hd ht
o
t T T
C
T T
C
t T T
C
∆ = − − ∑∆
= − − =
′ ′′
∆ = − − ∆ − ∆
= − − − =
′ ′′
∆ = − − ∆ − ∆
= − − − =
-Cân bằng nhiệt lượng

11
;iW

11
;iW
′
W
2
;i
2
1m
Q

2m
Q
ddd
tCG ;;
111
;);( tCWG
d
−
( )
ccd
tCWQ ;;−

11
;;
θ
p
CD

221
;;
θ
p
CW
Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống
D: lượng hơi đốt vào nồi 1 (kg/h)
12
Lê Viết Dũng
I: hàm nhiệt của hơi đốt (j/kg)
t: nhiệt độ của dung dịch (
0

C)
θ: nhiệt độ nước ngưng (
0
C)
i: hàm nhiệt của hơi thứ (j/kg)
Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt
( bảng I.249 - Tr.311- Stttt1)
1 1
4,1 4294,5
hd p
at CΡ = ⇒ =
(J/kg.độ)
2 2
1,41875 4233
hd p
at CΡ = ⇒ =
(J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của KOH tính theo công thức ( I.41- Tr.152 - Stttt1 )
M.C=
1
n
.
1
c
+
2
n
.
2
c

+
3
n
.
3
c
KOH
OO
KOH
HH
KOH
KK
KOH
M
Cn
M
Cn
M
Cn
C
khan
.

++=
=
26000
56
+
9630
56

+
16800
56
= 936,25 (J/kg.độ)
Đối với dung dịch loãng có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức
( I.43 - Tr.152 - Stttt1)
( )
( )
8%
4186. 1
4186. 1 0,08 3851,12( / . )
KOH
C x
J kgđô
= −
= − =
( )
( )
12,6316%
. 4186. 1
4186.0,126316 4186. 1 0,126316 3657,24122( / . )
KOH KOH khan
C C x x
J kgđô
= + −
= + − =
13
Lê Viết Dũng
Đối với dung dịch có nồng độ lớn hơn 20% tính theo công thức ;
( I.44 - Tr.152 - Stttt1 )

( )
( )
30%
. 4186. 1
936,25.0,3 4186. 1 0,3 3211,075( / . )
KOH KOH khan
C C x x
J kgđô
= + −
= + − =
Trong đó n : là số nguyên tử của nguyên tố K, H, O trong KOH

KOH
C
: là nhiệt dung riêng của dung dịch KOH ở nồng độ x
x: là nồng độ % phần khối lượng của
KOH

KOH
M
: khối lượng mol của
KOH

; ;
K O H
c c c
: nhiệt dung nguyên tử tra bảng (I.141-tr.152-Stttt1)
C
K
=26000 ; C

O
=16800 ; C
H
=9630
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 1:
( )
( )
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
. . . . . . . .
0,05. 0,05. . .
đ đ đ m p đ
m p
D I G C t W i Q D C G W C t
Q Q D I C
θ
θ
+ = + + + −
= = −
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 2:
( ) ( ) ( )
( )
1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2
2 2 1 2 2
. . . . . . . .
0,05. 0,05. .
đ m p đ
m p
W i G W C t W W i Q W C G W C t
Q Q i C

θ
θ
′
+ − = − + + + −
′
= = −
Ta có :
Hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1 và nồi 2 :
I =2744010 (J/kg)

'
1
i
=2691285,5 (J/kg)
Hàm nhiệt hơi thứ :
14
Lê Viết Dũng

1
i
=2696000 (J/ kg)

2
i
=2609588 (J/ kg)
Nhiệt độ nước ngưng nồi 1 và nồi 2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt :

1
θ
=143

0
C

2
θ
=109
0
C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng :

1p
c
=4294,5 ( J/ kg)

2p
c
=4233 ( J/ kg)
Nhiệt độ đầu vào, ra khỏi nồi1, ra khỏi nồi 2 của dung dịch :

1
t
=116,8296
0
C

2
t
=84,739
0
C

3
t
=116,8296
0
C
Nhiệt dung riêng của dung dịch :

d
c
= 3851,12 (J/kg. độ)

1
c
=3657,24122 (J/kg. độ)

2
c
=3211,075 (J/kg. độ)
Ta có :
( ) ( )
( )
( )
2 2 2 2 2 1 1
1
1 2 2 2 1 1
. . . . .
0.95 . .
đ
p

W i C t G C t C t
W
i C i C t
θ
− + −
=
′
− + −
Thay số vào ta được :
15
Lê Viết Dũng
1
W
=3985,2537 (kg/h)
2
W
=8066,6667 -
1
W
=4081,413 (kg/h)
Lượng hơi đốt tính được :
( ) ( )
( )
1 1 1 1 1 1
1 1
. . . .
0.95. .
đ đ đ
p
W i C t G C t C t

D
I C
θ
− + −
⇒ =
−
Thay số vào ta được : D = 4345,3013 (kg/h)
Kiểm tra giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi :

Chọn Cân bằng vật liệu Sai số
W
1
=4033,3333 (kg/h) W
1
=3985,2537 (kg/h)
1,2064%≈
W
2
=4033,3334 (kg/h) W
2
=4081,413 (kg/h)
1,178%≈
Giả thiết phân bố áp suất hơi thứ ban đầu chấp nhận được
(*) lấy nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ của hơi đốt
2211
;
hdhd
tt ==
θθ
 hệ số truyền nhiệt

ii 11
;
α
Τ

i
t
1
∆

i
T
T
2

i
t
2
∆
i
T
T
1

ii 22
;
α
Τ

16
Lê Viết Dũng
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở từng nồi tính theo công thức :
Nồi 1:
1
t
=
1hd
T
-
1hi
t∆
=143 - 26,1704 = 116,8296
0
C
Nồi 2:
2
t
=
2hd
T
-
2hi
t∆
= 109 - 24,261 = 84,739
0
C
Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch
)( ddhdi
t

−
∆
Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo
thành lớp màng mỏng , với những thiết bị thường gặp như loại phòng đốt
trong tuần hoàn ngoài , phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm , phòng đốt
treo đều là trường hợp hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt ( hơi đốt là
hơi bão hòa không chứa khí trơ) , màng nước ngưng chảy thành dòng thì
hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt được tính theo công thức : (V.101 - Tr.28 -
Stttt2 )
0.25
1
2 1
2,04. .
.
i
i
r
A
h t
α
 
=
 ÷
∆
 
( V.101 - Tr28 - Stttt2 )
Trong đó
:
1i
α

là hệ cấp nhiệt từ hơi đốt

:
1i
t∆
chênh lệch nhiệt độ nước ngưng và mặt ngoài ống
A: hệ số phụ thuộc màng nước ngưng
r
i
: ẩn nhiệt ngưng tụ ( lấy bằng ẩn nhiệt hóa hơi )

2
h
=chiều cao ống truyền nhiệt , h = 2 m
Nồi 1 :
17
Lê Viết Dũng
Giả thiết
11
2,5
o
t C∆ =
11
1
11 11
1 11
143 2,5 140,5
143 140,5
141,75
2 2

o
T
o
hd T
m
T T t C
T T
T C
⇒ = − ∆ = − =
+
+
= = =
Từ bảng ( Tr.29-Stttt2 ) suy ra A
1
= 194,2625
)/(6925,253465,2.677,10138
)/(677,10138
5,2.2
8,2140995
.2625,194.04,2
2
111111
2
25,0
11
mwtq
đômw
==∆=
=







=⇒
α
α

Thiết bị sau một thời gian sử dụng sẽ có cặn bẩn bám ở phía trong và
phía ngoài ống truyền nhiệt gây tổn thất nhiệt .
Giá trị này được tra ở bảng (V.1- Tr.4 - Stttt2 ) (bề dày các chất này là
0.0005m)
Hơi nước có
4 2
2,32.10 ( / )
hn
r mđô W
−
=
Cặn bẩn có r
cặn
4 2
3,87.10 ( / )mđô W
−
=
Chọn vật liệu chế tạo ống truyền nhiệt là thép X18H10T dày 0.002m,
từ bảng (XII.7- Tr.362 - Stttt2 ) có
3
46

T
C
λ
=
(W/m.độ) và khối lượng
riêng
78500
3
=
T
C
ρ
(kg/m
3
)
Khi đó có trở lực là :
4 4 4
0.002
2,32.10 3,87.10 6,625.10
46
hn c
r r r
σ
λ
− − −
∑ = + + = + + =
(m
2
.độ/W)
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :

18
Lê Viết Dũng
CTTt
CtTT
Crqt
ST
TTT
T
0
21
0
04
11
87822,68296,11670782,123
70782,12379218,165,140
79218,1610.625,6.6925,25346.
121
1121
11
=−=−=∆⇒
=−=∆−=⇒
===∆
−
∑
Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 1 là :
0.5 2.33
21 21
45,3. . .
ht
P t

α ψ
= ∆
(
2
/ . )w mđô
P : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ) at
t∆
: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi
ψ
: Hệ số hiệu chỉnh , tính theo công thức (VI.27 - Tr.71 - Stttt2 )
0.435
0.565 2
1 1 1 1
1 1 1 dd1
. . .
dd dd dd nc
nc nc nc
C
C
λ ρ µ
ψ
λ ρ µ
 
       
 
=
 ÷  ÷  ÷  ÷
 
       
 

0.435
2
0.565
4
4
0,56176 1116,6844 3657, 24122 2,396.10
. . . 0,72696 1
0.6778 945,6046 4244,61 3,36544.10
−
−
 
 
   
 
= = <
 
 ÷
 ÷
 ÷  ÷
 
   
 
 
 
nc
C);;;(
µρλ
là các hằng số vật lý của nước theo nhiệt độ sôi dung dịch

1
);;;(
dd
C
µρλ
là các hằng số vật lý của dung dịch
Tổng hợp ta có bảng sau :
T=116,8296
o
C
λ
(w/m.độ)
ρ
(kg/m
3
)
µ
(N.s/m
2
)
p
C
(J/kg.độ)
Nước 0,6778 945,6046
4
2,396.10
−
4244,61
Dung dịch 0,56176 1116,6844
4

3,36544.10
−
3657,24122
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH tính theo công thức ( I.32 - Tr.123 -
Stttt1)
3
. . .
p
A C
M
ρ
λ ρ
=
(1 )
19
Lê Viết Dũng
8
3
1116,6844
3,58.10 .3657, 24122.1116,6844. 0,56176
19,6872
λ
−
⇔ = =
(w/m.độ)
8
3,58.10A
−
=
hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết

M : khối lượng phân tử mol của dung dịch
KOH
( )
2
. 1 .
KOH KOH KOH H O
M n M n M= + −
:
KOH
n
phần trăm
KOH
theo mol

2
12,6316
56
0,0444
100 12,6316 100 12,6316
56 18
KOH
KOH
KOH
KOH KOH
KOH H O
x
M
n
x x
M M

= = =
− −
+
+
( phần mol )
(1)
( )
0,0444.56 1 0,0444 .18 19,6872M⇒ = + − =
(g/mol)
0.5 2.33 2
21
2
21 21 21
45,3.1,461 .6,87822 .0,72696 3558,38595( / . )
. 3558,38595.6,87822 24475,36141( / )
w mđô
q t w m
α
α
⇒ = =
= ∆ = =
11 21
11
24475,36141 25346,6925
.100% .100% 3,56% 5%
24475,36141
q q
q
− −
= ≈ <

Vậy giá trị có thể chấp nhận .
Nồi 2.
Giả thiết
12
2,097
o
t C∆ =
12
1
12 12
2 12
109 2,097 106,903
106,903 109
107,9515
2 2
o
T
o
hd T
m
T T t C
T T
T C
⇒ = − ∆ = − =
+
+
= = =
Từ bảng ( Tr.29 - Sttt2 ) suy ra A
2
= 182,578175

20
Lê Viết Dũng
0.25
2
12
2
12 12 12
2235326,4
2,04.182,578175. 10063,68789( / . )
2.2,097
. 10063,68789.2,097 21103,5535( / )
w mđô
q t w m
α
α
 
⇒ = =
 ÷
 
= ∆ = =

4
6,625.10r
−
∑ =
(m
2
.độ/W) theo trên
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :
12

22 12 12
22 2
4
12
22
. 21103,5535.6,625.10 13,9811
106,903 13,9811 92,9219
92,9219 84,739 8,183
o
T
o
T T T
o
T s
t q r C
T T t C
t T T C
−
∆ = ∑ = =
⇒ = − ∆ = − =
⇒ ∆ = − = − =
Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 2 là
0.5 2.33
22 2 22
45,3. . .
ht
P t
α ψ
= ∆
ψ

: hệ số hiệu chỉnh, tính theo công thức ( VI.27 - Tr.71 - Stttt2 )
2 2 2 2
2 2 2 2
0.435
0.565 2
dd
. . .
dd dd dd nc
nc nc nc
C
C
λ ρ µ
ψ
λ ρ µ
 
       
 
=
 ÷  ÷  ÷  ÷
 ÷  ÷  ÷  ÷
 
       
 


0.435
0.565 2
4
4
0,57158 1291 3211,075 3,36544.10

. . . 0,973 1
0,68536 968,767 4202,5824 3,8418.10
−
−
 
 
     
= = <
 
 ÷
 ÷  ÷  ÷
     
 
 
 

T=84,739
o
C
λ
(w/m.độ)
ρ
(kg/m
3
)
µ
(N.s/m
2
)
C

(J/kg.độ)
Nước 0,68536 968,767
4
3,36544.10
−
4202,5824
Dung dịch 0,57158 1291
4
3,8418.10
−
3211,075
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch KOH tính theo công thức ( I 32 –Tr.123 -
Stttt1)
3
. . .
p
A C
M
ρ
λ ρ
=
21
Lê Viết Dũng
8
3
1291
3,58.10 .1291.3211,075. 0,57158
22,598
λ
−

⇔ = =
(w/m.độ)
8
3,58.10A
−
=
hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết
M: khối lượng phân tử mol của dung dịch
KOH
Áp dụng công thức (1)
( )
0,121.56 1 0,121 .18 22,598M⇒ = + − =
(g/mol)
0.5 2.33 2
22
2
22 22 22
45,3.0,210366 .8,183 .0,973 2708,85065( / . )
. 2708,85065.8,183 22166,52486( / )
w mđô
q t w m
α
α
⇒ = =
= ∆ = =
12 22
12
22166,52486 21103,5535
.100% .100% 4,795% 5%
22166,52486

q q
q
− −
= = <
Vậy giá trị
12
t∆
có thể chấp nhận
Hệ số truyền nhiệt giữa hai lưu thể :
i
i
hi
tb
i
t
q
K
∆
=
(w/m
2
.độ)
:
i
hi
t∆
hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i
:
i
tb

q
nhiệt tải riêng trung bình nồi i
2
21 ii
tb
qq
q
i
+
=
1
2
2
11 21
2
1
2
12 22
2
2
25346,6925 24475,36141
24911,02696( / )
2 2
24911,02696
951,87796( / . )
26,1704
21103,5535 22166,52486
21635,03918( / )
2 2
21635,03918

891,762( / . )
24,261
tb
tb
q q
q w m
K w mđô
q q
q w m
K w mđô
+
+
= = =
⇒ = =
+ +
= = =
⇒ = =
Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống :
22
Lê Viết Dũng
)(1176,2584242
3600
8,2140995.3013,4345
3600
.
1
1
w
rD
Q

hd
===
2
1
2
.
3985, 2537.235326,4
2474539,668( )
3600 3600
hd
W r
Q w= = =
Phân bố nhệt độ hữu ích trong từng nồi :
Nồi
K
Q
K
Q
1
2584242,176
2714,881
951,87796
=
2584242,176
52,1046
951,87796
=
2
2474539,668
2774,8879

891,762
=
2474539,668
52,6772
891,762
=
5489,7689
Q
K
=
∑
104,7818
Q
K
=
∑

Tổng bề mặt truyền nhiệt các nồi tương ứng :
Nồi
Bề mặt truyền nhiệt bằng nhau Tổng bề mặt truyền nhiệt bé
nhất
1
1
50,4314.2714,881
24,94
5489,7689
t∆ = =
1
50,4314.52,1046
25,0779

104,7818
t∆ = =
23
Lê Viết Dũng
2
2
50,4314.2774,8879
25, 4913
5489,7689
t∆ = =
2
50,4314.52,6772
25,3535
104,7818
t∆ = =
Kiểm tra:
50,4314t∆ =
∑
Kiểm tra:
50,4314t∆ =
∑
Sai số nồi 1 :
1 1
1
24,94 26,1704
4,93%
24,94
t thi
t
−

∆ −∆
= =
∆
Sai số nồi 2 :
2 2
2
25,4913 24,261
4,826%
25, 4913
hi
hi
t t
t
−
∆ − ∆
= =
∆
∑
×∆
=∆
K
Q
K
Q
t
t
hi
1
1
1

Nồi Bề mặt truyền nhiệt bằng
nhau, m
2
Tổng bề mặt truyền nhiệt bé
nhất, m
2
1
2584242,176
108,86
951,87796.24.94
=
2584242,176
108, 26
951,87796.25,0779
=
2
2474539,668
108,86
891,762.25,4913
=
2474539,668
109,45
891,762.25,3535
=
217,72F =
∑
217,71F =
∑

11

1
1
tK
Q
F
∆×
=
Chọn theo phương pháp bề mặt truyền nhiệt bằng nhau F=108,86 m
2


(buồng đốt)
Tuy nhiên, theo bảng (VI.6 - Tr.80 - Stttt2) thì F
chuẩn
lấy bằng 125(m
2
) .
3.Tính toán thiết bị phụ
 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu :
24
Lê Viết Dũng
Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu vào là thiết bị đun nóng loại ống
chùm ngược chiều dùng hơi nước bão hoà ở 4,1at , hơi nước đi bên ngoài
ống từ trên xuống dưới . Hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên .
Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25
0
C) khi ra ở nhệt
độ sôi 116,8296
0
C

*) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q)
Q = F.C
p
.(t
F
– t
f
) [W]
Trong đó :
F: lưu lượng hỗn hợp đầu F = 11000(kg/h)

F
t
: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp t
F
= 116,8296 (
o
C)
C
p
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp C
p
= 3657,24122 (J/kg )

t
F
: Nhiệt độ môi trường
Thay số :
Q=
11000

3600
.3657,24122.(116,8296-24,1) = 1036244,353 (W)
*) Hiệu số nhiệt độ hữu ích :
Hiệu số nhiệt độ lớn :

Chọn t
hđ
= t
1
= 143 (
0
C)
25