Đồ án môn học quá trình thiết bị thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dung dịch KOH với năng suất 6570 kgh

rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học

Họ và tên :
Lớp :
Khoa : Công Nghệ Hóa
GVHD :

Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc dung
dịch KOH với năng suất 6570 kg/h.
Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m
Nồng độ đầu vào của dung dịch: 12,4%
Nồng độ cuối của dung dịch: 35,3%
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4atm = 4,133at
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,2atm = 0,207at
GVHD:?????????????? 1 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
 !
∗∗∗∗∗
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

.
H Ni, Ngy … Tháng …Năm 2010
"#$%&'(&)*+
GVHD:?????????????? 2 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
,-./
Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết kế một
thiết bị hay hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, sinh viên
khoa Công nghệ Hoá học trường Đại học Công nghiệp Hà Nội được nhận đồ án
môn học: “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá học”. Việc thực hiện đồ án là
điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với thực tiễn sau
khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và
thiết bị Công nghệ Hoá 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 các 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
phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.
Trong đồ án môn học này, nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệ
thống cô đặc hai nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức với dung dịch KOH, năng
suất 6570 kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 12,4%, nồng độ sản phẩm 35,3%.
Đồ án môn học trình bày gồm các phần sau:
Phần 1: Giới thiệu chung
Phần 2: Tính toán thiết bị chính
Phần 3: Tính toán cơ khí
Phần 4: Tính toán thiết bị phụ
Phần 5: Kết luận
Do hạn chế về thời gian, chiều sâu về kiến thức, hạn chế về tài liệu, kinh
nghiêm thực tế và nhiều mặt khác nên không tránh khỏi những thiếu sót trong

quá trình thiết kế. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến, xem xét và chỉ
dẫn thêm của thầy cô giáo và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy 000000000000 đã hướng dẫn em hoàn
thành đồ án này.
GVHD:?????????????? 3 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
1/
23
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.
Cô đặc là một phương pháp quan trọng trong công nghiệp sản xuất hóa
chất, nó làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể, thu
dung môi ở dạng nguyên chất. dung dịch được chuyển đi không mất nhiều công
sức mà vẫn đảm bảo được yêu cầu. thiết bị dung để cô đặc gồm nhiều loại như:
thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết
bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc phòng
đốt ngoài, thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc ống tuần hoàn
trung tâm…
Tùy từng sản phẩm năng suất khác nhau mà người ta thiết kế thiết bị cô
đặc phù hợp với điều kiện cho năng suất được cao, và tạo ra được sản phẩm như
mong muốn,giảm tổn thất trong quá trình sản xuất.
Quá trình cô đặc của dung dịch mà giữa các cấu tử có chênh lệch nhiệt độ sôi
rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi. Tuy
nhiên, tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi ( hay không bay hơi trong quá
trình đó) mà ta có thể tách một phần dung môi (hay cấu tử khó bay hơi) bằng
phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh.
- Phương pháp nhiệt: Dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng) dung môi

chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi dung dịch sôi. Để cô đặc các
dung dịch không chịu được nhiệt độ ( như dung dịch đường) đòi hỏi cô đặc ở
nhiệt độ thấp, thường là chân không. Đó là phương pháp cô đặc chân không.
- Phương pháp lạnh: Khi hạ nhiệt độ đến một mức độ yêu cầu nào đó thì một
cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết – thường là kết tinh
dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất là
kết tinh dung môi, và điều kiện bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trình
GVHD:?????????????? 4 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và có khi phải dùng đến máy
lạnh.
451'6&789%+'%:+;<=>?@=
Các thiết bị cô đặc rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên ta có thể phân
loại theo 1 số đặc điểm sau:
- Theo nguyên lý làm việc: Có 2 loại thiết bị cô đặc làm việc theo chu kỳ
và làm việc liên tục.
- Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: Chia ra 3 loại: Thiết bị làm
việc ở P
dư
, P
ck
…
- Theo nguồn cấp nhiệt:
 Nguồn của phản ứng cháy nhiên liệu.
 Nguồn điện.
 Nguồn hơi nước: Nay là nguồn cấp nhiệt thường gặp nhất.
 Nguồn nước nóng, dầu nóng hoặc hỗn hợp điphenyl cho
thiết bị chu kỳ có công suất nhỏ.
Cấu trúc của một thiết bị cô đặc thường có 3 bộ phận chính sau:
- Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước, bộ phận nhận

nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài
các ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống.
- Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nên
phải có không gian lớn để tách các dung dịch rơi trở lại bộ phận nhiệt.
- Bộ phận phân ly: Để tác các giọt dung dịch còn lại trong hơi.
Cấu tạo của một thiết bị cô đặc cần đạt các yêu cầu sau:
- Thích ứng được các tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như: Độ
nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại.
- Có hệ số truyền nhiệt lớn.
- Tách ly hơi thứ tốt.
- Bào đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.
GVHD:?????????????? 5 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
A5>?@=&'%BC&D%
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý
nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt.
Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:
Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào
đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi thứ ở
nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang
nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên.
Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt
độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa
hơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải
giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường thì nồi
đầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí
quyển (chân không).
Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi.
Lượng hơi đốt dùng để bốc hơi 1 kg hơi thứ trong hệ thống cô đặc nhiều nồi sẽ
tăng. Dưới đây là số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt theo 1 kg hơi thứ:

Trong hệ thống cô đặc 1 nồi: 1,1 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 2 nồi: 0,57 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 3 nồi: 0,40 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 4 nồi: 0,30 kg/ kg
Trong hệ thống cô đặc 5 nồi: 0,27 kg/ kg
Qua số liệu này cho thấy, lượng hơi đốt giảm đi theo số nồi tăng nhưng
không giảm theo tỉ lệ bậc 1 mà từ nồi 1 lên nồi 2 giảm 50%, còn từ nồi 4 lên nồi
5 giảm đi 10%, thực tế từ nồi 10 lên nồi 11 giảm đi không quá 1% nghĩa là xét
về mặt hơi đốt hệ thống cô đặc nhiều nồi không thể quá 10 nồi.
Mặt khác số nồi tăng thì hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi rất nhanh do đó bề
mặt đun nóng của các nồi sẽ tăng.
GVHD:?????????????? 6 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
Vì vây, cần lựa chọn số nồi thích hợp cho hệ thống cô đặc nhiều nồi.
E5%F%+'%GCHBIC&"I<='J
E

Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu kali là chất lỏng ở dạng những tinh
thể lập phương, nóng chảy ở 334
0
C. Không hút ẩm, tan trong nước và độ tan
tăng nhanh theo nhiệt độ nên rất dễ kết tinh lại. Nó khó tan trong rượu và ete ở
400
0
C, KNO
3
phân huỷ thành kali nitrit và oxi:
KNO
3
= KNO

2
+ ½O
2
Do đó ở nhiệt độ nóng chảy KNO3 là chất oxi hoá mạnh, nâng số oxi hoá
của Mn, Cr lên số oxi hoá cao hơn.
Hỗn hợp của KNO3 và các hợp chất hữu cơ sẽ cháy dễ dàng và mãnh
liệt. Hỗn hợp gồm 75% KNO3, 10% S, 15% than là thuốc súng đen.
Diêm tiêu kali còn dược dùng làm phân bón, chất bảo quản thịt và dùng
trong công nghiệp thuỷ tinh. Ở nước ta nhân dân thường khai thác diêm tiêu từ
phân dơi hay đúng hơn từ đất ở trong các hang có dơi ở. Phân dơi trong các
hang đó lâu ngày bị phân huỷ giải phóng khí NH3. Dưới tác dụng của một số vi
khuẩn, khí NH3 bị oxi hoá thành nitrơ và axit nitric. Axit này tác dụng lên đá
vôi tạo thành Ca(NO
3
)
2
, muối này một phần bám vào thành hang, một phần tan
chảy ngấm vào đất trong hang. Người ta lấy đất hang này trộn kĩ với tro củi rồi
dùng nước sôi dội nhiều lần qua hỗn hợp đó để tách ra KNO
3
Ca(NO
3
)
2
+ K
2
CO
3
→ 2KNO
3

+ CaCO
3
Phương pháp này cho phép chúng ta sản xuất được một lượng diêm tiêu
tuy ít ỏi nhưng đã thoã mãn kịp thời yêu cầu của quốc phòng trong cuộc kháng
chiến chống Pháp trước đây.
K5LM?DI6N='CNB&OP&)CQ+
GVHD:?????????????? 7 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
4.1. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức.
Trong sơ đồ gồm những thiết bị chính sau
1. 2 nồi cô đặc thuộc loại thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức
2. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
3. Thiết bị ngưng tụ
4. Bơm hút chân không
K5A5"CNR&7S7TUH%G==VW'G+'X&"
Dung dich đầu Na
2
SO
4
chứa trong thùng (1) được bơm (2) đưa vào thùng
cao vị (3) từ thùng chứa 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 (5) (thiết bị ống chùm). Ở thiết 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
GVHD:?????????????? 8 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
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.
Hệ thống cô đặc xuôi chiều ( hơi đốt và dung dịch đi cùng chiều với nhau từ
nồi nọ sang nồi kia ) được dùng khá phổ biến trong công nghiệp hóa chất.Loại
này có ưu điểm là dung dịch tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự chênh
lệch áp suất giữa các nồi. Nhiệt độ sôi của nồi trước sang nồi sau , do đó , dung
dịch đi vào mỗi nồi ( trừ nồi 1 ) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả là
dung dịch đi vào sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt sẽ bốc hơi thêm một lượng
hơi nước gọi là quá trình tự bốc hơi.Nhưng khi dung dịch vòa nồi đầu có nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch , thì cần phải đun nongd dung dịch , do
đó tiêu tốn thêm một lượng hơi đốt .Vì vậy , khi cô đặc xuôi chiều , dung dịch
trước khi vào nồi nấu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng
tụ.

1/
YY
GVHD:?????????????? 9 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học

45LX7%GC;W&?ZC
Thiết kế hệ thống 2 nồi cô đặc xuôi chiều tuần hoàn cưỡng bức, cô đặc
dung dịch KOH với năng suất 6570kg/h.
Chiều cao ống gia nhiệt: 3m
Nồng độ đầu vào của dung dịch: 12,4%
Nồng độ cuối của dung dịch: 35,3%
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4,133 at
Áp suất hơi ngưng tụ: 0,207at
A5[&'=6&;\&"H(+7%GC
2.1. Xác định lượng nước hơi thứ bố ra từ 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)
⟹ 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:
W
1
: W
2
= 1 : 1
Mà ta có: W
1
+ W

2
= 4262,1246 kg/h
⟹ W
1
= 2131,0623 kg/h
W
2
= 2131,0623 kg/h
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
GVHD:?????????????? 10 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
Áp dụng công thức :
= 18,353 %
+ X
2
= 35,3%
E5[&'=6&;\&"&'%G+7#]&"
E545^=?<&'^_OCQ+HT&'%G+?`+a8&"Ub%&D%
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:

)(926,3207,0133,4 atPPP
nthd
=−=−=∆

- Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:
Mà: △P
1
+ △P
2
= 3,926 at
⟹ △P
1
= 2,736 at
△P
2
= 1,19 at
* Vậy áp suất hơi đốt từng nồi là:
P
1
= 4,133 at
P
2
= 4,133 – 2,736 = 1,397 at
* Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:
Tra bảng (I.251/ST1-T314,315):
P
1
= 4,133 at ⟹ t
1
= 143,9906
o
C
P
2

= 1,397 at ⟹ t
2
= 108,633
o
C
P
nt
= 0,207 at ⟹ t
nt
= 60,33
o
C
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:
GVHD:?????????????? 11 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
+ 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
°=+=+=
°=+=+=
33,61133,601
633,1091633,1081
,
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
217,0
444,1
,
2
,
1
=
=

• Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:
Loại
Nồi 1 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
= 4,133 t
1
=143,9906 P
2
=1,397 t
2
=108,633
P
ng
=0,207 t
ng

=60,33
Hơi
thứ
P’
1
=1,444 t’
1
=109,633 P’
2
=0,217 t’
2
=61,33
3.2. Xác định tổn thất nhiệt độ
3.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ:
,
∆
(
o
C)
GVHD:?????????????? 12 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
Áp dụng công thức:
r
T
f
f
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 – T62)
Cx
Cx
o
o
°=∆⇒=
°=∆⇒=
33,17%3,35
57,8%353,18
,
22
,
11
* Xác định nhiệt độ T
i
KT
KT
°=+=
°=+=

33,33427333,61
633,382273633,109
2
1
* Xác định r
i
:
Tra bảng (I.250/ST1 – T312)
kgJr
kgJr
/10.7878,2353
/10.234,2237
3
2
3
1
=
=
Vậy:
GVHD:?????????????? 13 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
C
C
°==∆
°==∆
332,13
10.7878,2353
)33,334(
33,17.2,16
086,9

10.234,2237
)633,382(
.57,8.2,16
3
2
,
2
3
2
,
1
⟹
o
C
3.2.2. Tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh:
,,
∆
- Áp dụng công thức VI.13
4
2
1
,,
10.81,9
.
).
2
(
g
h
hPP

tt
dds
otb
otb
ρ
++=
−=∆
at

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 KOH ở 20ºC ứng với mỗi nồng độ được
xác định theo bảng (I.46/ST1 – T42)
)/(3,1347%3,35
)/(53,1172%353,18
3
22
3
11
mkgx
mkgx
dd
dd
=⇒=
=⇒=
ρ
ρ
GVHD:?????????????? 14 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là
)/(65,673
2
3,1347
)/(265,586
2
53,1172
3
2

3
1
mkg
mkg
dds
dds
==
==
ρ
ρ
+ Chọn h
1
= 0,5 m và h
2
= 3,0 m ( đề ra )
)(352,0
10.81,9
81,9.65,673
).
2
3
5,0(217,0
)(561,1
10.81,9
81,9.265,586
).
2
3
5,0(444,1
4

2
4
1
atP
atP
tb
tb
=++=
=++=
Tra bảng (I.251/ST1- T314)
Ct
Ct
tb
tb
°=
°=
184,72
92,111
2
1
Vậy:
Ctt
Ctt
tb
tb
°=−=−=∆
°=−=−=∆
854,1033,61184,72
287,2633,10992,111
022

,,
2
011
,,
1
⟹ △
”
= 2,287 + 10,854 = 13,141
o
C
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: △
”’
= 1 + 1 = 2
o
C
• Tổng tổn thất nhiệt độ là:
∑
=∆
△
’
+ △
”
+ △

”’
= 22,418 + 13,141 + 2 = 37,559
o
C
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
GVHD:?????????????? 15 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
∑
∆−∆=∆
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
°=−=−=∆
6606,8333,609906,143
(CT VI.16/ST2 – T67)
Vậy :
Ct
hi
°=−=∆ 1016,46559,376606,83
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
°=++=
°=++=
516,85854,10332,1333,61
006,121287,2086,9633,109
2
1

3.3.3. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi
CttT
CttT
s
s
°=−=−=∆
°=−=−=∆
117,23516,85633,108
9846,22006,1219906,143
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

Qm1 Qm2


GVHD:?????????????? 16 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
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
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
* 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
* 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
)
GVHD:?????????????? 17 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
- 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
* Hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Được thành lập dựa trên nguyên tắc :
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
GVHD:?????????????? 18 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
C
C
°=
°=
633,108
9906,143
2
1
θ
θ
-Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Tra bảng I204/ Tr 236/ ST1 x
0
= 12,4% ↔: t
s0
=103,151ºC
Đã tính được : t
s1
= 121,006
o
C
t
s2
= 85,516
o

C
- Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng
(I.249/ST1 – T310)
θ
1
= 143,9906
o
C ⇒ Cn
1
= 4296,9765 (J/kg độ)
θ
2
= 108,633
o
C ⇒ Cn
2
= 4231,2229 (J/kg độ)
- 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
= 12,4%
Áp dụng công thức I.41 /ST1 – T152 ta có:
C
d
= 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,124) = 3666,936 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x
1
= 18,353 %
Cũng áp dụng công thức trên ta được:
C

1
= 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,18353) = 3417,743 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x
c
= 35,3 %
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 KOH 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 KNO

3
: M
1
= 56
n
1
: Số nguyên tử K : n
1
= 1
n
2
: Số nguyên tử O : n
2
= 1
GVHD:?????????????? 19 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
n
3
: Số nguyên tử H : n
3
= 1
c
1
, c
2
c
3
: Nhiệt dung riêng của nguyên tử K, N, O .
Tra từ bảng I.141 /ST1 – T152
c

1
= 26000 J/kg.nguyên tử. độ
c
2
= 16800 J/kg.nguyên tử. độ
c
3
= 9630 J/kg.nguyên tử. độ
Vậy :
25,936
56
96301680026000
=
++
=
ht
C
(J/kg độ)
Vậy: C
2
= 936,25.0,353 + 4186.(1- 0,353) = 3038,838 (J/kg độ)
- Xác định hàm nhiệt hới đốt và hơi thứ;
Tra bảng ( I.250/ST1 – 312 )
kgJiCt
kgJiCt
kgJiCt
kgJiCt
/2,261074733,61
/4,2695339633,109
/4,2693539633,108

/84,27455869906,143
3
,
2
1
,
1
22
1
=⇒°=
=⇒°=
=⇒°=
=⇒°=
Vậy ta có: W
1
=2085,737
W
2
=W – W
1
=4262,1246 – 2085,737 = 2176,1886
D = 2201,305
• Xác định lại tỷ lệ phân phối giữa các nồi
+ Sai số :
ɛ
1
= .100= 2,15 %
ɛ
2
= .100= 2,1 %

+ Tỷ lệ phân phối hơi thứ là
W
1
: W
2
= 1:1
GVHD:?????????????? 20 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
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 3417,743 4296,9765 143,9906 2131,0623 2085,936 2,15
2 3038,838 4231,2229 108,633 2131,0623 2176,1886 2,1

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiên như sau W
1
: W
2
= 1: 1
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:?????????????? 21 SVTH:?????????????
T2
T2
T1
T1
tT1
t0
tT2
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
K5[&''GOX=Q_&'%G+c&'%G+7#]&"+aC&";d&'+e&"&D%
4.1. Tính hệ số cấp nhiệt
α
khi ngưng tụ hơi.


- 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
°=∆
°=∆
87,1
97,1
12
11
GVHD:?????????????? 22 SVTH:?????????????

rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
r
i
: ẩn nhiệt nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt:
(Tra bảng I.250/ST1 – T321) ta có:
t
1
= 143,9906
o
C r
1
= 2130,047 .10
3
J/kg
t
2
= 108,633
o
C r
2
= 2237,8276.10
3
J/kg
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

= 143,9906
o
C ⟹ t
m1
= 143,9906 – 0,5.1,97 = 143,0056
o
C
t
2
= 108,633
o
C ⟹ t
m2
= 108,633 – 0,5.1,87 = 107,698
o
C
Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào t
m
: (ST2 – T 29 )
với: t
1
= 143,0056
o
C ⟹ A
1
= 194,3008
t
2
= 107,698
o

C ⟹ A
2
= 182,4641
Vậy:
)/(527,10352
2.87,1
10.8276,2237
.4641,182.04,2
)/(0084,10748
2.97,1
10.047,2130
.3008,194.04,2
2
25,0
3
12
2
25,0
3
11
đômW
đômW
=









=
=








=
α
α
GVHD:?????????????? 23 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
4.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
( CT 4.14/QTTB1 – T1 )
iii
tq
111
.∆=
α
W/m
2
q
11
= 10748,0084.1,97 = 21173,577 (W/m
2
)

q
12
= 10352,527.1,87 = 19359,2255 (W/m
2
)
Bảng 4:
Nồi
Ct
i
°∆ ,
1
Ct
mi
°∆
,
A
domW
i
2
1
/,
α
2
1
/, mWq
i
1 1,97 143,0056 194,3008 10748,0084 21173,577
2 1,87 107,698 182,4641 10352,527 19359,2255
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 444,1
,
1
=
atP 217,0
,
2
=

i
t
2
∆
: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi.
TiiiddiiTi
ttTttt
∆−∆−∆=−=∆
122
GVHD:?????????????? 24 SVTH:?????????????
rường: ĐHCN Hà Nội Đồ Án Môn QTTB CN Hóa Học
- 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
r
1
, r
2
: nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngoài cặn bẩn của nước ngưng,
bên trong cặn bẩn do dung dịch.
- Tra theo bảng ( V.I/ ST2 – T4 )
r
1
= 0,387.10
-3
m
2
độ/W
r
2
= 0,232.10
-3
m
2
độ/W
- Tra bảng ( VI.6/ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là
mmm 002,02 ==
δ
Chọn ống dẫn nhiệt làm bằng làm bằng hợp kim thép CT3có chiều dày δ=
2 mm có λ = 46,4 W/m độ [1-127]
Vậy ∑ r = (0,232+0,387 +).10
-3
= 0,662.10

-3
[m
2
độ/ W]

⇒
Ct
Ct
T
T
°==∆
°==∆
−
−
816,1210.662,0.2255,19359
017,1410.662,0.24,21431
3
2
3
1
Vậy :
Ct
Ct
°=−−=∆
°=−−=∆
643,8816,1287,1329,23
998,6017,1497,1985,22
22
21
*

ψ
: hệ số hiệu chỉnh ,xác định theo công thức(VI.27/ST2 – T71)
GVHD:?????????????? 25 SVTH:?????????????