Đồ án hóa công cô đặc phòng đốt trong có ống tuần hoàn trung tâm NH4NO3

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Lời mở đầu
Sau khi hoàn thành các học phần của bộ môn “ Các quá trình thiết bị và công
nghệ hóa học” , chúng em có cơ hội được ứng dụng các kiến thức đã học vào việc
thiết kế Đồ án môn học. Việc này giúp cho sinh viên ngành công nghệ hóa chúng
em hiểu sâu hơn và có khả năng vận hành được các máy móc trong công nghiệp
sản xuất có liên quan.
Quá trình và thiết bị được trình bày trong cuốn đồ án này là quá trình và thiết
bị cô đặc. Cô đặc là quá trình được thực hiện nhiều trong sản xuất hoá chất và thực
phẩm nhằm tăng nồng độ của sản phẩm bằng cách lấy bớt dung môi ra. Trong cuốn
đồ án này em được giao đề tài là “ Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết
bị cô đặc phòng đốt trong có ống tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch NH
4
NO
3

với năng suất 8500kg/h. Chiều cao ống gia nhiệt H=2m.
Các số liệu ban đầu:
• Nồng độ đầu của dung dịch : 13%
• Nồng độ cuối của dung dịch : 36%
• Áp suất hơi nồi 1 : 4 at
• Áp suất hơi nồi 2 : 0,2 at.
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
1
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH

4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Phần I. Giới thiệu chung
1.1 Tổng quan về muối amoni nitrat NH
4
NO
3
.
Amoni nitrat là một hợp chất hoá học , là nitrat của amoniăc với công thức hoá học
NH
4
NO
3
, là một chất bột màu trắng tại nhiệt độ phòng và áp suất tiêu chuẩn. Chất
này thường được dùng trong nông nghiệp làm phân bón và cũng được sử dụng làm
chất ôxi hoá trong thuốc nổ.
Cấu tạo của amoni nitrat :
Tổng quát
Tên gọi Muối amôni nitrat
CTHH NH
4
NO
3
KLPT 80.04336 g/mol
Màu sắc Rắn trắng
Tính chất
Tỷ trọng 1.73 g/cm³,

Độ hoà tan trong nước 119g/100ml (0
0
C )
190g/100ml (20
0
C )
286g/100ml ( 40
0
C )
421g/100ml (60
0
C )
630g/100ml ( 80
0
C )
1024g/100ml ( 100
0
C )
Điểm nóng chảy 169
0
C
Điểm sôi
≈
120
0
C
Hàm lượng Nitơ 34,5 %
1.1.1 Ứng dụng làm thuốc nổ .
Là một chất ôxi hoá mạnh, amôni nitrat tạo thành một hỗn hợp nổ khi kết hợp với
nhiên liệu như hyđrô, thường là dầu Diesel hoặc đôi khi là kerosen. Do amoni nitrat

và dầu nhiên liệu (ANFO) thường có sẵn, hỗn hợp ANFO trong nhiều trường hợp
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
2
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
được sử dụng trong các bom tức thì, ví dụ như IRA lâm thời và vụ đánh bom Thành
phố Oklahoma.
Amôni nitrat được sử dụng trong các thuốc nổ quân sự như bom daisy cutter và là
một thành phần của amatol. Các hỗn hợp sử dụng trong quân sự thường pha
≈
20%
bột nhôm nữa để tăng sức nổ. Một ví dụ của trường hợp này là Ammonal : có chứa
amôni nitrat , trinitrotoluene và nhôm.
1.1.2 Ứng dụng làm phân bón trong nông nghiệp .
Phân amôn nitrat có chứa 33 – 35% Nitơ nguyên chất. Ở các nước trên thế giới loại
phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm. Phân này ở dưới
dạng tinh thể muối kết tinh có màu vàng xám. Amôn nitrat dễ chảy nước, dễ tan
trong nước, dễ vón cục, khó bảo quản và khó sử dụng. Là loại phân sinh lý chua.
Tuy vậy, đây là loại phân bón quý vì có chứa cả NH4+ và cả NO3-, phân này có
thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất khác nhau. Amôn nitrat bón
thích hợp cho nhiều loại cây trồng cạn như thuốc lá, bông, mía, ngô… Phân này
được dùng để pha thành dung dịch dinh dưỡng để tưới cây trong nhà kính và tưới
bón thúc cho nhiều loại rau, cây ăn quả
1.1.3 Các ứng dụng khác
Amôni nitrat được sử dụng trong các túi lạnh nhanh (instant cold pack). Trong ứng

dụng này amoni nitrat được trộn với nước trong một phản ứng thu nhiệt, với nhiệt
lượng 26,2 KJ/mol . Các sản phẩm của các phản ứng amoni nitrat được ứng dụng
trong các túi khí. Chất azit natri NaN
3
là hoá chất được sử dụng trong các túi khí và
nó phân huỷ tạo ra Na và N
2
.
Amoni nitrat được ứng dụng trong việc xử lý các quặng titanium. Amnoi nitrat
được sử dụng trong việc điều chế chất N
2
O.
NH
4
NO
3

(aq)

→
N
2
O + 2H
2
O
Amoni nitrat có thể được sử dụng để điều chế amoniăc khan , một hoá chất thường
được sử dụng trong việc sản xuất methamphetamine.
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
3

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
1.2 Sơ lược về quá trình cô đặc.
Quá trình cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun sôi. Đặc điểm
của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, chất hoà tan
được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng lên. Khi bay
hơi, nhiệt độ của dung dịch sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất hơi của dung môi trên
mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống trên mặt thoáng
dung dịch nhưng nhỏ hơn áp suất chung.Trạng thái bay hơi có thể xảy ra ở các
nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng thì tốc độ bay hơi càng lớn, còn sự bốc
hơi (ở trạng thái sôi) diễn ra ngay cả trong lòng dung dịch( tạo thành bọt) khi áp
suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng , trạng thái sôi chỉ có ở
nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của dung dịch đã cho.
Trong quá trình cô đặc, nồng độ của dung dịch tăng lên, do đó mà một số tính chất
của dung dịch cũng sẽ thay đổi. Điều này có ảnh hưởng đến quá trình tính toán, cấu
tạo vá vận hành của thiết bị cô đặc. Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung
riêng C, hệ số cấp nhiệt α của dung dịch sẽ giảm. Ngược lại, khối lượng riêng ρ, độ
nhớt ν, tổn thất do nồng độ ∆
’
sẽ tăng. Đồng thời khi tăng nồng độ sẽ tăng điều kiện
tạo thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, những tính chất đó sẽ làm giảm bề mặt
truyền nhiệt của thiết bị.
Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt
độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ để đun nóng
cho một thiết bị ngoài hệ thống thì ta gọi đó là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, làm

việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở các áp suất
khác nhau tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thường thì có thể dùng
thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không
vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt ( khi áp suất giảm thì nhiệt
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
4
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
độ sôi của dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch
tăng).
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa
kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm
tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi
này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứ 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 môt phần, nồng độ dần tăng 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 nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp
suất thấp hơn áp suất khí quyển.
Trong các loại hệ thống cô đặc nhiều nồi thì hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều
được sử dụng nhiều hơn cả .
Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự
chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau, do đó

dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả
là dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một phần nước
làm quá trình tự bốc hơi.
Nhược điểm: nhiệt độ dung dịch ở các nồi sau thấp dần nhưng nồng độ của dung
dịch lại tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền
nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối. Hơn nữa, dung dịch đi vào nồi đầu có
nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun
nóng dung dịch.
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
5
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, Cô đặc là quá trình làm bay hơi
một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi. ở nhiệt độ sôi, với
mục đích:
+ Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch
+ Tách các chất hoà tan ở dạng rắn(kết tinh)
+ Tách dung môi ở dạng nguyên chất .v.v.
1.3 Sơ đồ mô tả thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm .
1.3.1 Mô hình và dây chuyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều có ống tuần
hoàn trung tâm.
* Mô hình
1. Vỏ
2. Phòng đốt
3. Ống truyền nhiệt

4. Ống tuần hoàn trung tâm
5. Phòng phân ly
6. Bộ phận tách bọt
* Nguyên lý làm việc
Phần dưới của thiết bị là phòng đốt 2 gồm có các ống truyền nhiệt 3 và ở tâm có
ống tuần hoàn 4 tương đối lớn . Dung dịch đi bên trong ống, hơi đốt đi vào khoảng
trống phía ngoài ống. Phía trên phòng đốt là phòng tách hơi thứ khỏi hỗn hợp hơi -
lỏng 5 còn gọi là buồng bốc. Trong buồng bốc có bộ phận tách bọt 6 dùng để tách
những giọt lỏng do hơi thứ mang theo.
Khi năng suất thiết bị lớn có thể thay một ống tuần hoàn trung tâm bằng một vài
ống có đường kính nhỏ hơn.
Muốn cho dung dịch tuần hoàn tốt thì nên cho dung dịch vào phòng đốt chiếm từ 0,
4 – 0,7 chiều cao ống, tốc độ đi trong ống tuần hoàn chọn khoảng 0,4 – 0,5 m/s .
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
6
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Diện tích thiết diện của ống tuần hoàn lấy khoảng 15 -20% thiết diện của tất cả các
ống truyền nhiệt.
- Ưu điểm :
+ Cấu tạo đơn giản
+ Dễ vệ sinh và sửa chữa
- Nhược điểm :
+ Tốc độ tuần hoàn còn bé nên hệ số truyền nhiệt thấp.
- Phạm vi ứng dụng :

+ Thiết bị loại này dùng để cô đặc các dung dịch có độ nhớt lớn
+ Những dung dịch có nhiều váng , cặn .
1.3.2 Dây chuyền hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều có ống tuần hoàn trung
tâm
Dung dịch NH
4
NO
3
đầu có nồng độ 13% từ bồn chứa nguyên liệu được bơm lên
thùng cao vị nhờ bơm nhập liệu. Bồn cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn để ổn
định mức chất lỏng có trong bồn. Sau đó nguyên liệu đi qua bộ phận đo lưu lượng
kế đảm bảo lưu lượng nhập liệu là 8500kg/h.
Dung dịch được đưa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu ( thiết bị loại ống
chùm ). Mục đích dung thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là để giảm chi phí hơi đốt và
giảm thời gian gia nhiệt trong thiết bị cô đặc. Tại đây dung dịch được nâng lên đến
nhiệt độ sôi bằng hơi bão hòa được cung cấp từ ngoài vào. Sau khi trao đổi nhiệt thì
hơi ngưng tụ thành nước theo đường ống chảy vào thùng chứa, trên đường tháo
nước ngưng có lắp bẫy hơi để không cho hơi theo nước ngưng ra ngoài.
Dung dịch sau khi gia nhiệt đến trạng thái sôi thì đi vào nồi cô đặc I . Hơi đốt
được cung cấp vào buồng đốt của nồi I là hơi bão hòa có áp suất 4 at. Dưới tác
dụng của hơi đốt của buồng đốt, hơi thứ được bốc lên và đẫn qua buồng đốt của nồi
II để gia nhiệt cho quá trình cô đặc tiếp theo. Hơi đốt của nồi I sau khi ngưng tụ
được dẫn ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, sau đó chảy vào thùng chứa. Phần khí
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
7
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3

năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
không ngưng trong hơi đốt của nồi I được dẫn đến bộ phận tách giọt được bơm
chân không hút ra ngoài.
Tương tự quá trình diễn ra ở nồi I, dung dịch ở nồi II được cô đặc. Sau khi ra
khỏi nồi II dung dịch đạt nồng độ 36% được bơm tháo liệu đưa vào thùng chứa sản
phẩm. Hơi thứ nồi II được dẫn qua thiết bị ngưng tụ Bromet. Tại thiết bị ngưng tụ
Baromet hơi bốc từ dưới lên gặp nước lạnh từ trên xuống khí được ngưng tụ một
phần thành nước, phần hơi không ngưng sẽ đi vào thiết bị phân ly lỏng hơi để tách
hơi có lẫn giọt lỏng ra khỏi nhau, hơi được bơm chân không hút ra ngoài còn hơi
thứ ngưng tụ được ngưng tụ và dẫn về ống Baromet chảy về bồn chứa. Thùng chứa
nước ngưng có lắp ống để nối với cống xả, khi cần xả lượng nước ngưng thừa.
* Sơ đồ
1,2 - Bể chứa dung dịch đầu.
3 – Thùng cao vị
4 – Lưu lượng kế.
5 - Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6,7 - Nồi cô đặc 1, 2.
8 – Baromet.
9 – Hút chân không
10 –Thùng chứa sản phẩm.
11 – Bơm chân không. 12- Thùng chứa nước ngưng
Phần II : Tính toán thiết bị chính
Yêu cầu :
- Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn
trung tâm dùng cho cô đặc NH
4
NO
3
với năng suất 8,5 tấn/h.

Các số liệu ban đầu :
- Chiều cao ống gia nhiệt 2m
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
8
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
- Nồng độ đầu của dung dịch x
d
= 13 %
- Nồng độ cuối của dung dịch x
c
= 36 %
- Áp suất hơi đốt nồi 1 P
hd1
= 4 at
- Áp suất hơi ngưng tụ P
ng
= 0,2 at
1. Tính toán lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W) .
• Áp dụng công thức :
W = G
đ -









−
x
x
c
d
1

( CT 5.24 – T162 [3] ) (1)
Trong đó: W- Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (Kg/s)
x
d
- Nồng độ đầu vào của dung dịch: x
d
= 13%
x
c
- Nồng độ cuối của dung dịch: x
c
= 36%
G
d
–Năng suất thiết bị: G
d
= 8500 kg/h
55,5430)

36
13
1(8500 =−=W
(kg/h)
2. Tính toán lượng hơi thứ bốc ra khỏi mỗi nồi.
- Gọi: W
1
- Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1: W
1
(kg/s)
W
2
- Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 2: W
2
(kg/s)
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2 là :
Ta chọn: W
1
= W
2
(1)
Mặt khác: W = W
1
+ W
2
= 5430,55

(2)
Từ (1) và (2) ta tính được: W
1

= W
2
=
2
55,5430
= 2715,275 ( kg/h)
3. Nồng độ sản phẩm ra khỏi mỗi nồi
i
.
W
d d
i
d
G X
x
G
=
−
(CT 5,12T162 - [3])
Nồng độ cuối ra khỏi nồi 1 là:
%19
275,27158500
%13*8500
*
1
1
=
−
=
−

=
WG
XG
x
d
dd

Nồng độ cuối ra khỏi nồi 2 là: x
2
= x
c
= 36%
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
9
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
4. Chênh lệch áp suất chung của hệ thống (ΔP)
ΔP được đo bằng hiệu số giữa áp suất đốt sơ cấp P
1
ở nồi 1 và áp suất hơi thứ
ở thiết bị ngưng tụ P
ng
.
Ta có: ΔP = P
1

- P
ng

= 4– 0,2= 3,8 (at)
5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi.
- Giả thiết phân bố hiệu suất áp suất hơi đốt giữa các nồi như sau:
ΔP
1
/ΔP
2
= 2,4 (5)
ΔP = ΔP
1
+ ΔP
2
= 4,6 (5’)
Từ (5) và (5’) ta tính được: ΔP
1
= 2,682 at ;
P∆
2
= 1,118 at
- Áp suất hơi đốt trong nồi được tính theo công thức:
P
i
= P
i -1
– ΔP
i – 1
(i =

1 2−
) (5)
Áp suất hơi đốt nồi 1 là: P
1
= 4at
Áp suất hơi đốt nồi 2 là: P
2
= P
1
- ΔP
1
= 4- 2,682 = 1,318 at
Áp suất hơi ngưng tụ là: P
ng
= 0,2 at
- Nhiệt độ hơi đốt của nồi 1 và 2 được xác định bằng cách tra bảng I-251 [1-314]
Ứng với mỗi giá trị của áp suất tìm được ta tìm được nhiệt độ hơi đốt, nhiệt hóa hơi
r
i
, nhiệt lượng riêng hơi nước i
1
tương ứng như sau:
P
1
= 4at T
1
= 142,9
0
C
i

1
= 2744 .10
3
(J/kg)
r
1
= 2141 .10
3
(J/kg)
P
2
= 1,318 at T
2
= 107,08
0
C
i
2
= 2690,13 .10
3
(J/kg)
r
2
= 2241,92.10
3
(J/kg)
P
ng
= 0,2 at → T
ng

= 59,7
0
C
i
ng
= 2607 .10
3
(J/kg)
r
ng
= 2358 .10
3
(J/kg)
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
10
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
6. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
* Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi từng nồi t
i’
được xác định theo công thức:
t
i’
= T
i +1

+
'''
i
∆
(6)
Trong đó: T
i +1
: Nhiệt độ hơi đốt trong nồi thứ i (
0
C) (i =
1 2−
)
'''
i
∆
- là tổn thất nhiệt do trở lực đường ống (
o
C)
Chọn:
'''
i
∆
=
'''
1
∆
+
'''
2
∆

= 1 + 1 = 2 (
o
C)
Thay số vào công thức ta được:
t’
1
= t
2
+
'''
1
∆
= 107,08 + 1 = 108,08 (
o
C)
t’
2
= t
ng
+
'''
2
∆
= 59,7 + 1 = 60,7 (
o
C)
Tra bảng I.250 [1-314] – Tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào
nhiệt độ
t’
1

= 108,08 (
o
C) Suy ra:
P’
1
= 1,373 at
i’
1
= 2692,544.10
3
(J/kg)
r’
1
= 2239,376 .10
3
(J/kg)
t’
2
= 60,7 (
o
C) P’
2
= 0,21 at
i’
2
= 2608,4 .10
3
(J/kg)
r’
2

= 2355,5 .10
3
(J/kg)
Bảng tổng hợp số liệu 1 :
Nồi
Hơi đốt Hơi thứ
x
(%)
P(at) t(
0
C)
I
(10
3
J/kg)
r
(10
3
J/kg)
P’
(at)
t’ (
0
C)
i’
(10
3
J/kg)
r’
(10

3
J/kg)
1 4 142,9 2744 2141 1,373 108,08 2692,544 2239,376 19
2 1,318 107,08 2690,13 2241,92 0,21 60,7 2608,4 2355,5 36
7. Tính tổn thất nhiệt cho từng nồi
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
11
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ. Tổng tổn thất này bằng tổn
thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi (∆')
do cột áp suất thủy lực (∆'') trong nồi và do trở lực thủy lực (∆''')
a/ Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung môi (∆'):
Phụ thuộc vào tính chất tự nhiên của chất hòa tan và dung môi vào nồng độ và
áp suất của chúng. ∆' ở áp suất bất kỳ được xác định theo Tysenco:
'∆
i
= 16,2.
'∆
0i
.
i
2
r

T
i
Trong đó:
∆'
0
: Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung
môi ở nhiệt độ nhất định và áp suất khí quyển.
Giá trị ∆'
0
được tra từ bảng VI.2 ( T62 – II)
Nồi 1:
x
1
= 19% → ∆'
01
= 2,8
0
C
Nồi 2:
x
2
= 36 % → ∆'
02
= 5,3
0
C
T'
i
: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (nhiệt độ hơi thứ ra
khỏi mỗi nồi), [

o
K]
T'
1
= 108,08 + 273 = 381,08 [
o
K]
T'
2
= 60,7 + 273 = 333,7 [
o
K]
r'
i
: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch nguyên chất ở áp suất làm việc, [J/kg]
Từ bảng số liệu 1: r'
1
= 2239,376.10
3
[J/kg]
r'
2
= 2355,5.10
3
[J/kg]
Từ đó tính được:
==∆
3
2
1

10.376,2239
08,381
.8,2.2,16'
2,94 [
o
C]
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
12
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
059,4
10.5,2355
7,333
.3,5.2,16'
3
2
2
==∆
[
o
C]
Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao:

Σ∆
’ = ∆'

1
+

∆'
2
= 2,94 + 4,059 = 6,999 [
o
C]
b/ Tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:
Tổn thất này do nhiệt độ sôi ở đáy thiết bị cô đặc luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của
dung dịch ở trên mặt thoáng. Thường tính toán ở khoảng giữa ống truyền nhiệt:
g
h
hPP
ddsiitbi
.).
2
(
2
10
ρ
++=
, [N/m
2
]
Để thuận tiện cho tính toán ta chuyển sang đơn vị tính atm. Lúc đó công thức
trên trở thành:
4
2
10

10
1
.).
2
(
ddsiitbi
h
hPP
ρ
++=
, [at]
P
oi
: Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng, [at]
Theo bảng số liệu 1:
P
o1
= 1,318 at
P
o2
= 0,21 at
h
1
: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của
dung dịch, h
1
= 0,2 m
h
2
: Chiều cao ống truyền nhiệt, h

2
= 2 m
ρ
ddsi
: Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi.
Tra từ

bảng I.29 [1-37]
Nồi 1: x
1
= 19% → ρ
dds1
= 1076,3 kg/m
3
Nồi 2: x
2
= 36 % → ρ
dds2
= 1153,7kg/m
3
Vậy ta có
477,1
10
3,1076
).
2
2
2,0(318,1
4
1

=++=
tb
P
[at]
348,0
10
.7,1153
).
2
2
2,0(21,0
4
2
=++=
tb
P
[at]
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
13
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
- Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P
tb
vừa tính được xác định bằng cách tra bảng I.251
[1-34]

P
tb1
= 1,477 at → t
tb1
= 109,64
o
C
P
tb2
= 0,21 at → t
tb2
= 69,17
o
C
* Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:
itbii
tt
0
'' −=∆
Trong đó:
t
tbi
; t
oi
là nhiệt độ ứng với các áp suất P
tbi
; P
oi
→
0111

'' tt
tb
−=∆
= 109,64 – 108,08 = 1,56 [
o
C]
→
0222
'' tt
tb
−=∆
= 69,17 – 60,7 = 8,47[
o
C]
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh:

''Σ∆
= 1,56 + 8,47 = 10,03 [
o
C]
c/ Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống: (∆''')
Trong mục 6 khi tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi ta đã chọn:
∆'''
1
= ∆'''
2
= 1
o
C
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống bằng:

211'''''''''
21
=+=∆+∆=∆
[
o
C]
d/ Tổng nhiệt độ tổn thất bằng:
∑ ∑ ∑ ∑
=∆+∆+∆=∆ ''''''
6,999 + 10,03 + 2 = 19,029 [
o
C]
8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống
a. Nhiệt độ hữu ích của hệ thống
Theo công thức (IV-325) ∆t
h
= t
h
- t
ng
- ∑∆
t
h –
Nhiệt độ hơi đốt nồi 1
t
ng
– nhiệt độ hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ
∆t
hi
= 142,9 – 59,7 – 19,029 = 64,171 (

0
C)
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
14
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
b. Hiệu số nhiệt hữu ích trong mỗi nồi: là hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và
nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch cô đặc.
∆
thi i
= t
i
– t
si

Nồi 1: có t
s1
= t’
1
+ ∆
1
’ + ∆
1
’’ = 108,08 + 2,94 + 1,56 = 112,58 (
o

C)
∆
thi1
= t
1
– t
s1
= 142,9 – 112,58 = 30,32 (
0
C)
Nồi 2: có t
s2
= t’
2
+ ∆
2
’ + ∆
2
’’ = 60,7 + 4,059 + 8,47 = 73,229 (
0
C)
∆
thi2
= t
2
– t
s2
= 107,08 – 73,229 = 33,85 (
o
C)

Bảng tổng hợp số liệu 2
Nồi ∆
i
’(
0
C) ∆
i
’’(
0
C) ∆’’’
i
(
0
C) ∆t
hii
(
0
C) t
si
(
0
C)
1 2,94 1,56 1 30,32 112,58
2 4,059 8,47 1 33,85 73,229
9. Tính cân bằng hơi đốt D, lượng hơi thứ Wi cho từng nồi. Sơ đồ cân bằng vật
chất và nhiệt lượng.
Sơ đồ cân bằng vật chất và nhiệt lượng
W
1
,i'

1
Q
xq2
Q
xq1
(G
ñ
-W
1
)C
1
t
1
D,i'
h
(G
ñ
-W
1
-W
2
)C
2
t
2
W
2
,i"
2
i"

1
,W
1
G
ñ
,C
ñ
,t
ñ
D,i"
h
Giải thích các kí hiệu trong sơ đồ:
- G
đ
: Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị; kg/h
G
đ
= 8500 kg/h
- D : Lượng hơi đốt vào nồi thứ nhất; kg/h
-W
1
, W
2
: Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1,2 ; kg/h
- C
0
; C
1
; C
2

: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2; J/kg.độ
- C
nc1
, C
nc2
: Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, nồi 2; J/kg độ
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
15
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
- t
so
, t
s1
, t
s2
: Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2;
o
C
- θ
1
, θ
2
: Nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 ;
o

C
- i
1
, i
2
: Nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2; J/kg.độ
- i'
1
, i'
2
: Nhệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2; J/kg.độ
- Q
m1
, Q
m1
: Nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2;
b. Hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Được thành lập dựa trên nguyên tắc:
Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra
Nồi 1:
111111111
).('
mncsđsoođ
QCDtCWGiWtCGiD ++−+=+
θ
Nồi 2:
222122212211121
).(' ).(.
mncsđsđ
QCWtCWWGiWtCWGiW ++−−+=−+

θ
Và:
WWW =+
21
• Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt:
θ
1
= 142,9
o
C
θ
2
= 107,08
o
C
• Nhiệt độ sôi của từng nồi:
→ t
s1
= 112,58
o
C
→ t
s2
= 73,229
o
C
Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn, người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độ
càng cao càng tốt vì quá trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của các quá
trình sản xuất khác.
Do đó có thể chọn: t

so
= t
1
=142,9
o
C
• Nhiệt dung riêng của nước ngưng – tra theo nhiệt độ nước ngưng ở từng nồi –
Bảng I.249 [1-311] , Ta có:
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
16
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
θ
1
= 142,9
o
C → C
nc1
= 4294,25 J/kg.độ
θ
2
= 107,08
o
C → C
nc2

= 4229,204 J/kg.độ
• Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1, nồi 2 và ra khỏi nồi 2:
- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ x = 13 %
Áp dụng công thức I.42, [1-152] (x<20%)
Ta có:
C
o
= 4186(1 – x) = 4186(1 – 0,13 )
= 3641,82 J/kg.độ
Áp dụng công thức I.44, [1-152] (x>20%)
C
i
= C
ht
.x + 4186(1 – x) ; J/kg.độ
Với C
ht
là nhiệt dung riêng của NH
4
NO
3
khan được xác định theo công thức I.41,
[1-152]:
m
1
.C
ht
= n
1
C

1
+ n
2
C
2
+ n
3
C
3
Trong đó:
m
1
: KLPT NH
4
NO
3
: m
1
= 80
n
1
: Số nguyên tử N : n
1
= 2
n
2
: Số nguyên tử H : n
2
= 4
n

3
: Số nguyên tử O : n
3
= 3
C
1
, C
1
, C
1
: Nhiệt dung riêng nguyên tử của N,H,O. Tra từ bảng I.141 [1-152]
 C
1
= 26000 J/kg.nguyên tử.độ
 C
2
= 9630 J/kg.nguyên tử.độ
 C
3
= 16800 J/kg.nguyên tử.độ
Vậy:
5,1761
80
16800.39630.426000.2
=
++
=
ht
C
J/kg.độ

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ là 19 %
C
1
=1761,5 .0,19 + 4186(1 – 0,19 ) = 3718,07 J/kg.độ
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
17
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
- Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ là 36 %
C
2
= 1761,5.0,36 + 4186(1 – 0,36)= 3313,18 J/kg.độ
• Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 2 nồi:
Nhiệt mất mát này thường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi ở từng
nồi. Nghĩa là:
Q
m1
= 0,05D(i
1
– C
nc1
× θ
1
)
Q

m2
= 0,05D(i
2
– C
nc2
× θ
2
)
Thay vào hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng. Qua một số phép biến đổi ta sẽ có
biểu thức:
)'()(95,0
)()'(
112222
1122222
1
snc
ssđs
tCiCi
tCtCGtCiW
W
−+−
−+−
=
θ
)(95,0
)()'(
111
00111111
θ
nc

ssđs
Ci
tCtCGtCiW
D
−
−+−
=
Thay các số liệu vào ta được:
W
1
= 2630,22 (kg/h) = 0,73 (kg/s)
D = 2527,59 (kg/h) = 0,702 (kg/s)
W
2
= 2800,33 (kg/h) = 0,78 (kg/s)
Bảng số liệu 3
Nồi C
dd
J/Kg.độ C
nc
j/kg.độ
θ
,
o
C W Sai số
ε
%
kg/h kg/s
1 3718,07 4294,25 142,9 2630,22 0,73 +3,13
2 3313,18 4229,204 107,08 2800,3

3
0,702 -3,12
Tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa 2 nồi:
W
1
:W
2
= 1: 1
Sai số giữa W
i
tính toán và giả thiết nằm trong giới hạn sai số kỹ thuật cho phép
(<5%).
10. Tính toán hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
18
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt là
Nồi 1: ∆
t1
= 3,2 (
0
C) t
1
= 142,9 (

0
C) r
1
= 2744.10
3
(J/kg)
Nồi 2: ∆
t2
= 3,44(
0
C) t
2
= 107,08 (
0
C) r
2
= 2241,92.10
3
(J/kg)
Hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức (III_40)
4
2,04. .
.
r
A
t H
α
=
∆
(W/m

2
.độ) (19)
Đối với nước hệ số A có trị số phụ thuộc vào nhiệt độ màng (t
m
) theo công thức (II-
28)
t
mi
=
1
2 2
h i i
i
t t t
t
+ ∆
= −
(
0
C)
Trong đó: r
i
- Ẩn nhiệt ngưng tra theo nhiệt độ hơi đốt (J/kg )
H – Chiều cao ống truyền nhiệt H = 2(m)
Nồi 1: Ta có t
m1
= t
1
-
11

2
t
∆
=
142,9 -
2
2,3
= 141,3 (
0
C)
Tra hệ số A theo t
m1
: Bảng (II-40) Tra bảng ta được A
1
= 194,195
Thay số vào công thức (19) ta được hệ số cấp nhiệt :
4,9527
2.2,3
10.2141
195,194.04,2
4
3
11
==
α
(W/m
2
.độ)
Nồi 2: Ta có t
m2

= t
2
-
12
2
t
∆
=
107,08 -
2
44,3
= 105,36 (
0
C)
Tra hệ số A theo t
m
: Bảng (II-40) Tra bảng ta được A
2
= 181,412
Thay số vào công thức (19) ta được hệ số cấp nhiệt :
07,8842
2.44,3
10.92,2241
412,181.04,2
4
3
12
==
α
(W/m

2
.độ)
* Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ
q
1i
– nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i
Theo công thức (III-43)
1 1 1
.
i i i
q t
α
= ∆
(W/m
2
) (21)
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
19
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Tính nhiệt tải riêng cho từng nồi
Nồi 1: q
11
= 3,2 . 9527,4 = 30487,88 (W/m
2

)
Nồi 2: q
12
= 3,44.8842,07 =30416,7 (W/m
2
)
Bảng số liệu số 5
Nồi
1i
t
∆
t
mi
A
i
1i
α
1i
q
1 3,2 141,3 194,195 9527,4 30487,88
2 3,44 105,36 181,412 8842,07 30416,7
* Tính hệ số cấp nhiệt
2i
α
từ bề mặt đố đến chất lỏng sôi:
Dung dịch khi sôi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên. Hệ số cấp nhiệt xác định
theo công thức
'0,5 2,33
2 2
45,3. . .

i i i i
P t
α ϕ
= ∆
(W/m
2
.độ) (22)
2i
t
∆
-
Hiệu số nhiệt giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch (
0
C) được tính theo
công thức:
2 2 dd 1i T i i i Ti
t t t t t t
∆ = − = ∆ − ∆ − ∆
(
0
C) (23)
Ti
t
∆
- Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt theo công thức
1
.
Ti i
t q r
∆ = ∑

(
0
C)
r
∑
- Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt được tính theo công thức
r
∑
= r
1
+ r
2
+
δ
λ
(m
2
.độ/W)
r
1
, r
2
– Nhiệt trở cặn bẩn ở hai phía của thành ống.
Nhiệt trở cặn bẩn bám trên bề mặt truyền nhiệt: r
1
= 0,387.10
-3
(m
2
.độ/W)

Nhiệt trở chất tải nhiệt (nước bẩn lẫnh dầu nhờn) r
2
= 0,232.10
-3
(m
2
.độ/W)
δ
-Bề dày ống truyền nhiệt:
δ
= 0,002 (m)
λ
- Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt
λ
= 46 (W/m
2
.độ)
Từ đó ta tính được:
r
∑
= 0,387.10
-3
+ 0,232.10
-3
+
0,002
46
= 6,62478.10
-4
(W/m

2
.độ)
Suy ra:
1 11
.
T
t q r
∆ = ∑
= 30487,88 . 6,62478.10
-4
= 20,2 (
0
C)
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
20
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
2 12
.
T
t q r
∆ = ∑
= 30416,7 . 6,62478.10
-4
=20,15 (

0
C)
- Nồi 1: P’
1
= 1,318at
1T
t
∆
= 20,2 (
0
C)
Suy ra:
21 1 11 1T
t t t t
∆ = ∆ − ∆ − ∆
= 30,32 – 3,2 – 20,2 = 6,92 (
0
C)
- Nồi 2: P’
2
= 0,21 at
2T
t
∆
= 20,15 (
0
C)
Suy ra:
22 2 12 2T
t t t t

∆ = ∆ − ∆ − ∆
= 33,85 – 20,15 – 3,44 = 10,26 (
0
C)
ϕ
- Hệ số hiệu chỉnh được tính theo công thức (II-71)
ϕ
=
0,435
0,565 2
dd dd dd
dd
. . .
nc
nc nc nc
C
C
λ ρ µ
λ ρ µ
 
       
 
 ÷  ÷  ÷  ÷
 
       
 
(24)
Trong đó:
µ
- Độ nhớt

- Khối lượng riêng (kg/m
3
)
λ
- Hệ số dẫn nhiệt (W/m.độ)
C- Nhiệt dung riêng (J/kg.độ)
; ; ;C
ρ µ λ
- được lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch
t
s1
= 112,58 (
0
C) x
1
= 19 %
t
s2
= 73,229 (
0
C) x
2
= 36%
Tra bảng khối lượng riêng bảng I-249 (I-310)
1nc
ρ
= 948,96 (kg/m
3
)
2nc

ρ
= 975,86 (kg/m
3
)
Tra bảng khối lượng riêng NH
4
NO
3
trong nước ta có:
dd1
ρ
= 1136,2 (kg/m
3
)
dd2
ρ
= 1122,8 (kg/m
3
)
Tra bảng nhiệt dung riêng của nước và hơi nước ở nhiệt độ sôi (I-311)
C
nc1
= 4294,25 (J/kg độ) C
nc2
= 4229,204 (J/kg độ)
Theo bảng số liệu 3 ta có được
C
dd1
= 3718,07 (J/kg độ) C
dd2

= 3313,18 (J/kg độ)
Tra hệ số dẫn nhiệt của nước - tra bảng (I.249); (I-310)
Tại t
s1
= 112,58 (
0
C) →
1nc
λ
= 0,6845 (W/m độ)
Tại t
s2
= 73,229 (
0
C) →
2nc
λ
= 0,67 (W/m độ)
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
21
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
Theo công thức số (I-32)
Hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng:
3

dd
. . .
P
AC
M
ρ
λ ρ
=
(W/m.độ) (25)
Với: C
p
– nhiệt dung riêng của chất lỏng (J/kg độ)
ρ
- Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m
3
)
M- Khối lượng mol của chất lỏng
A- Hệ số tỷ lê, phụ thuộc tính chất của chất lỏng (Đối với chất lỏng kết hợp
(nước - rượu): A = 3,58.10
-8
Nồng độ phần mol của NH
4
NO
3
trong dung dịch được tính theo công thức:
Nồi 1: N(NH
4
NO
3
) =

18
19100
80
19
80
19
1
234
34
11
1
−
+
=
−
+
OHNONH
NONH
M
x
M
x
M
x
= 0,05
Nồi 2: N(NH
4
NO
3
) =

18
36100
80
36
80
36
1
234
34
22
2
−
+
=
−
+
OHNONH
NONH
M
x
M
x
M
x
= 0,112
Có Mi = N
NH4NO3
.

M

NH4NO3
+N
H2O
. M
H2O
M
1
= 0,05.80+(1-0,05).18= 21,1
M
2
= 0,112.80+(1-0,112).18= 24,94
Thay số vào công thức (25) ta có:
dd1
λ
= 3,58.10
-8
. 3718,07 . 1136,2
3
1,21
2,1136
= 0,571 (W/m độ)
dd2
λ
= 3,58.10
-8
. 3313,18. 1122,8.
3
94,24
8,1122
= 0,474(W/m độ)

* Tính độ nhớt nước ngưng, độ nhớt của dung dịch
Tra bảng I.104 [I-96] xác định độ nhớt của nước ở nhiệt độ > 100
0
C
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
22
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
t
s1
= 112,58
o
C µ
nc1
=0,4753(Cp) µ
dd1
= 0,0,5105 (Cp)
Tra bảng I.102 [I_95] Độ nhớt của nước phụ thuộc vào nhiệt độ
t
s2
= 73,229
o
C µ
nc1
=0,0,3888 (Cp) µ

dd2
= 0,6685 (Cp)
Bảng số liệu số 6:
Nồi
dd
ρ
(kg/m
3
)
nc
ρ
(kg/m
3
)
nc
C
(J/kg.độ)
dd
C
(J/kg.độ)
dd
λ
(W/m
2
.độ)
nc
λ
(W/m
2
.độ)

dd
µ
(Cp)
nc
µ
(Cp)
1 1136,2 948,96 4294,25 3718,07 0,571 0,6845 0,5105 0,4753
2 1122,8 975,86 4229,204 3313,18 0,474 0,67 0,6685 0,3888
Thay số vào công thức (24) ta có:
1
Ψ
= 0,957
2
Ψ
= 0,657
Thay vào công thức (22). Ta có hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ống đến chất lỏng sôi
Nồi 1:
21
α
= 45,3 . 1,318
0,5
. 6,92
2,33
. 0,957 = 4512,47 (W/m
2
.độ)
Nồi 2:
22
α
= 45,3. 0,21

0,5
. 10,26
2,33
. 0,657 = 3096,3 W/m
2
.độ)
* Tính tải nhiệt riêng về phía dung dịch
q
2i
=
2 2
.
i i
t
α
∆
(w/m
2
) (26)
Nồi 1: q
21
= 4512,47 .6,92 = 31226,34 (W/m
2
)
Nồi 2: q
22
= 3096,3 . 10,26 = 31768,1 (W/m
2
)
So sánh q

qi
và q
2i
: Sai số:
Nồi 1:
=
−
= 100.
11
2111
1
q
qq
q
δ
%42,2100.
88,30487
34,3122688,30487
=
−
<5%
Nồi 2:
=
−
= 100.
21
2221
1
q
qq

q
δ
%4,4100.
7,30416
1,317687,30416
=
−
<5%
Vậy ta chấp nhận giả thiết:
11
t
∆
= 3,2 (
0
C) ;
12
t
∆
= 3,44 (
0
C)
Ta có bảng số liệu số 7
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
23
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h

_______________________________________________________________
Nồi
2i
t
∆
(
0
C)
i
Ψ
2i
α
(W/m
2

độ)
2i
q
(W/m
2
độ)
1 6,92 0,957 4512,47 31226,34
2 10,26 0,657 3096,3 31768,1
11. Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi
Tính theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích điều kiện bề mặt truyền
nhiệt các nồi bằng nhau
Theo công thức (III-154)
K
i
=

tbi
i
q
t
∆
(W/m
2

độ) (27)
Nồi 1:
11 21
1
2
tb
q q
q
+
=
=
2
34,3122688,30487 +
= 30857,11 (W/m
2
)
Thay số vào công thức (27) ta có
K
1
=
32,30
11,30857

= 1017,7
Lượng nhiệt tiêu tốn được tính theo công thức
Q
1
=
3
1
10.
3600
2141.59,2527
3600
.
=
rD
= 1503213,9 (W/m
2
)
Nồi 2
22,31497
2
1,3176834,31226
2
2221
2
=
+
=
+
=
qq

q
tb
(W/m
2
)
Thay số vào công thức (27) ta có
K
2
=
85,33
22,31497
= 930,46
Lượng nhiệt tiêu tốn được tính theo công thức
Q
2
=
( ) ( )
'
2 2 1 dd 1 2
W . W . .
3600
d s s
r G C t t
− − −
=
=
−−
3600
)229,7358,112(18,3313)22,26308500.(10.92,2241.33,2800
3

1531302,4(w)
12. Tính hiêu số nhiệt độ hữu ích từng nồi
Tính hệ số nhiệt hữu ích từng nồi
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
24
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch NH
4
NO
3
năng suất 8,5tấn /h
_______________________________________________________________
∑
∑
=
=
∆=∆
2
1
2
1
*
.
i
i
i
i
i
i
ii

K
Q
K
Q
TT
(28)
1
1
Q
K
=
07,1447
7,1017
9,1503213
=
2
2
Q
K
=
67,1645
46,930
4,1531302
=
67,164507,1447/
2
1
+=
∑
=i

ii
KQ
= 3092,74
1,30
24,3092
07,1447
)85,3332,30(
*
1
=+=∆T
(
0
C)
15,34
24,3092
67,1645
)85,3332,30(
*
2
=+=∆T
(
0
C)
13. So sánh
*
i
T∆
và
i
T

∆
tính sai số
Nồi 1:
%72,0100.
32,30
1,3032,30
100.
1
*
11
1
=
−
=
∆
∆−∆
=
T
TT
T
δ
<5%
Nồi 2:
%88,0100.
85,33
15,3485,33
100.
2
*
22

2
=
−
=
∆
∆−∆
=
T
TT
T
δ
<5%
Vậy ta chấp nhận giả thiết phân bố áp suất:
4,2
2
1
=
∆
∆
P
P
Bảng số liệu số 8
Nồi
i
K
(W/m
2

độ)
i

Q
(W)
i
T
∆
(
0
C)
*
i
T
∆
(
0
C)
Sai số
Ti
δ
(%)
1 1017,7 1503213,9 30,32 30,1 0,72%
2 930,46 1531302,4 33,85 34,15 0,88%
14. Tính bề mặt truyền nhiệt F
F- Tính theo phương thức bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau
Tính theo công thức (III-145)
F
i
=
*
.
i

i i
Q
K T∆
(m
2
) (29)
SVTH : Dương Thị Kim Giang GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Lớp : LTCĐĐH Hoá 3 K3
25