Tính chiều cao thùng cao vị so với cửa nạp dung dịch vào nồi cô đặc.

Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
MỤC LỤC

MỤC LỤC 1
LỜI MỞ ĐẦU 3
Phần I. PHẦN MỞ ĐẦU 4
I.Gi i thi u v KNO3:ớ ệ ề 4
II.Gi i thi u v cô c:ớ ệ ề đặ 4
Phần 2. SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT 6
I. S dây chuy n h th ng cô c 2 n i xuôi chi u:ơđồ ề ệ ố đặ ồ ề 6
II. S dây chuy n công ngh :ơđồ ề ệ 7
Phần 3. TÍNH TOÁN 10
I. Tính toán thi t b chínhế ị 10
1. Xác nh l ng h i th b c ra kh i h th ng:đị ượ ơ ứ ố ỏ ệ ố 10
2. Tính s b l ng h i th c b c ra m i n i:ơ ộ ượ ơ ứ ố ở ỗ ồ 10
3. N ng cu i c a dung d ch trong n i:ồ độ ố ủ ị ồ 10
4. Chênh l ch áp su t chung c a h th ng, Pệ ấ ủ ệ ố ∆ 11
5. Áp su t, nhi t c a h i t trong m i n i:ấ ệ độ ủ ơ đố ỗ ồ 11
6. Nhi t (t'i) v áp su t h i th (P'i) ra kh i t ng n i:ệ độ à ấ ơ ứ ỏ ừ ồ 12
7. T n th t nhi t do t ng n i:ổ ấ ệ độ ừ ồ 13
8. Hi u s nhi t h u ích c a h th ng.ệ ố ệ độ ữ ủ ệ ố 16
9. Thi t l p ph ng trình cân b ng nhi t l ng tính l ng h i t Di, ế ậ ươ ằ ệ ượ để ượ ơ đố
l ng h i th Wi t ng n i.ượ ơ ứ ở ừ ồ 17
10. Tính h s c p nhi t, nhi t l ng trung bình t ng n i:ệ ố ấ ệ ệ ượ ừ ồ 22
11. Xác nh h s truy n nhi t cho t ng n iđị ệ ố ề ệ ừ ồ 32
12. Hi u s nhi t h u ích cho t ng n i:ệ ố ệ độ ữ ừ ồ 32
13. So sánh Ti* v Ti tính c ban u theo gi thi t c a phân b ánh ∆ à∆ đượ đầ ả ế ủ ố
sáng 33
14. B m t truy n nhi t: (F)ề ặ ề ệ 33
II.Tính toán thi t b phế ị ụ : 34
1.Thi t b gia nhi t h n h p u:ế ị ệ ỗ ợ đầ 34

1.1.Hi u s nhi t trung bình gi a 2 l u thệ ố ệ độ ữ ư ể : 35
1.2.H s c p nhi t cho t ng l u thệ ố ấ ệ ừ ư ể : 35
1.3. H s c p nhi t v nhi t t i riêng v phía dung d ch:ệ ố ấ ệ à ệ ả ề ị 36
1.4.B m t truy n nhi t:ề ặ ề ệ 38
1.5. ng kính c a thi t b un nóng:Đườ ủ ế ị đ 38
1.6. Tính l i v n t c v chia ng n:ạ ậ ố à ă 38
2. H th ng thi t b ng ng t Baromet:ệ ố ế ị ư ụ 39
2.1. Tính toán thi t b ng ng tế ị ư ụ 41
f. L ng h i v khí không ng ng:ượ ơ à ư 47
3. Tính toán b m chân không:ơ 47
4.Tính b m nh p li u(ch n b m ly tâm):ơ ậ ệ ọ ơ 49
4.1.Công su t to n ph n do b m t o ra:ấ à ầ ơ ạ 49
4.2.Tr l c ma sát:ở ự 50
4.2.1. Tính h s , xác nh ch dòng ch y:ệ ố đị ếđộ ả 50
5. Tính thùng cao vị 52
5.1. Các tr l c trong quá trình c p li uở ự ấ ệ 52
5.2. Tính chi u cao thùng cao v so v i c a n p dung d ch v o n i cô ề ị ớ ử ạ ị à ồ
c.đặ 58
III. Tính toán c khí:ơ 58
A. Bu ng tồ đố 58
1.S ng trong bu ng t:ốố ồ đố 59
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
1
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
2. ng kính trong bu ng t:Đườ ồ đố 60
3. Chi u d y phòng t:ề à đố 61
4. Chi u d y l i ngề à ướ đỡố 64
5. Chi u d y áy n i phòng t:ề à đ ồ đố 65
6. Tra bích l p áy v o thân:để ắ đ à 67
B. Bu ng b c.ồ ố 68

1. Th tích phòng b c h i:ể ố ơ 68
2. Chi u cao phòng b c h i:ề ố ơ 69
3. Chi u d y phòng b c:ề à ố 69
4. Chi u d y n p bu ng b cề à ắ ồ ố 70
5. Tra bích l p n p v o thân:để ắ ắ à 71
IV. M t s chi ti t khác:ộ ố ế 71
1. Tính ng kính các ng n i d n h i v dung d ch v o v ra thi t b :đườ ố ố ẫ ơ à ị à à ế ị . .71
2. Tính v ch n tai treo:à ọ 74
2.1: Kh i l ng áy bu ng t (m1):ố ượ đ ồ đố 75
2.2: Kh i l ng thân bu ng t (m2):ố ượ ồ đố 75
2.3: Kh i l ng 4 bích n i áy v i than bu ng t v n i than bu ng ố ượ ố đ ớ ồ đố à ố ồ
t v i ph n nón c t (m3):đố ớ ầ ụ 76
2.4: Kh i l ng 2 l i ng (m4):ố ượ ướ đỡố 76
2.5: Kh i l ng c a ng truy n nhi t (m5ố ượ ủ ố ề ệ -): 77
2.6: Kh i l ng ph n nón c t n i 2 thân (m6):ố ượ ầ ụ ố 77
2.7: Kh i l ng thân bu ng b c (m7):ố ượ ồ ố 78
2.8: Kh i l ng n p bu ng b c (m8):ố ượ ắ ồ ố 78
2.9: Kh i l ng 2 bích n i thân bu ng b c v n p (m9):ố ượ ố ồ ố à ắ 79
3, Ch n kính quan sát:ọ 81
4.Tính b m t l p cách nhi t:ề ặ ớ ệ 81
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
2
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
LỜI MỞ ĐẦU
Môn học “ Quá trình thiết bị và công nghệ hoá học” nhằm cung cấp,
trang bị cho sinh viên và kỹ sư công nghệ hoá học, thực phẩm những kiến
thức cơ bản về các quá trình và thiết bị để thực hiện các quá trình hoá học.
Ngoài ra bộ môn này còn góp phần đào tạo kỹ sư cho các ngành kỹ thuật sản

xuất có đủ khả năng hiểu và vận hành các thiết bị máy móc trong công nghiệp
sản xuất 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 nhiệm vụ là “ Thiết kế hệ thống
cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm cô đặc
dung dịch KNO
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 : 29%
• Áp suất hơi nồi 1 : 4 at
• Áp suất hơi nồi 2 : 0,2 at.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo
hướng dẫn Nguyễn Thế Hữu và thầy giáo bộ môn quá trình và thiết bị Vũ
Minh Khôi đã hướng dẫn tận tình, giúp em hoàn thành đồ án này.Do kiến
thức còn nhiều hạn chế nên không thể tránh được sai sót, kính mong được sự
giúp đỡ của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên
Hoàng Thị Thu Huyền
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
3
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
Phần I. PHẦN MỞ ĐẦU
I.Giới thiệu về KNO
3
:

Kali nitrat hay còn gọi là diêm tiêu là hợp chất hóa học có công thức hóa học
là KNO
3
. Trong quá khứ, con người đã sử dụng nó để làm một số loại ngòi
nổ. Trong tự nhiên chỉ có một lượng nhỏ kali nitrat.
KNO
3
là chất nằm trong 1 phát minh lớn, đó là thuốc súng được người Trung
Quốc tìm ra.
Một số tính chất của KNO
3
:
1. Tan nhiều trong nước(ở 200C là 32g/100g nước)
2. Kali nitrat phân hủy ở nhiệt độ cao tạo
thành kali nitrit và giải phóng khí oxi, vậy
nó có tính oxi hóa mạnh.
2KNO
3
→ 2KNO
2
+ O
2
Muối kali nitrat dùng để:
* Chế tạo thuốc nổ đen với công thức:
75% KNO
3
, 10% S và 5% C. Khi nổ, nó
tạo ra muối kali sunfua,khí nitơ và khí
CO
2

:
2KNO
3
+ S + 3C → K
2
S + 3CO
2
+ N
2
.
* Làm phân bón, cung cấp nguyên tố kali và nitơ cho cây trồng.
* Bảo quản thực phẩm trong công nghiệp.
* Điều chế oxi với lượng nhỏ trong phòng thí nghiệm.
* Điều chế HNO
3
khi tác dụng với axit:
H2SO
4
+ KNO
3
→ K
2
SO
4
+ HNO
3
.
* Phụ gia thực phẩm(E252).
II.Giới thiệu về cô đặc:
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3

4
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
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 chất tan.
- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh).
- Thu dung môi nguyên chất (cất nước).
Tùy theo yêu cầu về năng suất, tùy theo tính chất của dung dịch cần cô đặc
mà chọn phương thức cô đặc và loại thiết bị cô đặc cho phù hợp.
Với nhiệm vụ: Thiết kế và tính toán hệ thống cô đặc liên tục hai nồi xuôi
chiều có ống tuần hoàn trung tâm dùng cô đặc dung dịch KNO
3
với năng suất
8500 kg/h, từ nồng độ 13% đến 29%, loại thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn
trung tâm. Loại này có đặc điểm là cấu tạo đơn giản nhưng tốc độ tuần hoàn
bé (do ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng) nên hệ số truyền nhiệt thấp.
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
5
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
Phần 2. SƠ ĐỒ MÔ TẢ DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT
I. Sơ đồ dây chuyền hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều:
*Thuyết minh sơ đồ (nguyên lý làm việc của hệ thống):
Dung dịch KNO
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 8500 kg/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 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 29% 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
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
6
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
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.
II. Sơ đồ dây chuyền công nghệ:
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
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
7
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
N ícng ngN ícng ng
N ícng ng
DungdÞchdÇu
1
DungdÞchmuèi
N íclµml¹nh
2
4
3
5
6
7
8
11
9
12
10
B¬mch©nkh«ng
hoi nuoc
bao hoa
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
8

Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
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
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 1) đều 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
thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch vào
nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch, thì cần phải đun nóng
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 đầu cần được đun nóng sơ bộ bằng hơi
phụ hoặc nước ngưng tụ.
Nhược điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau
thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch tăng dần làm cho độ nhớt của dung
dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
9
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
Phần 3. TÍNH TOÁN
I. Tính toán thiết bị chính
1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống:
Áp dụng công thức VI.1 [2-55]
W = G
đ
( 1 -
c
đ
x
x
)

Trong đó:
W: Tổng lượng hơi thứ bốc ra; kg/h
G
đ
=8.5 [tấn/h] = 8500[kg/h]
x
đ
= 13 %; x
c
= 29%
→
655.4689)
29
13
1.(8500
=−=
W
[kg/h]
2. Tính sơ bộ lượng hơi thức bốc ra ở mỗi nồi:
Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước. Tuy nhiên có thể bắt đầu
từ phân phối đều W
i
= W/n.
Giả sử lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là như nhau W
1
:W
2
= 1:1.05
Trong các phần tính toán dưới đây nếu không có chú thích gì đặc biệt thì
chỉ số i = 1 chỉ nồi thứ nhất, i = 2 chỉ nồi thứ 2; chỉ số dd – dung dịch; nc –

nước.
Ta có:w = w
1
+ w
2
= 2.05w
1
W
1
=
05.2
W
=
05.2
655.4689
= 2287.636 [kg/h]
W
2
= 1.05.w
1
= 2402.019 [kg/h]
3. Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi:
Được tính theo công thức VI.2 [2 – 57]
∑
=
−
=
i
j
jđ

đ
đi
WG
x
Gx
1
.
Ta có:
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
10
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
787.17
636.22878500
13
.8500
1
=
−
=
x
[%]
29
655.46898500
13
.8500
2
=
−
=
x

[%] (thỏa mãn)
Vậy:
x
1
= 17.787 ( % khối lượng )
x
2
=29 ( % khối lượng )
4. Chênh lệch áp suất chung của hệ thống, ∆P
∆P được đo bằng hiệu số giữa áp suất hơi đốt sơ cấp P
1
ở nồi 1 và áp suất
hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ P
ng
Do đó ta có:
∆P = P
1
- P
ng
= 4 – 0.2 = 3,8 (at)
5. Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt trong mỗi nồi:
- Giả thiết phân bố hiệu số áp suất hơi đốt giữa các nồi như sau:
∆P
1
: ∆P
2
= 2.5 : 1
- Áp suất hơi đốt trong từng nồi (P
i
) được xác định theo công thức: 4 [5 -9]

P
i
= P
i-1
- ∆P
i-1
, [at]
Với
∑
=
−
−
∆
=∆
2
1
1
1
.
j
j
i
i
a
aP
P
Ta có:
0857,1
5,3
1.8,3

.
21
2
2
==
+
∆
=∆
aa
aP
P
[at]
∆P
1
= 2.5. ∆P
2
= 2.7143 (at)
Do đó:
P
2
= P
1
- ∆P
1
= 4 – 2,7143 = 1,2857 [at]
P
ng
= P
2
- ∆P

2
= 1,2857 – 1,0857 = 0,2 [at] (phù hợp)
Nhiệt độ hơi đốt của từng nồi (T
i
): được xác định bằng cách tra bảng I.251
[1-315] (Tính chất của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất)
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
11
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
Ứng với giá trị áp suất vừa tính được trên ta tìm được các nhiệt độ hơi đốt
tương ứng như sau:
P
1
= 4 at → T
1
= 142,9
o
C
P
2
= 1,2857 at → T
2
= 106.128
o
C
P
ng
= 0,2 at → T
ng
= 59,7

o
C
Nhiệt lượng riêng (i
i
) và nhiệt hóa hơi (r
i
) của hơi đốt theo áp suất P
i
. Tra
bảng I.251 [1-315], ta có:
P
1
= 4 at P
2
= 1,2857 at
T
1
= 142,9
o
C T
2
= 106.128
o
C
i
1
= 2744.10
3
J/kg i
2

= 2688.999.10
3
J/kg
r
1
= 2141.10
3
J/kg r
2
= 2243.858.10
3
J/kg
6. Nhiệt độ (t'
i
) và áp suất hơi thứ (P'
i
) ra khỏi từng nồi:
- Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi từng nồi (t'
i
) được xác định:
t'
i
= T
i+1
+∆'''
I
[
o
C]
Trong đó:

T
i+1
: Nhiệt độ hơi đốt trong nồi thứ i+1; [
o
C]
T
1
= 142,9
o
C
T
2
= 106.128
o
C
∆'''
i
: (Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống). Thường chọn ∆'''
i
= 1-1,5
o
C.
Để đơn giản ta chọn ∆'''
1
= ∆'''
2
= 1
o
C
t'

1
= T
2
+ ∆'''
1
= 106.128 + 1 = 107,128
o
C
t'
2
= T
ng
+ ∆'''
2
= 59,7 + 1 = 60,7
o
C
Áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi (P'
i
); từ đó suy ra nhiệt lượng riêng (i'
i
) và
nhiệt hóa hơi (r'
i
) của hơi thứ. Theo bảng I.251, [1-314]
t'
1
= 107.128
o
C t'

2
= 60,7
o
C
P'
1
= 1,33 at P'
2
= 0,2111 at
i'
1
= 2690,5547.10
3
J/kg i'
2
= 2608.4444.10
3
J/kg
r'
1
= 2241,192.10
3
J/kg r'
2
= 2355,5556.10
3
J/kg
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
12
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa

Bảng số liệu 1:
Nồi
Hơi đốt Hơi thứ
x%
P, at
T ,
o
C
i.10
3
J/kg
r.10
3
J/kg
p’, at t’,
o
C
i’.10
3
J/kg
r’.10
3
,
J/kg
1 4
142,
9
2744 2141 1,33
107,1
28

2690,55
47
2241,19
2
17,
787
2
1,285
7
106,
128
2688,9
99
2243,
858
0,2111 60,70
2608,44
44
2355,55
56
29
7. Tổn thất nhiệt độ do từng nồi:
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, [2-63]:
Nồi 1:
x
1
= 17,787 % → ∆'
01
= 1.7222
o
C
Nồi 2:
x
2
= 29% → ∆'

02
= 3.05
o
C
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
13
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
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
=107.128 + 273 =380.128 [K]
T'
2
= 60,7 + 273 = 333,7 [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
= 2241,192.10
3
[J/kg]
r'
2
= 2355.5556.10

3
[J/kg]
Từ đó tính được:
2
1
3
380.128
' 16,2.1,7222 1.7988
2241,192.10
∆ = =
[
o
C]
2
2
3
333,7
' 16,2.3,05. 2.336
2355,5556.10
∆ = =
[
o
C]
Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao:
1 2
' ' ' 1.7988 2.336 4.1348
∆ = ∆ + ∆ = + =
∑
[
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:
2
.).
2
(
2
10
g
h
hPP
ddsiitbi
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
10.81,9.2
.).
2
(
g

h
hPP
ddsiitbi
ρ
++=
, [at]
Với g = 9,81 m/s
2
: Gia tốc trọng trường
Trong đó:
P
oi
: Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng, [at]
Theo bảng số liệu 1:
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
14
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
P
o1
= 1.33 at
P
o2
= 0,2111 at
h
1
: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng
của dung dịch, h
1
= 0,5 m
h

2
: Chiều cao ống truyền nhiệt, h
2
= 2m
ρ
ddsi
: Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi.
Tra từ

bảng I.46 [2- 42]
Nồi 1: x
1
= 17,787% → ρ
dds1
= 1063,1391 (kg/m
3
)
T
1
=107.128
o
C
Nồi 2: x
2
= 29 % → ρ
dds2
= 1174,24 (kg/m
3
)
T

2
= 60.7
o
C
Vậy ta có:
1
4
2 1063,1391.9,81
1,314 (0,5 ). 1,4097
2 2.9,81.10
tb
P
= + + =
[at]
2
4
2 1174,24.9,81
0,2111 (0,5 ). 0,2992
2 2.9,81.10
tb
P
= + + =
[at]
- Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P
tb
vừa tính được xác định bằng cách tra bảng
I.251 [1-314]
P
tb1
=1,4097at → t

tb1
= 108,894
o
C
P
tb2
= 0,2992 at → t
tb2
= 68,628
o
C
* Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:
itbi
tt
01
'' −=∆
i
tb
tt
'
'
1
−=
Trong đó:
t
tbi
; t
oi
là nhiệt độ ứng với các áp suất P
tbi

; P
oi
→ ∆''
1
= 108,894 – 107,128 = 1,766 [
o
C]
→ ∆''
2
= 68,628 – 60,7 = 7,928 [
o
C]
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh:
1 2
'' '' '' 7,928 1,766 9,694
∆ = ∆ +∆ = + =
∑
[
o
C]
c/ Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống: (∆''')
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
15
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
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:
' '' ''' 4,1348 9,694 2 15,8288
∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + + =
∑ ∑ ∑ ∑
[
o
C]
8. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống.
- Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
∑∑
==
∆−−=∆
2
1
1
2
1 i
ng
i
i
TTT

Theo công thức VI.17 và VI.18 [2-673]
Trong đó:
T
i
: Nhiệt độ hơi đốt ở nồi i;
o
C
T
ng
: Nhiệt độ của hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ;
o
C
∑
=
∆
2
1i
:Tổng tổn thất nhiệt độ của 2 nồi;
o
C
Ta có:
T
1
= 142,9
o
C
T
ng
= 59,7
o

C
∑
=
∆
2
1i
= 15,8288
o
C
Vậy:
2
1
142,9 59,7 15,8288 67,3712
i
i
T
=
∆ = − − =
∑
[
o
C]
- Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi:là hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi
đốt T
i
và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch cô đặc:
iiiisiii
tTtTT ''''
∆−∆−−=−=∆
[

o
C]
Ta có:
1111111
''''
∆−∆−−=−=∆
tTtTT
s

SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
16
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
= 142,9 – 107,128 – 1,7988 – 1,766
=32,2072[
o
C]
2222222
''''
∆−∆−−=−=∆
tTtTT
s
= 106,128 – 60,7 – 2,336 – 7,928
= 35,164 [
o
C]
Nhiệt độ sôi của từng nồi:
iiisi
tt ''''
∆+∆+=
Ta có:

1 1 1 1
' ' '' 107,128 1,7988 1,766 110,693
s
t t
= + ∆ + ∆ = + + =
[
o
C]
2 2 2 2
' ' '' 60,7 2,336 7,928 70,964
s
t t
= + ∆ + ∆ = + + =
[
o
C]
Bảng số liệu 2:
Nồi ∆',
o
C ∆'',
o
C ∆''',
o
C ∆T,
o
C t
s
,
o
C

1 1,7988 1,766 1 32,2072 110,693
2 2,336 7,928 1 35,164 70,964
9. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng để tính lượng hơi đốt D
i
,
lượng hơi thứ W
i
ở từng nồi.
a. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:
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
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
17
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
-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
- 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
= 106,128
o
C
• Nhiệt độ sôi của từng nồi:
→ t
s1
= 110,693
o
C
→ t
s2
= 70,964
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
s1
= 110,693
o
C

SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
18
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
• Nhiệt dung riêng của nước ngưng – tra theo nhiệt độ nước ngưng ở từng
nồi – Bảng I.249 [1-311] , Ta có:
θ
1
= 142,9
o
C→ C
nc1
= 4294,25 J/kg.độ
θ
2
= 106,128
o
C → C
nc2
= 4227,9664 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
o
= 13 %< 20% là dung dịch loãng.
Áp dụng công thức I.42, [1-152]. Ta có:
C
o
= 4186(1 – x
o
) = 4186(1 – 0,13)
= 3641,82 (J/kg.độ)

- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ là x
1
= 17,787%< 20% là dung dịch
loãng
Cũng áp dụng công thức trên ta có:
C
1
= 4186(1 – x
1
) = 4186(1 – 0,17787)
= 3441,44 (J/kg.độ)
- Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ là x
2
= 29 %>20%
Áp dụng công thức I.44, [1-152]
C
2
= C
ht
.x
2
+ 4186(1 – x
2
) ; J/kg.độ
Với C
ht
là nhiệt dung riêng của KNO
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 KNO
3
: m
1
= 101
n
1
: Số nguyên tử K : n
1
= 1
n

2
: Số nguyên tử N : n
2
= 1
n
3
: Số nguyên tử O : n
3
= 3
C
1
, C
1
, C
1
: Nhiệt dung riêng nguyên tử của K, N, O. Tra từ bảng I.141 [1-
152]
 C
1
= 26000 J/kg.nguyên tử.độ
 C
2
= 26000 J/kg.nguyên tử.độ
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
19
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
 C
3
= 16800 J/kg.nguyên tử.độ
Vậy:

86,1013
101
16800.32600026000
=
++
=
ht
C
J/kg.độ
C
2
= 4186(1 – 0,29)+1013,86.0,29
= 3266,079 J/kg.độ
• Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:
• Với nồi 1:
 Lượng nhiệt mang vào:

do dung dịch đầu :
d 0 s0
G C t


do hơi đốt:
1
Di
 Lượng nhiệt mang ra:

do sản phẩm mang ra:
( )
d 1 1 s1

G W C t−

do hơi thứ :
1 1
Wi '

do nước ngưng:
nc1 1
DC
θ

do tổn thất Q
m1:
Q
m1
= 0,05.D.(i
1
– C
nc1
.θ
1
)
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:
( )
1 d 0 s0 1 1 d 1 1 s1 nc1 1 m1
Di G C t Wi ' G W C t DCθ Q+ = + − + +
•
Với nồi 2:
 Lượng nhiệt mang vào:


do hơi đốt:
1 2
W i
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
20
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa

do dung dịch từ nồi 1:
( )
d 1 1 s1
G W C t−
 Lượng nhiệt mang ra :

do hơi thứ :
2 2
W i '

do dung dịch mang ra:
( )
d 1 2 2 s2
G W W C t
− −

do nước ngưng:
1 nc2 2
W Cθ

do tổn thất Q
m2
:

( )
m2 1 2 nc2 2
Q 0,05W i Cθ
= −
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 2:
( ) ( )
1 2 d 1 1 s1 2 2 d 1 2 2 s2 1 nc2 2 m2
W i G W C t W i ' G W W C t W Cθ Q+ − = + − − + +
Kết hợp phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1 và nồi 2 với phương
trình
1 2
W +W W=
ta có hệ phương trình:
( )
( ) ( ) ( )
1 d 0 s0 1 1 d 1 1 s1 nc1 1 1 nc1 1
1 2 d 1 1 s1 2 2 d 1 2 2 s2 1 nc2 2 1 2 nc2 2
1 2
Di G C t W i ' G W C t DCθ 0,05.D.(i C . )
W i G W C t W i ' G W W C t W Cθ 0,05W i C θ
W W W
+ = + − + + − θ


+ − = + − − + + −


+ =

:Giải hệ phương trình ta được

( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
2 2 s2 d 2 s2 1 s1
1
2 nc2 2 1 s1 2
d 1 s1 0 s0 1 1 1 s1
1 nc1 1
2 1
W i ' C t G C t C t
W
0,95 i Cθ C t i '
G C t C t W i ' C t
D
0,95 i Cθ
W W W
 − + −
=

− − +




− + −

=

−


= −


Thay số vào ta được:
W
1
= 2267,7512(kg/h)
W
2
= 2421,9037 (kg/h)
D = 2494,8134 (kg/h)
Xác định lại tỷ lệ phân phối :
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
21
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
W
1
:W
2
=2267,7512 :2421,9037 = 1 :1,067.
Kiểm tra sai số :
Với nồi 1 :
•
Với nồi 1:
1
2287,636 2267,7512
ε 100% 0,869% 5%
2287,636
−

= × = <
•
Với nồi 2:
2
2402,019 2421,9037
ε 100% 0,827% 5%
2402,019
−
= × = <
Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận được giả thiết phân phối hơi thứ.
Bảng số liệu 3
Nồi C
ddi
J/Kg.độ
C
nci
j/kg.độ
θ
i
,
o
C W
i
, kg/h Sai số
ε
%
Giả thiết Tính toán
1 3441,44 4294,25 142,9 2287,636 2267,7512 0,869
2 3266,079 4227,9664 106,128 2402,019 2421,9037 0,827
10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi:

a. Tính hệ số cấp nhiệt α
1
khi ngưng tụ hơi.

- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1
là ∆t
1i
.
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
22
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
- Với điều kiện làm việc của phòng đốt trung tâm thẳng đứng H = 2m; hơi
ngưng bên ngoài ống, máng nước ngưng chảy dòng, hệ số cấp nhiệt được
tính theo công thức: V.101 [2-28] :
25,0
1
1
)
.
.(.04,2
Ht
r
A
i
i
i
∆
=
α
, W/m

2
.độ
Trong đó:
i1
α
: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi i, [W/m
2
độ]
i
t
1
∆
: hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với
hơi ngưng của nồi i. [
o
C]
Giả thiết:
∆t
11
=3,43
o
C
∆t
12
= 3,8
o
C
r
i
: Ẩn nhiệt ngưng tụ tra theo nhiệt độ hơi đốt.

Bảng số liệu 1: r
1
= 2141 .10
3
J/kg
r
2
= 2243,858.10
3
J/kg
A : Hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng (t
m
) : [2-29]
Với t
m
được tính:
t
mi
= 0,5(t
Ti
+ T
i
) = T
i
– 0,5∆t
1i
Trong đó:
T
i
: Nhiệt độ hơi đốt

Theo bảng số liệu 1: T
1
= 142,9
o
C
T
2
= 106,128
o
C
Từ đó tính được:
t
m1
= T
1
– 0,5.∆t
11

= 142,9 – 0,5.3,43 = 141,185 [
o
C]
t
m2
= T
2
– 0,5.∆t
12

= 106,128 – 0,5.3,8 = 104,228 [
o

C]
Tra bảng [3-40] ta được A tương ứng với t
mi
t
m1
= 141,185
o
C → A
1
= 194,1778
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
23
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
t
m2
= 104,228
o
C → A
2
= 180,9026
Vậy ta có:
3
0,25 0,25
1
11 1
11
2141.10
2,04. .( ) 2,04.194,1778.( )
. 3, 43.2
r

A
t H
α
= =
∆
= 9362,738 [W/m
2
.độ]
3
0,25 0,25
2
12 2
12
2243,858.10
2,04. .( ) 2,04.180,9026.( )
. 3,8.2
r
A
t H
α
= =
∆
= 8602,4156 [W/m
2
.độ]
b. Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
Theo công thức [3-43]
ii
tq
1111

.
∆=
α
[W/m
2
]
Ta có:
2
11 11 11
. 9362,738 3,43 32114,192 w /q t m
α
 
= ∆ = × =
 

12 12 12
. 8602,4156.3,8q t
α
= ∆ =
= 32689,179 [w/m
2
]
Bảng số liệu 4
Nồi
∆
t
1i
,
o
C

t
mi
,
o
C A
1
α
i
, W/m
2
độ
q
1i
, W/m
2
1 3,43 141,185 194,1778 9362,738 32114,192
2 3,8 104,228 180,9026 8602,4156 32689,179
c. Tính hệ số cấp nhiệt α
2
từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi:
Tùy thuộc cấu tạo thiết bị, giá trị nhiệt tải riêng q, áp suất làm việc cũng
như chế độ sôi điều kiện tối ưu của chất lỏng mà chọn công thức tính α
2
cho
tích hợp.
Thông thường có thể tính theo α
2
theo công thức [3-234]
iiii
tp

Ψ∆=
3,45
33,2
2
5,0
2
α
, [W/m
2
độ]
Trong đó:
P
i
: Áp suất hơi thứ <xem bảng số liệu 1>
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
24
Trường ĐH Công nghiệp Khoa: Công nghệ Hóa
P
1
= 1,33 at
P
2
= 0,2111 at
∆t
2i
: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch
∆t
2i
= t
T2i

– t
ddi
= ∆T
i
- ∆t
1i
- ∆t
Ti
• Hiệu số nhiệt độ ở 2 mặt thành ống truyền nhiệt
∆t
Ti
= q
1i
.∑r , [
o
C]
• Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt [2-3]

λ
δ
++=
∑
21
rrr
, [m
2
.độ/W]
r
1
, r

2
: Nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường
r
1
= 0,232.10
-3
, [m
2
.độ/W]
r
2
= 0,387.10
-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.chọn thép cácbon
CT3, λ = 46,5 (w/m
2
độ)
→
3 3 3
0,002
0,232.10 0,387.10 0,662.10
46,5
r
− − −
= + + =

∑
, [m
2
độ/W]
Từ đó:
1
3
11
. 32114,192.0,662.10
T
t q r
−
∆ = =
∑
= 21,2595 [
o
C]
2
3
12
. 32689,179.0,662.10
T
t q r
−
∆ = =
∑
= 21,6402 [
o
C]
Vậy:

∆t
21
= ∆T
1
- ∆t
11
- ∆t
T1
= 32,2072 – 3,43 – 21,2595 = 7,5177 [
o
C]
∆t
22
= ∆T
2
- ∆t
12
- ∆t
T2
= 35,164 – 3,8 – 21,6402 = 9,7238 [
o
C]
• ψ : Hệ số hiệu chỉnh, được tính theo công thức VI.27 [2-71] :
SVTH: Hoàng Thị Thu Huyền Lớp: LTCĐĐH - Hóa 3 - K3
25