thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều, buồng đốt ngoài thẳng đứng, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch NaOH từ 4,5% lên 13%

ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, công nghiệp sản xuất hóa chất là một ngành công nghiệp quan trọng
ảnh hưởng đến nhiều ngành sản xuất khác. Một trong những hóa chất được sản xuất và
sử dụng nhiều là NaOH vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó.
Trong quy trình sản xuất NaOH, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan
trọng. Nó đưa dung dịch NaOH đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu sử dụng
đa dạng, tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh
nếu cần.
Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi ngược chiều,
buồng đốt ngoài thẳng đứng, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch
NaOH từ 4,5% lên 13%
Đối với sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là
hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc
những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần
với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ
thuật cụ thể.
Tuy nhiên, quá trình thiết bị là các môn học rất khó và kiến thức thực tế của
sinh viên thì hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em
rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các anh chị
năm trước để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao.
1
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
I. Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH)
Tính chất vật lí và hóa học của NaOH:
Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi. Dễ
tan trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete.
NaOH có trọng lượng riêng 2,02. Độ pH là 13,5. Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ±
0,9
o
C. Nhiệt độ sôi 1388

o
C. Hấp thụ nhanh CO
2
và nước của không khí, chảy rữa và
biến thành Na
2
CO
3
.
NaOH là một bazơ mạnh; có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao; trong quá
trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động. Ngoài ra,
NaOH có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH
cần phải dùng nước lạnh.
Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H
2
O, NaOH.3H
2
O và
NaOH.2H
2
O. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy.
Điều chế và ứng dụng:
Trong phòng thí nghiệm:
+ Natri tác dụng với nước
2Na + 2H
2
O > 2NaOH + H
2
+ Natri oxit với nước
2NaO + H

2
O > 2NaOH
Trong công nghiệp:
Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với
dung dịch natri cacbonat loãng và nóng:
Ca(OH)
2
+ Na
2
CO
3
= 2NaOH + CaCO
3
Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa:
2NaCl + 2H
2
O
dòng điện
Cl
2
+ H
2
+ 2NaOH

NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy và tơ
nhân tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm
và dược phẩm, làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm
hóa học
II.Sơ lược về quá trình cô đặc
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:
2
- Làm tăng nồng độ chất tan.
- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.
- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân
không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ
thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:
Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy
vì nhiệt.
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân
hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và
cho các quá trình đun nóng khác.
Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra
ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ
đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách
khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dùng chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do
đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá
trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong
hỗn hợp.
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 đung nóng
một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm việc
gián đọan hoặc liên tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy
theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể
dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong
chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung
dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể

giảm được bề mặt truyền nhiệt.
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. 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. Còn 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
3
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.
Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng phổ biến hơn cả, loại này
có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển 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 đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm
lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc
hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do đó cần
phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều
dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước
ngưng tụ.
Khuyết điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của 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.
Cấu tạo thiết bị cô đặc:
Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng
hơi được dùng phổ biến, loại này gồm 2 phần chính:
a) Bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để
đun sôi dung dịch.

b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) là một phòng trống, ở đây hơi thứ được
tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của dung dịch sôi (khác với các thiết bị chỉ có phòng
đốt). Tùy theo mức độ cần thiết người ta có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi –
lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị
hơi thứ mang theo.
Về phân loại có thể phân loại thiết bị theo 2 cách:
- Theo sự phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại
nghiêng.
- Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm.
- Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi
nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt.
- Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức,
4
Lựa chọn thiết bị:
Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 2 nồi, làm việc liên tục, có
ống tuần hoàn ngoài buồng đốt ngoài đối lưu tự nhiên.
Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm sạch. Đồng thời, có
thể tận dụng triệt để nguồn hơi.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ
sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biến đổi của chất tan.
Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuần hoàn
bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.
Sơ đồ thiết minh quy trình công nghệ:
Quá trình cô đặc 2 nồi ngược chiều buồng đốt ngoài là quá trình sử dụng hơi
thứ thay cho hơi đốt. Dung dịch ban đầu trong thùng chứa(13) được bơm ly tâm (14)
bơm lên thùng cao vị (1) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế sau đó
vào thiết bị gia nhiệt (2). Tại thiết bị gia nhiệt (2) dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt
độ sôi của nồi 2. Dung dịch sau đó được đưa vào buồng đốt ngoài (4) của nồi 2. Tại
nồi 2 dung dịch NaOH bốc hơi một phần tại buồng bốc (5), hơi thứ thoát lên qua thiết
bị ngưng tụ (7), được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân

không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt (8). Còn sản phẩm được bơm vào
nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào
bể chứa sản phẩm(12) Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi
đốt chính là hơi thứ của nồi 1.
5
Chương 2
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
I. Tính cân bằng vật liệu:
Thông số và số liệu ban đầu:
Dung dịch cô đặc: NaOH
Nồng độ dung dịch đầu: 4,5%
Nồng độ dung dịch cuối: 13%
Năng suất ban đầu của dung dịch: 32000 kg/h
1.1 Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch
thay đổi từ x
d
đến x
c
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:
G
đ
= G
c
+ W (1)
Trong đó:
G
đ
, G
c
là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)

W: lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)
Viết cho cấu tử phân bố:
G
đ
.x
đ
= G
c
.x
c
+ W.x
w
Trong đó:
x
đ
, x
c
là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra ở nồi cuối (% khối lượng)
xem lượng hơi thứ không mất mát ta có:
G
đ
.x
đ
= G
c
x
c
(2)
Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống:
W=G

d
(1-
d
c
x
x
) = 32000.(1-
4,5
13
) = 20923,08 (kg/h)
Trong đó:
G
d :
lượng dung dịch ban đầu
X
d
, X
c
: nồng độ đầu, cuối của dung dịch (% khối lượng)
1.2 Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi
Ta có: W= W
1
+ W
2
Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người
ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp
Giả sử chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là :
1,1
2
1

=
W
W
Khi đó ta có hệ phương trình:
6
1
2
1 2
1,1
20923,08
W
W
W W

=



+ =

Giải hệ trên ta có kết quả:
W
1
= 10959,711 kg/h
W
2
= 9963,369 kg/h
Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:
X
1

=
1 2
( )
d d
d
G X
G W W− +
=
32000 4,5
32000 (10959,711 9963,3)
×
− +
= 13%
Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2:
X
2
=
1
d d
d
G X
G W−
=
32000 4,5
32000 10959,711
×
−
=6,844%
Trong đó:
X

1,
X
2
: nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi (% khối lượng)
W
1
, W
2
: lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi (kg/h)
G
d
: lượng dung dịch đầu (kg/h)
X
d
: nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng)
II. Cân bằng nhiệt lượng
2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi
Gọi P
1
, P
2
, P
nt
là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ.
∆P
1
: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2.
∆P
2
: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ.

∆P
t
: hiệu số áp suất của cả hệ thống.
Giả sử chọn:
Áp suất của hơi đốt vào nồi 1: P
1
=3,34 at
Áp suất của thiết bị ngưng tụ Baromet: P
nt
= 0,36 at
Khi đó hệ số áp suất cho cả hệ thống cô đặc là:
∆P
t
= P
1
-P
nt
= 3,34- 0,36 = 2,98at
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là:
1
2
P
P
∆
∆
=
1,6
Kết hợp với phương trình ∆P
1
+∆P

2
= ∆P
t
= 2,98at
Suy ra: ∆P
1
= 1,834(at)
∆P
2
= 1,146 (at)
P
2
= P
1
- ∆P
1
= 3,34- 1,834= 1,506 (at)
7
2.2 Xác định nhiệt độ trong mỗi nồi
Gọi: t
hd1
, t
hd2
, t
nt
là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ.
t
ht1
, t
ht2

là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2.
Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 1
0
C
t
ht1
= t
hd2
+ 1
t
ht2
= t
nt
+ 1
Tra bảng : I. 250, STQTTB, T1/ Trang 312.
I. 251, STQTTB, T1/ Trang 314.
Bảng 2.1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) của các dòng hơi.
Loại
Nồi 1 Nồi 2 Tháp ngưng tụ
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
o
C)
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
o

C)
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
o
C)
Hơi đốt 3,34 137,422 1,506 111,088
Hơi thứ 1,556 112,088 0,345 73,72
2.3 Xác định tổn thất nhiệt độ
Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất do đường ống, tổn
thất do áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống.
2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (∆’)
Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung
môi nguyên chất.
Hiệu số nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất
nhiệt do nồng độ gây ra.
Ta có: ∆'= t
0
sdd
- t
0
sdmnc
(ở cùng áp suất)
Áp dụng công thức Tisenco:
∆'= ∆'
o
. f
Với f =16,2
×

Trong đó ∆'
o
: tổn thất nhiệt độ do t
sdd
> t
sdm
ở áp suất thường
f: hệ số hiệu chỉnh
T
s
: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất (
o
K).
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg).
8
Bảng 2.2: Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/Trang 67
Nồi 1 Nồi 2
Nồng độ dung dịch (% khối lượng) 13 6,844
∆'
o
(
o
C)
4,12 1,664
Bảng 2.3: Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 314
Nồi 1 Nồi 2
Áp suất hơi thứ (at) 1,556 0,345
Nhiệt hóa hơi r (J/kg) 2229,167.10
3

2325,776.10
3
Nồi 1: ∆'
1
= ∆'
0
×
16,2
×
2
1
( 273)
s
T
r
+

= 4,12
×
16,2
×

2
3
(112,088 273)
2229,167.10
+
= 4,44
0
C

Nồi 2: ∆'
2
= ∆'
0
×
16,2
×

2
2
(73,72 273)
r
+
= 1,664
×
16,2
×
2
3
(73,72 273)
2325,987.10
+
= 1,393
0
C
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống:
∆'= ∆'
1
+∆'
2

= 4,44+ 1,393= 5,833
0
C
2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (∆’’ )
Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh
∆
"
(tổn thất
nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):
Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
g
h
hPP
ddstb
⋅+∆+=
ρ
)
2
(
0
(N/m
2
)
Hay
0 .
4
( )
2 9,81.10
tb dds
h g

P P h
ρ
= + ∆ +
(at)
Trong đó:
P
0
: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m
2
)
∆h : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng của dung dịch (m)
h : chiều cao ống truyền nhiệt (m)
dds
ρ
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m
3
)
g :gia tốc trọng trường (m/s
2
), g=9,81 m/s
2
Vậy ta có:
∆
"
= t
tb
– t
0
, độ;

Ở đây: t
tb
- nhiệt độ sôi dung dịch ứng với áp suất p
tb
,
0
C;
t
0
- nhiệt độ sôi của dung môi ứng với áp suất p
0
,
0
C.
9
Bảng 2.4: Tra bảng I.22 STQTTB

T1/34
Nồi i x% p
0
(at) t
o
(
0
C) ρ
dd
ρ
dds
1 13 1,556 112,088 1095,8 547,9
2 6,844 0,345 73,72 1030,546 515,273

Hơi đốt 3,34 137,422
Chọn h= 4 m (cho cả 2 nồi)
∆h= 0,5 m (cho cả 2 nồi)
Áp suất thủy tĩnh của từng nồi:
Nồi 1:
1 0
( )
2
tb dds
h
P P h g
ρ
= + ∆ +
(N/m
2
)
1
1 0
4 4
4
( ) (0,5 ) 547,9 9,81
2 2
1,556 1,694
9,81.10 9,81.10
dds
tb
h
h g
P P at
ρ

   
∆ + + × ×
   
= + = + =
   
   
   
Nồi 2:
2 0
( )
2
tb dds
h
P P h g
ρ
= + ∆ +
(N/m
2
)
2
2 0
4 4
4
( ) (0,5 ) 515,273 9,81
2 2
0,345 0,474
9,81.10 9,81.10
dds
tb
h

h g
P P at
ρ
   
∆ + + × ×
   
= + = + =
   
   
   
Để tính t
0
s
của dung dịch NaOH ứng với P
tb
thì ta dùng công thức BaBo
( )
t
s
P
K
P
=
Trong đó:
P: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất.
P
s
: áp suất hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất thường
Tra STQTTB
1

/236 & 311.
Nồng độ của dung dịch ở nồi 1: 13%; nhiệt độ sôi t
0
s
=104,301
0
C cũng ở nhiệt độ
đó áp suất hơi bão hòa của nước là 1,204 at.
Nồi 1:
1
1,204
1,21
s
s
P
P P
P
= ⇒ =
P= P
tb1
⇒
P
s1
= 1,204
×
1,649= 2,039at
⇒
t
0
tb1

= 120,61
0
C
P=P
0

⇒
P
os1
= 1,204
×
1,556= 1,874 at
⇒
t
0
s1
= 118,19 at
⇒
∆"
1
= t
0
tb1
- t
0
s
= 120,61- 118,19= 2,42
0
C
Tra STQTTB

1
/236 & 311.
10
Nồng độ của dung dịch ở nồi 2: 6,844%, nhiệt độ t
0
s
=101,83
0
C cũng ở nhiệt độ
đó áp suất hơi bão hòa của nước là 1,105 at.
Nồi 2:
1
1,105
1,1
s
s
P
P P
P
= ⇒ =
P=P
tb2
⇒
P
s2
= 1,105
×
0,474= 0,524 at
⇒
t

0
tb2
=83,744
0
C
P=P
0
⇒

P
0s2
= 1,105
×
0,345= 0,382 at
⇒
t
0
s2
= 76,087
0
C
⇒
∆"
2
= t
0
tb2
- t
0
s2

= 83,744- 76,087= 7,657
0
C
Vậy tổng tổn thất do áp suất thủy tĩnh:
∆"= ∆"
1
+∆"
2
= 2,42+ 7,657= 10,077
0
C
2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra
Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là 1
0
C.
Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra cho cả hệ thống: ∆"' = 2
0
C
2.3.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống
∑∆= ∆'+∆"+∆"' = 5,833+ 10,077+ 2 = 17,91
0
C
2.3.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
Nồi 1: ∆t
i1
= t
hd1
- t
hd2

- ∑∆
1
= 137,422- 111,088-(4,44+ 2,42+ 1)= 18,473
0
C
Nồi 2: ∆t
i2
= t
hd2
- t
nt
- ∑∆
2
= 111,088- 72,72- (1,393+ 7,657+ 1)= 28,319
0
C
Nhiệt độ sôi thực tế:
Nồi 1:
∆t
i1
= t
hd1
- t
s1
⇒
t
s1
=

t

hd1
- ∆t
i1
= 137,422- 18,473= 118,949
0
C
Nồi 2:
∆t
i2
=t
hd2
- t
s2
⇒

t
s2
= t
hd2
- ∆t
i2
= 111,088- 28,319= 82,769
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích cho cả hệ thống:
∆h
i
= t
hd1
- t
nt
- ∑∆= 137,422- 72,72- 17,91= 46,792

0
C
2.4 Nhiệt dung riêng C(J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức
I.43; STQTTB T1/ trang152
C= 4186.(1-x) ( J/kg.độ)
X là nồng độ chất tan (% khối lượng)
Nhiệt dung riêng đầu có nồng độ x
đ
= 4,5%
C
d
= 4186.(1-0,045)= 3997,63 J/kg.độ
11
Nồi 1: x
1
= 13%
C
1
= 4186(1-0,13)= 3641,82 J/kg.độ
Nồi 2: x
2
= 6,8%
C
2
= 4186(1-0,06844)= 3899,51 J/kg.độ
2.5 Nhiệt lượng riêng
Gọi:
D
1

, D
2
: lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (kg/h)
G
đ
, G
c
lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)
W, W
1
, W
2
: lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nồi (kg/h)
I
1
, I
2
: hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2
i
1
, i
2
: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg)
C
đ
, C
c
: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg.độ)
t
đ,

t
c
: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch
0
C
θ
1
, θ
2
: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2
0
C
C
ng1
,C
ng2
: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2
0
C
Q
tt1
, Q
tt2
: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2(W)
* Nhiệt lượng vào gồm có:
Nồi 1:
- Nhiệt do hơi đốt mang vào: D
1
I
1

- Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (G
đ
-W
2
).C
2
t
s2
Nồi 2:
- Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W
1
i
1
=D
2
I
2
- Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: G
đ
C
đ
t
đ
* Nhiệt mang ra gồm:
Nồi 1:
- Hơi thứ mang ra: W
1
i
1
- Do dung dịch mang ra: (G

d
-W)C
1
.t
s1
- Do hơi nước ngưng tụ: D
1
C
ng1
θ
1
- Do tổn thất chung: Q
tt1
= 0,05D(I
1
-C
ng1
θ
1
)
Nồi 2:
- Hơi thứ mang ra: W
2
i
2
- Do dung dịch mang ra: (G
d
-W
2
)C

2
t
s2
- Do hơi nước ngưng tụ: D
2
C
ng2
θ
2
- Do tổn thất chung: Q
tt2
=0,05D
2
(I
2
-C
ng2
θ
2
)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
12
Nồi 1:
D
1
I
1
+(G
đ
-W

2
)C
2
t
s2
=W
1
i
1
+(G
đ
-W)C
1
t
s1
+D
1
C
ng1
θ
1
+0,05D
1
(I
1
-C
ng1
θ
1
) (1)

Nồi 2:
D
2
I
2
+G
đ
C
đ
t
đ
= W
2
i
2
+(G
đ
-W
2
)C
2
t
s2
+D
2
C
ng2
θ
2
+0,05D(I

2
-C
ng2
θ
2
) (2)
Với: D
2
I
2
=W
1
i
1
; W=W
1
+W
2
Ta có:
(2)
⇔
W
1
(0,95i
1
-C
2
t
s2
+i

2
-0,95C
ng2
θ
2
)= Wi
2
+(G
đ
-W)C
2
t
s2
-G
đ
C
đ
t
s2
⇔
W
1
=
2 2 2 2
1 2 2 2 2 2
( )
0,95 0,95
d s d d s
s ng
Wi G W C t G C t

i C t i C
θ
+ − −
− + −
Bảng 2.1 Tra bảng I.249 STQTTB T1/Trang 310.
I.250 STQTTB T1/Trang 312.
Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch
t (
0
C) I (J/kg) C
n
(J/kg.độ) t (
0
C) i(J/kg) C(J/kg.độ) t
s
(
0
C)
Nồi 1 137.422 2736.391 4281.586 112.088 2699.759 3641.82 118.949
Nồi 2 111.088 2697.959 4234.415 73.72 2633.544 3899.51 82.769
Với: θ
1
= t
hd1
; θ
2
=t
hd2
Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là:
3

1
3 3
20923,08 2633,545 10 (32000 20923,08) 3899,51 82,769 32000 3997,6 82,769
0,95 2699,759 10 3899,51 82,769 2633,545 10 0,95 4234,415 111,088
W
× × + − × × − × ×
⇒ =
× × − × + × − × ×
= 9102,024 (kg/h)
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2:
2 1
W W W= −
20923,08 9102,024 11821,056= − =
(kg/h)
Tính sai số:
1 1
1
1
9102.024 10959,711
0,204% 5%
9102,024
gt
W W
W
η
−
−
= = = <
2 2
2

2
11821,056 9963,369
0,186% 5%
11821,056
gt
W W
W
η
−
−
= = = <
5%
i
η
<
chấp nhận được.
Lượng hơi đốt tiêu dùng:
D
1
=
1 1 1 1 2 2 2
1 1 1
. ( ). . ( ). .
0,95( . )
d s d s
ng
W i G W C t G W C t
I C
θ
+ − − −

−
3
3
9102,024 2699,759 10 (32000 20923,08) 3641,82 118,949 (32000 11821,056) 3899,51 82,769
0,95(2736,391 10 4281,586 137,422)
× × + − × × − − × ×
=
× − ×

= 3037,556 (kg/h)
13
III. Tính bề mặt truyền nhiệt
3.1 Độ nhớt:
Sử dụng công thức Paplov I.17 STQTTB T1/ trang 85:
1 2
1 2
t t
k const
θ θ
−
= =
−
Trong đó: t
1
, t
2
: nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt là µ
1
, µ
2

θ
1,
θ
2
: nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt là µ
1
, µ
2
Nồi 1:
Lấy nước làm chất lỏng tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x
1
=13%
Chọn t
1
= 60
0
C, ta có µ
1
= 1,126.10
-3
(N.s/m
2
)
⇒
θ
1
= 15,451
0
C
Chọn t

2
= 40
0
C, ta có µ
2
= 1,454.10
-3
(N.s/m
2
)
⇒
θ
2
= 6,422
0
C
Tra µ
1
, µ
2
dựa vào bảng I.107 STQTTB,T
1
/ trang 100
Tra θ
1,
θ
2
dựa vào bảng I.102 STQTTB,T
1
/ trang 94

1 2
1 2
60 40
2,215
15,451 6,422
t t
k
θ θ
− −
⇒ = = =
− −
Từ đó ta có:
1 2
1 2
118,948 40
6,422 42,065
2,215
s
s
t t
k
θ θ
− −
= + = + =
(
0
C)
⇒
µ
s1

= 0,6301.10
-3
(N.s/m
2
)
Nồi 2: (tương tự như nồi 1)
Lấy nước làm chất tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x
2
= 6,844%
Chọn t
1
= 40
0
C, ta có µ
1
= 0,964.10
-3
(N.s/m
2
)
⇒
θ
1
= 21,725
0
C
Chọn t
2
= 30
0

C, ta có µ
2
= 1,197.10
-3
(N.s/m
2
)
⇒
θ
2
= 13,171
0
C
1 2
1 2
40 30
1,169
21,725 13,171
t t
k
θ θ
− −
⇒ = = =
− −
Từ đó ta có:
2 2
2 2
82,769 30
13,171 58,309
1,169

s
s
t t
k
θ θ
− −
= + = + =
(
0
C)
⇒
µ
s2
= 0,475.10
-3
(N.s/m
2
)
3.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch
Công thức I.32 STQTTB T1/ trang 123
3
. . .
dd p
A C
M
ρ
λ ρ
=
(W/m.độ)
14

Trong đó:
A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước
C
p
: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg .độ)
ρ: khối lượng riêng (kg/m
3
)
M: khối lượng mol của chất lỏng
Chọn A= 3,58.10
-8
Ta có: M=m
i.
M
dd
+(1-m
i
).M
nước
Mà:
2
1
i
dd
i
i i
dd H O
x
M
m

x x
M M
=
−
+
Nồi 1:
1
0,13
40
0,063
0,13 1 0,13
40 18
i
m = =
−
+
⇒
M
1
= 0,063
×
40+(1-0,063).18= 19,386
8
3
1
1095,8
3,58.10 3641,82 1095,8 0,548
19,386
λ
−

⇒ = × × × =
(W/m.độ)
Nồi 2:
2
0,068
40
0,032
0,068 (1 0,068)
40 18
i
m = =
−
+
⇒
M
2
=0,032
×
40+(1-0,032)
×
18=18,704
8
3
2
1030,546
3,58.10 3899,51 1030,546 0,547
18,704
λ
−
⇒ = × × × =

(W/m.độ)
3.3 Hệ số cấp nhiệt
3.3.1 Về phía hơi ngưng tụ: (α
1
)
Công thức V.101 STQTTB T2/ trang 28:
4
1
1
2,04. .
.
r
A
h t
α
=
∆
Với r: ẩn nhiệt ngưng (J/kg)
H: chiều cao ống truyền nhiệt ( chọn H= 4m)
2 3
4
A
ρ λ
µ
=
: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng t
m
t
m
= 0,5(t

T1
+t
hd
)
∆t
1
=t
hd
- t
T1
15
Nồi 1: Chọn ∆t
11
= 2,1
0
C
⇒
t
T11
= t
hd1
-

∆t
11
= 137,422- 2,1= 135,322
0
C
⇒
t

m1
= 0,5
×
(135,322+ 137,422)= 136,372
0
C
Tra STQTTB T2/trang 29 ta có: A
1
= 192,912
Tra bảng I.250 STQTTB T1/ trang 312
Từ t
hd1
= 137,422
0
C suy ra r
1
= 2158,218.10
3
(J/kg)
3
4
11
2158,218 10
2,04 192,912 8860,179
4 2,1
α
×
⇒ = × × =
×
(W/m

2
.độ)
11 11 11
8860,179 2,1 18606,378q t
α
⇒ = × ∆ = × =
(W/m
2
)
Nồi 2: Chọn ∆t
12
= 1,95
0
C
⇒
t
T12
= t
hd2
- ∆t
12
= 111,088- 1,95= 109,138
0
Ct
⇒
t
m2
= 0,5.(111,088+ 109,138)= 110,113
0
C

Tra STQTTB T2/trang 29 ta có: A
2
= 183,551
Tra bảng I.250 STQTTB T1/ trang 312
Từ t
hd2
= 111,088
0
C suy ra r
2
= 2230,952
×
10
3
(J/kg)
⇒
3
4
12
2230,952 10
2,04 183,551 8659,364
4 1,95
α
×
= × × =
×
(W/m
2
.độ)
12 12 12

8659,364 1,95 16885,759q t
α
⇒ = × ∆ = × =
(W/m
2
)
3.3.2 Về phía dung dịch sôi
Ta có:
n
αϕα
.
2
=
Với:
ϕ
là hệ số hiệu chỉnh.
n
α
là hệ số cấp nhiệt của nước.
Mà theo công thức VI.27, STQTTB, T2/Trang 71
Ta có:
435,0
2565,0
2
222











































=
d
n
n
d
n
d
n
d
C
C
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ϕ
Theo CT V.91, STQTTB, T2/Trang 26
5,033,2
2
145,0 pt
n
∆=

α
W/m
2
.độ
Trong đó:
, , ,
dd dd dd dd
C
λ ρ µ
lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng
và độ nhớt của dung dịch.
, , ,
n n n n
C
λ ρ µ
lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và
độ nhớt của nước.
Ta có: ∑ r = r
1
+ r
2
+ r
3
16
Chọn theo bảng V.I, STQTTB, T2/ Trang 4.
31
rrr
++=
∑
λ

δ
Trong đó:
r
1
: nhiệt trở do lớp nước ngưng
r
2
: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống
λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhệt
δ
: bề dày ống truyền nhiệt (
δ
=2mm)
r
3
: nhiệt trở qua lớp vật liệu
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 λ = 50 W/m độ.
Tra bảng XII.7,STQTTB, T2/ Trang 313.
Chọn r
1
=0,232.10
-3
(m
2
.độ/W)
r
3
= 0,387.10
-3
(m

2
.độ/W)
⇒
∑r=
3 3 3 3
2
0,232.10 .10 0,387.10 0,659.10
50
− − − −
+ + =
Nồi 1: ta có: t
s1
= t
21
= 118,948
0
C
Ta có: ∆t
I
= q
11
.∑r= 18606,378
×
0,659.10
-3
= 12,261
0
C
⇒
t

T21
= t
T11
- ∆t
I
= 135,322- 12,261= 123,061
0
C
Hiệu số cấp nhiệt của nước:
∆t
21
= t
T21
- t
21
= 123,061- 118,948= 4,113
0
C
Áp suất hơi thứ tại nồi 1:
P
ht1
= 1,556
×
98100= 152707,52(N/m
2
)
⇒
α
n1
= 0,145

×
4,113
2,33
×
152707,52
0,5
= 1527,608 (W/m
2
.độ)
Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311
Ta có: C
n
= 4248.213 J/kg.độ
µ
n
= 0,239.10
-3
N.s/m
2
λ
n
= 68,578.10
-2
W/m.độ
ρ
n
= 943,931 kg/m
3
0,435
0,565 2

3
1
2 3
0,548 1095,8 3641,8 0,239.10
0,615
68,578.10 943,931 4248,231 0,6301.10
ϕ
−
− −
 
 
     
= =
 
 ÷
 ÷  ÷  ÷
     
 
 
 
⇒
α
21
= φ
1.
α
n1
= 0,615
×
1527,608= 940,719 (W/m

2
.độ)
⇒
q
21
= α
21
.∆t
21
= 940,719
×
4,113= 3869,177 (W/m
2
)
Nên ta có:
1
3869,177 18606,378
.100
3869,177
η
−
=
%= 3,81% < 5%
17
Vậy nhiêt tải trung bình:
Q
1
=
11 21
18606,378 3869,177

11237,251
2 2
q q+ +
= =
(W/m
2
)
Nồi 2: ta có t
s2
= t
22
= 82,769
0
C
∆t
II


= q
12
. ∑r= 16885,759
×
0,659.10
-3
= 11,127
0
C
⇒
t
T22

= t
T12
- ∆t
II
= 109,138- 11,127= 98,011
0
C
Hiệu số cấp nhiệt của nước:
∆t
22
= t
T22
- t
22
= 98,011- 82,769= 15,242
0
C
Áp suất hơi thứ tại nồi 2:
P
ht2
= 0,345
×
98100= 33894,884(N/m
2
)
⇒
α
n2
= 0,145
×

15,242
2,33
×
33894,884
0,5
= 15236,65(W/m
2
.độ)
Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311
Ta có: C
n
=4197,215 J/kg.độ
µ
n
=0,345.10
-3
N.s/m
2
λ
n
=67,566.10
-2
W/m.độ
ρ
n
=970,138 kg/m
3
0,435
0,565 2
3

2
2 3
0,547 1030,547 3899,51 0,345.10
0,789
67,566.10 970,138 4197,215 0,475.10
ϕ
−
− −
 
 
     
= =
 
 ÷
 ÷  ÷  ÷
     
 
 
 
⇒
α
22
= φ
2
.α
n2
= 0,789
×
15236,65= 12025,593 (W/m
2

.độ)
⇒
q
22
= α
22
.∆t
22
= 12025,593
×
15,242= 183284,96(W/m
2
)
Nên ta có:
2
183284,96 16885,759
.100
183284,96
η
−
=
%= 0,907% < 5%
Vậy nhiệt tải trung bình:
Q
2
=
12 22
16885,759 183284,96
100085,36
2 2

q q+ +
= =
(W/m
2
)
3.4 Tính hệ số nhiệt độ hữu ích cho các nồi:
Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: F1= F2 nên nhiệt độ hữu ích
phân bố trong các nồi được tính theo công thức VI.20 STQTTB T2/trang 68
hi
n
i
i
i
hi
t
K
Q
kt
∆∑
∑
=∆
=
=
.)(
2
1
18
Trong đó:
hi
t∆

là nhiệt độ hữu ích trong các nồi (
o
C )
Q
i
: lượng nhiệt cung cấp (W/m
2
)
A
3600
.
ii
i
rD
Q
=
D
i
là lượng hơi đốt mỗi nồi
r
i
: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi
K
i
: hệ số truyền nhiệt
21
11
1
αα
+∑+

=
r
K
i
(W/m
2
.độ)
Nồi 1:
Q
1
=
3
1 1
3037,556 2158,218.10
1821030,7
3600 3600
D r ×
= =
(W/m
2
)
K
1
=
3
1
544,995
1 1
0,659.10
8860,179 940,719

−
=
+ +
(W/m
2
.độ)
Suy ra:
1
1
1821030,7
3341,374
544,995
Q
K
= =
Nồi 2:
Q
2
=
3
2 2
9180,096 2230,284.10
5644369
3600 3600
D r ×
= =
2
3
1
1165,993

1 1
0,659.10
8659,364 12025,593
K
−
= =
+ +
(W/m
2
.độ)
Suy ra:
2
2
5644369
4840,825
1165,993
Q
K
= =
2
1 2
1
1 2
n
i
i
i
Q Q Q
K K K
=

=
⇒ = +
∑
= 3341,374+ 4840,825= 8182,199
Ta có hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn bộ hệ thống
∑t
hi
= 46,792
0
C
Nhiệt độ hữu ích của từng nồi là:
Nồi 1:
∆t
hi1
=
3341,374
46,792 19,168
8182,199
× =
0
C
19
Nồi 2:
∆t
hi2
=
4840,825
46,792 27,683
8182,199
× =

0
C
Sai số nhiệt độ hữu ích là:
Nồi 1:
1
18,473 19,168
0,034
18,473
η
−
= =
% < 10%
Nồi 2:
2
28,319 27,683
0,022
28,319
η
−
= =
% < 10%
Các sai số so với giả thiết ban đầu đều nhỏ hơn 10% nên kết quả cuối cùng có thể
chấp nhận được.
Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:
Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:
1
1
1 1
1821030,7
174,861

. 544,995 19,168
hi
Q
F
K t
= = =
∆ ×
m
2
Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2:
2
2
2 2
5644369
174,861
. 1165,993 27,683
hi
Q
F
K t
= − =
∆ ×
m
2
Như vậy dựa vào F
1
, F
2
ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi có diện tích truyền
nhiệt bằng nhau và bằng 174,861 m

2
20
Chương 3
THIẾT KẾ CHÍNH
3.1 Buồng đốt
3.1.1 Tính số ống truyền nhiệt
Theo bảng VI.6 STQTTB T2/trang 80 chọn loại ống truyền nhiệt có đường kính 38
×
2 mm nên d=d
t
= 34mm.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt h= 4m
174,861
409,473
. . 0,034 4 3,14
t
F
n
d h
π
= = =
× ×
(ống)
Theo bảng quy chuẩn số ống truyền nhiệt V.II STQTTB T2/trang 48
Chọn n= 517 ống.
Chọn cách xếp ống theo hình 6 cạnh
Số hình 6 cạnh là 12.
Số ống trong tất cả các viên phân là b=25 ống.
3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt
Theo công thức V.140 STQTTB T2/ trang 49.

D
t
= t.(b-1)+ 4.d
n
Trong đó t là bước ống, thường chọn t= (1,2- 1,5)d
n
Chọn t= 1,5d
n

⇒
t= 1,5
×
0,038= 0,057(m)
⇒
D
t
= 0,057.(25-10) +4
×
0,038= 1,52 (m)
Theo bảng XIII.6 STQTTB T2/trang 359
Chọn D
t
= 1,6m
3.1.3 Bề dày buồng đốt
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3.
Bề dày buồng đốt được xác định theo công thức XIII.8 STQTTB T2/ trang 360.
[ ]
.
2
t

D P
S C
P
σ ϕ
= +
−
(m)
trong đó: D
t
là đường kính trong của buồng đốt (m)
φ: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn φ=0,95
(theo bảng XIII.8 STQTTB T2/ trang 362)
C: hệ số bổ sung ăn mòn (m)
P: áp suất trong thiết bị (N/m
2
)
[ ]
σ
ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [
σ
k
] và ứng suất giới hạn chảy [
σ
c
]
21
Ứng suất kéo:
k
k
k

[ ] .
n
σ
σ η
=
(N/m
2
) (Công thức XIII.1 STQTTB T2/ trang 355)
Với:
: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2 STQTTB T2/trang 356)
n
b
: hệ số an toàn theo giới hạn bền, n
b
= 2,6
(Bảng XIII.3 STQTTB T2/ trang 356) ( vật liệu hợp kim được cán, rèn dập)

k
: giới hạn bền khi kéo,
k
σ
=
380.10
6
(N/m
2
)
(theo bảng XII.4 STQTTB T2/trang 309)
⇒

6
6
k
380.10
[ ] .0,9 131,54.10
2,6
σ
= =
(N/m
2
)
Ứng suất giới hạn chảy:
c
c
c
[ ] .
n
σ
σ η
=
(N/m
2
) (Công thức XIII.2 STQTTB T2/trang 355)
Với:
n
c
= 1,5 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /trang 356)
: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /trang 356)

c

: giới hạn bền chảy,
c
σ
=
240.10
6
(N/m
2
) (bảng XII.4 STQTTB T2/trang 309)
⇒
6
c
240.10
[ ] .0,9
1,5
σ
=
= 144.10
6
(N/m
2
)
Ứng suất cho phép phải lấy giá trị nhỏ để tính toán đảm bảo điều kiện bền, tức
là lấy
[ ]
σ
= 131,54. 10
6
(N/m
2

)
Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày.
Đại lượng C được xác định theo công thức XIII.17 STQTTB T2/ trang 363.
C= C
1
+ C
2
+ C
3
(m)
Với C
1
: đại lượng bổ sung do ăn mòn, C
1
= 1mm
C
2
: đại lượng bổ sung do hao mòn, C
2
= 0
C
3
: đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày ; C
3
phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu.
Nồi 1:
áp suất làm việc trong thiết bị :
P= P
hd1
= 3,34 (at) = 3,34

×
98100= 327654 (N/m
2
)
Ta có:
[ ]
8
1,315.10
. 0,95 381,271
327654P
σ
ϕ
= × =
> 50 do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.
Nên
3
8
1,6 327654
2,1.10
2 1,315.10 0,95
S C C
−
×
= + = +
× ×
(m)
22
Chọn C
3
= 0,22(mm) (theo bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)

⇒
C= C
1
+ C
2
+ C
3
= 1+ 0+ 0,22= 1,22 (mm)= 1,22.10
-3
(m)
⇒
S= (2,1+ 1,22).10
-3
= 3,32.10
-3
(m).
Chọn S= 4.10
-3
(m)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 STQTTB T2/trang 365.
[ ]
0
( ) .
2( ). 1,2
t
c
D S C P
S C
σ
σ

ϕ
+ −
= ≤
−
(N/m
2
)
Trong đó :
P
o
là áp suất thử tính toán theo công thức XIII.27 STQTTB T2/trang 366.
P
o
= P
th
+ P
1
(N/m
2
)
P
th
là áp suất thử thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5 STQTTB T2/trang 358.
Chọn P
th
= 1,5.P
hđ
P
1
là áp suất thủy tĩnh của nước, tính theo công thức XIII.10 STQTTB T2/360

P
1
= g.ρ
dd1
.H = 9,81
×
547,9
×
4 = 21499,596 (N/m
2
)
Với H là chiều cao cột chất lỏng
Vậy: P
o
= 1,5
×
327654+ 21499,596 = 512980,596 (N/m
2
)
Ta có:
( )
( )
3
8
3
1,6 4 1,22 .10 .512980,596
1,556.10
2. 4 1,22 .10 .0,95
σ
−

−
 
+ −
 
= =
−
<
6
8
c
240.10
2.10
1,2 1,2
σ
= =
(N/m
2
)
Vậy chọn S= 4(mm)
Nồi 2 :
áp suất làm việc trong thiết bị : P= P
hd2
= 1,506.98100=147738,6 (N/m
2
)
ta có :
[ ]
8
1,315.10
. .0,95 845,581 50

147738,6P
σ
ϕ
= = >
do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.
Nên
8
1,6.147738,6
2.1,315.10 .0,95
S C= +
=9,461.10
-4
+ C.
Chọn C
3
= 0,12(mm) ( bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒
C= 1+0+0,12= 1,12 (mm)= 1,12.10
-3
(m)
⇒
S= 9,461.10
-4
+ 1,12.10
-3
= 2,006.10
-3
(m)
Chọn S= 3.10
-3

(m)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử :
Với P
0
= 1,5.147738,6+9,81.515,273.4= 241827,213 (N/m
2
)
( )
( )
3
8 8
3
1,6 3 1,12 .10 .241827,213
1,084.10 2.10
2. 3 1,12 .10 .0,95
σ
−
−
 
+ −
 
= = <
−
(N/m
2
)
Vậy chọn bề dày thân buồng đốt cho cả 2 nồi : S= 4(mm).
23
3.1.4.Bề dày đáy và nắp buồng đốt
Được tính theo hình elip có gờ, vật liệu là thép CT3:

[ ]
.
.
3,8 . . 2.
t t
k h b
D P D
S C
k P h
σ ϕ
= +
−
(m) (công thức XIII.47 STQTTB T2 /trang 385)
Trong đó :
h
b
là chiều cao phần đáy lồi của đáy (m)
Chọn h
b
= 0,25. D
t
= 0,25. 1,6= 0,4 (m)
φ
h
là hệ số bền của mối hàn hướng tâm.(tra bảng XIII.8 STQTTB T2/trang 362)
Chọn φ
h
= 0,95
K là hệ số không thứ nguyên xác định như sau:
1

t
d
k
D
= −
( công thức XIII.48 STQTTB T2 /trang 385)
Ở đây d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng, chọn d= 0,15(m)
⇒
0,15
1 0,906
1,6
k = − =
Nồi 1 :
Ta có :
[ ]
8
1,315.10 .0,906.0,95
. . 345,431
327654
h
k
P
σ
ϕ
= =
>30 do đó ta có thể bỏ qua đại lượng ở mẫu.
Nên
3
8
1,6.327654 1,6

. 2,438.10
3,8.1,315.10 .0,906.0,95 2.0,4
S C C
−
= + = +
Chọn C
3
= 0,22(mm) (bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒
C= C
1
+ C
2
+ C
3
= 1+ 0+ 0,22= 1,22 (mm)= 1,22.10
-3
(m)
⇒
S= (2,438+1,22).10
-3
= 3,658.10
-3
(m)
Khi (S-C)= 2,438< 10(mm) ta thêm 2mm so với giá trị C ban đầu.
⇒
C= (1,22+2).10
-3
= 3,22.10
-3

(m)
⇒
S= (3,22+3,658).10
-3
= 6,878.10
-3
(m)
Chọn S= 8(mm)
Kiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thủy lực bằng công thức XIII.49
STQTTB T2/trang 386.
( )
2
2. ( )
7,6. . . 1,2
t b o
c
h b
D h S C P
k h S C
σ
σ
ϕ
 
+ −
 
= ≤
−
(N/m
2
)

( )
( )
2 3
8 8
3
1,6 2.0,4. 8 3,22 .10 .512980,596
1,05.10 2.10
7,6.0,906.0,95.0,4. 8 3.22 .10
σ
−
−
 
+ −
 
= = <
−
(N/m
2
)
Chọn S= 8(mm)
24
Nồi 2:
Ta có:
[ ]
8
1,315.10 .0,906.0,95
. . 766,096 30
147738,6
h
k

P
σ
ϕ
= = >
do đó ta có thể bỏ qua đại lượng ở mẫu.
Nên
3
8
1,6.147738,6 1,6
. 1,099.10
3,8.1,315.10 .0,906.0,95 2.0,4
S C C
−
= + = +
Chọn C
3
= 0,18(mm) (bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒
C= 1+0+0,18= 1,18(mm)
⇒
S= (1,099+1,18).10
-3
= 2,279.10
-3
(m)
Vì (S-C)< 10mm nên ta thêm 2mm so với giá trị C ban đầu.
⇒
C= (1,18+2).10
-3
= 3,18.10

-3
(m).
⇒
S= (2,279+3,18).10
-3
= 5,459.10
-3
(m).
Chọn S= 6(mm)
Kiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thủy lực bằng công thức XIII.49
STQTTB T2/trang 386.
( )
2
2. ( )
7,6. . . 1,2
t b o
c
h b
D h S C P
k h S C
σ
σ
ϕ
 
+ −
 
= ≤
−
(N/m
2

)
( )
( )
2 3
8 8
3
1,6 2.0,4. 6 3,18 .10 .241827,213
0,839.10 2.10
7,6.0,906.0,95.0,4. 6 3,18 .10
σ
−
−
 
+ −
 
= = <
−
(N/m
2
)
Chọn S= 6(mm)
Vậy chọn bề dày đáy và nắp buồng đốt cho cả 2 nồi S= 8(mm)
ứng với h
b
= 0,4 (m), chiều cao gờ h= 0,025(m)
(theo bảng XIII.11 STQTTB T2/trang 384)
3.2 Buồng bốc
3.2.1 Đường kính buồng bốc
Chọn đường kính buồng bốc D
t

= 2,4m
3.2.2 Chiều cao buồng bốc
Thể tích không gian hơi được xác định theo công thức VI.32 STQTTB T2/trang 71.
tth
kgh
u
W
V
.
ρ
=
(m
3
)
Trong đó:
V
kgh
: là thể tích không gian hơi (m
3
)
W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (m
3
)
ρ
h
: là khối lượng riêng của hơi thứ. (kg/m
3
)
U
tt

: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi trong một
đơn vị thời gian (m
3
/m
3
.h)
25