đồ án công nghệ cô đặc Na2CO3 năng suất 15000 kg trên giờ

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
LỜI NÓI ĐẦU
Đối với một sinh viên chuyên ngành công nghệ hóa học, việc nắm vững các kiến
thức về môn học quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa chất là thực sự cần thiết.
Việc lĩnh hội các kiến thức này sẽ giúp cho các kỹ sư trong tương lai không những có
thể thiết kế, vận hành tốt một quá trình sản xuất và chế biến, mà còn biết cách tối ưu
hóa các quá trình và chi phí thiết kế, có ý tưởng cải tiến thiết bị, nâng cao năng suất.
Do vậy, với yêu cầu trên, môn học đồ án quá trình thiết bị thật sự mang đến cho em và
tất cả sinh viên khác cơ hội để hình dung lại kiến thức đã học và liên hệ thực tiễn sản
xuất, chế biến. Để thiết kế được một đề tài, sinh viên cần phải nắm vững tổng quát các
kiến thức về các quá trình thủy lực, truyền nhiệt và chuyển khối.
Trong công nghệ hóa chất, để làm tăng nồng độ một hóa chất lên nồng độ dùng
trong thương mại và công nghiệp, một phương pháp dùng khá phổ biến là cô đặc. Đây
cũng chính là đề tài em thực hiện trong đồ án này, cụ thể là thiết kế hệ thống cô đặc ba
nồi xuôi chiều. Cấu trúc của tập đồ án có thể chia thành các phần sau:
 Chương 1: Tổng quát về sản phẩm, phương pháp cô đặc
 Chương 2: Tính toán công nghệ - tính và chọn thiết bị chính
 Chương 3: Tính và chọn thiết bị phụ
 Tài liệu tham khảo
Trong quá trình thực hiện đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
thầy Dương Khắc Hồng và các thầy cô trong khoa. Tuy nhiên, vì hạn chế về thời gian
và kiến thức, chắc chắn trong đồ án còn tồn tại nhiều sai sót. Em xin gởi lời cám ơn
đến thầy Dương Khắc Hồng và tất cả thầy cô trong khoa đã giúp em hoàn thiện đồ án
này, và em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ quý thầy cô để có được
nhiều kinh nghiệm và kiến thức cho bản thân.
•
SVTT: Phan Văn Hà Trang 1
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ,
CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 5
I. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 5
II. CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC 7
III. THIẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 8
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH
I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU 10
1) Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống 10
2) Sự phân bố hơi thứ trong các nồi 10
3) Nồng độ dung dịch ở từng nồi 11
II. PHÂN BỐ ÁP SUẤT LÀM VIỆC TRONG CÁC NỒI 11
III. TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ Ở MỖI NỒI 12
1) Tổn thất nhiệt độ đo nồng độ ( 12
2) Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ( 13
3) Tổn thất do trở lực của đường ống ( 16
4) Tổn thất do toàn bộ hệ thống 16
5) Hiệu số hữu ích trong toàn hệ thống và trong từng nồi 16
IV. TÍNH NHIỆT LƯỢNG, NHIỆT DUNG RIÊNG,ẨN NHIỆT NGƯNG TỤ 17
1) Tính nhiệt lượng riêng 17
2) Tính nhiệt dung riêng của dung dịch C, J/kg.độ 17
3) Lập bảng nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ, nhiệt dung của nước ngưng
và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi 18
V. LẬP PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH LƯỢNG
HƠI ĐỐT CẦN THIẾT 18
VI. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH 21
1) Độ nhớt 21
2) Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch 23
3) Hệ số cấp nhiệt 24
4) Hệ số phân bố nhiệt hữu ích 30
5) Tính toán bề mặt truyền nhiệt 32

VII.TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 32
1) Buồng đốt 32
2) Buồng bốc 38
3) Cửa làm vệ sinh 44
VIII.ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 44
1) Đường kính ống dẫn hơi đốt 44
2) Đường kính ống dẫn hơi thứ 46
SVTT: Phan Văn Hà Trang 2
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
3) Đường kính ống dẫn dung dịch 46
4) Đường kính ống tháo nước ngưng 48
IX.BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT CỦA THIẾT BỊ 50
1) Bề dày lớp cách nhiệt cho các ống dẫn 50
2) Bề dày lớp cách nhiệt cho thân thiết bị 52
X.MẶT BÍCH 54
XI.TAI TREO 56
1) Trọng lượng thân thiết bị 56
2) Tải trọng của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn ngoài 57
3) Trọng lượng của dung dịch trong thiết bị 57
4) Trọng lượng vĩ ống 58
5) Trọng lượng đáy buồng đốt 58
6) Trọng lượng nắp buồng đốt 58
7) Trọng lượng của bích 58
8) Trọng lượng của hơi 60
9) Trọng lượng của lớp cách nhiệt 61
CHƯƠNG 3: TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ
I THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 63
1) Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ 63
2) Lượng không khí và không khí ngưng cần hút ra khỏi thiết bị 63

3) Đường kính thiết bị ngưng tụ 64
4) Kính thước tấm ngăn 64
5) Chiều cao thiết bị ngưng tụ 65
6) Kính thước ống Baromet 66
7) Chiều cao ống Baromet 66
II TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM 68
1) Bơm chân không 68
2) Bơm ly tâm để bơm nước vào thiết bị Baromet 69
3) Bơm ly tâm bơm dung dịch vào thùng cao vị 72
III THIẾT BỊ GIA NHIỆT DUNG DỊCH ĐẦU 73
1) Tính các dữ kiện ban đầu 73
2) Tính bề mặt truyền nhiệt 74
3) Chia ngăn cho thiết bị 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 77
SVTT: Phan Văn Hà Trang 3
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
SVTT: Phan Văn Hà Trang 4
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ,
CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM
Trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay, các hóa chất được sản xuất từ
ngành công nghiệp hóa chất có một vai trò không thể thiếu và được ứng dụng rộng rãi.
Nali carbonate (tên thường gọi là sô đa) với công thức hóa học Na
2
CO
3
, là một trong

những hóa chất thông dụng đó. Với nhiều ứng dụng trong thực tiễn, hiện nay Na
2
CO
3
đang được sản xuất ngày càng lớn.
 Các tính chất vật lý của Na
2
CO
3
Công thức phân tử Na
2
CO
3
Phân tử gam 105.9884 g/mol
Bề ngoài Tinh thể màu trắng
Tỷ trọng 2.54 g/cm
3
, thể rắn
Điểm nóng chảy
851 °C (1124 K)
Điểm sôi
1600 °C (2451 K)
Độ hòa tan trong nước 22 g/100 ml (20 °C)
Độ bazơ (pK
b
) 3,67
 Các ứng dụng của N
2
CO
3

:
 Natri cacbonat với tên thường gặp trong đời sống là sô đa hay bột nở có tác
dụng tạo xốp, giòn cho thức ăn và ngoài ra còn có tác dụng làm đẹp cho
bánh.
 Trong công nghiệp, natri cacbonat được dùng để nấu thủy tinh, xà phòng.
 Sản xuất keo dán gương, thủy tinh lỏng.
SVTT: Phan Văn Hà Trang 5
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
II CƠ SỞ VÀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ chất tan trong dung dịch bằng cách tách
một phần dung môi sang dạng hơi. Thông thường có 2 loại cô đặc để làm bốc hơi dung
môi:
 Cô đặc dùng tác nhân là nhiệt để cung cấp năng lượng cho hơi dung môi
(cô đặc ở trạng thái sôi).
 Cô đặc kết tinh, bằng cách làm lạnh và giảm áp suất riêng phần của hơi
trên mặt thoáng của dung dịch để tăng tốc quá trình bốc hơi.
Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi nghĩa là áp suất riêng phần của dung
môi cân bằng với áp suất chung trên bề mặt thoáng của chất lỏng. Khác với quá trình
chưng luyện, trong quá trình cô đặc, chỉ có dung môi bay hơi. Đáng lưu ý là trong quá
trình cô đặc nồng độ của chất tan tăng, ảnh hưởng đến quá trình tính toán của thiết bị.
Khi đó hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt α giảm, đồng thời khối
lượng riêng ρ, độ nhớt μ, tổn thất nhiệt ’ tăng.
Có thể phân loại hệ thống cô đặc nhiều nồi theo các cách khác nhau:
 Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nằm nghiêng.
 Theo chất tải nhiệt: hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), khói lò, dòng
điện, các chất tải nhiệt đặc biệt (dầu, hydrocacbon).
 Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức.
 Cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống chùm, ống xoắn.
Trong đồ án thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch K

2
CO
3
này, ta sử dụng hệ thống
cô đặc 3 nồi xuôi chiều (tuần hoàn tự nhiên), buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài, vì
những ưu điểm như sau:
 Dung dịch tự di chuyển từ nồi này sang nồi khác nhờ sự chênh lệch áp
suất và nhiệt độ giữa các nồi. Nhiệt độ nồi trước lớn hơn nồi sau.
 Dung dịch vào nồi đầu tiên ở nhiệt độ sôi nhờ được gia nhiệt trước bằng
hơi nước, ngoại trừ nồi đầu tiên, dung dịch đi vào nồi thứ 2, 3 có nhiệt độ
cao hơn nhiệt độ sôi, do đó dung dịch được làm lạnh, lượng nhiệt này sẽ
làm bốc hơi thêm một phần nước, gọi là quá trình tự bốc hơi.
 Cô đặc ống tuần hoàn ngoài có ưu điểm là dung dịch tuần hoàn trong nồi
dễ dàng, vận tốc tuần hoàn lớn vì ống tuần hoàn không bị đốt nóng dẫn
đến đối lưu dễ dàng.
Tuy nhiên, phương pháp cô đặc xuôi chiều cũng có nhược điểm là nhiệt độ dung
dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ dung dịch tăng dần, làm cho độ nhớt dung
dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
III THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
SVTT: Phan Văn Hà Trang 6
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Dung dịch được chứa ở thùng chứa (1), được bơm ly tâm (2) đưa lên thùng cao vị
(3). Từ thùng cao vị dung dịch được đưa điều chỉnh lưu lượng ở lưu lượng kế (4) trước
khi vào hệ thống cô đặc. Sau đó, dung dịch được bơm qua thiết bị gia nhiệt (5) để nâng
đến nhiệt độ sôi. Tiếp theo dung dịch đi vào hệ thống 3 nồi cô đặc (6), dung dịch qua
mỗi nồi có nồng độ tăng dần. Hệ thống sử dụng hơi nước bão hòa để cấp nhiệt. Dung
dịch đi trong ống, hơi nước đi ngoài ống. Hơi thứ nồi thứ nhất là hơi đốt nồi thứ hai,
hơi thứ nồi thứ hai là hơi đốt nồi thứ ba. Hơi thứ ra khỏi nồi thứ ba được đưa vào
baromet ngưng tụ (7), có tác dụng tạo độ chân không cho hệ thống cô đặc. Dung dịch

di chuyển từ nồi đầu đến nồi cuối nhờ chênh áp. Dung dịch sau khi cô đặc được đưa
vào bể chứa (8).
Sơ đồ công nghệ được cho ở sơ đồ dưới đây:
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH
I CÂN BẰNG VẬT LIỆU
Các số liệu ban đầu:
Dung dịch cô đặc: Na
2
CO
3
Năng suất dung dịch đầu: 15000kg/h
Nồng độ đầu:10%
Nồng độ cuối:25%
Áp suất hơi nồi 1:4at
Áp suất còn lại trong thiết bị ngưng tụ:0,25at
1. Lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống
Gọi: G
đ
, G
c
là lượng dung dịch lúc đầu và cuối (kg/h)
x
đ
, x
c
là nồng độ đầu và cuối (% khối lượng)
W là lượng hơi thứ bốc hơi trong toàn hệ thống (kg/h)
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:
G
đ

= G
c
+ W (1)
Phương trình cân bằng vật liệu cho chất tan:
G
đ
x
đ
= G
c
x
c
+W x
w
Ở đây ta coi quá trình cô đặc coi khối lượng chất tan không bị mất theo
lượng hơi bốc ra nên ta có:
G
đ
x
đ
= G
c
x
c
(2)
Từ (1) và (2) ta có:
SVTT: Phan Văn Hà Trang 7
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
W = G

đ
(1 – ) (3)
Theo số liệu đề tài ta có lượng hơi thứ bốc ra toàn hệ thống là:
2. Sự phân bố hơi thứ trong các nồi
Gọi W
1
, W
2
, W
3
là lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 (kg/h)
Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ: W
1
:W
2
:W
3
=1:1,1:1,2
Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính được lượng hơi thứ bốc ra từng nồi theo
công thức: W = W
1
+ W
2
+ W
3
Nồi 1: W
1
= =
=2727,27 (kg/h)
Nồi 2: W

2
=1,1 =1,1
= 3000 (kg/h)
Nồi 3:W
3
=1,2 =1,2
=3272,72 (kg/h)
3. Nồng độ dung dịch ở từng nồi
Theo đầu bài dung dịch có nồng độ đầu x
đ
= và nồng độ cuối, tức khi ra
khỏi nồi 3 là x
c
= 25%
Gọi: x
1
, x
2
, x
3
là nồng độ tương ứng trong nồi 1, nồi 2, nồi 3
Vậy: Nồng độ của dung dịch nồi 1:
x
1
= G
đ
. = =12,22%
=15000.
Nồng độ của dung dịch nồi 2:
x

2
= = =16,18%
Nồng độ của dung dịch nồi 3: x
3
=25%
II PHÂN BỐ ÁP SUẤT LÀM VIỆC TRONG CÁC NỒI
Gọi P
1
, P
2
, P
3
, P
nt
là áp suất hơi đốt trong các nồi 1, nồi 2, nồi 3 và thiết bị
nghưng tụ.
Giả sử sự giảm áp suất xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và giảm theo tỷ
lệ sau: =1,02
Vậy áp suất làm việc ở từng nồi là:
SVTT: Phan Văn Hà Trang 8
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Ta có: ∆P = P
1
- P
nt
= 4-0,25=3,75 at
∆P = ∆P
1
+ ∆P

2
+ ∆P
3
=3,75 at
=>∆P
1
=1,776 at
=>∆P
2
=1,184 at
=>∆P
3
=0,789 at
Gọi t
hđ1
, t
hđ2
, t
hđ3
, t
nt
là nhiệt độ của hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2, nồi 3 và thiết bị
ngưng tụ.
Gọi t
ht1
, t
ht2
, t
ht3
là nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3.

Coi sự tổn thất nhiệt độ do mất mát khi vận chuyển hơi từ thiết bị này sang thiết
bị khác là 1
o
C.
Do đó t
hđ2
= t
ht1
– 1 (7)
t
hđ3
= t
ht2
– 1 (8)
t
nt
= t
ht3
– 1 (9)
Từ áp suất của P
ht1
, P
ht2
, P
ht3
đã biết, ta tra bảng I.251/314 - [1] ta được nhiệt độ
hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3, từ đó biết được nhiệt độ hơi đốt của các nồi 1, 2, 3 qua
công thức (8), (9). Biết nhiệt độ của hơi đốt ta biết được áp suất của hơi đốt bằng cách
tra bảng I.250/312 - [1]:
Bảng 1.1

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3 TB baromet
P
1
(at) t
o
C P
2
(at) t
o
C P
3
(at) t
o
C P
nt
(at) t
o
C
Hơi đốt 4 149,2 2,22 121,53 1,04 99,7 0,25 64,2
Hơi
thứ 2.297
122.52
6 1.078 101.12 0.26 65.2
III TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ Ở MỖI NỒI
1) Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (∆’)
Do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở cùng
một áp suất:
∆’ = t
o
sdd

- t
o
sdm
Ta sử dụng công thức Tisencô:
Trong đó: ∆’
o
là tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn
nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường:
T
s
là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (K)
r là ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (J/kg)
Dựa vào bảng (VI.2/65 - [2]) ta biết được tổn thất nhiệt độ ∆’
o
theo nồng độ
a (% khối lượng).
SVTT: Phan Văn Hà Trang 9
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Bảng 1.2
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
Nồng độ của dung dịch (%kl) 12,22 16,18 25
∆’
o
(
o
C) 1,19 1,88 3,25
Dựa vào (I.251/314 - [1]) ta xác định được nhiệt hóa hơi r theo áp suất hơi
thứ:
Bảng 1.3

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
Áp suất làm việc (at) 2.297 1.078 0.26
Nhiệt hóa hơi r.10
-3
(J/kg) 2197.5 225839 2243.79
Vậy, ta tính được tổn thất nhiệt độ do nồng độ theo các công thức trên
Bảng 1.4
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
Nhiệt độ hơi thứ K 396.526 374.12 338.2
Hệ số hiệu chỉnh f 1.38 1.37 1.86
Tổn thất nhiệt độ ∆’ 1.576 1.874 2.558
Suy ra tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ của hệ thống:∑ ∆’=6,008
2) Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)
Trong lòng dung dịch, càng xuống sâu nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng do áp
lực của cột chất lỏng. Hiệu số của dung dịch ở giữa ống truyền nhiệt và trên mặt
thoáng gọi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh.
∆’’ = t
(P + ∆P)
- t
P
Với: t
(P + ∆P)
là nhiệt độ sôi ứng với P
tb
t
P
là nhiệt độ sôi tại mặt thoáng của dung dịch
Tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu trung bình của chất lỏng
Theo CT VI.12/55-[2], ta có:
P

tb
= P
o
+ (∆h + )ρ
ddsoi
.g
Với:
SVTT: Phan Văn Hà Trang 10
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
 P
o
là áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch.
 ∆h là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng dung dịch, chọn ∆h = 0,5m cho cả 3 nồi .
 h là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 3m cho cả 3 nồi.
 ρ
ddsoi
là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m
3
).
ρ
dd
được nội suy và ngoại suy từ bảng I.44/41-[1].
Để tính t
os
của dung dịch K
2
CO
3

ứng với P
tb
ta dùng công thức Babo:
Trong đó: P là áp suất hơi bão hòa trên bề mặt thoáng của dung dịch.
P
s
là áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ở cùng nhiệt độ với P, nội
suy từ bảng I.250/312-[1].
 Nồi 1: ứng với x
1
=12,22% → t
s1
= 101,359
o
C (theo bảng I.204/236-[1])
P
ht
=2,297 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất P
s
= 1,087at
Ta có: P
dd
= 1081,42 (kg/m
3
) → P
dds
=541 (kg/m
3
)
Suy ra: P

tb
=2,4(at)
K= =0.92
Mà P = P
tb1
→ P
o
=at →t
tb
=2.4
o
C
Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng: t
p
= t
hp
+ ∆’ =
o
C
Vậy → ∆”
1
= t
(P+∆P)
– t
p
=2.64
o
C
Tính toán tương tu như ở trên cho nồi 2,3 ta được bảng sau bảng sau:
Bảng 1.5 Tính áp suất trung bình giữa ống truyền nhiệt

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
Nồng độ (% khối lượng) 12,22 16,18 25
Áp suất hơi thứ P
o
, at 2.297 1.078 0.26
T
s
,
o
C 101.359 101.866 103.236
ρ
dd
(kg/m
3
) 1081,42 1122 1212
ρ
dds
= ρ
dd
/2 (kg/m
3
) 541 561 606
P
tb
(at) 2.4 1.18 0.37
Bảng 1.6 Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
Nhiệt độ sôi của dung dịch (
o
C) 101.36 101.87 103.24

Áp suất mặt thoáng dung dịch (áp suất khí
quyển)
1 1 1
P
s
, AS hbh của nước nguyên chất ở T
s
1.09 1.11 1.16
Hệ số K = P/P
s
0.92 0.9 0.86
Áp suất mặt thoáng dung dịch (áp suất trung
bình) P
tb
2.4 1.18 0.37
SVTT: Phan Văn Hà Trang 11
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Áp suất hbh nước nguyên chất P
s
1.09 1.11 1.16
Nhiệt độ sôi ứng với P
tb
,
o
C 127.74 110.44 98.65
Nhiệt độ hơi thứ (
o
C) 123.53 101.12 65.2
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆’ 1.58 1.87 2.56

Tổn thất nhiệt độ do ASTT ∆” 2.64 7.45 30.89
Vậy ∆” = ∆”
1
+ ∆”
2
+ ∆”
3
=40,98
o
C
3) Tổn thất do trở lực của đường ống (∆’’’)
Chọn tổn thất áp suất do trở lực của đường ống trong từng nồi là 1
o
C
→ ∆”’ = ∆”’
1
+ ∆”’
2
+ ∆”’
3
=1+1+1=3
o
C
4) Tổn thất do toàn bộ hệ thống
∆ = ∆’ + ∆” + ∆”’ =6,008+30,98+3=49,984
o
C
5) Hiệu số hữu ích trong toàn hệ thống và trong từng nồi
Nồi 1: ∆t
hi1

= t
hd1
- t
hd2
-∑ ∆
1
= 149,2-122,53-(1,576+2,638+1) = 15,16
o
C
Nồi 2: ∆t
hi2
= t
hd2
- t
hd3
-∑ ∆
1
= 12,09
o
C
Nồi 3: ∆t
hi3
= t
hd3
- t
nt
-∑ ∆
1
= 1,47
o

C
Cho toàn hệ thống: ∆t
ht
= t
hd1
- t
nt
-∑ ∆

= 149,2-64,2-49,98 = 28,72
o
C
IV TÍNH NHIỆT LƯỢNG, NHIỆT DUNG RIÊNG, ẨN NHIỆT NGƯNG TỤ
1. Tính nhiệt lượng riêng
- I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)
- i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)
Các giá trị trên được tra trong bảng (tra theo nhiệt độ): I.250/312 - [1]
2. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch C, J/kg.độ
Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc:
Vì x
d
= 10% <20% nên áp dụng công thức I.43/152-[1]
C
1
= 4186(1-x) → C
0
= 4186(1-0,1) =
Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 1
Vì x
d

= 16,18% <20% nên áp dụng công thức I.43/152-[1]
C
2
= 4186(1-x) → C
0
= 4186(1-0,1618) =
Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2
Vì x
d
= 25% <20% nên áp dụng công thức I.44/152-[1]
C
3
= C
ht
.x
3
+ 4186(1- x
3
) = 1036,79.0,25 + 4186(1-0,25) = 3398,7
SVTT: Phan Văn Hà Trang 12
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
∗ Tính nhiệt dung riêng của K
2
CO
3
khan (không hòa tan):
Tính C
ht
theo công thức I.41/153 - [1]:

M
ct
.C
ht
= n
k
.C
k
+ n
c
.C
c
+ n
o
.C
o
Trong đó: n
k
, n
c
, n
o
: là số nguyên tử K, C, O trong hợp chất
C
k
,C
c
,C
o
: là nhiệt dung riêng của các nguyên tố K, C, O

• Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồi 3
3. Lập bảng nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ, nhiệt dung của nước
ngưng và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi
Chọn tổn thất nhiệt độ khi hơi thứ nồi trước di chuyển cho hệ thống ống đi làm
hơi đốt cho nồi sau là 1
o
C.
Dựa vào nhiệt độ hơi đốt và hơi thứ đã tính được ở cân bằng vật liệu, tra bảng và
nội suy, ta được các giá trị I, i, C
n
.
 Tính I và i bằng phương pháp nội suy theo bảng I.250/312 – [1]
 Tính C
n
bằng cách nõi suy theo bảng I.249/310 – [1]
Bàng 1.7
Nồi
Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch
t
o
C
I.10
-3
(J/kg)
C
n
(J/kg.độ)
t
o
C

i.10
-3
(J/kg)
t
o
C
C
P
(J/kg.độ
)
1 142.9 2141000 4235.48 123.526 2715958 127.74 4258.55
2 122.526 2714400 4254.04 101.12 2680547 110.44 4225.47
3 100.12 2678800 4220.156 65.2 2615408 98.65 4191.85
V LẬP PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ TÍNH LƯỢNG
HƠI ĐỐT CẦN THIẾT
Ta có:
- D
1
, D
2
, D
3
là lượng hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h)
- G
đ
, G
c
là lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống (kg/h)
- W
1

, W
2
, W
3
là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3 (kg/h)
- C
1
, C
2
, C
3
là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ)
- C
đ
, C
c
là nhiệt dung riêng của dung dịch vào và ra (J/kg.độ)
- C
n1
, C
n2
, C
n3
là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ)
- I
1
, I
2
, I
3

là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3 (J/kg)
- i
1
, i
2
, i
3
là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, 2, 3 (J/kg)
- t
đ
, t
c
là nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (
o
C)
SVTT: Phan Văn Hà Trang 13
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
- t
1
, t
2
, t
3
là nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 1, 2, 3 ở P
tb
(
o
C)
- θ

1
, θ
2
, θ
3
là nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2 , 3 (
o
C)
- Q
tt1
, Q
tt2
, Q
tt3
là nhiệt tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3 (J)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng: ∑Q
vào
= ∑Q
ra
Ta có bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng cho mỗi nồi:
Bảng 1.8
Nồi 1
Vào
Dung dịch đầu mang vào G
đ
.C
đ
.t
đ
Hơi đốt mang vào D

1
.I
1
Ra
Hơi thứ mang ra W
1
.i
1
Dung dịch mang ra (G
đ
– W
1
)C
1
.t
1
Nước ngưng mang ra D
1
C
n1
θ
1
Tổn thất nhiệt chung 1 Q
tt1
= 0.05D
1
.I
1
Nồi 2
Vào

Hơi đốt mang vào D
2
.I
2
Dung dịch (ở nồi 1 ra) mang vào (G
đ
– W
1
)C
1
.t
1
Ra
Hơi thứ mang ra W
2
.i
2
Dung dịch mang ra (G
đ
– W
1
– W
2
)C
2
.t
2
Nước ngưng mang ra D
2
C

n2
θ
2
Tổn thất nhiệt chung 2 Q
tt2
= 0.05D
2
.I
2
Nồi 3
Vào
Hơi đốt mang vào D
3
.I
3
Dung dịch (ở nồi 2 ra) mang vào (G
đ
– W
1
– W
2
)C
2
.t
2
Ra
Hơi thứ mang ra W
3
.i
3

Dung dịch mang ra (G
đ
– W
1
– W
2
– W
3
)C
2
.t
2
Nước ngưng mang ra D
3
C
n3
θ
3
Tổn thất nhiệt chung Q
tt3
= 0.05D
3
.I
3
Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi:
 Nồi 1:
G
đ
C
đ

t
đ
+ D
1
.I
1
= W
1
i
1
+ (G
đ
– W
1
)C
1
t
1
+ D
1
C
n1
θ
1
+ 0.05D
1
.I
1
 Nồi 2:
Ở nồi 2, chú ý: D

2
= W
1
(G
đ
– W
1
)C
1
t
1
+ D
2
I
2
= W
2
i
2
+ (G
đ
– W
1
– W
2
)C
2
.t
2
+ D

2
C
n2
θ
2
+ 0.05D
2
.I
2
Biến đổi ta được:
 Nồi 3:
D
3
.I
3
+ (G
đ
– W
1
– W
2
)C
2
.t
2
= W
3
.i
3
+ (G

đ
- W)C
3
.t
3
+ D
3
C
n3
θ
3
+ 0.05D
3
.I
3
Ở nồi 3, chú ý: D
3
= W
2
và W = W
1
+ W
2
+ W
3
Biến đổi, ta được:
W
2
(0,95I
3

-C
n3
θ
2
-C
2
.t
2
+i
3
)–W
1
(C
2
.t
2
- i
3
)=G
đ
(C
3
.t
3
- C
2
.t
2
)+W(i
3

-C
3
t
3
)
Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặc chỉ là nhiệt ngưng tụ thì có thể
xem nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: θ = t
hd
SVTT: Phan Văn Hà Trang 14
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Từ phương trình (2) và (3), với số liệu ở bảng trên, ta tính được:
1,96.10
6
W
1
– (-2,24.10
6
)W
2
= 1,46.10
9
(2)
-1,54.10
5
W
1
+ 19,68.10
5
+(-23,29.10

5
) = -2,31.10
9
(3)
Suy ra : W
1
= 2820,91
W
2
= 3093,28
W
3
= 3085,8
Tính sai số theo công thức :η=
Bảng 1.9
Theo CBVL (kg/h) Theo CBNL (kg/h) Sai số (%)
Nồi 1 (W
1
) 2727,27 2820,91 3.32
Nồi 2 (W
2
) 3000 3093,28 3,02
Nồi 3 (W
3
) 3272,72 3085,8 6,05
Lượng hơi nước vào nồi 1 tính theo phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi 1:
VI CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH
1) Độ nhớt
Ta sử dụng công thức Paplov:
Trong đó: t

1
, t
2
nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt tương ứng μ
T1
, μ
T2
.
θ
1
, θ
2
là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tương ứng.
 Nồi 1: x
1
= 13,59% , chọn chất chuẩn là nước
 t
1
= 30
o
C ,tra bảng I.44/41-[1],được khối lượng riêng d
1
= 1,1614 g/cm
3
Sử dụng công thức sau để tính nồng độ đương lượng :
C
N
= n C
M
= (n.C%.10.d)/M

Trong đó : C% là nồng độ dung dịch Na
2
CO
3
N là tổng điện tích của ion K
+
trong phân tử.
D là khối lượng riêng của dung dịch Na
2
CO
3
Suy ra: C
N
=2,68 (dlg/l)
Tra toán đồ I.21/102-[1],ta có μ
T1
= 1,7 (N.s/m
2
)
 Nhiệt độ của nước ứng với μ
T1
: θ
1
= 0,5
o
C
 t
2
= 40
o

C,tra bảng I.44/41-[1],được khối lượng riêng d
2
=1,1163 g/cm
3
Suy ra: C
N
=2,54
Tra toán đồ I.21/102-[1],ta có μ
T1
= 1,7 (N.s/m
2
)
 Nhiệt độ của nước ứng với μ
T2
: θ
s
= 10
o
C
 Suy ra: K = 1,053 .Mà
SVTT: Phan Văn Hà Trang 15
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
T
s
là nhiệt độ sôi dung dịch nồi 1 : T
s
= 134,33
o
C

Suy ra: = 86,52
o
C
Tra bảng I.104/96-[1], μ
1
= 0,3296.10
-4
(N.s/m
2
)
 Nồi 2: x
1
= 16,18% , chọn chất chuẩn là nước
 t
1
= 30
o
C ,tra bảng I.44/41-[1],được khối lượng riêng d
1
= 1,1650 g/cm
3
Suy ra: C
N
=3,56 (dlg/l)
Tra toán đồ I.21/102-[1],ta có μ
T1
= 1,7 (N.s/m
2
)
 Nhiệt độ của nước ứng với μ

T1
: θ
1
= 19,84
o
C
 t
2
= 40
o
C,tra bảng I.44/41-[1],được khối lượng riêng d
2
=1,1365 g/cm
3
Suy ra: C
N
=3,47(dlg/l)
Tra toán đồ I.21/102-[1],ta có μ
T2
= 1,73 (N.s/m
2
)
 Nhiệt độ của nước ứng với μ
T2
: θ
2
= 15,16
o
C
 Suy ra: K = 2,135 .Mà

T
s
là nhiệt độ sôi dung dịch nồi 2 : T
s
= 105,4
o
C
Suy ra: = 45,82
o
C
Tra bảng I.104/96-[1], μ
2
= 0,5962.10
-4
(N.s/m
2
)
 Nồi 3: x
1
= 25% , chọn chất chuẩn là nước
 t
1
= 30
o
C ,tra bảng I.44/41-[1],được khối lượng riêng d
1
= 1,2203 g/cm
3
Suy ra: C
N

=5,76 (dlg/l)
Tra toán đồ I.21/102-[1],ta có μ
T3
= 4 (N.s/m
2
)
 Nhiệt độ của nước ứng với μ
T3
: θ
3
= 24,375
o
C
 t
2
= 40
o
C,tra bảng I.44/41-[1],được khối lượng riêng d
2
=1,1365 g/cm
3
Suy ra: C
N
=5,36 (dlg/l)
Tra toán đồ I.21/102-[1],ta có μ
T2
= 2,9 (N.s/m
2
)
 Nhiệt độ của nước ứng với μ

T2
: θ
2
= 21,25
o
C
SVTT: Phan Văn Hà Trang 16
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
 Suy ra: K = 3,2 .Mà
T
s
là nhiệt độ sôi dung dịch nồi 3 : T
s
= 105,47
o
C
Suy ra: = 35,7
o
C
Tra bảng I.104/96-[1], μ
3
= 0,712.10
-4
(N.s/m
2
)
2) Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch
Tính theo công thức (I.32/123-[1])
λ= A.C

p
.ρ ,W/m.độ ;
Trong đó: C
P
là nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch (J/kg.độ)
ρ là khối lượng riêng của dung dịch (kg/m
3
)
M là khối lượng mol của dung dịch (g/mol)
A là hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng;
lấy A = 3,58.10
-8
Trong đó: M = m
i
M
ct
+ (1 – m
i
) M
H2O
Mà : m
i
=
M
ct
= 106 (g/mol) ; M
H20
=18 (g/mol)
 Nồi 1: Với x
1

=12,22% ta tính được
λ
1
= A.C
p
.ρ =0,619 (W/m.độ)
 Nồi 2: Với x
2
=16,8% ta tính được
λ
1
= A.C
p
.ρ =0,7 (W/m.độ)
 Nồi 3: Với x
3
=25% ta tính được
λ
1
= A.C
p
.ρ =0,64 (W/m.độ)
SVTT: Phan Văn Hà Trang 17
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
3) Hệ số cấp nhiệt
Mô tả sự truyền nhiệt qua thành ống:
Ở đây ta dùng hơi nước bão hòa làm hơi đốt đi ngoài ống, còn dung dịch cô đặc
đi trong ống. Do đó khu vực sôi bố trí bên trong ống còn phía ngoài ống là lớp nước
ngưng tụ. Màng nước ngưng này ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Còn sát thành

ống sẽ có một lớp cặn dung dịch bám vào, vì vận tốc khu vực này gần bằng không.
Lớp cặn này cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm ba giai đoạn:
- Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số
cấp nhiệt là α
1
với nhiệt tải là q
1
(W/m
2
).
- Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bề dày là δ, m.
- Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt là α
2

với nhiệt tải riêng là q
2
(W/m
2
).
a) Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị:
Theo định luật Niutơn ta có: q
1
= α
1
.∆t
1
(4.3)
Trong đó: ∆t
1

là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ (nhiệt độ bão hòa)
và nhiệt độ thành ∆t
1
= t
bh
– t
T
;
Ở đây chọn ∆t
1(n1)
= 2,2
o
C, ∆t
2(n2)
= 1,6
o
C,∆t
3(n3)
= 1,3
o
C
Đây là trường hợp nước ngưng chảy thành dòng,khi đó hệ số cấp nhiệt được
tính theo công thức Nuxen:
α =2,04.A ,[W/m
2
.độ] (V.101/28-[1]) (4.4)
H-chiều cao ống truyền nhiệt H = 3m;
Trong đó :A = ( ,đối với nước giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ
màng t
m

,còn r là ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt.Tra bảng I.250/312 – [1] ta
có:

Bảng 1.9
Nhiệt độ hơi đốt t (
o
C) Nhiệt hóa hơi r
hh
.10
-3
J/kg
Nồi 1 142.9 2141
Nồi 2 122.526 2199.86
Nồi 3 100.12 2261
Mà ta có: t
m
= 0,5(t
T
+ t
bh
), mà t
T
= t
bh
- ∆t
1
t
m
= t
hđ

– ∆t
1
/2, (t
bh
= t
hđ
)
SVTT: Phan Văn Hà Trang 18
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Từ đó tra hệ số A (trang 29-[2]) ta lập bảng sau:
Bảng 1.10
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
t
hđ
(
o
C) 142,9 122.526 100.12
∆t
1
(
o
C) 2.2 1.6 1.3
t
m
(
o
C) 141.8 121.726 99.47
A 191 188.74 174
Vậy:

 Nồi 1: α
11
= =2,04. 191. =9298,9 (W/m
3
.độ)
q
11
= α
11
. ∆t
11
= 9298,9. 2.2 = 20457,59 (W/m
2
)
Tương tự cho nồi 2,nồi 3 ta có:
 Nồi 2: α
22
= =10018,04 (W/m
3
.độ)
q
12
= α
12
. ∆t
12
= 16237,95 (W/m
2
)
 Nồi 3: α

22
= = 9794,64 (W/m
3
.độ)
q
13
= α
13
. ∆t
13
= 12927,4 (W/m
2
)
b) Giai đoạn cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch:
Ta có: q
2
= α
2
.∆t
2
(4.5)
Trong đó: ∆t
2
là hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi
∆t
2
= t
T2
– t
o

t
t
là nhiệt độ bề mặt thành ống phía dung dịch
t
o
là nhiệt độ của chất lỏng sôi
t
T2
= t
hđ
– ∆t
1
– ∆t
T
∆t
T
là hiệu số nhiệt độ của hai bên thành
Còn α
2
tính theo cọng thức sau: α
2
= ψ. α
n
Trong đó: α
n
là hệ số cấp nhiệt đối với nước
α
n
= 3,14.p
0,15

.q
0,7
(W/m
2
.độ) (4.7)
p là áp suất trung bình giữa ống truyền nhiệt P
tb
, at
SVTT: Phan Văn Hà Trang 19
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
ψ là hệ số điều chỉnh và được xác định theo công thức sau:
Trong đó:
 λ
d
, ρ
d
, C
d
, μ
d
: độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ
nhớt tương ứng với độ sôi của dung dịch.
 Λ
n
, ρ
n
, C
n
, μ

n
: độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ
nhớt tương ứng của nước.
Bảng 1.11 Các thông số của dung dịch
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
λ
d
(w/m
2
.độ) 0.619 0.7 0.64
ρ
d
(kg/m
3
) 1057.6 1094.8 1109.8
C
d
(J/kg.độ) 3674.4708 3508.7052 3398.6975
10
3
. μ
d
(Ns/m
2
) 0.3296 0.5962 0.712
Với nhiệt độ của nồi 1 là t
s1
=127,74
o
C, t

s2
= 110.44
o
C, t
s3
= 98.65
o
C
Tra bảng [I.249/310 – 1] ta có bảng thông số của nước:
Bảng 1.12
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
λ
n
(w/m
2
.độ) 0.684 0.0705 0.327
ρ
n
(kg/m
3
) 927.18 954.7 967.77
C
n
(J/kg.độ) 4284.38 4226.5 4219.25
10
3
. μ
n
(Ns/m
2

) 0.2031 0.2705 0.327
 Nồi 1:
=
=0,803
Tương tự cho nồi 2,nồi 3 ta được
SVTT: Phan Văn Hà Trang 20
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
 Nồi 2:
= 2,695
 Nồi 3:
= 1,068
Ta có: t
T2
= th
đ
– ∆t
1
– ∆t
Mà: ∆t = q
1
.∑r (với ∑r là tổng nhiệt trở)
∑r = r
1
+ r
2
+ r
3
Trong đó: ∆t: hiệu số nhiệt độ hai bên thành thiết bị
r

1
: là nhiệt trở của nước ngưng
r
2
: là nhiệt trở do lớp cặn bám lên thành
r
3
: là nhiệt trở qua lớp vật liệu
Theo bảng [V.1/4-2] ta chọn:
Với lớp nước sạch: r
1
= 0,232.10
-3
(m
2
.độ/W)
Với lớp cặn bã: r
2
= 0,38.10
-3
(m
2
.độ/W)
Nhiệt trở của thành ống: r
3
= (m
2
.độ/W)
Với ống truyền nhiệt người ta thường dùng thép CT3 có bề dày 2 (mm)
Lớp vật liệu đó tra bảng I.125/127 – [1] ta có hệ số dẫn nhiệt là 50 W/m.độ

Tính hệ số cấp nhiệt của nước theo công thức: α
n
= 3,14.p
0,15
.q
0,7
(W/m
2
.độ)
Tính hệ số cấp nhiệt của dung dịch theo công thức: α = φ.α
n
(W/m
2
.độ)
Nhiệt độ phía trong thành ống: t
T2
= t
T1
– ∆t = T
hd
– ∆t
1
– ∆t (
o
C)
Lần lượt tính cho mỗi nồi:
 Nồi 1: ∆
t1
= 6,2
o

C
t
T2
= 142,9 – 2,2 – 6,2 =134,5
o
C
∆t
21
= t
T2
– t
dd
= 134,5 – 127,74 = 6,76
o
C
α
n
= 3,14.2,4
0,15
.20457,59
0,7
= 3728,72 (W/m
2
.độ)
α
dd
= α
n
.φ
1

= 3728,72.0,803 = 2994,35 (W/m
2
.độ)
q
2
= α
dd
. ∆t
21
= 2994,35. 6,76 = 20234.39 (W/m
2
)
SVTT: Phan Văn Hà Trang 21
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Tính toán tương tự cho nồi 2 và nồi 3 ta có:
 Nồi 2: : ∆
t2
= 10,56
o
C
t
T2
= 110,36
o
C
∆t
21
= t
T2

– t
dd
= 2,13
o
C
α
n
= 2825,8 (W/m
2
.độ)
α
dd
= α
n
.φ
1
= 7614,98 (W/m
2
.độ)
q
2
= α
dd
. ∆t
21
= 16237,95 (W/m
2
)
 Nồi 3: : ∆
t3

= 8,39
o
C
t
T2
= 90,43
o
C
∆t
21
= t
T2
– t
dd
= 5,99
o
C
α
n
= 2021,21(W/m
2
.độ)
α
dd
= α
n
.φ
1
= 2159,08 (W/m
2

.độ)
q
2
= α
dd
. ∆t
21
= 12927,4(W/m
2
)
Bảng 1.13
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
∆t 6.2 10.56301671 8.391066664
t
T2
134.5 110.3629833 90.42893334
t
dd
127,74 110.44 98.65
∆t
2
= t
T2
– t
dd
6.757521667 2.132369121 5.98746167
P
ht
(at) 2.297 1.078 0.26
α

n
(W/m
2
.độ) 3728.716918 2825.815062 2021.21325
φ 0.80305131 2.69479078 1.068209453
α
dd
(W/m
2
.độ) 2994.351006 7614.980375 2159.0791
q
2
(W/m
2
) 20234.392 16237.949 12927.403
Tính sai số giữa q
1
và q
2
theo công thức:
Bảng 1.14
q
1
(W/m
2
) q
2
(W/m
2
) Sai số (%)

Nồi 1 20457.59 20234.392 1,1
Nồi 2
16028.86 16237.949
1,29
Nồi 3 12733.03 12927.403 1,5
4. Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi
Ở đây phân bố theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau:
F
1
= F
2
= F
3
= const
SVTT: Phan Văn Hà Trang 22
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Trong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi tỉ lệ bậc nhất với tỉ
số Q/K của các nồi tương ứng:
(VI.20/68-[2])
Trong đó: ∑∆t
hi
: tổng hiệu số nhiệt độ có ích của các nồi
Q
i
: nhiệt lượng cung cấp (J)
K
i
: hệ số truyền nhiệt (W/m
2

.độ)
Ta có: Q
i
=
Trong đó: D
i
: lượng hơi đốt của mỗi nồi (kg/h)
r
i
: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi (J/kg)
 Nồi 1: Q
1
= = =2424663,43 (W)
K
1
= =908,68 (W/m
2
.độ)
Suy ra : = =2668,35
Tính toán tương tự cho nồi 2 và nồi 3 ta có:
 Nồi 2: Q
2
= =1890223,59 (W)
K
2
= 1123,42 (W/m
2
.độ)
SVTT: Phan Văn Hà Trang 23
Lớp: DH09H1

Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
Suy ra : =1682,56
 Nồi 3: Q
2
= =1938053,83 (W)
K
3
= 81682 (W/m
2
.độ)
Suy ra : = 2372,68
Nên ta có:
Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi:
Nồi 1: ∆t
hi1
= 17,91
o
C
∆t
hi2
= 11,29
o
C
∆t
hi3
= 15,93
o
C
Tính toán sai số nhiệt độ hữu ích theo bảng sau:
Bảng 1.15

∆t
hi
∆t
hi
(tính toán) Sai số (%)
Nồi 1 15.16 17,91 0.15
Nồi 2 14.29 11,29 0.27
Nồi 3 15.68 15,93 0.02
Như vậy các sai số so với ban đầu đều nhỏ hơn 10%
5. Tính toán bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi:
 Nồi 1: = =148,99 m
2
 Nồi 2: =149 m
2
SVTT: Phan Văn Hà Trang 24
Lớp: DH09H1
Đồ án quá trình thiết bị GVHD: Dương Khắc Hồng
 Nồi 3: =148,94 m
2
Vậy chọn F = 149 m
2
VII TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
1. Buồng đốt
a. Số ống truyền nhiệt
Chọn đường kính ống truyền nhiệt là: 0,04 m
Chiều cao ống truyền nhiệt là: 3 m
Bề dày ống truyền nhiệt là: 0,004 m
Suy ra đường kính trong của ống truyền nhiệt: 0,032 m
Thiết bị sử dụng là thiết bị ống tuần hoàn ngoài nên số ống được tính theo công

thức sau: n= =494,3 (ống)
Theo bảng qui chuẩn số truyền nhiệt V.11/48-[2],ta có n
qc
=517 ống.
Và với số ống được qui chuẩn trên,mạng ống được sắp xếp theo hình 6 cạnh(lục
giác đều) với số hình 6 cạnh 12,số ống trên đường xuyên tâm là 25. Tổng số
ống không kể hình viên là 517 ống.
b. Đường kính buồng đốt : D
tr
Đối với thiết bị ống tuần hoàn trung tâm:
[4-20].
Số ống trên đường xuyên tâm: 25 ống
Bước ống : 0,056
β : 1,4
sinα = sin60
o
=
F:tổng bề mặt đốt.
F = n
ống
.h
ống
.π.d
tr
=517.3.3,14.0,032=155,8 m
2
SVTT: Phan Văn Hà Trang 25
Lớp: DH09H1