Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung dịch xút NaOH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
I. MỞ ĐẦU:
Ngành công nghiệp sản xuất NaOH là một trong những ngành công nghiệp sản xuất hoá
chất cơ bản. Nó đóng vai trò rất lớn trong sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như
dệt , tổng hợp tơ nhân tạo, lọc hoá dầu, sản xuất phèn...
NaOH là một baz mạnh, có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bò cao. Vì vậy cần lưu ý
đến việc ăn mòn thiết bò, đảm bảo an toàn lao động trong quá trình sản xuất.
Trước đây trong công nghiệp NaOH thường được sản xuất bằng cách cho Ca(OH)
2
tác
dụng với dung dòch Na
2
CO
3
loãng và nóng
.
Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là
điện phân dung dòch NaCl bão hòa. Tuy nhiên dung dòch sản phẩm thu được thường có nồng độ
rất loãng , khó khăn trong việc vận chuyển đi xa. Để thuận tiện cho chuyên chở và sử dụng
người ta phải cô đặc dung dòch đến một nồng độ nhất đònh theo yêu cầu.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dòch bằng cách tách
bớt một phần dung môi qua dạng hơi hoặc dạng kết tinh.
Trong khuôn khổ đồ án này ta sẽ tiến hành cô đặc theo cách tách dung môi dưới dạng
hơi. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghóa là áp suất hơi riêng phần của
dung môi trên mặt thoáng dung dòch bừng với áp suất làm việc của thiết bò.
Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng
nồng độ các dung dòch loãng, hoặc để tách các chất rắn hoà tan.
Quá trình cô đặc thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất
thường ( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bò hở , còn khi làm việc ở áp suất khác ( vd áp suất
chân không ) người ta dùng thiết bò kín.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể

làm việc liên tục hoặc gián đoạn.
Thiết kế đồ án môn học máy và thiết bò hoá chất giúp sinh viên làm quen với phương
pháp tính toán máy thiết bò hoá chất.
Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung
dòch xút NaOH có nồng độ đầu 15% đến nồng độ cuối 30%. Năng suất đầu vào là 1m
3
/hour.
II.CHỌN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ :
1. Qui trình công nghệ :
Trang 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Năng suất của qui trình cô đặc là 1m
3
/h. Đây là năng suất nhỏ do đó ta chọn qui trình công
nghệ như sau.
2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc:
Dung dòch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vò, từ bồn cao vò dung dòch
chảy xuống qua thiết bò gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc
của nồi I. Dung dòch sau đó được đưa vào nồi I. Do có sự chênh lệch áp suất giữa nồi I và nồi II
nên dung dòch tiếp tục chảy qua nồi II rồi được bơm hút ra rồi chuyển vào bể chứa sản phẩm.
Hơi thứ trong nồi I dùng làm hơi đốt nồi II để tận dụng nhiệt. Hơi thứ nồi II sẽ được đưa qua
thiết bò ngưng tụ baromet và được chân không hút ra ngoài.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bò là buồng đốt gồm có các ống
truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm. Dung dòch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong
khoảng không gian phía ngoài ống. Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm là : do
ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó hệ số truyền
nhiệt nhỏ, dung dòch sẽ sôi ít hơn so với dung dòch trong ống truyền nhiệt. Khi sôi dung dòch sẽ
có ρ
ds
= 0.5 ρ

dd
do đó sẽ tạo áp lực đẩy dung dòch từ trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt.
Kết quả là tạo một dòng chuyển động tuần hoàn trong thiết bò. Để ống tuần hoàn trung tâm
hoạt động có hiệu quả dung dòch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt.
Phần phía trên thiết bò là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dòch, trong buồng bốc còn có bộ
phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.
A.TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH
Trang 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
III.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
1. Chuyển đơn vò năng suất từ (m
3
/h) sang (kg/h) :
Năng suất nhập liệu : G’
D
=1 m
3
/h.
Khối lượng riêng : ρ
NaOH
= 1159 kg/m
3
G
D
= G’
D
∗ ρ
NaOH
= 1159 kg/h
Nồng độ nhập liệu : x

D
= 15 %
Nồng độ cuối của sản phẩm : x
C
= 30%
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất : G
D
∗ x
D
= G
C
∗ x
C
Suy ra: G
C
=
C
DD
x
xG
∗
=
30
151159
∗
= 579.5 kg/h .
2. lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống :
Áp dụng công thức :
)1(
C

D
D
x
x
GW
−=
kg/h
Trong đó:
W : Lượng hơi thứ của toàn hệ thống kg/h
G
D
: Lượng dung dòch ban đầu kg/h
x
D
,x
C
: Nồng độ đầu,cuối của dung dòch % khối lượng
Thay số vào ta có:
5.579)
30
15
1.(1159)1(
=−=−=
C
D
D
x
x
GW
kg/h.

3. Giả thiết phân phối hơi thứ trong các nồi :
Chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi I và II là :
1.1
=
II
I
W
W
Khi đó ta có hệ phương trình:

1.1
=
II
I
W
W
W
I
+ W
II
= W
Giải hệ trên có kết quả :
W
I
= 303.5 kg/h
W
II
= 276 kg/h
4. Xác đònh nồng độ dung dòch từng nồi :
- Nồng độ cuối của dung dòch ra khỏi nồi I :

x’
C
=
32.20
5.3031159
15.1159
.
=
−
=
−
ID
DD
WG
xG
%
- Nồng độ cuối của dung dòch ra khỏi nồi II :
x’’
C
=
30
2765.3031159
15.1159
.
=
−−
=
−−
IIID
DD

WWG
xG
%
IV.CÂN BẰNG NHIỆT LƯNG:
Trang 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
1. Xác đònh áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:
Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:
Theo đầu bài áp suất ngưng tụ là: P
ng
= 0.5 at
Chọn áp suất của hơi đốt vào nồi I là : P
1
= 3.5 at
Khi đó hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc là :
∆P
t
=P
1
– P
ng
= 3.5 – 0.5 = 3 at
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là :
5.1
2
1
=
∆
∆
P

P
Kết hợp với phương trình : ∆P
1
+ ∆P
2
= ∆P
t
= 3 at
Suy ra : ∆P
1
= 1.8 at
∆P
2
= 1.2 at
Dựa vào các dữ kiện trên và tra sổ tay qúa trình thiết bò tập I ta có bảng sau đây :
Loại
Nồi I Nồi II Tháp ngưng tụ
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất
(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Áp suất

(at)
Nhiệt độ
(
0
C)
Hơi
đốt
P
1
= 3.50 T
1
=137.9 P
1
=1.70 T
2
=114.5
Hơi
thứ
P’
1
=1.76 t’
1
=115.5 P’
2
=0.52 t’
2
=81.9
2. Xác đònh nhiệt độ tổn thất :
a. Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao (∆’):
Áp dụng công thức của Tiaxenko:

∆’ = ∆’
o
. f
Ở đây :
∆’
o
: Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường.
f : hệ số hiệu chỉnh vì thiết bò cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường.
f
i
i
r
t
2
)'273(
2.16
+
=
t’
i
: nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I
r
i
: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi ở nhiệt độ t’
i
.
Từ các dữ kiện trên ta lập được bảng sau:
Đại lượng
Nồi I
x

C
(%k.l)
∆’
o

(
0
C )
t’
(
0
C )
r.10
-3

(j/kg )
∆’
i

(
0
C )
Nồi I 20.32 8.457 115.5 2218.7 9.33
Trang 4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Nồi II 30.00 17.0 81.9 2304.6 15.05
Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :
Σ∆’ = ∆’
I
+∆’

II
= 9.33 +15.05 = 24.38
0
C
b. Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tónh (∆’’ ):
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dòch đến giữa ống là ∆P (N/m
2
), ta có:
∆P =
2
1
ρ
S
.g.H
op
N/m
2
Trong đó:
ρ
s
: khối lượng riêng của dung dòch khi sôi , kg/m
3
ρ
s
=0.5 ρ
dd
ρ
dd
: Khối lượng riêng của dung dòch ,kg/m
3

H
op
: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m
H
op
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o
Từ ∆P ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dòch ở từng nồi thông qua công thức:
P
tbi
= P’
i
+∆P
i
( i ): nồi thứ i
Tra sổ tay ta có được bảng sau:
x
C
,% t’ ,
0
C ρ
dd ,
kg/m
3
ρ
dm

,kg/m
3
Nồi I 20.32 115.5 1173.4 958
Nồi II 30.00 81.9 1276 958
Coi ρ
dd
trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu
trung bình của chất lỏng.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H
o
=1.5 m.
Nồi I:
H
op1
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o
=[0.26+0.0014(1173.4-958)]*1.5=0.84234 ,m
Áp suất trung bình:
P
tb1
= P’
1
+∆P
1
=1.76+0,5.0,5.1173.4.10
-4

.0.84234=1.785 at
Tra sổ tay tại P
tb1
=1.785 (at) ta có

t”
1
=116.03
0
C.
Suy ra : ∆”
1
=(t”
1
+∆’
1
)

– (t’
1
+∆’
1
)= 116.03– 115.5 =0.53
0
C
Nồi II:
H
op2
= [0.26+0.0014(ρ
dd

-ρ
dm
)].H
o
=[0.26+0.0014(1276-958)]*1.5=1.0578 ,m
Áp suất trung bình:
P
tb2
= P’
2
+∆P
2
=0,52+0,5.0,5.1276.10
-4
.1,0578=0,554 at
Tra sổ tay tại P
tb2
= 0.554 (at) ta có t”
2
= 83.37
0
C.
Suy ra : ∆”
2
=(t”
2
+∆’
2
)

– (t’
2
+∆’
2
)= 83.37 – 81.9 =1.47
0
C
Trang 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Vật tổn thất nhiệt của hai nồi là:
Σ∆” =∆”
1
+∆”
2
=0.53+1.47 = 2.00
0
C
c. Tổn thất nhiệt do trở lực thuỷ lực trên đường ống (∆”’)
Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi
cuối đến thiết bò ngưng tụ là 1
0
C. Do đó:
∆”’
1
=1.5
0
C
∆”’
2
=1.0

0
C
d. Tổn thất chung trong toàn hệ thống cô đặc:
Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’=24.38+2.00+2.5=28.88
0
C
3. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi:
Nồi I: ∆t
i1
=T
I
– (T
2
+Σ∆
1
) =137.9 – (114.5+9.33+0.53+1.5)=12.04
0
C
Nồi II: ∆t
i2
=T
2
– (t
ng
+Σ∆
2
) =114.5– (80.9+15.05+1.47+1)=16.08
0
C

Nhiệt độ sôi thực tế của dung dòch ở mỗi nồi:
Nồi I : ∆t
i1
=T
I
–t
S1
suy ra t
S1
=T
1
- ∆t
i1
=137.9 – 12.04 = 125.86
0
C
Nồi II : ∆t
i2
=T
2
–t
S2
suy ra t
S2
=T
2
- ∆t
i2
=114.5 – 16.08 = 98.42
0

C
4. Cân bằng nhiệt lượng:
a. Tính nhiệt dung riêng của dung dòch ở các nồi:
Nồi I:
Nồng độ đầu dung dòch x
D
=15%<20% nên ta áp dụng công thức:
C
D
=4186 (1-x
D
) =4186 (1- 0.15) =3558.1 ,j/kg.độ
Nồi II:
Coi C
1
≈
C
2
. Do x
C
=30%>20% nên áp dụng công thức: C
1
=C
2
=4186 – ( 4186 – C
ht
)x
C1
C
ht

: Nhiệt dung riêng của chất hoà tan ,j/kg.độ
M.C
ht
=n
1
.c
1
+ n
2
.c
2
+ n
3
.c
3
+. . . n
n
.c
n
(*)
Tra sổ tay tập I ta có:
M
NaOH
=40
n
1
=n
2
=n
3

=1
c
1
=c
Na
= 26 j/kg n.tửû.độ
c
2
=c
O
= 16.8 j/kg n.tửû.độ
c
3
=c
H
= 9.6 j/kg n.tửû.độ
Thay vào (*) ta có: C
ht
=
131010.
40
6.98.1626
3
=
++
j/kg.độ
Nhiệt dung riêng dung dòch ra khỏi nồi II là:
C
2
=C

1
=4186 – ( 4186 – C
ht
)x
C2
=4186 – (4186 – 1310)0.3
=3323.2 j/kg.độ
b. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL):
Nồi I:
Trang 6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
D.i+G
D
.C
D
.t
D
=W
1
.i
1
+(G
D
– W
1
)C
1
.t
1
+D.C

ng1
. θ
1
+Q
xq1
Nồi II:
W
1
.i
1
+(G
D
–W
1
)C
1
.t
1
=W
2
.i
2
+(G
D
– W)C
2
.t
2
+W
1

.C
ng2
.θ
2
+Q
xq2
Trong đó:
D: lượng hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h
i,i
1
,i
2
: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg
t
D
, t
1
, t
2
: nhiệt độ sôi ban đầu, rakhỏi nồi I và nồi II của dung dòch ,
0
C
C
D
, C
1
, C
2
:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dòch ,
j/kg.độ

θ
1,
θ
2
:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,
0
C
C
ng1
, C
ng2
: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ.
Q
xq1
,Q
xq2
:nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J
G
D
: lượng dung dòch lúc ban đầu ,kg/h

Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hoà, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta có:
i- C
ng1
. θ
1
=r (θ
1
) và i
1

- C
ng2
. θ
2
=r(θ
2
)
tra sổ tay ta có bảng các thông số sau đây:
đầu vào Đầu ra nồi I Đầu ra nồi II
Dung dòch NaOH :
+ t
D
=125.33
0
C
+ C
D
= 3558.1 j/kg.độ
+ G
D
=1159 kg/h
Hơi đốt:
+ θ
1
=137.9
0
C
+ i= 2737000 j/kg
+ C
ng1

=4290 j/kg.độ
Dung dòch NaOH :
+ t
1
=125.86
0
C
+ C
1
= 3323.2 j/kg.độ
Hơi thứ :
+θ
2
=114.5
0
C
+ i
1
=2706000 j/kg
+C
ng2
= 4290 j/kg.độ
+ W
1
=303.5 kg/h
Dung dòch NaOH:
+ t
2
=98.42
0

C
+ C
2
= 3323.2 j/kg.độ
+ G
2
=579.5 kg/h
Hơi thứ :
+ t’
2
=81.9
0
C
+ i
2
=2643740 j/kg
+ W
2
=276 kg/h
Cho : Q
xp1
=0.05.D.(i – C
ng1
. θ
1
) =0.05.D.r(θ
1
).
Q
xp1

=0.05.W.(i
1
– C
ng2
. θ
2
) =0.05.W
1
.r(θ
2
).
Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I là :
=
−+
−−+
=
1121
11222
1
.)(.95.0
...).(.
tCir
tCGtCWGiW
W
DD
θ
=
=
−+
−+

86.125*2.332326437402156000*95.0
86.125*2.3323*115942.98*2.3323*5.5792643740*5.579
289.9 kg/h
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi II là:
W
2
=W-W
1
=579.5 – 289.9 = 289.6 kg/h
Lượng hơi đốt tiêu đốt chung là:
D’=
=
−
−−+
).(95.0
...).(.
111
11111
θ
ng
DDDD
Ci
tCGtCWGiW
Trang 7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
=
)9.137*42902700600(*95.0
33.125*1.3558*115986.125*2.3323*)9.2891159(2706000*9.289
−
−−+

=314.6 kg/h
c. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
C%(I) =
%5%5.4%100
5.303
9.2895.303
<=
−

C%(II) =
%5%7.4%100
6.289
2766.289
<=
−

Vậy :
Lượng hơi thứ nồi I là : W
I
= 289.9 kg/h
Lượng hơi thứ nồi II là : W
II
= 289.6 kg/h
Lượng hơi đốt nồi I là : D = 314.6kg/h
V. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT
1. Tính nhiệt lượng do hơt đốt cung cấp:
- Nồi I :
Q
1
= D.r(θ

1
) =314.6*2156=678277.6 kj/h =188.41 kW
- Nồi II:
Q
2
=W
1
.r(θ
2
) = 289.9*2221.5=644012.85 kj/h = 178.89 kW
2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi :
t
m1
T q
2
Công thức tổng quát:
t
T1
t
T2
K=
i
tb
t
q
∆
W/m
2
.độ
q

1
t
2
q t
m2
Công thức tính tổng nhiệt trở :
r
Σ
=Σr
cáu1
+
λ
δ
+ Σr
cáu2
Chọn : Σr
cáu1
=Σr
cáu2
=1/5000 m
2
.h.độ / Kcal=1/4300 m
2
.độ /W
δ = 2 mm
Ống làm bằng thép không rỉ mã hiệu 40XH: λ = 44 W/m.độ
 r
Σ
= 5.106*10
-04

m
2
.độ /W
Nhiệt tải riêng trung bình:
- Nồi I : q
tb1
=
2
21
qq
+
Trong đó :
+ q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bò. Ta có công thức tính q
1
:
Trang 8
Đáp ứng
yêu cầu
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
q
1
=α
1
.∆t
1
(1)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo
công thức của Nusselt:

α
1
=1.13.A.(
1
. tH
r
∆
)
.025
Kcal/ m
2
.h.độ (*)
Chọn : t
T1
= 137.56
0
C.
Khi đó : ∆t
1
= T – t
T1
= 137.9 – 137.54 = 0.36
0
C
T
W
= 0.5(T+t
T1
) =137.72
0

C
r = r(θ
1
)=2156 kj/kg =514.95 Kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt.
A = 2362.02 trò số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước.
Thay các giá trò vào công thức (*) ta có:
α
1
=1.13*2362.05*(
36.0*5.1
95.514
)
0.25
= 14832.17 Kcal/m
2
.h.độ.
Thay α
1
vào công thức (1) ta có:
q
1
= 14832.17* 0.36 =5339.58 Kcal/m
2
.h = 6199.85 W/m
2
+ q
2
: nhiệt tải phía dung dòch sôi. Ta có công thức tính q
2

:
q
2
=α
2
.∆t
2
(2)
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bò đến dung dòch α
2
được tính bởi công thức:
α
2
= 1.6 .ϕ. p
0.4
.q
2

0.7
kcal/m
2
.h.độ (**)
Trong đó :
∆
T
= q
1
.r
Σ
= 6199.85*5.106.10

-4
=3.16
0
C
ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH.
p = 1.76 at áp suất hơi trên bề mặt thoáng của dung dòch sôi
Thay vào (**) ta có :
α
2
= 1.6*0.76*(1.76)
0.4
.(5339.58)
0.7
=620 Kcal/m
2
.h.độ= 719.89 W/m
2
.độ
Thay vào (2)ta có :
q
2
= 719.89*(137.54 –3.16 – 125.86) =6133.46 W/m
2
+ kiểm tra lại giả thiết ∆t
1
:
có
%5%07.1%100
85.6199
46.613385.6199

%100*
1
21
≤=
−
=
−
q
qq
thoả mãn điều kiện sai số.
vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:
q
tb1
=
2
21
qq
+
=
2
46.613385.6199
+
=6166.65 W/m
2
.
- Nồi II : q
tb2
=
2
21

qq
+
Trong đó :
Trang 9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
+ q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bò. Ta có công thức tính q
1
:
q
1
=α
1
.∆t
1
(3)
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính theo
công thức của Nusselt:
α
1
=1.13.A.(
1
. tH
r
∆
)
.025
Kcal/ m
2

.h.độ (*)
Chọn : t
T1
= 114.18
0
C.
Khi đó : ∆t
1
= T - t
T1
= 114.5 – 114.18 = 0.32
0
C
T
W
= 0.5(T+t
T1
) =114.34
0
C
r = r(θ
1
)=2221.5j/kg=530.6 kcal/kg ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
H =1.5 m chiều cao bề mặt truyền nhiệt.
A = 2268.87 trò số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước.
Thay các giá trò vào công thức (*) ta có:
α
1
=1.13*2268.87(
32.0*5.1

60.530
)
0.25
= 14783.24 Kcal/m
2
.h.độ.
Thay α
1
vào công thức (3) ta có:
q
1
= 14783.24* 0.32 =4730.64 Kcal/m
2
.h =5492.79W/m
2
+ q
2
: nhiệt tải phía dung dòch sôi. Ta có công thức tính q
2
:
q
2
=α
2
.∆t
2
(4)
Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bò đến dung dòch α
2
được tính bởi công thức:

α
2
= 1.6 .ϕ. p
0.4
.q
2

0.7
kcal/m
2
.h.độ (**)
Trong đó :
∆
T
= q
1
.r
Σ
=5492.79*5.106.10
-4
=2.8
0
C
ϕ = 0.76 thừa số kể đến tính chất lý học của NaOH.
p = 0.52 at áp suất hơi trên bề mặt thoáng của dung dòch sôi
Thay vào (**) ta có :
α
2
= 1.6*0.76*(0.52)
0.4

.(4730.64)
0.7
=349.77 Kcal/m
2
.h.độ= 406.12 W/m
2
.độ
Thay vào (4)ta có :
q
2
= 406.12.(114.2 – 2.8 – 98.42) =5271.44 W/m
2
+ kiểm tra lại giả thiết ∆t
1
:
có
%5%03.4%100
79.5492
44.527179.5492
%100*
2
21
≤=
−
=
−
q
qq
thoả mãn điều kiện sai số.
vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:

q
tb1
=
2
21
qq
+
=
2
44.527179.5492
+
=5382.1 W/m
2
.
a. Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi:
- Nồi I :
Trang 10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
K
1
=
04.12
6166.65
1
=
∆
iI
tb
t
q

=512.18 W/m
2
.độ
- Nồi II :
K
2
=
08.16
5382.1
2
=
∆
iII
tb
t
q
=334.71 W/m
2
.độ
3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi:
- Công thức chung:
∑
∑
∆
=∆
i
i
i
m
m

im
K
Q
t
K
Q
t .'
0
C
trong đó :
Σ∆t
i
= ∆t
iI
+∆t
iII
= 12.04+16.08=28.12
0
C.
Σ
i
i
K
Q
=
32.90246.53486.367
71.334
178890
18.512
188410

=+=+
- Tính cho nồi I:
46.11
32.902
12.28
*86.367.'
==
∆
=∆
∑
∑
i
i
i
I
I
iI
K
Q
t
K
Q
t

0
C
- Tính cho nồi II:
66.16
32.902
12.28

*46.534.'
==
∆
=∆
∑
∑
i
i
i
II
II
iII
K
Q
t
K
Q
t

0
C
4. Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích :
- Nồi I :

%5%8.4%100
04.12
46.1104.12
%100*
'
<=

−
=
∆
∆−∆
iI
iIiI
t
tt
- Nồi II :
%5%5.3%100
66.16
08.1666.16
%100
'
'
<=
−
=
∆
∆−∆
iII
iIIiII
t
tt
5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
- Nồi I:
F
!
=
11

1
'.
i
tK
Q
∆
=
1.32
46.11*18.512
188410
=
m
2
- Nồi II:
Trang 11
Thoả mãn điều
kiện
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
F
2
=
22
2
'.
i
tK
Q
∆
=
08.32

66.16*71.334
178890
=
m
2
Chọn : F
1
=F
2
= 40 m
2
.
VI.TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT :
1. Kích thước buồng bốc :
Do lượng hơi thứ bốc lên ở hai nồi gần xấp xỉ bằng nhau, nhiệt độ nồi hai nhỏ hơn nên khối
lượng riêng của hơi ở nồi II sẽ nhỏ hơn nồi I suy ra thể tích hơi thóat ra ở nồi II sẽ lớn hơn nồi I.
Do vậy ta chỉ cần tính đại diện nồi II.
Vận tốc hơi (ω
h
max
) của hơi thứ trong buồng bốc không quá 70 – 80% vận tốc lắng(ω
0
).
ω
0
=
h
hl
dg
ρξ

ρρ
..3
)..(.4
−
m/s
ρ
l
,ρ
h
: khối lượng riêng của giọt lỏng và hơi thứ (kg/m
3
).
d : đường kính giọt lỏng, chọn d =0.0003 m
ξ : hệ số trở lực
0.2< Re < 500 → ξ=
6.0
Re
5.18
500< Re <150000 → ξ =0.44
với : Re=
h
hh
d
µ
ρϖ
..
chọn đường kính buồng bốc : D
b
=1400 mm
diện tích buồng bốc: F

b
=
4
4.1*14.3
4
.
2
2
=
b
D
π
=1.54 m
2
.
Trang 12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Lưu lượng thể tích :V
b
=
25.0
3600*3158.0
6.289
==
h
l
W
ρ
m
3

/s
Vận tốc hơi : ω
h
=
==
54.1
25.0
b
h
F
V
0.165 m/s
Chuẩn số Reynolds: Re=
h
hh
d
µ
ρϖ
..
=
=
−
5
10*29.1
3158.0*0003.0*165.0
1.216
Vì 0.2<Re=1.216<500 nên ξ=
6.0
Re
5.18

=
45.16
216.1
5.18
6.0
=
Vận tốc lắng :
ω
0
=
h
hl
dg
ρξ
ρρ
..3
)..(.4
−
=
=
−
3158.0*45.16*3
0003.0*)3158.01276(*81.9*4
0.96 m/s
thấy : ω
h
= 0.09 m/s < ω
0
=0.96 m/s ( thoả điều kiện )
chọn U’

t
= 1600m
3
/m
3
.h : cường độ bốc hơi thể tích. Do dung dòch sôi tạo bọt nên cường
độ bốc hơi thể tích giảm còn : U
t
=U’
t
/1.5 = 1066.7 m
3
/m
3
.
h
Thay vào công thức tính V
b
có:
V
b
=
th
U
W
.
ρ
=
86.0
7.1066*3158.0

6.289
=
m
3
Vậy chiều cao buồng bốc là:
H
b
=
56.0
4.1*14.3
86.0*4
.
.4
22
==
b
b
D
V
π
m
Do trong thiết bò có hiện tượng dung dòch sôi tràn cả lên phần buồng bốc do đó đòi hỏi thiết
bò phải cao hơn so với tính toán .
Vậy đó chọn H
b
=1500 m (QTTB T5 trang 182 ).
2. Kích thước buồng đốt:
a. Xác đònh số ống truyền nhiệt :
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức : n=
ld

F
..
π
F= 40 m
2
: bề mặt truyền nhiệt
l = 1.5m : chiều dài của ống truyền nhiệt
d : đường kính ống truyền nhiệt
chọn loại ống có đường kính : 38 x 2 mm
do α
1
> α
2
nên lấy d = d
t
= 34 mm.
Vậy số ống truyền nhiệt là :
n=
ld
F
..
π
=
250
5.1*034.0*14.3
40
=
ống.
Chọn số ống n= 271 ống ( STQTTB T2 trang 46 )
b. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm :

π
t
th
f
D
.4
=
Trang 13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QTTB
Chọn f
t
= 0.3 F
D
=0.3
4
..
2
nd
π
=0.3
4
271*034.0*14.3
2
=0.0738 m
2
.
Vậy :
π
t
th

f
D
.4
=
=
14.3
0738.0*4
=0.307 m
Chọn D
th
=0.325 m = 325 mm (QTTB T5 trang 180 )
c. Đường kính buồng đốt :
Đối với thiết bò cô đặc tuần hoàn trung tâm và bố trí ống đốt theo hình lục giác đều thì
đường kính trong của buồng đốt có thể tính theo công thức :
D
t
=
l
dF
dd
n
nth
.
..60sin..4.0
).2(
02
2
ψ
β
β

++
m
Trong đó :
β=
n
d
t
= 1.4 : Hệ số, thường β = 1.3 –1.5.
t =1.4*d
n
: Bước ống , m ( thường t = 1.2 – 1.5d
n
)
d
n
=0.038 m : Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt , m
ψ = 0.8 : Hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường ψ = 0.7 – 0.9
l =1.5 m : Chiều dài của ống truyền nhiệt m
d
th
= 0.325 : Đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm.
F = 40 m
2
: Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m
2
Thay vào ta có :
D
t
=
057.1

5.1*8.0
038.0*40*.60sin*4.1*4.0
)038.0*4.1*2325.0(
02
2
=++
m
Chọn D
t
= 1200 mm (QTTB T5 trang 182 )
Kiểm tra diện tích truyền nhiệt:
D
th
≤ t( b-1 )
 b ≥
1.71
038.0*4.1
325.0
1
=+=+
t
D
th
Chọn b= 9 ống ( STQTTB T2 trang 46 )
Vậy số ống truyền nhiệt đã bò thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm là :
n’ = 61 ống( STQTTB T2 trang 46 )
Số ống truyền nhiệt còn lại là:
n” = 271 –61 = 210 ống.
Bề mặt truyền nhiệt F = 3.14*1.5*(210*0.034+0.325)=35.2 m
2

> 32.05 m
2
( thoả mãn )
VII.TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU:
Đường kính các ống được tính theo công thức tổng quat sau đây:
d=
ρπ
..
.4
v
G
m
Trong đó :
G : lưu lượng lưu chất kg/s
Trang 14