Hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều có phòng đốt ngoài làm việc liên tục với dung dịch NaOH

Đồ án môn học QT&TB

Mục lục
Trang
I- Phần mở đầu 4
II- Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất 5
III- Tính thiết bị chính 7
1. Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống 7
2. Lượng hơi thứ bốc ra khỏi mỗi nồi 7
3. Nồng độ dung dịch trong mỗi nồi 7
4. Chênh lệch áp suất chung của hệ thống 8
5. Chênh lệch áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi 8
6. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi 9
7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi 10
7.1/ Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao 10
7.2/ Tổn thất nhiệt độ do nồng độ 11
7.3/ Tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống 12
8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống 12
8.1/ Nhiệt độ hữu ích của hệ thống 12
8.2/ Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong từng nồi 12
9. Tính lượng hơi đốt, lượng hơi thứ trong từng nồi 13
9.1/ Tính nhiệt dung riêng của dd KNO
3
13
9.2/ Các thông số của nước ngưng 14
9.3/ Lập phương trình của cân bằng nhiệt lượng 14
10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi 16
1
Đồ án môn học QT&TB
10.1/ Tính hệ số cấp nhiệt
1

α
khi ngưng tụ hơi 16
10.2/ Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 17
10.3/ Tính hệ số cấp nhiệt
2
α
từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 18
10.4/ Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 20
10.5/ So sánh q
1i
và q
2i
20
11. Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi 21
12. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi 21
13. So sánh
'
i
t∆
và
i
t∆
22
14. Tính bề mặt truyền nhiệt F 22
IV. Tính thiết bị phụ 23
1. Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet 23
2. Tính toán hệ thiết bị ngưng tụ Baromet 23
2.1/ Tính lượng nước lạnh
n
G

cần thiết để ngưng tụ 24
2.2/ Tính đường kính trong của thiết bị ngưng tụ 24
2.3/ Tính kích thước tấm ngăn 23
2.4/ Tính diện tích bề mặt các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang
của thiết bị ngưng tụ 24
2.5/ Tính bước lỗ t 26
2.6/ Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 26
2.7/ Kích thước ống Baromet 27
2.8/ Chiều cao ống Baromet 27
2.9/ Tính lượng hơi nước và không khí ngưng 28
3. Tính toán bơm chân không 29
V. Tính toán cơ khí 29
V.A_ Buồng đốt 29
2
Đồ án môn học QT&TB
V.A.1/ Xác định số ống trong buồng đốt 29
V.A.2/ Xác định đường kính trong buồng đốt 30
V.A.3/ Xác định chiều dày phòng đốt 30
V.A.4/ Tính chiều dày lưới đỡ ống 32
V.A.5/ Tính chiều dày đáy nồi phòng đốt 34
V.A.6/ Tìm bích để lắp đáy và thân, số bulong cần thiết
để lắp ghép bích đáy 36
V.B_ Buồng bốc hơi 37
V.B.1/ Thể tích buồng bốc hơi 37
V.B.2/ Chiều cao phòng bốc hơi 37
V.B.3/ Chiều dày phòng bốc hơi 38
V.B.4/ Chiều dày nắp buồng bốc 39
V.B.5/ Tìm bích để nắp vào thân buồng bốc 41
V.C_ Tính một số chi tiết khác 41
V.C.1/ Tính đường kính các ống dẫn hơi dung dịch vào và ra thiết bị 41

1.1/ Ông dẫn hơi đốt vào 41
1.2/ Ông dẫn dung dịch vào 42
1.3/ Ông dẫn hơi thứ ra 43
1.4/ Ông dẫn dung dịch ra 44
1.5/ Ông tháo nước ngưng 44
V.C.2/ Tính và chọn tai treo 45
1. Tính khối lượng mỗi nồi khi thử thủy lực 45
1.1/ Tính G
nk
45
1.2/ Tính G
nd
48
V.C.3/ Chọn kính quan sát 49
3
Đồ án môn học QT&TB
V.C.4/ Tính bề dày lớp cách nhiệt 50
VI. Kết luận 51

4
Đồ án môn học QT&TB
I.Phần mở đầu:
Để bước đầu làm quen với công việc của một kĩ sư hoá chất là thiết kế thiết bị, hệ thống thiết
bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên khoa công Nghệ Hoá học được nhận đồ
án môn học“ Qúa trình & Thiết bị công Nghệ Hoá học“. Việc làm đồ án là một công việc tốt giúp
cho mỗi sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức
của giáo trình“ Cơ sở các quá trinh & thiết bị Công Nghệ Hoá học”. Trên cơ sở lượng kiến thức đó
và lượng kiến thức của môn học khác, mỗi sinh viên biết dùng tài liệu tham khảo trong tra cứu, vận
dụng đúng những kiến thức, quy định trong thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vận dụng, tính toán, trình
bày nội dung thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.

Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành là thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều có phòng
đốt ngoài làm việc liên tục với dung dịch NaOH, năng suất 6480 kg/h, nồng độ đầu 7%, nồng độ
sản phẩm 22%.
Quá trình cô đặc
Quá trình cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất hoà tan( không hoặc khó bay hơi) trong
dung môi bay hơi. Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng
hơi, còn dung chất hoà tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng
dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp nay cùng bay hơi, chỉ khác nhau về
nồng độ ở mỗi nhiệt độ. Hơi của dung môi tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở
nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng 1 thiết bị khác.
Cô đặc nhiều nồi
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó có ý nghĩa về sử dụng
nhiệt. Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi bốc
lên ở nồi này được đưa vào nồi thứ 2 để làm hơi đốt, hơi thứ của nồi thứ 2 lại làm hơi đốt cho nồi
thứ 3…. Hơi thứ ở nồi cuối được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi đầu
đến nồi cuối, qua mỗi nồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên do một phần dung môi bốc hơi. Hệ
thống cô đặc xuôi chiều được sử dụng khá phổ biến. Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di
chuyển từ nồi trước ra nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi. Nhược điểm của nó là nhiệt độ
nồi sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn đến
hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối .
5
Đồ án môn học QT&TB
II.Sơ đồ mô tả dây chuyền sản xuất
Hệ thống cô đặc xuôi chiều làm việc liên tục :
Dung dịch đầu(NaOH) được bơm( 6) đưa vào thùng cao vị số( 5) từ thùng chứa, sau đó chảy
vào thiết bị trao đổi nhiệt( 3). ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ
sôi rồi đi vào nồi 1. ở nồi 1, dung dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống
chùm, dung dịch chảy trong các ống truyền nhiệt, hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng
dung dịch . Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng cửa tháo nước ngưng. Dung môi bốc hơi
lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ, hơi thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được đưa qua bộ phận tách

bọt nhằm hồi lưu phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua bọt. Hơi thứ ra khỏi nồi 1 được làm hơi
đốt cho nồi 2. Dung dịch từ nồi 1 tự di chuyển sang nồi thứ 2 do có sự chênh lệch áp suất làm việc
giữa các nồi, áp suất nồi sau nhỏ hơn áp suất nồi trước. Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn nhiệt độ
của nồi sau, do đó dung dịch đi vào nồi 2 có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch
được làm lạnh, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một lượng dung môi gọi là quá trình tự bốc
hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của dung dịch do đó cần
phải tiêu tốn thêm 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch
trước khi đưa vào nồi đầu được đun nóng sơ bộ .
Dung dịch sản phẩm ở nồi 2 được đưa vào thùng chứa sản phẩm. Hơi thứ bốc ra khỏi nồi thứ 2
được đưa vào thiết bị ngưng tụ barômet. Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh từ trên đi xuống
hơi cần ngưng đi từ dưới đi lên, ở đây hơi được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống baromet
( 10) ra ngoài, còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt rồi vào bơm hút chân không.
6
Đồ án môn học QT&TB
III.Tính thiết bị chính:
Các số liệu đầu :
• Năng suất tính theo dung dịch đầu G
d
= 12600 [ kg/ h ]
• Nồng độ đầu của dung dịch
6%
d
x =

• Nồng độ cuối của dung dịch
25%
c
x =
• Áp suất suất hơi đốt
1

P 5 [at]=
• Áp suất hơi ngưng tụ
P2 0,2 [at]=
1. Tổng lưọng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống : W ( kg/h )
Ta có:
d
d
c
x
W G 1
x
 
= −
 ÷
 
[4-55]

[ ]
6
W 12600 1 9576 kg/h
25
 
⇒ = × − =
 ÷
 
2. Lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi:
Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1 :
1
W
, [kg/h]

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2 :
2
W
, [kg/h]
Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở 2 nồi là:
1 2
W :W 1:1,03=
Ta có hệ:
1 2 1
1 2 2
1.03W W 0 W 4717,24 [kg/h]
W W W W 4858,76 [kg/h]
− = =
 
⇒
 
+ = =
 

3. Nồng độ dung dịch trong mỗi nồi :
Theo công thức:
d
i
d j
j=1
G ,%
G W
d
i
x

x =
−
∑
[4-57]
Ta có:
•
Với nồi 1 :
7
Đồ án môn học QT&TB

1 d
d 1
6
G 12600 9,59%
G W 12600 4717.24
d
x
x = × = × =
− −


•
Với nồi 2 :

2 d
d 1 2
6
G 12600 25%
G W W 12600 4717,24 4858,76
d

x
x = × = × =
− − − −

Ta được
2 c
x x=
: phù hợp với số liệu ban đầu
4. Chênh lệch áp suất chung của hệ thống : ∆p
Theo công thức:
1
p p p
ng
∆ = −
Ta có:
p 5 0,2 4,8∆ = − =
[at]
5. Chênh lệch áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi:
Gọi ∆p
i
: chênh lệch áp suất trong nồi thứ i [at]
Giả thiết phân bố áp suất hơi đốt giữa 2 nồi là:
1 2
p : p 2,47 :1∆ ∆ =
Ta có hệ:
1 2 1
1 2 2
p 2,47 p 0 p 3,417 [at]
p p p 4,8 p 1,383 [at]
∆ − ∆ = ∆ =

 
⇒
 
∆ + ∆ = ∆ = ∆ =
 
Tính áp suất hơi đốt từng nồi suy ra nhiệt độ hơi đốt:
Theo công thức
i i-1 i-1
p p p= −∆
Ta có:
• Nồi 1:
[ ]
1
p 5 at=
• Nồi 2:
[ ]
2 1 1
p p p 5 3,417 1,583 at= − ∆ = − =
Tra bảng I.251 [3-314] (Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ thuộc áp suất) và nội suy ta có:
• Nồi 1: với
[ ]
1
p 5 at=
ta được: - Nhiệt độ hơi đốt:
o
1
T 151,1 C=
- Nhiệt lượng riêng:
[ ]
1

i 2754 kJ/kg=
- Nhiệt hoá hơi:
[ ]
1
r 2117 kJ/kg=
• Nồi 2: với
[ ]
2
p 1,583 at=
ta được : - Nhiệt độ hơi đốt:
o
2
T 112,36 C=
8
Đồ án môn học QT&TB
- Nhiệt lượng riêng:
[ ]
2
i 2702,15 kJ/kg=
- Nhiệt hoá hơi:
[ ]
2
r 2227,85 kJ/kg=
• Với
[ ]
p 0,2 at
ng
=
ta được:
o

ng
T 59,7 C=

6. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ ra khỏi từng nồi:
Gọi
i
t '
: nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i (i =1,2)

i
'''∆
: tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống (chọn
o
1 2
''' ''' 1 C∆ = ∆ =
)
Theo công thức:
o
i i+1 i
t ' T ''' C
 
= + ∆
 
ta có:
• Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1 là:
o
1 2 1
t ' T ''' 112,36 1 113,36 C
 
= + ∆ = + =

 
• Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 2 là:
o
2 ng 2
t ' T ''' 59,7 1 60,7 C
 
= + ∆ = + =
 
Tra bảng I.250 [3.314] (Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ thuộc nhiệt dộ) ta có :
• Nồi 1: với
o
1
t ' 113,36 C=
ta được: - Áp suất hơi thứ:
1
p ' 1,638=
[at]
- Nhiệt lượng riêng:
[ ]
1
i ' 2701,38 KJ/Kg=
- Nhiệt hoá hơi:
[ ]
1
r ' 2225,26 KJ/Kg=
• Nồi 2: với
o
2
t ' 60,7 C=
ta được : - Nhiệt độ hơi đốt:

[ ]
2
p ' 0,21 at=
- Nhiệt lượng riêng:
[ ]
2
i ' 2609,59 KJ/Kg=
- Nhiệt hoá hơi:
[ ]
2
r ' 2355,26 KJ/Kg=
Bảng tổng hợp số liệu 1:
Nồi
Hơi đốt Hơi thứ
x%
P, at T,
o
C i, KJ/Kg r, KJ/Kg p’, at t’,
o
C i’, KJ/Kg r’, Kj/Kg
1 5 151,1 2754 2117 1,638 113,4 2701,38 2225,26 9.5
2 1,583 112.4 2702.15 2227.85 0,21 60,7 2609,59 2355,26 25
9
Đồ án môn học QT&TB
7. Tính tổn thất nhiệt độ cho từng nồi:
7.1. Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh tăng cao ∆
i
’’:
Công thức tính:
o

i tbi i
'' t t ' C
 
∆ = −
 
Với:
tbi
t
: nhiệt độ sôi ứng với
tbi
p
[at]
i
t '
: nhiệt độ sôi ứng với
i
p '
[at]
tbi
p
là áp suất thủy tĩnh ở giữa ống truyền nhiệt, tính theo công thức:

tbi i 1 ddi
1 H
p p ' (h )ρ .g
2 2
= + +
,
[ ]
at

Trong đó:

i
p '
: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch [at]
1
h
: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn
1
h
=0,5 [m]
H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 5 [m]
ddi
ρ
: khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt 20
o
C [kg/m
3
]
g: gia tốc trọng trường
2
g 9,81 m s
 
=
 
Với nồi 1 :
[ ]
1
p ' 1,638 at=
Tra bảng I.59 [3-46] – Khối lượng riêng của dung dịch NaNO3- nước và nội suy với

o
t 20 C=
và
1
9.59%x =
ta có
3
dd1
ρ 1064,6 kg m
 
=
 
Thay vào phương trình ta có:

[ ]
tb1
4
1 5 1064,6 9,81
p 1,638 (0,5 ) 1,798 at
2 2 9,81 10
×
= + × + × =
×

Tra bảng I.251 [3-314] và nội suy với
[ ]
tb1
p 1,798 at=
ta có
tb1

t 116,26=

o
C
 
 

o
1 tb1 1
'' t p ' 116,26 113,36 2,9 C
 
⇒ ∆ = − = − =
 

Với nồi 2:
[ ]
2
p ' 0.21 at=
10
Đồ án môn học QT&TB
Tra bảng I.59 [3-46] – Khối lượng riêng của dung dịch NaNO3- nước và nội suy với
o
t 20 C=
và
2
25%x =
ta có
3
dd2
ρ 1183.5 kg m

 
=
 
Thay vào phương trình ta có:

[ ]
tb2
4
1 5 1183.5 9,81
p 0.21 (0,5 ) 0.388 at
2 2 9,81 10
×
= + × + × =
×

Tra bảng I.251 [3-314] và nội suy với
[ ]
tb2
p 0.388 at=
ta có
o
tb2
t 74.6 C
 
=
 

o
2 tb2 2
'' t p ' 74,6 60,7 13,9 C

 
⇒ ∆ = − = − =
 

7.2. Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆
i
’
Ta dùng phương pháp Tysenco:

2
o
si
i 0 0i
T
' ' 16,2 ' C
r
f
 
∆ = ×∆ = × ×∆
 
Trong đó:
si
T
: nhiệt độ sôi của dung môi
o
K
 
 
r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi [J/kg]
0i

'∆
: Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn của dung môi ở áp
suất khí quyển.
• Với nồi 1 ta có:
o
s1 tb1
T (t 273) 113,36 273 386,36 K
 
= + = + =
 

Tra bảng VI.2 [4-63] và nội suy với nồng độ dung dịch
3
NaNO
là
1
9,59%x =
ta được
o
01
' 1,09 C
 
∆ =
 
2
o
1
3
388,36
' 16,2 1,09 1,18 C

2221,83 10
 
⇒ ∆ = × × =
 
×

•
Với nồi 2 ta có:

o
s2 tb2
T (t 273) 60,7 273 333,7 K
 
= + = + =
 

11
Đồ án môn học QT&TB
Tra bảng VI.2 [4-63] và nội suy với nồng độ dung dịch
3
NaNO
là
2
25%x =
ta được
o
02
' 3,45 C
 
∆ =

 
2
o
2
3
333,7
' 16,2 3,45 2,64 C
2355, 26 10
 
⇒ ∆ = × × =
 
×
Tính nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi theo công thức:
si i i i
t t ' ' ''= + ∆ + ∆

o
C
 
 
o
s1 1 1 1
t t ' ' '' 113,36 1,18 2,9 117,44 C
 
⇒ = + ∆ + ∆ = + + =
 
o
s2 2 2 2
t t ' ' '' 60,7 2,64 13,9 77,24 C
 

⇒ = + ∆ + ∆ = + + =
 
7.3. Tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống:

2 2 2 2
0
i i i
i=1 i=1 i=1 i=1
' '' ''' (1,18 2,64) (2,9 13.9) (1 1) 22,62 C
 
∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + + + + + =
 
∑ ∑ ∑ ∑
8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

2 2
o
i 1 ng
i=1 i=1
T T T 151,1 59,7 22,62 68,78 C
 
∆ = − − ∆ = − − =
 
∑ ∑
Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi.
Ta có:
i i si
T T t∆ = −

0
1
0
2
T 151,1 117,44 33,66
T 112,36 77,24 35,12
C
C
 
⇒ ∆ = − =
 
 
⇒ ∆ = − =
 
Bảng tổng hợp số liệu 2:
Nồi

o
', C
 
∆
 

o
'', C
 
∆
 

o

''', C
 
∆
 

o
T, C
 
∆
 

o
si
t , C
 
 
1 1,16 2,9 1 33,66 117,44
2 2,71 14,9 1 35,12 77,24

12
Đồ án môn học QT&TB
9. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt để tính lượng hơi đốt D và lượng hơi thứ W
i
ở từng
nồi:
9.1. Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng:

1
Di

1 1
W i '

1 2
W i
2 2
W i '


m1
Q

m2
Q


( )
d 1 1 s1
G W C t−
( )
d 1 2 2 s2
G W W C t− −


d 0 s0
G C t

nc1 1
DCθ

1 nc2 2
W Cθ

Trong đó:
D: lượng hơi đốt cho vào nồi 1
C
0
, C
1
, C
2:
nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2
nc1
C
,
nc2
C
: nhiệt dung riêng của nước ngưng ra khỏi nồi 1, nồi 2
s0
t
,
s1
t
,
s2
t
: nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi nồi 1, nồi 2
1
θ
,

2
θ
: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2
m1
Q
,
m2
Q
: nhiệt lượng mất mát ở nồi 1, nồi 2 (bằng 5% nhiệt lượng tiêu tốn để bốc hơi ở
từng nồi)
9.2. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch
3
NaNO
:
Với dung dịch loãng
( )
20%x <
nhiệt dung riêng tính theo công thức:
C 4186 (1 )x= × −
[3-152]
• Dung dịch ban đầu có
d
6%x =
nên ta có:
0
C 4186 (1 ) 4186 (1 0,06) 3934,84
d
x= × − = × − =
[j/kg.độ]
13

Đồ án môn học QT&TB
• Dung dịch ra khỏi nồi 1 có
1
9,59%x =
nên ta có:
1 1
C 4186 (1 ) 4186 (1 0,0959) 3784,56x= × − = × − =
[j/kg.độ]
Với dung dịch đặc
( )
20%x >
nhiệt dung riêng tính theo công thức:
ht
C C 4186 (1 )x x= × + × −
[1-152]
ht
C
tính theo công thức:
ht 1 1 2 2 3 3
MC n c n c n c= + +
[1-152]
Với
3
NaNO
ta có
1 2 3
M 85; n 1; n 1; n 3= = = =
Tra bảng I.141 [3-] ta có nhiệt dung nguyên tử của các nguyên tố:
1
Na: c 26000=

[j/kg nguyên tử.độ]
2
N: c 26000=
[j/kg nguyên tử.độ]
3
O: c 16800=
[j/kg nguyên tử.độ]
Từ đó ta có:
ht
1 26000 1 26000 3 16800
C 1204,71
85
× + × + ×
= =
[j/kg.độ]
Dung dịch ra khỏi nồi 2 có
2
25%x =
nên ta có:

2 ht 2 2
C C 4186(1 ) 1204,71 0.25 4186(1 0,25) 3440,68x x= + − = × + − =
[j/kg.độ]
9.3. Các thông số của nước ngưng:
Nhiệt độ của nước ngưng :
0 0
1 1 2 2
θ T 151,1 C; θ T 112,68 C= = = =
Nhiệt dung riêng của nước ngưng:
Tra bảng I.249 [ 3-310 ] và nội suy với:

0
1 nc1
θ 151,1 C C 4315,08= ⇒ =
[j/kg.độ]
0
2 nc2
θ 112,68 C C 4237,01= ⇒ =
[j/kg.độ]
9.4. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng
Với nồi 1:
Lượng nhiệt mang vào:
14
Đồ án môn học QT&TB
• 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
W i '
• do nước ngưng : D
×

1 1nc
C
θ
×
=D
×
4246,5
×
151,1[kg/h]
• do tổn thất Q
m1:
( )
m1 1 nc1 1
Q 0,05 Di Cθ= −
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 W i ' G W C t DCθ Q+ = + − + +
Với nồi 2:
Lượng nhiệt mang vào:
• do hơi đốt:
1 2
W i
• 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:
15
Đồ án môn học QT&TB
( ) ( )
( ) ( ) ( )
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 Di C θ
W i G W C t W i ' G W W C t W Cθ 0,05W i C θ
W W W
+ = + − + + −

+ − = + − − + + −


+ =

Giải hệ phương trình này 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 các số liệu ta có :
( )
( )
( )
[ ]
( )
3
1
3 3
3
9576 2609,59 10 3440,68 77.24 12600 3440,68 77,24 3784,56 117,44
W
0,95 2702,15 10 4237,01 112,36 3784,56 117, 44 2609,59 10
4718.07 kg/h
12600 3784,56 117,44 3934,84 117,44 4718.07 2701,38 10 3784,56

D
× − × + × − ×
=
× − × − × + ×
=
× − × + × − ×
=
( )
( )
[ ]
[ ]
3
2 1
117,44
0,95 2754 10 4315,08 151,1
5221.08 kg/h
W W W 9576 4718.07 4857.93 kg/h








× − ×


=



= − = − =



Xác định lại tỉ lệ phân phối hơi thứ giữa 2 nồi:
1 1
W : W 1:1,03=

Kiểm tra sai số:
Với nồi 1:
1
4717,24 4718,07
100% 0,018%
4717,24
ε
−
= × =
Với nồi 2:
2
4858,76 4857,93
100% 0,017%
4858,76
ε
−
= × =
Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận được giả thiết.
Lập bảng số liệu 3:
Nồi C, [J/kg.độ]
nc

C
,[J/kg.độ]
θ
,[
o
C]
W, [kg/h]
Sai số, %
16
Đồ án môn học QT&TB
Giả thiết Tính
1
3784,56
4315,08
151,1 4717,24 4857,93 0,018
2
3440,68
4237,01
112,68 4858,76 4718,07 0,017
10. Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi:
10.1. Tính hệ số cấp nhiệt α
1
khi ngưng tụ hơi
Chọn ống truyền nhiệt có kích thước:
238
×
[mm]
Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt :
Nồi 1 là:
0

11
t 4.77 C
 
∆ =
 

Nồi 2 là:
0
12
t 4.73 C
 
∆ =
 
Điều kiện làm việc: phòng đốt ngoài thẳng đứng (H<6m), hơi ngưng bên ngoài ống, màng
nước ngưng chảy dòng nên hệ số cấp nhiệt tính theo công thức:
0,25
i
i
1i
r
2,04 A
t H
i
α
 
= × ×
 ÷
∆ ×
 
[W/m

2
.độ]
Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
m
t
Nhiệt độ màng tính theo công thức:
( )
1i
mi 1i i i
t
t 0,5 t T T
2
o
C
∆
 
= + = −
 
0
11
m1 1
0
12
m2 2
t
4,77
t T 151,1 148,72
2 2
t 4,73
t T 112,36 110

2 2
C
C
∆
 
⇒ = − = − =
 
∆
 
= − = − =
 
Tra bảng A-t [2-28] và nội suy ta có:
Với
o
m1 1
t 148,72 C A 195,308= ⇒ =
Với
o
m2 2
t 110 C A 183,5= ⇒ =
Thay các số liệu vào ta có :
17
Đồ án môn học QT&TB
0,25
0,25
3
11 1
11
r 2117 10
2,04 A 2,04 195,308 6877,15

Δt H 4,77 5
α
 
 
×
= × × = × × =
 ÷
 ÷
× ×
 
 
[W/m
2
.độ]
0,25
0,25
3
12 2
12
r 2227,85 2 10
2,04 A 2,04 183,5 6558,13
Δt H 4,73 5
α
 
 
× ×
= × × = × × =
 ÷
 ÷
× ×

 
 
[W/m
2
.độ]
10.2. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
Gọi
1i
q
: Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ nồi thứ i
Ta có:
1i 1i 1i
qα t= ×∆
[3-278]

2
11 11 11
2
12 12 12
qα t 6877,15 4,77 32804 W/m
qα t 6558,13 4,73 31020 W/m
 
⇒ = ×∆ = × =
 
 
= ×∆ = × =
 
Lập bảng số liệu 4:
Nồi
0

1i
t C
 
∆
 
0
m
t C
 
 
A
1i
α
, [W/m
2
.độ]
2
1i
q [W/m ]
1 4,77 148,72 195,308
6877,15
32804
2 4,73 110 183,5
6558,13
31020
10.3. Tính hệ số cấp nhiệt
2
α
từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi:
Dung dịch khi sôi ở chế độ sủi bọt, có đối lưu tự nhiên hệ số cấp nhiệt xác định theo công

thức:
( )
0,5
2.33
2 i 2i i
45,3 p ' tψ
i
α
= × ×∆ ×
[W/m
2
.độ]
2i
t∆
: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch
Ta có:
2i T2i ddi i 1i Ti
t t t T t t∆ = − = ∆ − ∆ − ∆
Hiệu số nhiệt độ ở 2 bề mặt thành ống truyền nhiệt:
Ti 1i
t q r∆ = ×
∑
Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt:
1 2
δ
r r r
λ
= + +
∑
[m

2
độ/W]
1 2
r , r
: Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống.
18
Đồ án môn học QT&TB
Tra bảng II.V.1 [4 – 4] lấy:

3
1
r 0,387 10
−
= ×
[m
2
độ/W] là nhiệt trở của cặn bẩn (
3
NaNO
)

3
2
r 0,232 10
−
= ×
là nhiệt trở của chất tải nhiệt (hơi nước)

δ
: bề dày ống truyền nhiệt,

3
δ 2 10
−
= ×
(m)

λ
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt (chọn thép cacbon)
λ 46,5=
[W/m.độ]
Thay số vào ta có:

3
3 3 4
2 10
r 0,387 10 0,232 10 6.620 10
46.5
−
− − −
×
= × + × + = ×
∑
[m
2
độ/W]

4 0
T1
t 32804 6,62 10 21,72 C
−

 
⇒ ∆ = × × =
 

4 0
T2
t 31020 6,62 10 20,54 C
−
 
∆ = × × =
 
Từ đó ta có:

o
21 1 11 T1
t T t t 33,66 4,77 21,72 7,17 C
 
∆ = ∆ − ∆ − ∆ = − − =
 
o
22 2 12 T2
t T t t 35,12 4,73 20,54 9,85 C
 
∆ = ∆ − ∆ − ∆ = − − =
 
Tính hệ số hiệu chỉnh
Ψ
:

0,435

0,565 2
dd dd dd nc
nc nc nc dd
λ ρ C μ
ψ
λ ρ C μ
 
      
 
=
 ÷  ÷  ÷ ÷
 
      
 
Trong đó:
λ
: hệ số dẫn nhiệt [W/m.độ] (lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch).

ρ
: khối lượng riêng [kg/
3
m
]

µ
: độ nhớt [Ns/m
2
]
Chỉ số dd: là dung dịch
Chỉ số nc: là nước.

Các thông số của nước :
• Tra bảng I.129 [3 – 133] và nội suy ta có :
19
Đồ án môn học QT&TB
Nồi 1:
0
s1
t 117,44 C=

nc1
λ 0,6859⇒ =
[W/m.độ]
Nồi 2:
0
s2
t 77,24 C=

nc2
λ 0,6726⇒ =
[W/m.độ]
• Tra bảng I.5 [3 – 11] và nội suy ta có:
Nồi 1:
0 3
s1 nc1
t 117,44 Cρ 945,35 kg/m
 
= ⇒ =
 
Nồi 2:
0 3

s2 nc2
t 77,24 Cρ 973,52 kg/m
 
= ⇒ =
 
• Tra bảng I.148 [3 – 166] và nội suy ta có :
Nồi 1:
0
s1
t 117,44 C=

nc1
C 4243.64⇒ =
[J/kg.độ]
Nồi 2:
0
s2
t 77,24 C=

nc2
C 4207.73⇒ =
[J/kg.độ]
• Tra bảng I.104 [3 – 96] và nội suy ta có :
Nồi 1:
0
s1
t 117,44 C=

2
nc1

μ 0,2381 Ns/m
 
⇒ =
 

Nồi 2:
0
s2
t 77,24 C=

2
nc2
μ 0,3691 Ns/m
 
⇒ =
 
Các thông số của dung dịch :
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch
3
NaNO
tính theo công thức:
3
dd dd
ρ
λ A C ρ
M
= × × ×
[3-123]
A : Hệ số tỷ lệ với chất lỏng liên kết
8

A=3,58 10
−
×
dd
C
: Nhiệt dung riêng của dung dịch. Theo tính toán ở bước 9 ta có :
dd1
C 3784,56=
[J/kg.độ];
dd2
C 3440,68=
[J/kg.độ]
ρ
: Khối lượng riêng của dung dịch
3
NaNO
. Tra bảng I.59 [3 – 46] và nội suy ta có:
Nồi 1:
0
s1
t 117,44 C=
và
1
9,59%x =
3
dd1
ρ 1006 kg/m
 
⇒ =
 

Nồi 2:
0
s2
t 77,24 C=
và
2
25%x =
3
dd2
ρ 1145 kg/m
 
⇒ =
 
M : Khối lượng mol của dung dịch tính theo công thức :
20
Đồ án môn học QT&TB
( )
3 3 2 2 3 3
NaNO NaNO H O H O NaNO NaNO
M M N M N 85N 18 1 N= × + × = + −
3
NaNO
N
: phần mol của
3
NaNO
trong dung dịch
Ta có:
Với nồi 1:
3

3
3 2
1
NaNO
NaNO (1)
1 1
NaNO H O
0.0959
M
85
N 0,022
1 0.0959 1 0.0959
85 18M M
x
x x
= = =
− −
++
Với nồi 2:
3
3
3 2
2
NaNO
NaNO (2)
2 2
NaNO H O
0,25
M
85

N 0,066
1 0,25 1 0,25
85 18M M
x
x x
= = =
− −
++
Thay vào công thức ta có:
Với nồi 1 :
1
M 85 0,022 18(1 0,022) 19,474= × + − =
Với nồi 2 :
2
M 85 0,066 18(1 0,066) 22,422= × + − =
Như vậy ta có :
8
dd1
3
dd1 dd1 dd1
1
ρ
3784,56
λ A C ρ 3,58 10 3784,56 1006 0,5076
M 19,474
−
= × × × = × × × × =
[W/m.độ]
8
dd2

3
dd2 dd2 dd2
2
ρ
3440,68
λ A C ρ 3,58 10 3440,68 1145 0,5233
M 22,422
−
= × × × = × × × × =
[W/m.độ]
Độ nhớt của dung dịch tính theo công thức Pavalov :
1 2
1 2
t t
const
θ θ
−
=
−
[3-85]
Chọn chất lỏng tiêu chuẩn là nước. Chọn
o
1
t 20 C=
;
o
2
t 40 C=
Với nồi 1 :
Tra bảng I.107 [3-100] và nội suy ta có :

21
Đồ án môn học QT&TB
o
1
t 20 C=
và
1
9,59%x =
ta có
3 2
11
μ 1,07 10 Ns/m
−
 
= ×
 
o
2
t 40 C=
và
1
9,59%x =
ta có
3 2
21
μ 0,72 10 Ns/m
−
 
= ×
 

Tra bảng I.102 [3-94] ta có:
3 o
11 11
μ 1,07 10 θ 17, 22 C= × ⇒ =
3 o
21 21
μ 0,72 10 θ 35,18 C= × ⇒ =
Tại
0
s1
t 117,44 C=
dung dịch có độ nhớt là
dd1
μ
tướng ứng với nhiệt độ
31
θ
của nước có
cùng độ nhớt nên ta có:
o
31
31
20 40 40 117, 44
θ 104,72 C
17,22 35,18 35,18θ
− −
= ⇒ =
− −
Tra bảng I.104 [3-96] và nội suy với
o

31
θ 104,72 C=
ta được
3 2
dd1
μ 0,271 10 Ns/m
−
 
= ×
 
Với nồi 2 :
Tra bảng I.107 [3-100] và nội suy ta có :
o
1
t 20 C=
và
2
25%x =
ta có
3 2
12
μ 1, 25 10 Ns/m
−
 
= ×
 
o
2
t 40 C=
và

2
25%x =
ta có
3 2
22
μ 0,95 10 Ns/m
−
 
= ×
 
Tra bảng I.102 [3-94] ta có:
3 o
12 12
μ 1,25 10 θ 11,60 C
−
= × ⇒ =
3 o
22 22
μ 0,95 10 θ 22,41 C
−
= × ⇒ =
Tại
0
s2
t 77,24 C=
dung dịch có độ nhớt là
dd2
μ
tướng ứng với nhiệt độ
32

θ
của nước có
cùng độ nhớt nên ta có:
o
32
32
20 40 40 77,24
θ 42,54 C
11,60 22,41 22,41θ
− −
= ⇒ =
− −
Tra bảng I.102 [3-94] và nội suy với
o
32
θ 42,54 C=
ta được
3 2
dd2
μ 0,6259 10 Ns/m
−
 
= ×
 
Thay các số liệu vào công thức tính hệ số hiệu chỉnh ta có:
22
Đồ án môn học QT&TB
Nồi 1:
0,435
0,565 2

dd1 dd1 dd1 nc1
1
nc1 nc1 nc1 dd1
λ ρ C μ
ψ
λ ρ C μ
 
      
 
=
 ÷  ÷  ÷ ÷
 
      
 

0,435
0,565 2
0,5076 1006 3784,56 0,2381
0,8008
0,6859 945,35 4243,64 0,271
 
      
= =
 
 ÷  ÷  ÷ ÷
      
 
 
Nồi 2:
0,435

0,565 2
dd2 dd2 dd2 nc2
2
nc2 nc2 nc2 dd2
λ ρ C μ
ψ
λ ρ C μ
 
      
 
=
 ÷  ÷  ÷ ÷
 
      
 

0,435
0,565
2
0,5233 1145 3440,68 0,3691
0,7276
0,6726 973,52 4207.73 0,6259
 
   
   
= =
 
 ÷  ÷
 ÷  ÷
   

   
 
 
Thay vào công thức ta có:
( )
0,5
2.33
21 1 21 1
45,3 p ' tψ
α
= × ×∆ ×

( )
0,5
2.33
22 2 22 2
45,3 p ' tψ
α
= × ×∆ ×

0,5 2,33
45,3 1,638 7,17 0,8008= × × ×

0,5 2,33
45,3 0,21 9,85 0,7276= × × ×

4572,34=
[W/m
2
.độ]

3117,50=
[W/m
2
.độ]
Lập bảng số liệu 5:
Nồi
dd
ρ
3
kg/m
nc
ρ
3
kg/m
nc
C
J/kg.độ
dd
C
J/kg.độ
dd
λ
W/m.độ
nc
λ
W/m.độ
3
dd
2
μ .10

N.s/m
3
nc
2
μ .10
N.s/m
1 1006 945,35 4243,64 3784,56 0,5076 0,6859 0,271 0,2381
2 1145 973,52 4207,73 3440,68 0,5233 0,6726 0,6259 0,3691
10.4/ Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch
Theo công thức:
2
2i 2i 2i
q t W/m
α
 
= ×∆
 
Thay số ta có:

2
21
q 4572,34 7,17 32783,68 W/m
 
= × =
 
23
Đồ án môn học QT&TB

2
22

q 3117,50 9,85 30707,38 W/m
 
= × =
 
10.5/So sánh
1i
q
và
2i
q
:
Ta có:

1
32804 32783,68
100% 0,062%
32804
ε
−
= × =

2
31020 30707,38
100% 1,008%
31020
ε
−
= × =
Vậy ta chấp nhận giả thiết :
0

11
4,77t C∆ =
;
0
12
4,73t C∆ =
Nồi
i
t
2
∆
i
ψ
i2
α
i
q
2
1 7,1 0,635 3636,62 25820,03
2 10 0,578 25677,27 25677,27
11. Xác định hệ số truyền nhiệt của từng nồi:
Ta có:

2
11 21
tb1
q q 32804 32783,68
q 32793,84 W/m
2 2
+ +

 
= = =
 
2
12 22
tb2
q q 31020 30707,38
q 30863,69 W/m
2 2
+ +
 
= = =
 
Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt cấc nồi
bằng nhau và nhỏ nhất thì áp dụng công thức:
tbi
i
i
q
K
t
=
∆
[W/m
2
.độ]
Thay số ta có:
tb1
1
1

q
32793,84
K 974,27
T 33,66
= = =
∆
[W/m
2
.độ]
tb2
2
2
q
30863,69
K 878,81
T 35,12
= = =
∆
[W/m
2
.độ]
24
Đồ án môn học QT&TB
Lượng nhiệt tiêu tốn :

[ ]
3
1
1
D r 5221,08 2117 10

Q 3070285 W
3600 3600
× × ×
= = =
[ ]
3
1 2
2
W r 4717,24 2227,85 10
Q 2919251 W
3600 3600
× × ×
= = =

12. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi:
Tỉ số :
1
1
Q 3070285
3151,37
K 974,2674
= =

2
2
Q 2919251
3321,82
K 878,8067
= =

Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi theo công thức:

i
2
* 0
i
i j
2
j
j=1
j=1
j
Q
K
T T C
Q
K
 
∆ = ∆ ×
 
∑
∑

( )
* o
1
3151,37
T 33,66 35,12 33,485 C
3151,37 3321,82
⇒ ∆ = + × =

+


( )
* o
2
3321,82
T 33,66 35,12 35, 296 C
3151,37 3321,82
∆ = + =
+
13. So sánh ∆T
i
* và ∆T
i

Ta có sai số:

1
33,66 33,485
100% 0,520%
33,66
ε
−
= × =

2
35,12 35, 296
100% 0,501%
35,12

ε
−
= × =
Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết phân bố áp suất ∆p
1
: ∆p
2
= 2,47:1
Lập bảng số liệu 7:

25