Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều. Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng. Cô đặc dung dịch HCl

CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Bộ môn: Công nghệ sau thu hoạch
--------o0o------TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

------------------NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BI
Họ và tên sinh viên: Lê Thanh Hải
Lớp: CNTP44
Ngành: Công nghệ Thực Phẩm
1/ Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều.
Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng.
Cô đặc dung dịch HCl
2/ Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo dung dịch đầu (Tấn/giờ): 9
- Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng): 8
- Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng) 30
- Ap suất hơi đốt nồi 1 (at):
3,2
- Ap suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng (at): 0,2
3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Đặt vấn đề
- Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế.
- Chương II:Tính toán công nghệ thiết bị chính.
- Chương III:Tính và chọn thiết bị phụ: Thiết bị Baromet, bơm chân không, bơm dung
dịch, thiết bị gia nhiệt.
- Chương IV: Kết luận.
- Tài liệu tham khảo
4/ Các bản vễ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ):
- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 và A3 đính kèm trong bản thuyết minh.

- 1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1.
5/ Giáo viên hướng dẫn:
Phần: toàn bộ
Họ và tên giáo viên: Nguyễn Văn Toản
6/ Ngày giao nhiệm vụ:
1/2/2013
7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
25/3/2013
Thông qua bộ môn
Ngày tháng năm 2013
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

TS. Nguyễn Văn Toản


ĐẶT VẤN ĐÊ
Công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu về hóa chất ngày càng tăng.
Do đó ngành công nghiệp hóa chất cơ bản cũng phát triển không ngừng, nhu cầu
về sản phẩm ngày càng phong phú. Trên cơ sở đó, quy trình sản xuất luôn được
cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn. Vấn đề đặt ra là việc sử dụng
hiệu quả năng lượng cho quá trình sản xuất nhưng vẫn đảm bảo năng suất.
Để sản xuất HCL dạng dung dịch có nồng độ cao cần tiêu hao nhiều năng
lượng cho quá trình cô đặc (bốc hơi nước, tăng nồng độ dung dịch). Việc tiết
kiệm năng lượng cho quá trình này được quan tâm hàng đầu. Với mục tiêu đó,
đồ án này thực hiện thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch HCL ba nồi xuôi chiều.
Vì vậy, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây

chuyền thiệt bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp
bách. Trong đó, nghiên cứu cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng
không kém trong hệ thống sản xuất.
Bên cạnh đó, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học và công
nghệ, ngành công nghiệp nước ta đang phải đối đầu với những thách thức to lớn.
Việc đào tạo nguồn nhân lực trẻ có đức có tài ngày càng trở thành một vấn đề
hết sức quan trọng và không thể thiếu. Để trở thành một người kỹ sư, việc giải
các bài toán công nghệ hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc, thiết bị và
dây chuyền công nghệ là một việc rất cần thiết và tất yếu. Ý thức được tầm quan
trọng và vai trò của mình trong tương lai, em đã vận dụng những kiến thức mà
mình đã được học trong suốt các năm học vừa qua vào việc hoàn thành đồ án
thiết kế này.

1


PHẦN I
Chương 1: TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIÊU CHẾ CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1. Tổng quan về sản phẩm
Axít clohiđric hay axít muriatic là một axít vô cơ mạnh, do sự hòa tan của
khí hiđrô clorua (HCl) trong nước.Axít clohiđric đậm đặc nhất có nồng độ tối đa
là 40%. Ở dạng đậm đặc axít này có thể tạo thành các sương mù axít, chúng đều
có khả năng ăn mòn các mô con người, gây tổn thương cơ quan hô hấp, mắt, da
và ruột. Ở dạng loãng, nó cũng được sử dụng làm chất vệ sinh, lau chùi nhà cửa,
sản xuất gelatin và các phụ gia thực phẩm,tẩy gỉ và xử lý da.
1.1.1. Tính chất vật lý
Công thức phân tử

HCL

Khối lượng phân tử

36.5

Dạng thường gặp

Chất lỏng trong suốt đến vàng nhạt

Tỷ trọng

1,18 g/cm3 (đa giá trị, đây là tỷ trọng của dung dịch
36-38%)
–27,32 °C (247 K) dung dịch 38%.
110 °C (383 K), dung dịch 20,2%; 48 °C (321 K),
dung dịch 38%.
Tan giới hạn
Tan trong ðimêtyl ête, êtanol, mêtanol
–8,0 (pKa)
1,342 (nD)
1,9·10-3 Pa·s ở 25 °C, dung dịch 31,5%

Điểm nóng chảy
Điểm sôi
Độ hòa tan trong nước
Độ hòa tan
Độ axit
Chiết xuất
Độ nhớt

1.1.2. Tính chất hóa học

HCl có khả năng tác dụng với:
Kim loại: Giải phóng khí hidrô và tạo muối clorua (trừ các kim loại đứng
sau hiđro trong dải hoạt động hóa học như Cu, Hg, Ag, Pt, Au).

•

Fe + 2HCl → FeCl2+ H2
Ôxít bazõ: Tạo muối clorua và nước.
2


ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O
• Bazơ: Tạo muối clorua và nước.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
• Muối: tác dụng với các muối có gốc anion hoạt động yếu hơn tạo muối
mới và axít mới.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Ngoài ra, trong một số phản ứng HCl còn thể hiện tính khử bằng cách khử
một số hợp chất như KMnO4(đặc), MnO2, KClO3 giải phóng khí clo.
2KMnO4(đặc) + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8 H2O
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
1.1.3. Điều chế
Axít clohiđric được sản xuất/điều chế theo các quy trình sau:
•
Tổng hợp từ các nguyên tố
Quá trình này tổng hợp trực tiếp từ khí clo và hiđro cho ra sản phẩm có độ tinh
khiết cao.
H2 + Cl2 → 2 HCl
(ΔH= -184,74 KJ/mol)
Phản ứng diễn ra trong buồng đốt được cung cấp khí clo và hyđro ở nhiệt

độ trên 2000°C có mặt ngọn lửa. Để đảm bảo rằng phản ứng diễn ra hoàn toàn,
người ta cung cấp lượng hyđro cao hơn clo một chút (1-2%) để không còn clo
trong sản phẩm. Hỗn hợp của hyđro và clo có khả năng gây nổ do đó cần những
thiết bị đặc biệt có khả năng chịu nhiệt cao, và một điểm không thuận lợi là các
chất phản ứng có chi phí cao.
• Phản ứng với clorua kim loại
Phản ứng với clorua kim loại, đặc biệt là natri clorua (NaCl), với axítsulfuric
H2SO4) hoặc hydro sulfat:Quá trình này được sử dụng chủ yếu trong thế kỷ 18
hay còn gọi là quy trình Leblanc dùng trong sản xuất natri cacbonat. Phản ứng
diễn ra gồm 2 giai đoạn: giai đoạn 1 ở nhiệt độ khoảng 150-250°C, và giai đoạn
2 ở nhiệt độ khoảng 500 đến 600°C :
NaCl + H2SO4 đặc → NaHSO4 + HCl↑
NaCl + NaHSO4 → Na2SO4 + HCl↑
Phản ứng tổng có thể được viết như sau:
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑

3


Chiều cân bằng phản ứng diễn ra theo hướng tạo khí HCl vì khí này được
lấy ra liên tục. Phương pháp cho phép tạo ra các sản phẩm tinh khiết, thường
được dùng trong phòng thí nghiệm. Phương pháp này không được dùng trong
sản xuất thương mại vì axít sulfuric đắt hơn axít clohiđric.
• Sản phẩm clo hóa trong sản xuất chất hữu cơ
Các phản ứng chính:
• Nhiệt phân 1,2-dicloretan tạo thành vinyl clorua, 90% lượng axít clohiđric
đường sản xuất ở Mỹ dùng phương pháp clo hóa này:
C2H4 + Cl2 → C2H4Cl2
C2H4Cl2 → C2H3Cl + HCl
• Clorua hóa ankan:

Cl2 + RH → RCl + HCl
với R-là gốc hydrocacbon.
• Phản ứng trao đổi gốc clo với HF. Phản ứng này được dùng để chuyển sản
phẩm clo hóa (RCl) tạo ra HCl.
RCl + HF → RF + HCl
• Tổng hợp tetrafloreten từ việc nhiệt phân clodiflometan:
2 CHF2Cl → CF2=CF2 + 2 HCl
• Từ đốt rác thải hữu cơ clo:
C4H6Cl2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O + 2HCl
• Hydrat hóa clorua kim loại nặng
2FeCl3 + 6H2O → Fe2O3 + 3H2O + 6HCl
Sau quá trình tạo khí HCl, dòng khí chứa HCl đưa qua tháp hấp thụ, ở đây
HCl lỏng đậm đặc được tạo ra bằng cách hấp thụ hơi HCl vào trong dung dịch
axít clohiđric yếu và được tách ra. Trong khi đó, dòng khí cuối cùng được đưa
tới thiết bị làm sạch để loại HCl tự do trước khi thải ra ngoài không khí.
1.1.4. Ứng dụng
Axít HCl được sử dụng phổ biến trong phòng thí nghiệm.
Axít clohiđric là một axít mạnh được sử dụng trong nhiều ngành công
nghiệp. Ứng dụng thường để xác định chất lượng sản phẩm theo yêu cầu.
•

Tẩy gỉ thép

4


Một trong những ứng dụng quan trọng của axít clohiđric là dùng để loại
bỏ gỉ trên thép, đó là các oxit sắt, trước khi thép được đưa vào sử dụng với
những mục đích khác như cán, mạ ðiện và những kỹ thuật khác. HCl dùng trong
kỹ thuật có nồng độ 18% là phổ biến, được dùng làm chất tẩy gỉ của các loại

thép cacbon.
Fe2O3 + Fe + 6 HCl → 3 FeCl2 + 3 H2O
Axít đã qua sử dụng được tái dùng nhiều lần gọi là các dung dịch sắt (II) clorua,
nhưng mức độ các kim loại nặng cao trong dung dịch tẩy này làm giảm hiệu quả
của phản ứng.
Công nghiệp tẩy thép đã phát triển các công nghệ "tái chế axít clohiđric",
như công nghệ lò phun hoặc công nghệ tái sinh HCl tầng sôi, quá trình này cho
phép thu hồi HCl từ chất lỏng đã tẩy rửa. Công nghệ tái chế phổ biến hất là
pyrohydrolysis, thực hiện theo phản ứng sau:
4 FeCl2 + 4 H2O + O2 → 8 HCl+ 2 Fe2O3
Bằng cách hồi phục đặc tính của axít đã qua sử dụng, người ta thực hiện
theo một chu trình axít khép kín. Sản phẩm phụ trong quá trình tái chế là sắt (III)
ôxít được thu hồi và sử dụng vào nhiều mục đích trong công nghiệp.
• Sản xuất các hợp chất hữu cơ
Một ứng dụng quan trọng khác của axít clohiđric là được dùng để sản
xuất các hợp chất hữu cõ như vinyl clorua và dicloroetan để sản xuất PVC. Quá
trình này sử dụng các axít do doanh nghiệp sản xuất chứ không từ thị trường tự
do. Các hợp chất hữu cơ khác được sản xuất từ HCl như bisphenol A sản xuất
polycacbonat, than hoạt tính, và axít ascobic, cũng như trong một số sản phẩm
của ngành dýợc:
2 CH2=CH2 + 4 HCl + O2 → 2 ClCH2CH2Cl + 2 H2O
gỗ + HCl + nhiệt → than hoạt tính
• Sản xuất các hợp chất vô cơ
Nhiều sản phẩm có thể được sản xuất từ axít clohiđric theo phản ứng axítbazơ tạo ra các hợp chất vô cơ. Chúng bao gồm các hóa chất xử lý nước như sắt
(III) clorua và polyaluminium clorua (PAC).
Fe2O3 + 6 HCl → 2 FeCl3 + 3 H2O (sắt (III) clorua từ magnetit)

5

Cả sắt (III) clorua và PAC đều được sử dụng làm chất keo tụ và chất đông
tụ để làm lắng các thành phần trong quá trình xử lý nước thải, sản xuất nước
uống, và sản xuất giấy.
Các hợp chất vô cơ khác được sản xuất dùng HCl như muối canxi clorua,
niken (II) clorua dùng cho việc mạ ðiện và kẽm clorua cho công nghiệp mạ và
sản xuất pin.
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O (canxi clorua từ ðá vôi)
•
Kiểm soát và trung hòa pH
Axít clohiđric có thể được dùng để điều chỉnh tính bazơ của dung dịch.
OH− + HCl → H2O + Cl−
Trong công nghiệp yêu cầu độ tinh khiết (thực phẩm, dược phẩm, nước
uống), axít clohiđric chất lượng cao được dùng để điều chỉnh pH của nước cần
xử lý. Trong ngành công nghiệp không yêu cầu độ tinh khiết cao, axít clohiđric
chất lượng công nghiệp chỉ cần đủ để trung hòa nước thải và xử lý nước hồ bơi.
• Tái sinh bằng cách trao đổi ion
Axít HCl chất lượng cao được dùng để tái sinh các nhựa trao đổi ion. Trao
đổi cation được sử dụng rộng rãi để loại các ion như Na+ và Ca2+ từ các dung
dịch chứa nước, tạo ra nước khử khoáng. Axít này được dùng để rửa các cation
từ các loại nhựa.
Na+ bị thay thế bởi H+
Ca2+ bị thay thế bởi 2 H+
Trao đổi ion và nước khử khoáng được sử dụng trong tất cả các ngành
công nghiệp hóa, sản xuất nước uống, và một số ngành công nghiệp thực phẩm.
• Ứng dụng khác
Axít HCl được sử dụng nhiều ứng dụng ở quy mô nhỏ như: xử lý da, vệ
sinh nhà cửa,và xây dựng nhà.Trong khai thác dầu, axít HCl có thể được dùng
để bơm vào trong tầng đá của giếng dầu nhằm hòa tan một phần đá hay còn gọi
là "rửa giếng", và tạo các lỗ rỗng lớn hơn. Axít hóa giếng khoan là một quá trình
phổ biến được sử dụng trong công nghiệp khai thác dầu biển Bắc. Khi trộn dung

dịch axít clohiđric đậm đặc và dung dịch axít nitric đậm đặc theo tỉ lệ mol 1:3
thì nó có khả năng hòa tan vàng và bạch kim, (xem nýớc cýờng toan).
Một số phản ứng hóa học liên quan đến axít HCl được ứng dung trong sản xuất
thực phẩm, các thành phần thực phẩm và phụ gia thực phẩm. Các sản phẩm đặc

6


trưng như aspartame, fructose, axít citric, lysine, thủy phân protein thực vật, và
trong sản xuất gelatin. Axít HCl cấp thực phẩm (loại an toàn cho con người khi
sử dụng) có thể được ứng dụng khi cần thiết trong sản phẩm cuối cùng.
1.2. Lý thuyết cơ bản của quá trình
1.2.1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong
dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng - rắn hay
lỏng- lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách
một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý - hóa lý.
1.2.2. Các phương pháp cô đặc
− Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang
trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất
tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
− Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử
sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng
nồng độ chất tan.
1.2.3. Ứng dụng của sự cô đặc
- Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, nước trái cây…
- Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ…
1.2.4. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất thực phẩm đều sử dụng
thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.

Mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn
tại của nhà máy. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và
hiệu suất cao.
1.2.5. Các thiết bị cô đặc nhiệt
1.2.5.1. Phân loại và ứng dụng
* Theo cấu tạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên, dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ
nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong
hoặc ngoài.
- Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc).
7


Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, có ưu điểm: tăng cường hệ số
truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh
trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc
nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Gồm:
- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi
tạo bọt khó vỡ.
- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít
tạo bọt và bọt dễ vỡ.
* Theo phương pháp thực hiện quá trình
- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi.
Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt
năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung
dịch đạt được là không cao.

- Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 oC, áp suất
chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
- Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên
lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực
hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích
khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều
khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
1.2.5.2. Hệ thống cô đặc chân không nhiều nồi xuôi chiều liên tục
- Trong thực tế sản xuất khi cần cô đặc một dung dịch từ nồng độ khá loãng
lên nồng độ khá đặc thì người ta hay dùng các hệ cô đặc nhiều nồi xuôi chiều
hay ngược chiều.
- Hệ xuôi chiều thích hợp cô đặc các dung dịch mà chất tan dễ biến tính vì
nhiệt độ cao. Hệ ngược chiều thích hợp cô đặc các dung dịch vô cơ không bị
biến tính vì nhiệt độ cao.
- Dùng hệ thống cô đặc chân không nhằm hạ thấp nhiệt độ sôi của dung dịch
để giữ được chất lượng sản phẩm và thành phần quý.

8


1.3. Lựa chọn phương án thiết kế - Thuyết minh qui trình công nghệ
1.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế
Tập đồ án này thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều, buồng đốt ngoài
kiểu đứng, cô đặc dung dịch Hcl có nồng độ đầu là 12% đến nồng độ cuối 32%.
Năng suất tính theo dung dịch đầu là 9 tấn/giờ.
1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ
Dung dịch ban đầu trong thùng chứa (13) được bơm (11) 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 sơ bộ (2). Tại thiết bị (2) dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ

sôi rồi đi vào nồi 1. Tại nồi 1 dung dịch đường bốc hơi một phần tại buồng bốc
(5), hơi thứ của nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2. Hơi thứ của nồi 2 làm hơi đốt cho
nồi 3. Hơi thứ của nồi 3 được đưa vào thiết bị Baromet (14) tạo chân không cho
toàn bộ hệ thống. Dung dich sau khi cô đặc ở nồi 1 được dẫn ra cửa để đi vào
nồi 2, rồi sản phẩm của nồi 2 sẽ tiếp tục đi vào nồi 3, khi đạt đến nồng độ yêu
cầu thì được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm (12).

9


Chương 2: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BI CHÍNH
2.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Số liệu ban đầu :
- Năng suất tính theo dung dịch đầu
: 9 (Tấn/giờ)
- Nồng độ đầu của dung dịch
: 8 (% khối lượng)
- Nồng độ cuối của dung dịch
: 32 (% khối lượng)
- Áp suất hơi đốt nồi 1
: 3,2 (at)
- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng : 0,2 (at)
2.1.1. Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống
- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn bộ hệ thống:
Gđ = Gc + W
Trong đó: + Gđ , Gc là lượng dung dịch đầu và lượng dung dịch cuối (kg/h)
+ W lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)
- Viết cho cấu tử phân bố:
Gđ.xđ = Gc.xc + W.xw
Trong đó :

xđ, xc là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra khỏi nồi cuối (%
khối lượng)
Xem lượng hơi thứ không mất mát ta có:
Gđ.xđ = Gc.xc
Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống:
W = G đ (1 −

Xđ
)
Xc

Theo giả thiết ta có: Gđ = 9 (Tấn/h) = 9000 ( Kg/h)
Xđ = 8%
Xc = 30%
Thay vào biểu thức trên ta có:
8
W = 9000 (1- 30 ) = 6600 (kg/h)

10


2.1.2. Xác định nồng độ cuối mỗi nồi
W2
W1
Chọn: W = 1.03; W3 = 1.01 (1)
2

- Ta có: W = W1 + W2 + W3 = 6600 (kg/h) (2)
Với : W1, W2 , W3 là lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1, 2, 3
Từ (1) và (2) suy ra :

W1 = 2250,920 (kg/h)
W2 = 2185,359 (kg/h)
W3 = 2163,722 (kg/h)
- Nồng độ cuối mỗi nồi:
Nồi 1: x1 = Gđ

xd
8
= 9000 (
) = 10,668 (%)
Gd − W1
9000 − 2250,920
xd

8

Nồi 2: x2 = Gđ G − (W + W ) = 9000 [ 9000 − (2250,920 + 2185,359) ] = 15,777 (%)
d
1
2
Nồi 3:

xd

8

x3 = Gđ G − (W + W + W ) = 9000 (
) = 30 (%)
9000 − 6600
d

1
2
3

2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
2.2.1. Xác định áp suất trong mỗi nồi
Gọi P1, P2, P3, Pnt: là áp suất của nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ.
∆ P1: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2.
∆ P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với nồi 3.
∆ P3: hiệu số áp suất của nồi 3 so với thiết bị ngưng tụ.
∆ P: hiệu số áp suất của toàn hệ thống.
Giả sử rằng hơi đốt dùng để bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão hoà.
Ta có: ∆ P = P1 - Pnt = 3,2 – 0,2 = 3(at).
∆P1

∆P2

Chọn: ∆P = 1.,805 ; ∆P = 1,540 (3)
2
3
Ta có: ∆ P = ∆ P1+ ∆ P2 + ∆ P3 = 3 (at) (4)
Từ (3) và (4) suy ra:
∆ P1 = 1,567 (at)
∆ P2 = 0,868 (at)
∆ P3 = 0,564 (at)
11


∆ P1 = P1 – P2 ⇒ P2 = P1 - ∆ P1 = 3,2 – 1,567 = 1,633 (at).
∆ P2 = P2 – P3 ⇒ P3 = P2 - ∆ P2 = 1,633– 0,868 = 0,765 (at).

2.2.2. Xác định nhiệt độ trong các nồi
Gọi thđ1, thđ2, thđ3, tnt: là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ.
tht1, tht2, tht3: là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2,3.
Giả sử tổn thất nhiệt do trở lực trên đường ống gây ra khi chuyển từ nồi
này sang nồi khác là 10C.
tht1 = thđ2 + 1
tht2 = thđ3 + 1
tht3 = tnt + 1
Dựa vào các số liệu ở trên và bảng (I.251 – STQTTB T1/Trang 314 và
I.250/Trang 312), ta lập bảng sau:
Bảng 2.1. Áp suất, nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ mỗi nồi

Hơi đốt
Hơi thứ

Nồi 1
P (at) t (°C)
3,2
134,9
1,687 114,299

Nồi 2
Nồi 3
TB ngưng tụ
P (at) t (°C)
P (at) t (°C) P (at) t (°C)
1,633 113,299 0,765 91,715 0,2
59,7
0,795 92,715

0,21 60,7

2.2.3. Xác định tổn thất nhiệt độ
2.2.3.1. 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 của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi
nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra.
Ta có: ∆' = tosdd - tosdmnc (ở cùng áp suất).

T
∆ ' = ∆ ' o .16,2. s
r

Áp dụng công thức Tisenco:

2

Trong đó:
Ts: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất , oK.
∆ ' o : tổn thất nhiệt độ do áp suất thường (áp suất khí quyển) gây ra.

r : nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất làm việc, J/kg
Tra bảng VI.2,STQTTB,T2/Trang 63.

12


Bảng 2.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra
Nồng độ dung dịch (% khối lượng)
∆' (°C)

Nồi 1
10,668
1,681

Nồi 2
15,777
3,344

Nồi 3
30
7,2

Tra bảng I.251 – STQTTB T1/Trang 314 xác định được nhiệt hóa hơi, ta có
bảng sau:
Bảng 2.3. Nhiệt hóa hơi của các nồi
Nồi 1
1,687
2222,644.103

Áp suất hơi thứ (at)
Nhiệt hóa hơi r (J/kg)

Nồi 2
0,795
2278,415.103

Nồi 3
0,210
2355,719.103

* Với nồi 1:
16,2.( t ht1 + 273)
∆'1 = ∆'o1
r1

2

16, 2. ( 114,299 + 273)
∆ '1 = 1, 681
2222, 644.103

2

= 1.838 (oC)

* Với nồi 2:
16,2.( t ht 2 + 273)
∆'2 = ∆'o 2
r2

∆ '2 = 3,344

2

16, 2(92,715 + 273) 2
= 3,180 (oC)
3
2287, 415.10

* Với nồi 3:
16,2.( t ht 3 + 273)
∆'3 = ∆'o3
r3

∆ '1 = 7, 2

2

16, 2. ( 60,7 + 273)
2355, 719.103

2

= 5.514 (oC)

⇒ ∑∆’ = ∆’1 + ∆’2 + ∆’3 = 1,838 + 3,180 + 5,514 = 10,532 (oC)

2.2.3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh ( ∆ ' ' )
Áp suất dung dịch thay đổi theo chiều sâu của lớp dung dịch: Ở trên bề
mặt thì bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi,còn ở đáy ống thì bằng áp suất trên
mặt cộng với áp suất thuỷ tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính
toán, ta thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch:

13


Hay

Ptb= Po+ (h 1 +

h2
)ρdds.g
2

Ptb= Po+ (h 1 +

g
h2
)ρdds. 9,81.10 4 , at
2

, N/m2

- Trong đó:
Po: áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch, N/m2.
h 1 : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền
nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch, m (chọn h 1 =0,5m cho cả 3 nồi).
h 2 : chiều cao ống truyền nhiệt, m. Chọn h 2 = 4m cho cả 3 nồi.
ρdds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3.
ρ ddsoi =

Với:

ρ dd
2

g: gia tốc trọng trường, m/s2, g = 9,81 m/s2
Nồi 1: Ứng với x1=10,668 %
Tra bảng I.86 STQTTB T1/Trang 59

⇒ ρdd 1 = 1012, 274( Kg / m3 ) → ρddsoi1 =

1012, 274
= 506,137( Kg / m3 )
2

Ta có: P01 = 1,687 (at)
Suy ra:
Ptb1= 1,687 + (0,5 +

4 506,137.9,81
) 9,81.104 = 1,814 (at)
2

⇒ ttb1 = 116,525 (0C) ( Tra bảng I.251 STQTTB,T1/Trang 314)

Mà ∆' '1 = ttb1 – tmt1
Với tmt1 : nhiệt độ mặt thoáng của dung dịch.
0
tmt1 = ∆ '1 + tht1 = 1,838 + 114,299 = 116,137 ( C)
0

⇒ ∆' '1 = 116,525 – 116,137 = 0,388 ( C)

Nồi 2: Ứng với x2 = 15,777 %
Tra bảng I.86 STQTTB,T1/Trang 59
⇒ ρdd 2 = 1037, 217( Kg / m3 ) → ρddsoi 2 =

1037, 217
= 518, 608( Kg / m3 )

2

Ta có: P02 = 0,795 (at)
Suy ra:

14


Ptb2 = 0,795 + (0,5 +

4 518, 608.9,81
) 9,81.104 = 0,924 (at)
2

⇒ ttb2 = 96,909 (0C) ( Tra bảng I.251 STQTTB,T1/Trang 314)

Mà ∆' ' 2 = ttb2 – tmt2
0
tmt2 = ∆ ' 2 + tht2 = 3,180 + 92,715 = 95,895 ( C)

⇒ ∆' ' 2 = 96,909 – 95,895 = 1,014 ( 0C)

Nồi 3: Ứng với x3 = 30 %
Tra bảng I.86 STQTTB,T1/Trang 59
⇒ ρdd 2 = 1103( Kg / m3 ) → ρ ddsoi 2 =

1103
= 551,5( Kg / m3 )
2

Ta có: P03 = 0,210 (at)
Suy ra:
Ptb3 = 0,210 + (0,5 +

4 551,5.9,81
)
4 = 0,348 (at)
2 9,81.10

⇒ ttb3 = 71,932 (0C) ( Tra bảng I.251 STQTTB,T1/Trang 314)

Mà ∆' '3 = ttb3 – tmt3
0
tmt3 = ∆' 3 + tht3 = 5,514 + 60,7 = 66,214 ( C)

⇒ ∆' ' 3 = 71,932 – 66,214 = 5,718 ( 0C)

Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh trên toàn hệ thống:
0
Σ∆ ' ' = ∆' '1 + ∆' ' 2 + ∆' ' 3 = 0,388 + 1,015 + 5,718 = 7,121( C)

2.2.3.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực trên đường ống (∆' ' ' )
- Nồi 1:

∆ ' ' '1 = 1( o C )

- Nồi 2:

∆ ' ' ' 2 = 1( o C )

- Nồi 3:

∆' ' '3 = 1( o C )

→ Σ∆ ' ' ' = ∆' ' '1 + ∆' ' ' 2 + ∆' ' '3 = 1 + 1 + 1 = 3( o C )

2.2.3.4. Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống
Σ∆ = Σ∆ '+ Σ∆ ''+ Σ∆ ''' = 10,532 + 7,121 + 3 = 20, 653( o C )

2.2.3.5. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi và cho hệ thống
* Cho từng nồi:
o
+ Nồi 1: ∆ thi1 = thd 1 − thd 2 − ∑ ∆1 = 134,9 − 113, 299 − (1,838 + 0,389 + 1) = 18,375( C )

Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch:
∆t hi1 = thd1

0
– ts1 ⇒ ts1 = thd1 - ∆t hi1 = 134,9 – 18,375 = 116,524 ( C)

15


o
+ Nồi 2: ∆ thi 2 = thd 2 − thđ 3 − ∑ ∆ 2 = 113, 299 − 91, 715 − (3,180 + 1, 015 + 1) = 16,389( C )

Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch:
∆t hi 2 = thd2

0

– ts2 ⇒ ts2 = thd2 - ∆t hi 2 = 113,299 – 16,389 = 96,910 ( C)

o
+ Nồi 3: ∆ thi 3 = thd 3 − tnt − ∑ ∆ 3 = 91, 715 − 59, 7 − (5,514 + 5, 719 + 1) = 19, 782( C )

Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch:
∆t hi 3 = thd3

0
– ts3 ⇒ ts3 = thd3 - ∆t hi 3 = 91,715 – 19,782 = 71,933 ( C)

* Cho toàn hệ thống:
∑ ∆t hi = t chung − ∑ ∆ = t hd 1 − t nt − ∑ ∆
= 137,9– 60,7 – 20,653 = 54,547 (°C)
2.2.4. Cân bằng nhiệt lượng
2.2.4.1. Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)
Ta có:
Khi x < 20 % áp dụng CT:C = 4168.(1-x) , J/kg.độ.
(CT I.43 STQTTB,T1/Trang152)
x > 20 % áp dụng CT :C = Cht.x + 4186.(1-x)
(CT I.44 STQTTB,T1/Trang152)
Trong đó ; x: nồng độ dung dịch, % khối lượng
-Nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu: x = 8 %
Cđ = 4186.(1-8/100) = 3851,120 (J/kg.độ)
-Nồi 1 : x = 10,668 %
C1 = 4186.(1-10,668/100) = 3739,432 (J/kg.độ)
-Nồi 2 : x = 15,777 %
C2 = 4186.(1-15,777/100) = 3525,592 (J/kg.độ)
-Nồi 3 : x = 30 %
Ta có : Mct.Cht = nH.CH + nCl.CCl

Theo bảng STQTTB,T1/152.
CH = 18000 (J/kg.độ) ; CCl =33500 (J/kg.độ)
⇒ Cht =

1
Mct

.(nH.CH +nCl.CCl)

Cht = 1410,959
Nên C3 = 1410,959.0,3 +4186.(1-0.3) = 3353,488 (J/kg,độ)
2.2.4.2. Tính nhiệt lượng riêng

16


I:nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)
i:nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)
(Tra bảng I.249 STQTTB,T1/Trang 310, bảng I.250 STQTTB,T1/Trang 312)
Bảng 2.4. Nhiệt dung riêng, nhiệt lượng riêng của hơi đốt, hơi thứ các nồi
Nồi

t
( C)
134,9
o

1

Hơi đốt

Hơi thứ
Dung dịch
-3
-3
I.10
Cn
T
i.10
C
ts
0
0
(J/kg)
(J/kg.độ)
( C)
(J/kg)
(J/kg.độ)
( C)
2732,860 4276,290 114,299 2702,878 3739,432 116,524

2

113,299 2701,378 4238,608

3

91,715

2665,588 4210,743

92,715

2666,886 3525,592

96,910

60,7

2609,588 3353,488

71,933

2.2.4.3. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

Gọi D1: là lượng hơi đốt dùng cho hệ thống (kg/h)
I1, I2, I3: hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (J/kg)
Gđ, Gc: lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)
W1,W2 : lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h)
Cđ, C1, C2, C3: nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2 và nồi 3
của dung dịch (J/kg độ)
tđ, ts1, ts2, ts3: nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2 và nồi 3 của dung
dịch (0C)
W1, W2, W3: lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (kg/h)
i1, i2, i3: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (J/kg)
17


Cn1, Cn2, Cn3: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3
(J/kg.độ)
θ 1 , θ 2 ,θ 3 : nhiệt độ của nước ngưng ở nồi 1, nồi 2 và nồi 3 (0C)

Qtt1, Qtt2, Qtt3: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1, nồi 2 và
nồi 3 (J)
Nhiệt lượng vào:
Nồi 1:
+ Do hơi đốt mang vào: D1.I1
+ Do dung dịch mang vào: Gđ.Cđ.tđ
Nồi 2:
+ Do hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W1.i1
+ Do dung dịch ở nồi 1 mang vào: (Gđ – W1).C1.ts1
Nồi 3:
+ Do hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 2): W2.i2
+ Do dung dịch ở nồi 2 mang vào: (Gđ – W1 – W2).C2.ts2
Nhiệt lượng ra:
Nồi 1:
+ Do hơi thứ mang ra : W1.i1
+ Do dung dịch mang ra : (Gđ –W1).C1.ts1
+ Do hơi nước ngưng tụ mang ra : D1.Cn1. θ1
+ Do tổn thất chung : Qtt1= 0,05D1(I1 - Cn1 θ1 )
Nồi 2:.
+ Do hơi thứ mang ra : W2i2
+ Do dung dịch mang ra : (Gđ – W1 – W2).C2ts2
+ Do hơi nước ngưng tụ mang ra : W1Cn2 θ 2
+ Do tổn thất chung : Qtt2 = 0,05W1(i1 - Cn2 θ 2 )
Nồi 3:.
+ Do hơi thứ mang ra : W3i3
+ Do sản phẩm mang ra : (Gđ – W1 – W2 – W3)C3ts3
+ Do hơi nước ngưng tụ mang ra : W2Cn3 θ 3
+ Do tổn thất chung : Qtt3 = 0,05W2(i2 - Cn3 θ 3 )
Phương trình cân bằng nhiệt lượng: ∑ Qvào = ∑ Qra

18


Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Nồi 1:
D1I1 + GđCđtđ = W1i1 + (Gđ – W1)C1ts1 + D1Cn1θ1 + 0,05D1(I1 - Cn1 θ1 )
Nồi 2:
W1i1 + (Gđ – W1)C1ts1 = W2i2 + (Gđ – W1 – W2)C2ts2 + W1Cn2 θ 2 + 0,05W1(i1 - Cn2
θ2 )

Nồi 3:
W2i2 + (Gđ – W1 – W2)C2ts2 = W3i3 + (Gđ – W)C3ts3 + W2Cn3 θ 3 + 0,05W2(i2 - Cn3
θ3 )

Với W = W1 + W2 + W3
θ1 = thđ1, θ2 = thđ2, θ3 = thđ3
tđ = ts1
 Từ nồi 2 suy ra:
W1i1 + GđC1ts1 – W1C1ts1 = W2i2 + GđC2ts2 – W1C2ts2 – W2C2ts2 + W1Cn2 θ 2 +
0,05W1i1 – 0,05W1Cn2 θ 2
⇔ W1i1 – W1C1ts1 + W1C2ts2 – 0,05W1i1 – W1Cn2 θ 2 + 0,05W1Cn2 θ 2 + W2C2ts2 –

W2i2 = GđC2ts2 – GđC1ts1
⇔ W1(0,95i1 – 0,95Cn2 θ 2 – C1ts1 + C2ts2) + W2(C2ts2 – i2) = Gđ(C2ts2 – C1ts1)
Thay số vào ta được:
W1(0,95.2702,878.103 – 0,95.4238,608.113,299 – 3739,432.116,524 +
3525,592.96,910) + W2(3525,592.96,910 – 2666,886.103) = 9000.
(3525,592.96,910 – 3739,155.116,524)
⇔ W1.2017441,818 + W2.(–2325223,371) = –846674506,562 (5)
 Từ nồi 3 suy ra:

W2i2 + GđC2ts2 – W1C2ts2 – W2C2ts2 = Wi3 – W1i3 – W2i3 + GđC3ts3 – WC3ts3 +
W2Cn3θ3 + 0,05W2i2 – 0,05W2Cn3θ3
⇔ W1i3 – W1C2ts2 + W2i2 – W2C2ts2 + W2i3 – 0,05W2i2 – W2Cn3θ3 + 0,05W2Cn3θ3
= GđC3ts3 – GđC2ts2 + Wi3 – WC3ts3
⇔ W1(i3 – C2ts2) + W2(0,95i2 – 0,95Cn3θ3 – C2ts2 + i3) = Gđ(C3ts3 – C2ts2) + W(i3 – C3ts3)
Thay số vào ta được:

19


W1(2609,588.103 – 3525,592.96,910) + W2(0,95.2666,886.103 –
0,95.4210,743.91,715 – 3525,592.96,524 + 2609,588.103) = 9000.
(3353,488.71,932 – 3525,592.96,910) + 6600.(2609,588.103 – 3353,488.71,932)
⇔ W1.2267925,005 + W2.4434589,662 = 14727250866,147 (6)
Giải hệ phương trình (5) và (6) ta có kết quả:
W1 = 2144,134 (kg/h)
W2 = 2224,448 (kg/h)
W3 = 2231,418 (kg/h)
 Từ nồi 1 suy ra:
D1I1 + GđCđtđ = W1i1 + (Gđ – W1)C1ts1 + D1Cn1θ1 + 0,05D1I1 – 0,05D1Cn1θ1
⇔ 0,95D1I1 – 0,95D1Cn1θ1 = W1i1 + (Gđ – W1)C1ts1 – GđCđtđ
W1i1 + (Gđ − W1 )C1t1 − Gđ C đ t đ
0,95( I1 − C n1θ1 )

⇔ D1 =

=

2144,134.2702,878.103 + (9000 − 2144,134)3739, 432.116,524 − 9000.3851,120.116.524
0,95(2732,860.103 − 4276, 290.134,9)

= 2316,15 (kg/h)
Tính sai số:
+ Nồi 1:
η1=

2144,134 − 2250,920
.100% ≈ 4,744% < 5%
2144,134

+ Nồi 2:
η 2=

2224, 448 − 2185,359
.100% ≈ 1,789% < 5%
2224, 448

+ Nồi 3:
η 3=

2231, 418 − 2163, 722
.100% ≈ 3,129% < 5%
2231, 418

⇒ x1 = Gđ

xd
= 9000
Gd − W1

[

8
9000 − 2144,134

xd

] = 10,502 (%)
8

x2 = Gđ G − W − W = 9000 ( 9000 − 2144,134 − 2224, 448 ) = 15,545(%)
d
1
2
xd

8

x3 = Gđ G − W − W − W = 9000 (
) = 30 (%)
9000 − 6600
d
1
2
3
2.3. TÍNH BÊ MẶT TRUYÊN NHIỆT
20


Xác định các thông số cơ bản của dung dịch có ảnh hưởng đến bề mặt

truyền nhiệt
2.3.1. Độ nhớt ( µ )
(Tra bảng I.107 STQTB T1 trang 100 )
 Nồi 1: x1 = 10,502 % và ts1 = 116,524 (°C)
t1 = 60

(°C)

t = 80
2

Chọn: Nồng độ x = 10 %

Nồng độ x = 15%

⇒ Nồng độ x = 10,502 %

t1 = 60


(°C)
t = 80
2
t1 = 60

(°C)

t = 80
2

ts2 = 116,524 (°C) ⇒

 µ1 = 0,57.10−3

⇒
(N.s/m2)
 µ = 0, 45.10−3
 2
 µ1 = 0.64.10−3

⇒
(N.s/m2)
 µ = 0.50.10 −3
 2

 µ1 = 0,577.10−3

⇒
(N.s/m2)
 µ = 0, 455.10−3
 2

μ2 = 0,233.10-3 (N.s/m2)

 Nồi 2: x2 = 15,545% và ts2 = 96,910 (°C)
t1 = 60


(°C)
t = 80

2

Chọn: Nồng độ x = 10 %

Nồng độ x = 15%

⇒ Nồng độ x = 15,545 %

t1 = 60

(°C)

t = 80
2
t1 = 60


(°C)
t = 80
2

ts2 = 96,910 (°C) ⇒

 µ1 = 0,57.10−3

⇒
(N.s/m2)
 µ = 0, 45.10−3
 2

 µ1 = 0.64.10−3

⇒
(N.s/m2)
 µ = 0.50.10 −3
 2
 µ1 = 0, 648.10−3

⇒
(N.s/m2)
 µ = 0,505.10 −3
 2

μ2 = 0,385.10-3 (N.s/m2)

 Nồi 3: x3 = 30 % và ts3 = 71,932 (°C)

21


Nồng độ x = 20 %

t1 = 50

(°C)

t = 60
2

Nông độ x = 25 %

t1 = 50


(°C)
t = 60
2

⇒ Nồng độ x = 30 %

µ1 = 0.75.10 −3

⇒
(N.s/m2)
µ = 0.64.10 −3
 2
µ1 = 0.87.10 −3

⇒
(N.s/m2)

−3
µ 2 = 0.74.10

 µ1 = 1,10.10−3
t1 = 50


(°C) ⇒ 
(N.s/m2)


t = 60
 µ = 0,9410−3
2
 2

ts3 = 71,932 (°C) ⇒

μ3 = 0.737.10-3 (N.s/m2)

2.3.2. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ )
λ dd = A.C p .ρ .3

ρ
(W/m.độ) (Công thức I.32 STQTTB T1/Trang 123)
M

Với A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước.
Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg.độ)
ρ : khối lượng riêng (kg/m3)
M: khối lượng mol của chất lỏng.
Chọn A = 3,58.10-8
Ta có :
M = mi.Mdd+(1-mi).Mnước
Trong đó mi là phần mol của cấu tử
Công thức chuyển nồng độ phần khối lượng cấu tử bất kỳ trong 1 pha
sang phần mol
xi
M dd
mi =

xi 1− xi
+
M đ M H 2O

Vậy
*Nồi 1: x1 = 10,502 %
22


Cp1 = 3739,432 (J/kg.độ)
ρ1 = 1012,274(kg/m3) (Tra bảng I.86 STQTTB T1/Trang 59)
0,1050
36,5
m1 = 0,1050 1 − 0,1050 = 0,055
+
36, 5
18

⇒ M1 = 0,055.36,5 + (1-0,055).18 = 19,017
⇒ λ dd1 = 3,58.10-8 .3739,432.1012,274. 3

1012, 274
= 0,510 (W/m.độ)
19, 017

*Nồi 2: x2 = 15,545 %
Cp2 = 3525,592 (J/kg.độ)
ρ1 = 1037,217(kg/m3) (Tra bảng I.86 STQTTB T1/Trang 59)
0,1554
36,5

m2 = 0,1554 1 − 0,1554 = 0,083
+
36, 5
18

⇒ M2 = 0,083.36,5 + (1-0,083).18 = 19,535
⇒ λ dd2 = 3,58.10-8 .3525,592.1037,217. 3

1037,217
= 0,492 (W/m.độ)
19,535

*Nồi 3: x3 = 30 %
Cp3 = 3353,488 (J/kg.độ)
Ρ3 = 1103 (kg/m3) (Tra bảng I.86 STQTTB T1/Trang 59)
0,30
36,5
m3 = 0,30 1 − 0,30 = 0,174
+
36,5
18

⇒ M3 = 0,174.36,5 + (1-0,174).18 = 21,219
⇒ λ dd3 = 3,58.10-8 .3353,488.1103. 3

Lập bảng các thông số của dung dịch

Bảng 2.5

23

1103
= 0,494 (W/m.độ)
21, 219


Cp
(J/kg.độ)
3739,432
3525,592
3353,488

Nồi
1
2
3

ρdd
(kg/m3)
1012,274
1037,217
1103

λdd
(W/m.độ)
0,510
0,492
0,494

µdd.103

( N.s/m2)
0,233
0,385
0,737

2.3.3. Hệ số cấp nhiệt ( α )
2.3.3.1. Về phía hơi ngưng tụ ( α 1 )
α 1 = 2,04. A.4

r
(Công thức V.101 STQTTB T2/Trang 28)
H .∆t1

Với r : ẩn nhiệt ngưng (J/kg)
H : chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H = 4m)
A=4

ρ 2 .λ3
: là hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm
µ

tm = 0,5(tT1 + thd)
∆ t1 = thd - tT1
Nồi 1: Chọn ∆ t11 = 1,805(oC)
⇒ tT11 = thd1 - ∆ t11 = 134,9 – 1,805 = 133,095 (oC)
⇒ tm1= 0,5(134,9 + 133,095) = 133,998 (oC)
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A1= 192,199
Từ thđ1=134,9 oC ta có r1=2165,280.103 (J/kg) (Tra bảng I.250 STQTTB,
T1/Trang 312)
→ α11 = 2, 04.192,199. 4

2165,280.103
= 9175, 423(W / mđô
.2 )
4.1,805

→ q11 = α11.∆t11 = 9175, 423.1,805 = 16561, 638(W / m 2 )

Nồi 2: Chọn ∆ t12= 1,402 (oC)
⇒ tT12 = thd2 - ∆ t12 = 113,299 – 1,402 = 111,897 (oC)
⇒ tm1= 0,5(113,299 + 111,897) = 112,598 (oC)
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A2= 184,669
Từ thđ2= 113,299 oC, ta có r2= 2225,423.103 (J/kg) (Tra bảng I.250 STQTTB,
T1/Trang 312)

24