Đồ án Công nghệ sau thu hoạch Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều, thiết bị cô đặc phòng đốt treo, cô đặc dung dịch NaCl

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ
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------------------------NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thuần
Lớp: CNTP45
Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
1/ Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều.
Thiết bị cô đặc phòng đốt treo.
Cô đặc dung dịch NaCl
2/ Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo dung dịch đầu (Tấn/giờ):
18
- Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng):
12
- Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng):
25
- Áp suất hơi đốt nồi 1 (at):
4
- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng (at):
0,3
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: Tống Thị Quỳnh Anh.
6/ Ngày giao nhiệm vụ:
25/03/2014
7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
25/05/2014
Thông qua bộ môn
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Ngày.... tháng .... năm 2014
(Ký, ghi rõ họ tên)
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)
Tống Thị Quỳnh Anh

1


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ............................................................................................................ 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU
CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ............................................................ 6
I. Tổng quan về sản phẩm ........................................................................................... 6
1.1.1. Tính chất vật lý cơ bản của sản phẩm ........................................................... 6
II. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp cô đặc .......................................................... 6
1.2.1. Định nghĩa ..................................................................................................... 6

1.2.2. Các phương pháp cô đặc................................................................................ 7
1.2.3. Ứng dụng của sự cô đặc ................................................................................ 8
1.2.4.Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình ............................................ 8
III. Lựa chọn phương án thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ ........................ 9
1.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế ......................................................................... 9
1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ ................................................................. 9
CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ................. 11
2.1. Tính cân bằng vật liệu ......................................................................................... 11
2.1.1. Xác định lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống ......................................... 11
2.1.2. Xác định sự phân phối hơi thứ trong các nồi ................................................ 11
2.1.3. Xác định nồng độ dung dịch cuối mỗi nồi .................................................... 12
2.2. Cân bằng nhiệt lượng........................................................................................... 12
2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ trong các nồi ban đầu ....................................... 12
2.2.2. Xác định các loại tổn thất nhiệt độ trong các nồi .......................................... 13
2.2.2.1. Tổn thất do nồng độ gây ra ( ') ................................................................ 13
2.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ( '') ............................................... 15
2.2.2.3 Tổn thất do trở lực của đường ống ( ''') .................................................... 17
2.2.3. Tổn thất cho toàn bộ hệ thống ....................................................................... 17
2.2.4. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi ................... 17
2.2.5. Cân bằng nhiệt lượng..................................................................................... 18
2.2.5.1. Tính nhiệt dung riêng ................................................................................. 18
2.2.5.2. Tính nhiệt lượng riêng ................................................................................ 18
2.2.5.3. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng ..................................................... 19
2.3. Tính bề mặt truyền nhiệt ...................................................................................... 21
2.3.1. Độ nhớt. ......................................................................................................... 21
2.3.2. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ...................................................................... 22
2.3.3. Hệ số cấp nhiệt .............................................................................................. 23
2.3.3.1. Về phía hơi ngưng tụ .................................................................................. 24
2.3.3.2. Về phía dung dịch sôi ................................................................................. 25
2

2.3.4. Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi .......................................... 25
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHÍNH ........................................................................ 31
3.1. Buồng bốc ............................................................................................................ 31
3.1.1. Tính số ống truyền nhiệt ................................................................................ 31
3.1.2. Đường kính thiết bị buồng đốt ...................................................................... 31
3.2. Buồng bốc ............................................................................................................ 32
3.2.1. Đường kính buồng bốc .................................................................................. 32
3.2.2. Chiều cao buồng bốc ..................................................................................... 32
3.3. Đường kính các ống dẫn ...................................................................................... 33
3.3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt .......................................................................... 33
3.3.2. Đường kính ống dẫn hơi thứ.......................................................................... 34
3.3.3. Đường kính ống dẫn dung dịch ..................................................................... 34
3.3.4. Đường kính ống tháo nước ngưng ................................................................. 36
3.4. Chiều dày vĩ ống .................................................................................................. 37
3.5. Chiều dày lớp cách nhiệt ..................................................................................... 37
3.5.1. Chiều dày lớp cách nhiệt của ống dẫn ........................................................... 37
3.5.1.1. Chiều dày của ống dẫn hơi đốt ................................................................... 38
3.5.1.2. . Chiều dày của ống dẫn hơi thứ ................................................................. 38
3.5.1.3. . Chiều dày của ống dẫn dung dịch............................................................. 39
3.5.2. Tính chiều dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị ............................................. 40
3.6. Chọn mặt bích ...................................................................................................... 40
3.6.1. Chọn mặt bích buồng đốt .............................................................................. 40
3.6.2. Chọn mặt bích buồng bốc .............................................................................. 40
3.7. Chọn tai treo ........................................................................................................ 42
3.7.1. Tai treo buồng đốt.......................................................................................... 42
3.7.2. Bề dày đáy buồng đốt .................................................................................... 43
3.7.3. Bề dày nắp buồng đốt .................................................................................... 46
3.7.4. Bề dày nắp buồng đốt .................................................................................... 47

3.7.5. Bề dày nắp buồng bốc ................................................................................... 50
3.7.6. Khối lượng lớp cách nhiệt ............................................................................. 52
3.7.7. . Khối lượng cột chất lỏng ............................................................................. 53
3.7.8. . Khối lượng cột hơi ....................................................................................... 53
3.7.9. . Khối lượng bích ........................................................................................... 53
3.7.10. . Khối lượng ống truyền nhiệt ..................................................................... 54
3.7.11. . Khối lượng vĩ ống ...................................................................................... 54
CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ PHỤ ............................................................................... 56
4.1. Cân bằng vật liệu ................................................................................................. 56
3


4.1.1. lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ ............................... 56
4.1.2. Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị ................ 56
4.2. Kích thước thiết bị ngưng tụ ................................................................................ 57
4.2.1. đường kính thiết bị ngưng tụ ......................................................................... 57
4.2.2. Kích thước tấm ngăn ..................................................................................... 57
4.2.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ............................................................................ 59
4.2.4. Kích thước ống baromet ................................................................................ 60
4.3. Chọn bơm ............................................................................................................ 62
4.3.1. Bơm chân không ............................................................................................ 62
4.3.2. Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ ............................................................ 63
4.3.3. Bơm dung dịch lên thùng cao vị .................................................................... 66
4.3.4. Bơm dung dịch từ nồi 3 vào nồi 2 ................................................................. 68
4.3.5. Bơm dung dịch từ nồi 2 vào nồi 1 ................................................................. 70
4.3.6. Bơm dung dịch từ nồi 1 sang bể chứa sản phẩm ........................................... 72
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN ....................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 76

4

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, công nghiệp hóa chất đã trở thành một phần không thể thiếu trong nền
công nghiệp thế giới. Đó là một ngành công nghiệp hiện đại và luôn đòi hỏi sự đổi mới,
sản xuất ra các loại hóa chất khác nhau, phục vụ cho cuộc sống hằng ngày cũng như các
ngành công nghiệp khác, như công nghiệp sản xuất xà phòng, sản xuất vải, giấy, …và cả
công nhệ thực phẩm.Quy trình công nghệ sản xuất ra một sản phẩm luôn phải trải qua
nhiều giai đoạn phức tạp, trong đó cô đặc luôn là một phần không thể thiếu, đó là một
giai đoạn quan trọng và có tính quyết định đến chất lượng cũng như nồng độ sản phẩm.
Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaCl, vì khả năng
ứng dụng rộng rãi của nó.
Trong quy trình sản xuất NaCl, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng.
Nó đưa dung dịch NaCl đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu cầu sử dụng đa
dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh.
Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc NaCl ba nồi ngược
chiều có buồng đốt treo nhằm cô đặc dung dịch NaCl từ 12% lên 25%.
Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thực phẩm, việc
thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và
hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên
tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với
các thông số kỹ thuật cụ thể.
Em xin chân thành cảm ơn cô Tống Thị Quỳnh Anh đã chỉ dẫn tận tình trong quá
trình em thực hiện đồ án. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khác
trong bộ môn cũng như các anh chị, các bạn đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ
ích trong quá trình hoàn thành đồ án. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên việc thực
hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót; vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và
hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các bạn để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao.

5


CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN
THIẾT KẾ
1.1. GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM
Trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay, các hóa chất được sử dụng từ
ngành công nghiệp hóa chất có một vai trò không thể thiếu và được ứng dụng rộng rãi.
Natri clorua với công thức hóa học NaCl, là một trong những hóa chất thông dụng với
nhiều ứng dụng tực tiễn, hiện nay NaCl đang được sản xuất ngày càng lớn.
1.1.1. Tính chất vật lý cơ bản của NaCl
- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành các ion.
- Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày
- Khối lượng riêng dung dịch tại 25% là 1136,52 (kg/m 3 )
- Muối có vị mặn, vị của muối là một trong những vị cơ bản.
- Muối ăn cần thiết cho mọi sự sống của mọi cơ thể sống. Muối ăn tham gia vào
chức năng điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể ( cân bằng lỏng)
- Muối còn được dùng làm chất bảo quản thực phẩm (ướp thịt, cá tránh bị
- ươn …) hay dùng làm chất phụ gia thục phẩm. Ngoài ra nó còn được ứng
dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.
- Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối Iôt. Nó thu nhận được
từ mỏ muối hay từ nước biển.
1.2. CƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
1.2.1. Định nghĩa:
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan
không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:
- Làm tăng nồng độ chất tan.
- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.
- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không,
áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống
nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:
Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì
nhiệt.
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân hủy
ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các
quá trình đun nóng khác.

6


Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài
không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun
sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi
dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của
dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu
tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt
độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng một thiết
bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm việc gián
đoạn hoặc liên tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo
yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết
bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp
suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do
đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt
truyền nhiệt.
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa

kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt
như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa
vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba...hơi thứ nồi cuối cùng đi vào
thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều
bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên. Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi
là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh
lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi
phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm
việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.
1.2.2. Các phương pháp cô đặc
 Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái
rắn 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. Tùy theo tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình
kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.

7


Phương pháp nhiệt

Phương pháp lạnh

Dễ bị quá nhiệt cục bộ làm hỏng sản
phẩm

Sản phẩm không bị hỏng do nhiệt

Sản phẩm dễ bị thay đổi màu sắc, đôi
Sản phẩm không thay đổi màu sắc,
khi có mùi
không có mùi
Hiệu suất cô đặc cao

Hiệu suất cô đặc thấp

Thiết bị đơn giản

Thiết bị phức tạp

1.2.3. Ứng dụng của cô đặc
 Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mỳ chính, nước trái cây...
 Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ...
1.2.4. Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình:
Người ta có thể phân loại thiết bị cô đặc theo:
 Nguyên lý làm việc: Thiết bị làm việc gián đoạn, làm việc liên tục.
 Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: áp suất dư; áp suất khí quyển; áp suất
chân không.
 Theo phương pháp cấp nhiệt: thiết bị dùng hơi (thường được dùng nhiều hơn cả);
thiết bị dùng nước nóng, dầu nóng; thiết bị dùng điện; thiết bị dùng khói của phản ứng
cháy.
 Theo cấu tạo thiết bị: thiết bị có buồng đốt là giàn ống đứng, nằm ngang, nằm
nghiêng; buồng đốt treo.
Ngoài ra đối với loại được đốt nóng bằng hơi nước thường chia làm 6 loại gồm ba
nhóm chủ yếu:
 Nhóm 1:
Dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn 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).
 Nhóm 2:
Dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. 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.
8


+ 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. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung
dịch nước trái cây, hoa quả ép…, 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.
1.3. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - THUYẾT MINH QUY TRÌNH
CÔNG NGHỆ
1.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế
Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các thiết bị nói trên
ta chọn loại thiết bị cô đặc ba nồi ngược chiều phòng đốt treo.
 Ưu điểm:
Khi cô đặc ngược chiều thì dung dịch có nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào nồi đầu, ở
đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt không tăng mấy. Kết quả là hệ số truyền nhiệt trong
các nồi hầu như không giảm đi mấy. Ngoài ra lượng bốc hơi ở cuối nồi sẽ nhỏ hơn khi
cô đặc ngược chiều, do đó lượng hơi nước dùng làm ngưng tụ hơi trong thiết bị ngưng

tụ sẽ nhỏ hơn.
Hệ thống này thường dùng cho dung dịch có độ nhớt cao, ăn mòn.
 Nhược điểm:
Do dung dịch đi từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao nên không tự di
chuyển được mà phải sử dụng bơm để vận chuyển dung dịch, làm tăng chi phí.
1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ
Dung dịch ban đầu trong thùng chứa nguyên liệu (1) được bơm ly tâm (2) bơm lên
thùng cao vị (3) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế (16) sau đó vào
thiết bị gia nhiệt (4). Tại thiết bị gia nhiệt dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của
nồi 3. Sau quá trình gia nhiệt dung dịch được chuyển qua nồi 3 qua cửa số (5). Tại nồi 3
dung dịch NaCl bốc hơi một phần tại buồng bốc, hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ,
được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau
khi qua thiết bị thu hồi bọt rồi đi vào thiết bị baromet. Nước ngưng tụ nồi 3 sẽ qua cửa
(10) ra bể chứa nước ngưng. Còn sản phẩm nồi 3 được bơm vào nồi 2 làm nguyên liệu để
tiếp tục quá trình cô đặc, và sản phẩm của nồi 2 được bơm đi làm nguyên liệu cô đặc của
nồi 1, tiếp tục cô đặc đến khi đạt được nồng độ yêu cầu thì đưa sản phẩm ra ngoài vào bể
chứa sản phẩm (17). Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt

9


chính là hơi thứ của nồi 1, hơi đốt của nồi 3 là hơi thứ của nồi 2, còn hơi thứ của nồi 3 đi
vào thiết bị ngưng tụ baromet.

10


CHƯƠNG 2 :
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
2.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU

Mục đích: Tính được lượng hơi đốt và hơi thứ
Số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo dung dịch đầu: 18 tấn/h = 18 000 kg/h
- Nồng độ đầu của dung dịch: 12% khối lượng
- Nồng độ cuối của dung dịch: 25% khối lượng
- Áp suất hơi đốt của nồi 1: 4 at
- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị: 0,3 at
2.1.1.Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống
Gọi: G đ , G c : Lượng dung dịch đầu và cuối ( kg/h )
X đ , X c : Nồng độ đầu và cuối (% khối lượng )
W: Lượng hơi thứ thoát ra
- Ở đây ta coi quá trình bốc hơi chất hòa tan không mất mát theo hơi thứ
- Phương trình cân bằng vật liệu của quá trình bốc hơi:

Gđ = G C + W
-

(1)

Đối với chất hòa tan:
G đ .X đ = G c .X c + W. x

w

(2)

Giả sử lượng hơi thứ trong quá trình cô đặc không bị hao hụt ta có:
Gđ.xđ = Gc.xc
X
W  G đ   đ 

Từ ( 1 ) và ( 2 ) ta có:
Xc
-

W = 18 00. ( 1 Vậy lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống là
2.1.2. Sự phân phối hơi thứ trong các nồi


12
) = 9360 ( kg/h )
25

9360 kg/h

- Gọi W 1 , W 2 và W 3 là lượng hơi thứ bốc ra từ các nồi tương ứng là 1, 2 và 3
- Chọn phân bố hơi thứ theo tỉ lệ:

W1
=1,27
W2

Ta có lượng nước bốc hơi qua các nồi:

11

W2
= 1,15
W3

W = W1+ W 2 + W3 = W1+

W1
W1
+
=9360 ( kg/h )
1,27 1,27.1,15

 W1=

3888.658 kg/h
W 2 = 3061,935 kg/h
W 3 = 2662.552 kg/h

2.1.3. Xác định nồng độ cuối mỗi nồi
Gọi X 1 , X 2 , X 3 là nồng độ tương ứng sau cô đặc các nồi 1, 2 và 3 (% khối lượng)
 Nồi 1:
X1= X đ .

Gđ
18000
= 12.
= 25 %
18000  9360
Gđ  W

 Nồi 2:
X2= Xđ .

Gđ

18000
= 15.
= 17,6 %
Gđ  W2  W3
18000  3061,935  2662,552

 Nồi 3:
X3= Xđ .

Gđ
18000
= 12.
=14, 083%
Gđ  W3
18000  2662,552

2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích: Tính được lượng nhiệt cần tiêu tốn, hệ số, nhiệt độ hữu ích. Tính được hệ số
truyền nhiệt K để từ đó tính được bề mặt truyền nhiệt.
2.2.1. Xác định P và t o trong mỗi nồi.
P : Hiệu áp suất chung ( at )
P 1 , P 2 , P 3 áp suất hơi đốt nồi 1, 2 và 3 ( at )
P nt áp suất ngưng tụ
-

Giả thiết sử dụng hơi đốt để bốc hơi và đun nóng  hơi bão hòa

  1  nt  4  0,3  3,7
Mà:

Giả sử sự giảm P là không đồng đều và tuân theo:

P1  P2  P3  3,7
P
P1
P1  1 
 3,7
2,06 2,06.2,04

P1  2,141


P2  1,050
P3  0,509

12

P1
P2
=2,06 ;
= 2,04
P2
P3


P2  P1  P1  4  2,141  1,859

P1  P1  P2

- Ta có:

P2  P2  P3

 P3  P2  P2  1,1,859  1,050  0,809

P3  P3  Pnt

Pnt  P3  P3  0,809  0,509  0,3

Gọi t hđ 1 , t hđ 2 , t hđ 3 và t nt là nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ
Gọi t ht1 , t ht 2 và t ht 3 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2 và 3
 Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 1 0 C ( tổn thất nhiệt do

trợ lực thủy học trong ống dẫn )
 Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối bằng nhiệt độ thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 0 C
thđ2 = tht1 - 1
thđ3 = tht2 - 1
t ht 3 = tnt + 1
 tra

bảng I.251 ST QTTB T 1 /312 và I.251 ST QTTB 2/314
Nồi 1
Nồi 2
Nồi 3

P(at)

Hơi
đốt
Hơi thứ

4

1,921

Thiết bị
ngưng tụ

T( o C)

P(at)

T( o C)

P(at)

T( o C)

142,900

1,859

117,273

0,809

93.303

118,273

0,842

94,303

0,314

P(at)

T( o
C)

0,3

68,7

69,7

2.2.2. Xác định tổn thất nhiệt trong các nồi
Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm : Tổn thất do nồng độ, tổn thất do áp
suất thủy tĩnh và tổn thất do trợ lực đường ống
2.2.2.1.Tổn thất nhiệt do nồng độ ( ' ).
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 soi của ung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn
thất nhiệt dô nồng độ gây ra.
'   0  f
'

2

Mà: f  16,2 

Ts
T
 '  16,2  s
r
r

2

13


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
Ta xác định được tổn thất nhiệt độ  ' o theo nồng độ dung dịch (% khối lượng) theo
bảng VI.2.STQTTB T2/60
Nồng độ dung dịch % khối
lượng

Nồi 1

Nồi 2

Nồi 3

25 %

17,6 %

14,083 %

∆ o ' 0C

7
4,090
2,929
Ta xác định được nhiệt hóa hơi r theo áp suất hơi thứ theo I.251.STQTTB T1/314
được thể hiện trong bảng 2.3 Thông số nhiệt hóa hơi theo áp suất hơi thứ.
Nồi 1
1,921

Áp suất hơi thứ at
Nhiệt hóa hơi r J/kg
(  10 3 )

Nồi 2
0,842

Nồi 3
0,314

2211,555 2239,260 2247,76

Áp dụng công thức ở trên ta tính được tổn thất nhiệt độ theo nồng độ ở các nồi như sau:
* Nồi 1:
16,2.t ht1  273
r1

2

 '1   'o1

= 4 oC

* Nồi 2:
' 2  ' o 2

16,2.t ht 2  273
r2

2

= 4,09 oC

* Nồi 3:
16,2.t ht 3  273
r3

2

 '3   ' o 3

0

= 2,929 oC
0
t ht ( c)

'

r ( j /kg)

' ( o C )

Nồi 1

4

118,273

2211,555.10 3

4,484

Nồi 2

4,09

94,303

2239.260.10 3

3,922

Nồi 3

2.929

69,7

2247,76.10 3

2,478

3 Nồi

  
'

'
1

 ' 2   3  4,484+3,922+2,478=10,954
'

14


Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra là: 10,954 oC.

2.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ( ' ' )
Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu 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
thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính toán, ta thường tính theo áp suất
trung bình của dung dịch.
 Tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu trung bình của cột chất lỏng:
h 


Ptb= P0 + h1  2  dds.g
2


N/m2

Trong đó:
P0 là áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch.
dds là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi kg/m3
dds =

1
dd
2

dd là khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi kg/m3.
h 1 là chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng của dung dịch, giả sử h 1 = 0,5m cho cả 3 nồi
h 2 là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h 2 = 3 m cho cả 3 nồi.
 Để tính nhiệt độ sôi của dd NaCl ứng với áp suất tb dùng công thức Babo
P

= const

PS

Trong đó:
P là áp suất hơi bão hòa trên mặt thoáng của dung dịch at.
Ps là áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất at. Nội suy từ bảng
QTTB T 1 /31

 Nồi 1:
Ứng với x1 = 25%  tsôi= 106,962 0C
(I.204.STQTTB T1/236)
Pht=1,921 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps= 1,329 at. (T1/312)
Tra bảng I.31.STQTTB T1/38.
  dd 1  1136,52 kg / m 3   ddsoi1  568,260 kg / m3

Ta có: P01 = Pht1 = 1,921 at.
15

I.251 ST


Suy ra:
3 568,260.9,81
Ptb1 = 1,921 + (0,5 + ).
= 2,032 at
2
9,81.10 4

K=

1
P
=
Ps
1,329

Mà P = Ptb1 = 2,032 at → Ps=2,032 .1,921 = 2,702 at.
 tS1 = 128,936 0C (I.251.STQTTB T1/314)

Mà ' '1 = tS1 – tmt1
Với tmt1 : nhiệt độ mặt thoáng của dung dịch.
tmt1 = '1 + tht1 = 4.484 +118,273 = 122,757 0C
 ' '1 = 128,936 –122,757 = 6,1790C

 Nồi 2:
Ứng với x2 = 17,6%  tsôi = 103,966 0C
(I.204.STQTTB T1/236)
Pht = 0,842 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps = 1,202 at.
(I.250 STQTTB T1/312)
Tra bảng I.31 STQTTB T1/38:
3
  dd 2  1093,438 kg / m   ddsoi2 

1093,438
 546,719 kg / m3
2

Ta có: P02 = Pht2 = 0,842 at
Suy ra:
3 546,719.9,81
Ptb2=0,842 +(0,5+ )
= 0,949 at.
2
9,81.10 4

K=

1
P

=
Ps 1,202

Mà P=Ptb2=0,949 at →Ps=0,949 .0,842 = 1,14 at.
 tS2 = 102,66 0C (I.251.STQTTB T1/314)
Mà ' ' 2 = tS2 – tmt2
Với tmt2 : nhiệt độ mặt thoáng của dung dịch.
tmt2 = '2 + tht2 = 3,942 + 94,303 = 98,295 0C.
 ' '2 = 102,66 –98,295 = 4,3650C.
 Nồi 3:
Ứng với x3 =14,083 %  tsôi =102,839 0C
(I.204.STQTTB T1/236)
Pht = 0,314 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps=1,154 at.
16


Tra bảng I.31.STQTTB T1/38:
3
  dd 3  1055,427 kg / m   ddsoi3 

1055,427
 527,714 kg / m3
2

Ta có: P03 = Pht3 = 0,314 at
Suy ra
3 527,714.9,81
Ptb3 = 0,314 + (0,5+ )
= 0,418 at.
2

9,81.10 4

K=

1
P
=
Ps 1,154

Mà P = Ptb3 = 0,418 at →Ps = 0,314 .0.418 = 0,481 at.
 tS3 = 79,857 0C(I.251.STQTTB.T1/314)
Mà  ' '3 = tS3 – tmt3
Với tmt3 : nhiệt độ mặt thoáng của dung dịch.
tmt3 =  '3 + tht3 = 2,478 + 69,7 = 72,178 0C
  ' '3 = 79,857 – 72,178 = 7,679 0C
 Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh trên toàn hệ thống:

' ' = ' '1 + ' ' 2 +  ''3 = 6,179+4,365+7,679 = 18,223 0C

2.2.2.3. Tổn thất do trở lực trên đường ống  ' ' '
Chọn tổn thất nhiệt độ trên mỗi nồi là 1 0 C
Nồi 1: ' ' '1  1o C
Nồi 2:
Nồi 3:

' ' ' 2  1o C
' ' '3  1o C

Tổn thất do toàn bộ đường ống là:  '''  ' ' '1  ' ' '2  ' ' '3  1  1  1  3o C
2.2.3. Tổn thất cho toàn hệ thống:

  ' ' ' ' ' '  10,954 +18,233 + 3 = 32,177 0 C
2.2.4 Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi:
 Cho từng nồi:
 Nồi 1:
 thi 1 = thd1  thd2   1 = 142,9  117,273  (4,484+ 6,179 +1) = 13,964 oC

 thi 1 = thd1  ts1  ts1  thd1   thi 1 = 142,9  13,964 = 128,936 oC

 Nồi 2:
 thi 2 = thd2  thd3    2 = 117,273  93,303  (3,992+4,365+1) = 14,613 oC

 thi 2 = thd2  ts2  ts2  thd2   thi 2 = 117,273 – 14,613 = 102,66 oC
17


 Nồi 3:
 thi 3 = thd3  tnt    3 = 93,303  68,7  (2,478 +7,679 +1) = 13,446 oC

 thi 3 = thd3  ts3  ts3  thd3   thi 3 = 93,303  13,446 = 79,857



Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn hệ thống:
hi  tchung    thd1  tnt   = 142,9  68,7  32,177 = 42,023 oC

2.2.5 Cân bằng nhiệt lượng
2.2.5.1 Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)
Tính nhiệt dung riêng của NaCl:
Tính nhiệt dung riêng của NaCl theo công thức:
Mct.Cht = nNa.CNa + nCl.CCl

(I.41.STQTTB T1/152)
Trong đó:
Mct: Khối lượng phân tử NaCl
Cct: Nhiệt dung riêng của NaCl
NNa, nCl: số nguyên tử Na, Cl trong hợp chất NaCl.
CNa, CCl: nhiệt dung riêng của các nguyên tố Na, Cl.
Theo bảng I.141.STQTTB T1/152 ta có: CNa = CCl= 26000 J/kg.độ
 Cct 

26000  26000
 888,89 J/kg.độ
23  35,5

Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc:
Vì xđ = 12% < 20% nên áp dụng công thức I.43.STQTTB T1/152:
Cđ = 4186.(1-x)  C0 = 4186.(1 – 0,12 ) = 3683,680 J/kg.độ
 Nồi 3:
x = 14,083 % < 20%
Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 3 :
C3 = 4186.(1  0,14083) = 3596,486 (J/kg.độ)
 Nồi 2 :
x = 17,6% < 20%
Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2 :
C2 = 4186.(1  0,176) = 3449.264 (J/kg.độ)
 Nồi 1 :
x = 25 % > 20%
Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1 :
C1= Cht.x + 4186.(1  x) J/kg.độ
I.44/15
C1 = 888,89.0,25 + 4186.( 1 – 0,25 ) = 3161,72 (J/kg.độ)

2.2.5.2 Tính nhiệt lượng riêng
18


Từ nhiệt độ của hơi thứ và hơi đốt của các nồi ở trên ta xác định được nhiệt lượng
riêng, nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ của hơi đốt, hơi thứ theo bảng I.250.STQTTB
T1/312 và nhiệt dung riêng của tại nhiệt độ sôi dung dịch theo bảng I.249.STQTTB
T1/310
_ Gọi:
I : nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)
i : nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)
Tra bảng I.249 STQTTB,T1/310, bảng I.250 STQTTB,T1/312)
Bảng 2.4 Nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng của hơi thứ, hơi đốt và nhiệt độ sôi của
dung dịch trong các nồi.
Hơi đốt
Hơi thứ
Dung dịch
3
3
Nồi
Cn
I. 10
i. 10
T(oC)
t(oC)
C (J/kg.độ)
ts(oC)
(J/kg.độ)
(J/kg)
(J/kg)

142,9
2744060
4294,25
118,273
2708580
3161,72
128936
1
117,273 2707180
4245,36
94,303
2669890
3449,64
102,66
2
3

93,303

2667950

4233,65

69,7

2625770

3596,486

2.2.5.3 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

D1, D2, D3 là lượng hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h)
Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống (kg/h).
W1, W2, W3 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3. (kg/h).
C1, C2, C3 là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1,2,3 (J/kg.độ).
Cđ, Cc là nhiệt dung riêng của dung dịch dịch vào và ra (J/kg.độ).
Cn1, Cn2, Cn3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ).
I1, I2, I3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, (J/kg).
i1, i2, i3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, 2, 3, (J/kg).
tđ, tc là nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, (oC).
t1, t2, t3 là nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 1, 2, 3 ở Ptb (oC)

1,2 ,3 là nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2, 3, (oC).
Qtt1, Qtt2, Qtt3 là nhiệt tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3, (J)
 Phương trình cân bằng nhiệt lượng:  Q vào =  Qra
Bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng của 3 nồi
19

79,857


Vào
Nồi 1
Ra

Vào
Nồi 2
Ra

Vào
Nồi 3

ra

Hơi đốt mang vào
Dung dịch mang vào
Hơi thứ ra
Dung dịch mang ra
Nước ngưng mang ra
Tổn thất nhiệt chung 1
Hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1)
Dung dịch ở nồi 1 mang vào
Hơi thứ ra
Dung dịch mang ra
Nước ngưng mang ra
Tổn thất nhiệt chung 2
Hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 2)
Dung dịch nồi 2 mang vào
Hơi thứ ra
Dung dịch mang ra
Nước ngưng mang ra
Tổn thất nhiệt chung 3

D1.I1
(Gđ  (W2+W3)).C2.ts2
W1.i1
(Gđ  W).C1.ts1
D1.Cn1.  1
0,05D1(I1-Cn1.  1)
D2.I2=W1.i1
(Gđ-W3).C3.ts3
W2.i2

(Gđ-(W2+W3)C2.ts2
D2Cn2  2
0,05D2(I2-Cn2.  2)
D3I3=W2i2
GđCđtđ
W3i3
(Gđ-W3)C3ts3
D3Ccn3  3
0,05D3(I3-Cn3  3)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
 Nồi 1 :
D1I1+(Gđ  W2  W3)C2ts2 = W1i1+D1Ccn1 1 +(Gđ – W)C1ts1+0,05D1(I1  Ccn1 1 )

 D1(0,95I1  0,95Ccn1 1 )+ W2(i1  C2ts2) + W3(i1  C2ts2) =Gđ(C1ts1  C2ts2)+W(i1 
(1)
C1ts1)
 Nồi 2:
W1i1+( Gđ–W3)C3ts3 = W2i2+( Gđ– W2 – W3)C2ts2 + W1Cn2  2 + 0,05W1(i1  Cn2  2 )

 W1(0,95i1  0,95Cn2  2) +W2(C2ts2  i2) +W3(C2ts2  C3ts3) = Gđ(C2ts2  C3ts3)

(2)
 Nồi 3:
W2i2+GđCđtđ = W3i3 + (Gđ- W3)C3ts3 + W2Cn2  2 + 0,05W2 (i2  Cn33 )

 W2(0,95i2  0,95Cn3  3) +W3(C3ts3  i3) = Gđ(C3ts3  Cđtđ) (3)
Mà: W = W1 + W2 + W3 = 9360 (4)
Giải hệ 3 phương trình 3 ẩn ,(2),(3), (4) ta có:
W1 = 3699,198 kg/h

W2 = 2914,155 kg/h
20


W3 = 2746,647 kg/h

Nồi 1 (W1)
Nồi 2 (W2)
Nồi 3 (W3)
x1 =Gđ

Theo CBVL, kg/h
3888,658
3061,935
2662,552

Theo CBNL,kg/h
3699,198
2914,155
2746,647

Sai số, %
4,872 < 5%
4,826 < 5%
3,158< 5%

xd
12
= 18000(
)

18000  3699,198  2914,155  2746,647
Gd  (W1  W2  W3 )

= 25 %
 x2 = Gđ

xd
12
= 18000(
) = 14,588 %
18000  2914,155  2746,647
Gd  ( W2  W3 )

 x3 = Gđ

xd
1
= 18000 (
Gd  W 3
18000  2746,647

) = 11,801 %

2.3. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT
Xác định các thông số cơ bản của dung dịch
2.3.1. Độ nhớt (  )
Ta sử dụng công thức Pavolov:

t1  t 2
 K  const

1   2

Với t1, t2 là nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt μ1, μ2.

1 , 2 là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt tương ứng.
Nên:

ts  t2
t  t2
 K  s  s
 2
s 2
K

 Nồi 1:
Nồng độ dung dịch x1= 25 %
Chọn chất chuẩn là H20
Tra bảng của nước phụ thuộc nhiệt độ.
I.102, STQTTB T1/ Trang 94
I.107, STQTTB T1/ Trang 100
 t1  50 0 C  1  0,84.10 3 ( N .s / m 2 )  1  20,6280 C
 t 2  60 0 C   2  0,99.10 3 ( N .s / m 2 )   2  27,784 0 C

K

50  60
 1,397
20,628  27,784

21

Từ đó ta có:

S 

ts  t2
128,936  60
 2 
 77,130 0 C
k
1,397

 µs1 = 0,37.10-3 (N.s/m2)

 Nồi 2:
Nồng độ dung dịch x2= 14,588%
Chọn chất chuẩn là H20
Tra bảng của nước phụ thuộc nhiệt độ.
I.102, STQTTB T1/ Trang 94, I.107, STQTTB T1/ Trang 100
 t1  40 0 C  1  0,963.10 3 ( N .s / m 2 )  1  17,8210 C
 t 2  50 0 C   2  0,812.10 3 ( N .s / m 2 )   2  29,297 0 C

K 

40  50
 0.871
17,821  29,297

Từ đó ta có:  S 

ts2  t2
102,660  50
 2 
 50  89,76 0 C
k
0,87

 µs2 = 0,317.10-3 (N.s/m2)

 Nồi 3:
Nồng độ dung dịch x2= 11,801%
Chọn chất chuẩn là H20
Tra bảng của nước phụ thuộc nhiệt độ.
I.102, STQTTB T1/ Trang 94, I.107, STQTTB T1/ Trang 100
 t1  30 0 C  1  1,048.10 3 ( N .s / m 2 )  1  18,460 0 C
 t 2  45o C   2  0,651.10 3 ( N .s / m 2 )   2  40,4130 C

K 

Từ đó ta có:  s 

30  45
 0,684
18,460  40,413

ts2  t2
79,857  45
 2 
 45  91,370 0 C

k
0,684

 µs2 = 0,312.10-3 (N.s/m2)

2.3.2. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( λ )

(W/m.độ) ( Công thức I.32 STQTTB T1/Trang 123)
dd  A.C p ..3
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)
 : khối lượng riêng (kg/m3)
M: khối lượng mol của chất lỏng.
22


Chọn : A = 3,58.10-8
Ta có : M = mi.Mdd+(1-mi).Mnước
xi
M dd
mi 
Mà ta có:
xi
1 xi

Mđ
M H 2O

Vậy:
 Nồi 1:



mi1=

25%
58,5
 0.093
25% 1  25%

58,5
18

M1= 0,093.58,5 + (1-0,093).18 = 24,23

  1= 3,58.10-8 .3038,81.1136,52. 3

 Nồi 2: :



1136,52
 0,45 (W/m.độ)
24,23

14,588%
58,5
 0.05

mi1=
14,588% 1  14,588%

58,5
18

M2= 0,05.58,5 + (1-0,05). 18 = 21,35

  2 = 3,58.10-8.3449,264.1093,438.

 Nồi 3:



3

1093,438
 0,501 (W/m.độ)
21,35

11,801%
58,5
 0.04
mi3 =
11,801% 1  11,801%

58,5
18

M3= 0,04.58,5 + (1-0,04). 18 = 20,68

  3 = 3,58.10-8. 3596,486.1055,427.

3

1055,427
 0,504 = (W/m.độ)
20,68

2.3.3. Hệ số cấp nhiệt (  )
 Mô tả sự truyền nhiệt qua vách ống:
Thiết bị cô đặc có khu vực sôi bố trí bên trong ống, hơi đốt đi bên ngoài ống nên
phía ngoài ống có một lớp nước ngưng tụ. Màng nước ngưng này có ảnh hưởng đến quá
trình truyền nhiệt. Đồng thời sát thành ống phía bên trong có một lớp cặn dung dịch bám
vào, lớp cặn này cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt.
Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch bên ngoài ống gồm 3 giai đoạn:

23


 Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp nhiệt
α1 và nhiệt tải riêng q1 (w/m2).
 Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bề dày  .
 Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt α2 và nhiệt tải
riêng q2 (w/m2).
Sơ đồ mô tả quá trình truyền nhiệt qua thành ống
thđ
t1

tT1

ts
tT2

2
t

1

t 2



2.3.3.1. Về phía hơi ngưng tụ ( 1(i ) )

1(i )  2, 04. A. 4
Với :

r
(Công thức V.100 STQTTB T2/Trang 28)
H .t (i )

r : ẩn nhiệt ngưng (J/kg)
H : chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H=3m)
A4

 .2
: là hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm


tm = 0,5(tT1 + thd)
 t1(i) = thd - tT1(i)
 Nồi 1:
- Chọn  t11 = 0,99(oC)
 tT11 = thd1 -  t11 = 142,9 – 0,99=141,91 (oC)
 tm1= 0,5(141,91+142,9) = 142,405(oC)
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A1= 194,361
Từ thđ1=142,9 oC ta có r1= 2135,5.103(J/kg)
(Tra bảng I.250 STQTTB, T1/Trang 312)

24


 11  2,04.194,361.4

2135,5.10 3
 11545,828(W / m 2 .đô)
3.0,99

q11  11.t11  11545,828.0,99  11430,37 (W / m2 .đô)

 Nồi 2:
- Chọn  t12= 1,08(oC)
 tT12 = thd2 -  t12 =117,273–1,08= 116,193(oC)
 tm1= 0,5(116,193 +117,273) = 116,733 (oC)
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A2= 186,53
Từ thđ2 =117,273oC, ta có r2 = 2214,635.103 (J/kg)
(Tra bảng I.250 STQTTB, T1/Trang 312)
 12  2,04.186,53.4

2214,635.10 3
 10941,28(W / m 2 .đô)
3.1,08

q12  12 .t12  10941,28.1,08  118616,582 (W / m2 .đô)

 Nồi 3:
- Chọn  t13=0,9(oC)
 tT13 = thd3 -  t13 = 93,303 –0,9= 92,403 (oC)
 tm3= 0,5(93,303+92,403) =92,853(oC)
Tra STQTTB,T2/Trang 29 ta có: A3= 175,427
2277,072.10 3
 13  2,04.175,427.
 10845,007(W / m 2 .đô)
3.0,9
4

q13  13 .t13  10845,007.0,9  9760,506 (W / m2 .đô)

2.3.3.2.Về phía dung dịch sôi (  2( i ) )
Ta có  2(i)=   n(i)
Với:  : hệ số hiệu chỉnh
 n : hệ số cấp nhiệt của nước
0 , 435

  2  2  C 2   
. d   d  n 
Mà:
  n   C n   d 2 
 n= 0,145.  t2 2,33. p0,5 , (W/m2.độ)

Trong đó:
dd ,  dd , C dd ,  dd lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung

 2
   d
 n






0 , 565

riêng và độ nhớt của dung dịch.
n ,  n , C n ,  n là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ nhớt

của nước.
25