LÍ THUYẾT CÔ ĐẶC _ TRUYỀN NHIỆT

7/14/2017

3.2. Cô đặc một nồi

19

Giới thiệu
Cô đặc một nồi chỉ dùng khi:
o Năng suất thấp
o Không dùng hơi thứ làm chất tải nhiệt để đun nóng
Một hệ thống cô đặc một nồi bao gồm:
o Nhập liệu:
 Dùng bơm hoặc bồn cao vị
 Có hoặc không có thiết bị gia nhiệt sơ bộ
o Nồi cô đặc:
 Buồng đốt
 Buồng bốc
 Bộ phận phân ly
o Hệ thống ngưng tụ hơi thứ
20

1


7/14/2017

Sơ đồ quy trình công nghệ của hệ thống cô đặc 1 nồi

21

Nhập liệu

22

2


7/14/2017

Nồi cô đặc
Bộ
phận
phânly
Buồng
bốc

Buồng
đôt

23

Ngưng tụ hơi thứ

24

3


7/14/2017

Sơ đồ quy trình công nghệ của hệ thống cô đặc 1 nồi

25

Nhập liệu

Bồncaovị

Thiếtbịgianhiệtsơbộ

26

4


7/14/2017

3.2.1. Cân bằng vật chất
Kí hiệu:
o đ _lưu lượng khối lượng của dung dịch nhập liệu (Feed) (kg/s)
o _lưu lượng khối lượng của dung dịch sản phẩm (Concentrated
Product) (kg/s)
o _lưu lượng khối lượng của dung môi bay hơi, còn gọi là hơi thứ
(Vapor) (kg/s)
o đ _phần khối lượng của chất tan trong nhập liệu (kg chất tan/kg dung
dịch)
o _phần khối lượng của chất tan trong sản phẩm(kg chất tan/kg dung
dịch)

đ
đ

27

3.2.1. Cân bằng vật chất
Xem như không thất thoát, phương trình cân bằng vật chất:
đ

đ. đ

W

đ

1

.
đ
đ

1

Ví dụ: Một thiết bị cô đặc làm việc liên tục để cô đặc dung dịch NaOH
với lưu lượng nhập liệu 5,0 tấn/h. Nồng độ dung dịch ban đầu là 8%,
nồng độ dung dịch sản phẩm thu được là 15%. Hãy xác định:
o Năng suất sản phẩm thu được
o Lượng hơi thứ
o Khi muốn tăng nồng độ sản phẩm lên 20% thì lượng hơi thứ thay đổi
như thế nào.

đ

đ

28

5


7/14/2017

3.2.2. Cân bằng nhiệt lượng
Cân bằng năng lượng (bỏ qua nhiệt cô đặc)

o Nhiệt mang vào:
 Nhập liệu (Feed): đ
 Hơi đốt (Steam):
o Nhiệt mang ra:
 Sản phẩm (Concentrated product):
 Hơi thứ (Vapor):
 Nước ngưng tụ (Condensed steam):
o Nhiệt tổn thất:

đ

29

3.2.2. Cân bằng nhiệt lượng
Cân bằng năng lượng (bỏ qua nhiệt cô đặc)
đ

o Nhiệt mang vào:

 Nhập liệu (Feed):
 Hơi đốt (Steam):
o Nhiệt mang ra:
 Sản phẩm (Concentrated product):
 Hơi thứ (Vapor):
 Nước ngưng tụ (Condensed steam):
o Nhiệt tổn thất:

đ

đ. đ

.

đ.

đ

đ

0
đ

.

.

0

.

.

.

30

6


7/14/2017

3.2.2. Cân bằng nhiệt lượng
Cân bằng năng lượng (bỏ qua nhiệt cô đặc)
.
o Lượng hơi đốt cần thiết:

.

.
.

đ

đ. đ

đ. đ

 Nếu hơi đốt chỉ ngưng tụ thì:
 Nếu hơi đốt có chứa ẩm với hàm ẩm là :
.

.
đ.
1

đ

đ

31

3.2.3. Bề mặt đun nóng
Bề mặt đun nóng của thiết bị cô đặc:
.∆
o Q_nhiệt lượng hữu ích (W)
.
.
o K_hệ số truyền nhiệt (W/(m.K))
o ∆ _hiệu số nhiệt độ hữu ích
∆
 _nhiệt độ của hơi đốt

_nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch

đ. đ

32

7

7/14/2017

3.2.4. Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
Các tổn thất nhiệt độ
o Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (độ tăng phí điểm): Δ
o Tổn thất nhiệt độ do cột thủy tĩnh của DD sôi: Δ
o Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn
hơi thứ: Δ
H
1,2: nhiệt độ hơi đốt
3: nhiệt độ sôi dd ở đáy buồng đốt
4: nhiệt độ sôi trung bình của dd

7

tnt

5,6: nhiệt độ sôi của dd
7: nhiệt độ hơi thứ ở TBNT

po

tsdm(po)
6

5

tsdd(po)
1

1/2h

tstb hay tsdd(po+p)
4

h
3

’’’

’

tc

’’

2

t

tD


t

33

H
1,2: nhiệt độ hơi đốt

3.2.4. Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ

3: nhiệt độ sôi dd ở đáy buồng đốt
4: nhiệt độ sôi trung bình của dd

7

tnt

5,6: nhiệt độ sôi của dd
7: nhiệt độ hơi thứ ở TBNT

o Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (độ tăng phí điểm): Δ
Δ
o Tổn thất nhiệt độ do cột thủy tĩnh của DD sôi: Δ
Δ
Δ

.

po

tsdm(po)
6

5 tsdd(po)
1

1/2h

tstb hay tsdd(po+p)
4

h

.

3

’’’

’

tc

’’

2

t

tD


t


.
là khối lượng riêng trung bình của DD sôi bọt
• dd_khối lượng riêng thực của DD đặc không có bọt

h_chiều cao thực tế của mức chất lỏng theo ống chỉ mực
o Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ: Δ
 Thường chọn  ‘’’=1 ÷1,5oC

34

8


7/14/2017

H
1,2: nhiệt độ hơi đốt

3.2.4. Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ

3: nhiệt độ sôi dd ở đáy buồng đốt
4: nhiệt độ sôi trung bình của dd

7

tnt

5,6: nhiệt độ sôi của dd
7: nhiệt độ hơi thứ ở TBNT

Từ sơ đồ ta có thể suy ra

po

tsdm(po)
6

5 tsdd(po)

Δ
ΔΣ
Δ .
Δ
ΔΣ Δ Δ
Δ
o Với tnt_nhiệt độ ngưng tụ của hơi thứ ở TBNT
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh phụ thuộc vào độ tăng áp suất thũy tĩnh và phụ
thuộc vào chiều cao lớp chất lỏng thích hợp Hop. Chiều cao chất lỏng thích hợp của dung
dịch sôi trong TBCĐ tuần hoàn tự nhiên có thể tính theo công thức sau:
0,26 0,0014.
.
o H_chiều cao ống truyền nhiệt
Từ đấy có thể tính độ tăng áp suất như sau:
1
Δ
. .
2

1

1/2h

tstb hay tsdd(po+p)
4

h

3

’’’

’

tc

’’

2

t

tD



t

35

3.2.4. Nhiệt độ sôi của dung dịch và tổn thất nhiệt độ
Ví dụ 1: Hãy tính tổn thất nhiệt độ ‘’ của dung dịch CaCl2 25% trong TBCĐ chân
không loại ống tuần hoàn trung tâm với áp suất buồng bốc la 0,36at, chiều cao
ống truyền nhiệt là 4m.
Ví dụ 2: Hãy xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt cần thiết của TBCĐ ống tuần

hoàn trung tâm và chi phí hơi đốt là hơi nước bão hòa (áp suất tuyệt đối 2at, độ
ẩm 5%). Biết rằng áp suất buồng bốc 0,4at, dung dịch cô đặc là CaCl2 từ 15% lên
25% (KL), nhập liệu 20 tấn/h, nhiệt độ đầu 75oC, hệ số truyền nhiệt là
1000W/(m2.K), nhiệt tổn thất lấy bằng 5% so với lượng nhiệt hữu ích, bỏ qua
nhiệt cô đặc.

36

9