Đồ án môn Quá trình thiết bị đề tài Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều có ống tuần hoàn cưỡng bức dùng để cô đặc dung dịch NH4NO3 với năng suất 12550 kggiờ.

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA

---

---

ĐỒ ÁN
MƠN: Q TRÌNH & THIẾT BỊ

Giáo viên hướng dẫn

: VŨ MINH KHƠI

Sinh viên thực hiện

: PHẠM VĂN LINH

Mã số sinh viên

: 1174140010

Lớp

: CĐ ĐH HĨA 1

KHĨA

: 11

Hà Nội: 2017

1

GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội
BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

Đồ Án Mơn QT&TB
CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
Số : …………………
Họ và tên HS-SV : Phạm Văn Linh
Lớp : CĐĐH Hoá

Khoá: 11

Khoa : Cơng nghệ Hố
Giáo viên hướng dẫn : Vũ Minh Khôi

NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều có ống tuần hồn cưỡng bức
dùng để cơ đặc dung dịch NH4NO3 với năng suất 12550 kg/giờ.
Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m.
Các số liệu ban đầu:
- Nồng độ đầu của dung dịch: 10%
- Nồng độ cuối của dung dịch: 32%
- áp suất hơi đốt nồi 1: 4,4 at.
- áp suất hơi ngưng tụ: 0,22 at
T
T
1
2

Tên bản vẽ
Vẽ dây chuyền sản xuất
Vẽ nồi cô đặc

Khổ giấy

Số lượng

A4
A0

01
01

PHẦN THUYẾT MINH

Ngày giao đề : …………………………………. Ngày hoàn thành :
………………………………….
TRƯỞNG KHOA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

2
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên

: Phạm Văn Linh

Lớp

: CĐ ĐH Hóa 1 – K11

Khoa

: Cơng nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn : Vũ Minh Khôi
NỘI DUNG ĐỀ BÀI:
Thiết kế hệ thống cơ đặc 2 nồi tuần hồn cưỡng bức làm việc
xuôi chiều cô đặc dung dịch NH4NO3 với năng suất 12550 kg/h.
- Năng suất 12550 kg/giờ.
- Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m.
- Nồng độ đầu của dung dịch: 10%
- Nồng độ cuối của dung dịch: 32%
- áp suất hơi đốt nồi 1: 4,4 at.
- áp suất hơi ngưng tụ: 0,22 at

3
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
…………………………………………..................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................

.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
.....................................................................................................
Hà Nội, Ngày … Tháng …Năm
Người nhận xét

Mục Lục
ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ....................................................................................................2
PHẦN I :GIỚI THIỆU CHUNG..........................................................................................................................6
1.1.Giới thiệu về dung dịch NH4NO3.................................................................................................6
1.1.1.Định nghĩa............................................................................................................................................6
1.1.2.Tính chất vật lý.................................................................................................................................6

4
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh

CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

2.1 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.............................................................................7
Các thông số ban đầu:...................................................................................................................................11
2.1.Cân bằng vật liệu...............................................................................................................................11
2.2. Cân bằng nhiệt....................................................................................................................................11
2.2.2.1. Tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao............................................................13
2.2.2.2 Tính tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh................................................................14
2.2.3.1. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cơ đặc....................................................16
2.2.3.2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi.............................................................................16
2.2.5.1.Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi........................................22
2.2.5.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch...............................................................................23
3.1. Thiết bi gia nhiệt hỗn hợp đầu:..............................................................................................33
3.2.Thiết bị ngưng tụ Baromet..........................................................................................................40
3.2.6.1 Đường kính trong............................................................................................................................46
3.2.6.2 Chiều cao ống Barometx............................................................................................................46
3.3.Bơm..............................................................................................................................................................47
3.4.Thùng cao vị...........................................................................................................................................52
PHẦN 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ......................................................................................................................61
4.1.Buồng đốt nồi cơ đặc......................................................................................................................61
4.2. Buồng bốc hơi.....................................................................................................................................68
4.3.Đường kính các ống dẫn...............................................................................................................72
4.4.Tính tai treo và chân đỡ................................................................................................................76
4.5.Chọn kính quan sát...........................................................................................................................81
4.6.Tính bề dày lớp cách nhiệt:.........................................................................................................82

PHẦN I :GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.Giới thiệu về dung dịch NH4NO3.
1.1.1.Định nghĩa.

5
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Muối amôni nitrat là sản phẩm của phản ứng giữa NH 3 và
axít HNO3.Muối NH4NO3 là hợp chất ion, phân tử gồm cation
NH4+ và anion NO31.1.2.Tính chất vật lý.
-Tinh thể NH4NO3 khơng màu, tan nhiều trong nước, tan ít
trong etanol, l00 g nước ở

o

C hoà tan 110 g AN; ở 25 oC, hoà tan

114 g; ở 100 oC, hoà tan 870 g. Khi tan hấp thụ nhiều nhiệt. Dễ
hút ẩm. Có năm dạng thù hình khác nhau theo nhiệt độ. Khi
chuyển dạng thù hình, thể tích thay đổi. AN có độ hút ẩm cao
nên dễ vón cục, khó sử dụng. Để giảm vón cục, người ta trộn AN

với một lượng nhỏ một số thuốc nhuộm hay muối sắt của một
axit béo hoặc rắc bột của một số muối vô cơ lên hạt AN. AN trộn
lẫn chất hữu cơ hay bột kim loại mịn dễ gây nổ, dung dịch
amoni nitrat là những chất điện ly mạnh, gần như hoàn toàn.
NH4NO3 = NH4+ + NO3- Phân huỷ nhiệt: Muối nitrat đều không bền ở nhiệt độ cao
vào khoảng 200oC
- Khối lượng riêng: 1,725g/cm3
- Nhiệt độ nóng chảy: 170oC
1.1.3.Tính chất hóa học.
Phản ứng trao đổi ion
Dung dịch NH4NO3 phản ứng với kiềm tạo ra NH 3. Dựa vào
tính chất này ta có thể nhận biết ion amoni và điều chế NH 3
trong phịng thí nghiệm.
NH4+ + OH- = NH3 + H2O
Phản ứng phân hủy.
Muối amoni nitrat bị nhiệt phân theo cách:
6
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

1.1.4. Điều chế.
Muối amoninitrat được điều chế bằng cách cho dung dịch
axit HNO3 tác dụng với NH3

HNO3 + NH3 = NH4NO3
Hay kết tinh phân nhiệt muối amoni sunfat với natri
nitrat
1.1.5.Ứng dụng.
dùng làm phân bón,

dùng làm thuốc nổ cơng nghiệp,

dùng làm sạch bề mặt kim loại, chế tạo hỗn hợp lạnh, vv…
2.1 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.
2.1.1. Cơ sở lý thuyết của q trình cơ đặc.
Trong cơng nghiệp sản xuất hóa chất và thực phẩm và các
ngành cơng nghiệp khác nói chung thường phải làm việc với các
hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay hơi, để làm tăng
nồng độ của chất tan người ta thường làm bay hơi một phần
dung môi dựa trên nguyên lý truyền nhiệt, ở nhiệt độ sôi,
phương pháp này gọi là phương pháp cô đặc.
Mục đích của q trình cơ đặc đó là làm tăng nồng độ chất
tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh), thu dung
môi ở dạng nguyên chất.
Cô đặc được tiến hành ở hiệt độ sôi, ở mọi áp suất (như áp
suất chân khơng,áp suất khí quyển,áp suất dư), trong hệ thống
cô đặc một nồi hay nhiều nồi.Hơi của dung môi tách ra gọi hơi
thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị
khác, nếu dùng hơi thứ đun nóng một thiết bị ngồi hệ thống cơ
đặc thì ta gọi là hơi phụ.Truyền nhiệt trong q trình cơ đặc có
7
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh

CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

thể trục tiếp hay gián tiếp,truyền nhiệt trực tiếp thường dùng
khói lị cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp
thường dùng hơi nước bão hịa để đốt nóng.
Q trình cơ đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau
tùy theo từng yêu cầu kỹ thuật. Đó là cô đặc ở áp suất chân
không, áp suất cao hơn áp suất khí quyển, áp suất khi quyển.
Khi cơ đặc ở áp suất chân không dùng cho các dun dịch có
nhiệt đóơi cao và dung dịch dễ bị phân hủy bởi nhiệt, ngồi ra
cịn làm tăng hiệu sốnhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sơi trung
bình của trung bình của dung dịch ( hiệu số nhiệt độ hữu ich),
dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt.Mặt khác, cô đặc chân khơng
thì nhiệt độ sơi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt
thừa của các quá trình sản xuất khác (hay sử dụng hơi thứ) cho
q trình cơ dặc.
Cơ đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thuong dùng
cho các dung dịch không bị phân hủy o nhiệt độ cao như các
dung dịch muoi vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các
quá trình đun nóng khác.
Cơ đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ khơng được sử dụng
mà được thải ra ngồi khơng khí. Đây là phương pháp tuy đơn
giản nhưng khơng kinh tế.
Trong hệ thống cơ đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường
làm việc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, các nồi khác làm

ở áp suất chân không.
Cô đặc được úng dụng trong các nhà máy sản xuất hóa
chất và thực phẩm, ví dụ cơ đặc các muối vơ cơ,dung dịch kiềm
Q trình cơ đặc có thể thực hiện trong thiết bị cô đặc một
nồi hay thiết bị cô đặc nhiều nồi, nhưng cô đặc một nồi gây lãng
8
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Mơn QT&TB

phí nhiên liệu,hiệu quả kinh tế khơng cao chỉ thích hợp trong
q trình sản xuất đơn giản,do vậy người ta phải cơ đặc nhiều
nồi
Sau đây em xin giới thiệu về cô đặc hai nồi xuôi chiều
2.1.2.Dây chuyền sản xuất:
Sơ đồ dây chuyền sản xuất thiết bị cơ đặc tuần hồn
cưỡng bức.

11

10

3

4

12

8

1

2

5

6

7

2

9

Hinh1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất của thiết bị cô đặc tuần hồn
cưỡng bức
Chú thích:
1. Thùng chứa dung dịch đầu

7. Thiết bị cô đặc

2. Bơm

8. Thùng chứa nước

3. Thùng cao vị

9. Thùng chứa sản phẩm

9
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

4. Lưu lượng kế

10.Thiết

bị

ngưng

tụ

Baromet
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
6. Thiết bị cô đặc

11.Thiết bị tách bọt

12.Bơm chân không

13. Ống tuần hoàn
Nguyên tắc hoạt động:
Dung dịch đầu NH4NO3 được bơm (2) đưa vào thùng cao vị
(3) từ thùng chứa (1) thùng cao vị được thiết kế có gờ chảy tràn
để ổn định mức chất lỏng trong thùng, sau đó chảy qua lưu
lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) (thiết bị ống chùm). Ở
thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt
độ sơi bằng hơi nước bảo hịa cung cấp từ ngồi vào, rồi đi vào
nồi (6). Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung 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 . Một phần khí khơng ngưng được đưa qua của tháo khí
khơng ngưng.Nước nưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của
tháo nước ngưng . Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng
bốc gọi là hơi thứ .Dưới tác dụng của hơi đốt ở buồng đốt hơi
thứ sẽ bốc lên và được dẫn sang buong đốt của thiết bị (7).Dung
dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ (7) do đó sự chênh lệch
áp suất làm việc giữa các nồi , áp suất nồi sau < áp suất nồi
trước .Nhiệt độ của nồi trước lớn hơn của nồi sau do đó dung
dịch đi vào nồi thứ (7) có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi , kết quả
là dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc
hơi một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi .Dung dịch sản
phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm (9) qua

thiết bị bơm (2).Hơi thứ bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị
10
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

ngưng tụ Baromet (10).Trong thiết bị ngưng tụ , nước làm lạnh
từ trên đi xuống , ở đây hơi thứ được ngưng tụ lại thành lỏng
chảy qua ống Baromet vào thùng chứa cịn khí khơng ngưng đi
qua thiết bị tách bọt (11) hơi sẽ được bơm chân khơng (12) hút
ra ngồi cịn hơi thứ ngưng tụ chảy vào thùng chứa nước ngưng

11
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH

Các thơng số ban đầu:
- Năng suất 12550 kg/giờ.
- Chiều cao ống gia nhiệt: 3 m.
- Nồng độ đầu của dung dịch: 10%
- Nồng độ cuối của dung dịch: 32%
- áp suất hơi đốt nồi 1: 4,4 at.
- áp suất hơi ngưng tụ: 0,22 at
2.1.Cân bằng vật liệu.
Để đảm bảo việc dung toàn bộ lượng hơi thứ nồi trước làm
hơi đốt cho nồi sau ta chon :
W1: W2 = 1:1
- Lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống:
W: lượng hơi thứ bốc ra khỏi toàn bộ hệ thống
Gđ: lượng dung dịch đầu (kg/s)
xđ, xc: nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, % khối
lượng
Ta có:
- Nồng độ dung dịch ra khỏi mỗi nồi
Nồi 1:

= (% khối lượng)

Nồi 2: =
( %khối lượng)
2.2. Cân bằng nhiệt
2.2.1. Áp suất làm việc của thiết bị
-Gọi là chênh lệch áp suất chung của toàn hệ thống
P1 áp suất hơi đốt vào nồi 1
12
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Pnt áp suất hơi ngưng tụ
P1 chênh lệch áp suất giữa nồi 1 và nồi 2
P2 chênh lệch áp suất giữa nồi 2 và thiết bị ngưng tụ
baromet
Ta có : P = P1 - Pnt = 4,4 - 0,22 = 4,18 (at)
Chọn tỉ lệ phân bố áp suất

P1 /P2= 2,6/1
P =P 1+P2 = 4,18
P 2 = 1,16(at)
P 1 = 3,02 (at)

Áp suất hơi đốt từng nồi:
Nồi 1: P1 = 4,4 (at)
Nồi 2 : P2 = 4,8 – 3,2933 = 1,38 ( at)
* Xác định nhiệt độ hơi đốt ở 2 nồi:
Tra bảng (I.251/ST1-T316), ta rút ra
P1 = 4,4 at → t1 = 146,18 °C
P2 = 1,38 at → t2 = 108,25 °C

BẢNG SỐ LIỆU 1 BẢNG SỐ LIỆU 1

ihđ .10-3

rhđ .10-3
(J/kg)
2138,6
2328,2
2353,6

Nôi

Phđ (at)

Thđ (ºC)

1
2

4,4
1,38

146,18
108,25

(J/kg)
2748
2698,335.1

61,5

03

2609,6

Thiết bị

0,22

ngưng tụ
Do:

13
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Nhiệt độ của hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ của hơi thứ nồi
trước trừ đi 10 ( do tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên ống
dẫn )
Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối cùng bằng nhiệt độ hơi ngưng tụ
của thiết bị baromet cộng thêm 10
Nhiệt độ hơi thứ trong các nồi:
Nồi 1: Tht1 = Th

đ1

+ 1= 108,25 + 1= 109,25 (ºC)

Nồi 2: Tht2 = Tnt + 1 = 61,5 + 1 = 62,5(ºC)
Dựa vào nhiệt hơi thứ, theo bảng I.251 – STT1- T.314 ta tra được
áp suất, nhiệt lượng riêng, nhiệt hoá hơi của hơi thứ được tổng
hợp theo bảng sau:
BẢNG SỐ LIỆU 2
Nơi

Tht (ºC)

Pht (at)

rht .103

1
2

109,825
62,5

1,456
0,2311

(J/kg)
2234,188
2351,156

2.2.2. Tính tổn thất nhiệt độ.
Tổn thất nhiệt độ trong thiết bị cô đặc bằng tổng tổn thất nhiệt

độ do nồng độ dung dịch tăng cao, do áp suất thủy tĩnh và do
trở lực thuỷ lực trong ống dẫn của các nồi.
2.2.2.1. Tính tổn thất nhiệt đợ do nồng đợ tăng cao. ’
-Nhiệt độ sơi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung
môi chất tan, đặc biệt là nồng độ của chất tan. Nhiệt độ của
dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở
cùng áp suất. Khi nồng độ của chất tan tăng thì nhiệt độ sôi
của dung dịch càng tăng.
-’ là tổn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung môi nguyên
chất, trong cơ đặc thường gọi đó là tổn thất nồng độ,

’

là thơng

14
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

số vật lý của dung dịch, nó phụ thuộc vào nồng độ chất tan,
nồng độ càng tăng thì

’

càng tăng, nó cịn phụ thuộc vào bản

chất chất tan và dung môi đồng thời

’

phụ thuộc vào áp suất.

-’ được tính theo cơng thức dần gần đúng của Tensico
’ = ’o . f
( CT VI.10 – T 59 – ST2)
với :
f = 16,2 ( CT VI.11 – T59 – ST2)
Ti : Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho (ºC)
ri: Ẩn nhiệt hố hơi của dung mơi ngun chất ở áp suất làm
việc
Ta có:
T1 = 109,825 + 273 = 382,825 (K)
T2 = 62,5 + 273= 335,5 (K)
Theo bảng (VI.2 – ST2 – T70 )ta tra được tổn thất nhiệt độ do
nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở
áp suất thường là :
Nồi 1 : x1= 15,238 %

Δ’01= 1,146 ºC

Nồi 2 : x2= 31,976 %
Xác định ri

Δ’02= 4,49 ºC

Tra bảng (I.250/ST1-T312)

r1’= 2234,188.103 (J/kg)
r2’ = 2351,156.103 (J/kg)
= 16,2. 1,146. = 1,218 oC
16,2. 4,49 .= 3,482 oC
’ = ’1 + ’2 = 1,218 + 2,482 = 4,7 oC
2.2.2.2 Tính tổn thất nhiệt đợ do áp suất thủy tĩnh. ’’
-Nhiệt độ sơi của dung dịch cịn phụ thuộc vào độ sâu. Trên
mặt thống nhiệt độ sơi thấp nhất, càng xngsâu thì nhiệt độ
càng tăng, ngun nhân là do cốt áp suất thủy tĩnh của cột chất
lỏng
15
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc
Ptb = P0i + ( +)S.g

N/m2

(CT VI.12 – ST2 – T60)
-Trong đó
s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3 )
s =0.5 dd(20˚C)
dd khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3 )
Poi : áp suất hơi thứ trên mặt thống (at)
h1: chiều cao lớp dung dịch sơi kể từ miệng ống
truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch (m). Chọn h 1=
0,5 m
h2: chiều cao của ống truyền nhiệt.
h2= 3 (m)
Ta có
Δ"i = ttbi – t0i
Trong đó : ttb: nhiệt độ sôi ứng với áp suất ptb
t0: nhiệt độ sôi ứng với áp suất p0
Tra bảng I.29 – ST1- T37 ta có khối lượng riêng của dung
dich NH4NO3 ở 20 ˚C
= 1060,1 kg/m3

x1 = 15,238 %
x2 = 31,976 %

= 1134,6 kg/m3

Khối lượng riêng của dung dịch sôi là:
= = 530,05 kg / m3
= = 567,3 kg/m3
- chọn h1 = 0,5 m và h2 = 3 m ( đề ra )

16

GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Tra bảng (I.251/ST1- T314)

Vậy:

2.2.2.3. Tính tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực đường ống.
Trở lực ở đây chủ yếu là các đoạn ống nối giữa các thiết bị.
Đó là đoạn nối giữa nồi 1 -2, nồi 2- thiết bị ngưng tụ. Nhiệt độ
tổn thất ta thường chọn bằng 10C
= Δ"'1 + Δ2"' = 1+ 1 = 2 0C
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ:
=’+

’’

’’’

+

= 4,7 + 11,3 + 2 = 16,03

2.2.3. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi.
2.2.3.1. Hiệu số nhiệt đợ hữu ích trong hệ thống cơ đặc.
Thi = tch - (0C)

(CT VI.17 – T67- ST2)

Δtch= t – Tnt

(CT VI.18 – T67- ST2)

t : nhiệt độ hơi đốt nồi thứ 1
Tnt : nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ
ΔThi= t- Tnt -∑Δ
t= Thđ1= 149,46 ˚C
Tnt= 63,3 ˚C
Vậy : ΔThi = 146,18 – 61,5 – 18,03= 66,65 ˚C
2.2.3.2. Hiệu số nhiệt đợ hữu ích của mỗi nồi.
Nhiệt độ sôi ở mỗi nồi :
tsi = Thti + ’i +

’’

i

17
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Nồi 1: ts1 = 109,825 + 1,218 + 2,115 = 113,158
˚C
Nồi 2: ts2 = 62,5 + 3,482 + 9,215 = 75,197 0C
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi:
Nồi 1: thi1 = thđ1 - ts1 = 146,18 – 113,158 = 33,022 0C
Nồi 2: thi2 = thđ2 - ts2 = 108,25 – 75,197 = 33,053 0C
BẢNG SỐ LIỆU 3
Nồi
thứ i

( C)

(oC)

(oC)

1

1,218

2,115

1

Hiệu số

nhiệt độ
hữu ích
33,022

2

3,482

9,215

1

33,053

o

Nhiệt độ
sơi của
dung dịch
113,158
75,197

Kiểm tra:
= == 0,9%
2.2.4. Phương trình cân bằng nhiệt lượng.
Tính lượng hơi thứ ra khỏi nỗi nồi và lượng hơi đốt.
Wi

2 2

Wi

1 1

G ct
â

â â

Q

Q

2m

1m

Di

h

Dc 
n1

Wc 

1

1

n2

2

(G -W )c t
â

1

1 s1

(G -W -W )c t
â

1

2

2 s2

18
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Mơn QT&TB

Hình 1: sơ đồ cân bằng nhiệt lượng cô đặc hai nồi xi
chiều
Trong đ ó:
Gd: Lượng hỗn hợp đi vào thiết bị( kg/h)
D: L ượng hơi đốt vào nồi thứ 1 (kg/h)
W1, W2: Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và nồi 2 (kg/h)
C0, C1, C2: Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1, nồi 2, ra khỏi
nồi 2 ( J/ kg. độ) Cnc1, Cnc2: Nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi
1, nồi 2 ( J/kg. độ)
tso, ts1, ts2: nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, dung dịch ra khỏi
nồi 1, ra khỏi nồi 2 (˚C)
1, 2:nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 ( 0C)
Qm1,Qm2 : nhiệt mất mát ở nồi 1, nồi 2 (J)
i1, i2: nhiệt lượng riêng của hơi đốt vào nồi 1, vào nồi 2 (J/
kg. độ)
i'1, i2': nhiệt lượng riêng của hơi thứ ra khỏi nồi 1, ra khỏi
nồi 2 (J/kg. độ)
Phương trình cân bằng nhiệt lượn
nhiệt vào = nhiệt ra
Nồi 1:

D1i1+

Gd . C0 . tso = W1i'1 + ( Gd– W1 )C1.ts1 +

DCncθ1+ Qm1 (1)
Nồi 2:W1i2+( Gd–W1 )C1.ts1 =W2. i2 +( Gd–W1–W2 ).C2ts2 + W1
Cncθ2+ Qm2 (2)
W = W 1 + W2

Lượng nhiệt vào gồm có:
Nồi 1: -nhiệt do hơi đốt mang vào : D1i1
- nhiệt do dung dịch đầu: GđC0 tso
19
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Nồi 2: - nhiệt do hơi thứ mang vào W1i1
- nhiệt do dung dịch sau nồi một mang vào: (G đ –
W1 )C1ts1
Lượng nhiệt ra gồm có:
Nồi 1: - hơi thứ mang ra :W1i1
- do dung dịch mang ra: (Gđ – W1 )C1ts1
- do hơi nước ngưng tụ: DCnc1θ1
- do lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh:
Qm1
Nồi 2:
-do hơi thứ mang ra :W2i'2
-do dung dịch mang ra: ( Gđ - W)c2ts2
- do hơi nước ngưng tụ: W1Cnc2θ2
-do tổn thất ra môi trường xung quanh: Q m2
Qm1 = 0,05D (i1- Cnc1.θ1)
Qm2 = 0,05W1(i2- Cnc2θ2)

Thay vào phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:
W1 =
Thay W1 vào (1) D1
- Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

-Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Tra bảng I204/ Tr 236/ ST1 x0 = 10%
Đã tính được :

ts1 = 113,158 oC
20

GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

ts2 = 75,197 oC
- Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng
(I.249/ST1 – T310)
1 = 146,18 oC

 Cn1 = 4302,85 (J/kg độ)

2 = 108,844 oC  Cn2 = 4230,42 (J/kg độ)

- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2, ra khỏi nồi 2 :
- Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10%
Áp dụng cơng thức I.41 /ST1 – T152 ta có:
Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,1) = 3767,4 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 1 có nồng độ x1 = 15,238 %
Cũng áp dụng công thức trên ta được:
C1 = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,15238) =3548,13722 (J/kg độ)
- Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ xc = 31,976 %
Áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:
C2 = Cht.x + 4186 (1- x)
Với Chr là nhiệt dung riêng của

được xác định theo công

thức I.41/ST1 – T152:
M.Cht = n1.c1 + n2.c2 + n3.c3
trong đó : M : KLPT của NHNO : M1 = 80
n1 : Số nguyên tử N : n1 = 2
n2 : Số nguyên tử H: n2 = 4
n3 : Số nguyên tử O : n3 = 3
c1 , c2 c3 : Nhiệt dung riêng của nguyên tử N, H, O .
21
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Tra từ bảng I.141 /ST1 – T152
c1 = 26000 J/kg.nguyên tử. độ
c2 = 9630 J/kg.nguyên tử. độ
c3 = 16800 J/kg.nguyên tử. độ
Vậy :
(J/kg độ)
Vậy:

C2

=

1761,5.0,0,31976+

4186.(1-

0,31976)

=

3410,46(J/kg độ)
- Xác định hàm nhiệt hới đốt và hơi thứ;
Tra bảng ( I.250/ST1 – 312 )
t1 = 146,18 °C → i = 2748416 J/kg
t2 = 108,25 °C → i2 = 2692850 J/kg
t1’ = 109,25 °C → i1’ = 2695685 J/kg
t2’ = 146,18 °C → i2’ = 2612900 J/kg
Thay các kết quả ta đã tính tốn được vào pt (1) và pt (2) ta

được kết quả sau :
Vậy lượng hơi nồi 1: W1 = 4276,314 (kg/h)
Vậy lượng hơi nồi 2: W2 = 4351,811 (kg/h)
Lượng hơi đốt: D1 = 4711,878 (kg/h)
Vậy tỉ lệ hơi thứ trong mỗi nồi là” W1 / W2 = 0,983
2.2.5. Tính hệ số truyền nhiệt.
Để tính hệ số truyền nhiệt ta cần tính hệ số cấp nhiệt ở
phía hơi đốt và phía dung dịch

22
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Mơn QT&TB

1
tht



2

hình 2.2
2.2.5.1.Tính hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi.
Hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt là hơi bão hịa khơng chứa khí

trơ, màng nước ngưng chảy dịng thì hệ số cấp nhiệt phía hơi
đốt được tính theo cơng thức:
α1i = 2.04A( (W/m2.độ) (TTQTTB- T1 – T332)
Trong đó:
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt (J/kg. độ) (tra theo nhiệt độ hơi
đốt)
r1=2138,6.103 ( J/ kg. độ)
r2 = 2328,2 .103 ( J/ kg. độ)
-

t1i : hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và nhiệt độ phía mặt

tưịng tiếp xúc với hơi ngưng (˚C)
t1i = Ti - tTi ,0C (T1 nhiệt độ hơi đốt 0C ; tTi .nhiệt độ tường phía
hơi đốt ; A. - hệ số tra theo nhiệt độ màng tm (0C)
tmi= 0,5.( Ti+ tTi)

( T29- ST2)

Vậy : tmi = Ti- 0,5Δt1i
Chọn t11= 3,63 ˚C
t12 =3,5 ˚C
Với:

t1 = 146,18 oC
t2 = 108,25 oC

tm1 = 146,18 – 0,5.3,65 = 144,365 oC
tm2 = 108,25 – 0,5.3,5 = 106,5oC
23

GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm : (ST2 – T 29 )
với:

t1 = 147,61oC

A1 = 194,6548

t2 = 108,904 oC

A2 = 181,925

Vậy:

4.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
( CT 4.14/QTTB1 – T1 )
W/m
q11 = 8359,315 . 3,65 = 30344,314 (W/m2)
q12 = 8053,419 . 3,5 = 28186,967 (W/m2)

ta có các thơng số ở bảng sau:
Nồi

Ti (ºC)

Δt1i
(ºC)

1

148,18

3,63

2

108,25

3,5

α1i
(W/m2.đ
ộ)
8359,31

194,65 30344,3

5
8053,41

48
14
181,92 28186,9

9

q1i
(W/m2)

A

5

67

2.2.5.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch.
Với dung dịch sơi ta có thể tính theo cơng thức:
α2i = 45,3. p.Δt.Ψi (W/m2. độ) (CT SBTQTTT1- T332)
Trong đó:
+ α2i - Hệ số cấp nhiệt của nước (W/m2.độ)
24
GVHD: Vũ Minh Khôi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hoá 1-K11


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Đồ Án Môn QT&TB

+pi – áp suất làm việc(áp suất hơi thứ) nồi
thứ i (at)
P1’= 1,456 (at)
P2’=0,2311 (at)
: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi.

- Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt
, oC
- Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt
m2 độ/W
r1 , r2 : nhiệt trở của cặn bẩn 2 phía tường ( bên ngồi cặn bẩn
của nước ngưng ,bên trong cặn bẩn do dung dịch.
- Tra theo bảng ( V.I/ ST2 – T4 )
r1 = 0,387.10-3 m2 độ/W
r2 = 0,232.10-3 m2 độ/W
- Tra bảng ( VI.6/ST2 – T80 ) ta chọn bề dày thành ống truyền
nhiệt là

- Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép X18H10T, hệ số dẫn
nhiệt của nó là: = 16,3 W/m. độ ( bảng PL. 14/ Bt T1/ 348 )


m2 độ/W


Vậy :
25
GVHD: Vũ Minh Khơi

SVTH: Phạm Văn Linh
CĐĐH Hố 1-K11