Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , ống tuần hoàn trung tâm ,thẳng đứng .Cô đặc dung dịch NaNO 3 năng suất 8,5 Tấnh ,chiều cao ống gia nhiệt h =2m

Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập -Tự do-Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
Họ và tên SV : Nguyễn Thị Mến
Lớp : ĐH Công Nghệ Hóa- K2
Khoa : Công Nghệ Hóa
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Minh Việt
NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều , ống tuần hoàn trung tâm
,thẳng đứng .Cô đặc dung dịch NaNO3 năng suất 8,5 Tấn/h ,chiều cao ống gia
nhiệt h =2m .
Các số liệu ban đầu :
-Nồng độ đầu của dung dịch là 15% .
-Nồng độ cuối là 45 % .
-Áp suất hơi đốt nồi 1 là : 4 at
-Áp suất hơi ngưng tụ là : 0,2 at
TT
Tên bản vẽ
Khổ giấy
Số lượng
1
Vẽ dây chuyền sản xuất

A4
01
2
Vẽ nồi cô đặc
A0
01
PHẦN THUYẾT MINH
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Mở đầu
Vẽ và thuyết minh dây truyền sản xuất.
Tính toán cân bằng vật liệu và nhiệt lượng
Tính toán cơ khí
Tính toán và chọn các thiết bị phụ
Kết luận

TRƯỞNG KHOA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

1

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Lời mở đầu
Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác, thường
phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng, hoặc lỏng trong lỏng. Để
năng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần
dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch. Phương pháp phổ biến là
dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi, khi đó nồng độ dung
dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn.
Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn
cưỡng bức, phòng đốt ngoài, …trong đó thiết bị cô đặc tuần hoàn có ống trung
tâm được dùng phổ biến vì thiết bị này có cấu tạo và nguyên lý đơn đơn giản, dễ
vận hành và sửa chữa, hiệu suất xử dụng cao… dây truyền thiết bị có thể dùng 1
nồi, 2 nồi, 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo ra sản phẩm theo yêu cầu. trong thực tế
người ta thường xử dụng thiết hệ thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất xử dụng
hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất.
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế
một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất ,em được nhận
đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”.Việc thực hiện đồ án
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

2

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2

Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực
tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của giáo trình “Cơ sở các quá
trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “ trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức
của một số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một
thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá
trình công nghệ .Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách
sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức,quy định
trong tính toán và thiết kế,tự nâng cao kĩ năng trình bầy bản thiết kế theo văn
bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống.
Trong đồ án môn học này , nhiệm vụ cần phải hoàn thành là thiết kế hệ thống
cô đặc hai nồi xuôi chiều , ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục với dung
dịch CaCl2 ,năng suất 8500kg/h, nồng độ dung dịch ban đầu 8%, nồng độ sản
phẩm 35%.

Phần I. Giới thiệu về thiết bị cô đặc
1. Khái niệm:
Cô đặc là phương pháp thường dùng để tăng nồng độ của một cấu tử nào
đó trong dung dịch gồm hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó
bay hơi hay dễ bay hơi ta có thể tách một phần dung môi ( cấu tử dễ bay hơi
hơn) bằng phương pháp nhiệt độ ( đun nóng ) hay bằng phương pháp làm lạnh
kết tinh.
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nhiệt. Trong phương pháp nhiệt
dưới tác dụng của nhiệt ( đun nóng ), dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang

trạng thái hơi khi áp suất rieng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên
mặt thoáng của dung dịch ( tức là khi dung dịch sôi ). Để cô đặc các dung dịch
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

3

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

không chịu được nhiệt độ cao ( như dung dịch đường ) đòi hỏi phải cô đặc ở
nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp.
2. Phân loại các thiết bị cô đặc
Thiết bị cô đặc được chia thành 3 nhóm:
 Nhóm 1 : Dung dịch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên.
Thiết bị dạng này dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng độ nhớt
thấp, đảm bảo sự tuàn hoàn tự nhiên của dung dich dễ dàng qua bề
mặt truyền nhiệt.
 Nhóm 2 : Dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức.
Thiết bị trong nhóm này được dùng cho các dung dịch khá sệt, độ
nhớt cao giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt
truyền nhiệt.
 Nhóm 3 : Dung dịch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy
ngược lên hoặc suôi xuống . Thiết bị dạng này chỉ cho phép dung
dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần tránh sự tác
dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch.

Đối với mỗi nhóm thiết bị đều có thể thiết kế buồng đốt trong hoặc buồng
đốt ngoài. Tùy theo điều kiên của dung dich mà ta có thể sử dụng cô đặc ở
điều kiện chân không, áp suất thường, áp suất dư.
3. Một số tính chất vật lý của dung dịch liên quan đến quá trình cô đặc.
-Nhiệt hòa tan:
Khi hòa tan một chất rắn vào trong dung môi có hai quá trình xảy ra: Quá
trình thu nhiệt và quá trình tỏa nhiệt.

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

4

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Quá trình thu nhiệt của dung môi làm nhiệt độ của dung môi lạnh đi do
sự tương tác giữa các phân tử của dung môi và các phân tử chất tqan mà mạng
lưới tinh thể của chất tanbị phá hủy
Quá trình tỏa nhiệt được tạo thành từ mối liên kết giữa cácphân tử của
chất tan với các phân tử của dung môi gọi là quá trình solvat hóa, nếu dung môi
là nước thì gọi là hydrat hóa.
Vậy nhiệt hòa tan chính là tổng của hai lượng nhiệt này. Bởi vậy nhiệt hòa
tan có thể là âm hay dương, tùy theo tính chất của của chất hòa tan và dung môi.
Đới với những chất dễ tạo thành quá trình solvat hóa thì nhiệt hòa tan dương,còn
những câhts không tạo thành solvat hóa(hydrat hóa) thì nhiệt hòa tan âm.

Do đó khi tính toán t cần biết nhiệt hòa than của một chất để thêm hay bớt
nhiệt đi, nhiệt hòa tan được tra trong sổ tay quá trình và thiết bị.
-Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Nhiệt độ sôi của dung dịch có tính chất quan trọng khi tính toán và thiết kế
thiết bị cô đặc vì từ nhiệt độ sôi của dung dịch ta sẽ chọn chất tải nhiệt để đốt
nóng cũng như các chế độ làm việc của thiết bị. Hiệu số nhiệt độ giữa chất tải
nhiệt và dung dịch là một trong những yếu tố xác định bề mặt truyền nhiệt của
thiết bị.
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất
hòa tan, khi nồng độ tăng thì nhiệt độ sôi tăng. Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn
lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở cùng áp suất, điều này có thể giải thích theo
định luật Raun:
Ps − P n
=
Ps
N

Ở đây Ps – áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất
P – áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt dung dịch
n – số mol của chất hòa tan;
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

5

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

N – số mol của dung môi.
Từ biểu thức trên ta thấy Ps > P nghĩa là áp suất hơi bão hòa của
dung môi trên mặt dung môi nguyên chất luôn luôn lớn hơn áp suất hơi bão hòa
của dung môi trên mặt dung dịch khi có nhiệt độ như nhau, cũng từ biểu thức
này ta thấy khi tăn gn (tăng nồng độ của dung dịch) thì P sẽ giảm. Hiệu số P s – P
= ∆ P gọi là độ giảm áp suất của dung môi trên dung dịch. Nếu ở nhiệt độ như
nhau áp suất của dung môi trên dung dịch luôn nhỏ hơn áp suất của dùng môi
trên dung môi nguyên chất thì ngược lại khi có cùng áp suất bên ngoài như
nhau nhiệt độ sôi cả dung dịch sẽ luôn luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi
nguyên chất. Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất
t – ts = ∆ ’
∆ ’ là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất, ∆ ’

cũng phụ thuộc nồng độ, nồng độ tăng thì ∆ ’ cũng tăng. Đại lượng này gọi là tổn
thất nhiệt độ do nồng độ. Trị số của ∆ ’ phụ thuộc vào chất hòa tan.
Khi tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất khác ta ứng dụng quy tắc
Babô, theo quy tắc này: độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung
môi trên dung dịch ở nồng độ đã cho là một đại lượng không đổi không phụ
thuộc vào nhiệt độ sôi. Nghĩa là:
Ps − P
= hằng số
Ps
P
⇒
= hằng số
Ps

Từ biểu thức này ta biết nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồng độ đã cho ứng

với áp suất nào đó thì ta có thể xác định được nhiệt độ sôi ở các áp suất khác
nhau.
Như vậy đối với các dung dịch khác nhau, tính chất vật lý, hóa học khác
nhau thì ta cần lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp.
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

6

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

4. giới thiệu dung dịch NaNO3
4.1.Tính chất vật lí:
- Natri nitrat thường ở dạng tinh thể không màu, khối lượng riêng 2,265
g/cm3; có nhiệt độ nóng chảy là tnc = 312oC.
- Natri nitrat tan trong nước,là chất điện li mạnh
- Để ngoài không khí chúng bị chảy do hấp thụ hơi nước trong không khí.
- NaNO3 khan khá bền với nhiệt ( chúng có thể thăng hoa trong chân không ở
380- 500độC ).
4.2.Tính chất hóa học:
* Ở nhiêt độ cao NaNO3 là chất oxi hóa mạnh.
- Khi bị đun nóng NaNO3 bị nhiệt phân hủy tạo thành muối Nitrit và Oxi:
NaNO3 → NaNO2 + O2
- Phản ứng với Cu trong môi trường axit:
2NO3- + 8H+ + 3Cu → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O

4.3.Ứng dụng :
- Trong thiên nhiên, chủ yếu được khai thác ở Chilê nên được gọi là sanpet
Chilê.
- Dùng để điều chế axit nitric, phân đạm, dùng trong công nghiệp thuỷ tinh,
luyện kim, độ tinh khiết 99.3% , dùng trong thí nghiệm công nghiệp, dân dụng.
- Dùng làm thuốc nổ đen

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

7

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

8

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

5. Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục
Dung dịch đầu NaNO3 được bơm (2) đưa vào thùng cao vị (3) từ thùng chứa
(1) , sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị trao đổi nhiệt (5) . Ở thiết bị
trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi 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 không ngưng được đưa qua của tháo
khí không ngưng.Nước ngưng 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 .Hơi
thứ trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu phần
dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt .
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 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 .Hơi thứ
bốc ra khỏi nồi (7) được đưa vào thiết bị ngưng tụ Baromet (8).Trong thiết bị
ngưng tụ , nước làm lạnh từ trên đi xuống , ở đây hời thứ được ngưng tụ lại
thành lỏng chảy qua ống Baromet ra ngoài còn khí không ngưng đi qua thiết bị
thu hồi bọt (9) rồi đi vào bơm hút chân không

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

9

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2

Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

PHẦN II. CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG
Các số liệu ban đầu:
Năng suất tính theo dung dịch đầu: Gđ = 8,5tấn/h
Nồng độ đầu : xđ = 15%
xc = 45%
P hơi đốt nồi 1= 4 at.
P hơi ngưng tụ= 0,2at.

1. tính toán thiết bị gia nhiệt
1.1 tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống


từ công thức: W = Gd × 1 −


xd
xc





theo công thức VI.1-[55- 2]

W = 8500×( 1- ) = 5666,67 ( kg/h )
1.2 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
Chọn tỷ lệ hơi thứ : =
W2 = W − W1

W2 = 2791,463 ( kg/h )
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

10

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

W1 = 2875,207 ( kg/h )
1.3 Nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi
- nồi 1
xc1 =

Gd × xd
Gd − W1

theo công thức VI.2a- [57- 2]

Xc1= 8500 = 22,67 %Khối lượng
W: tổng lượng hơi thứ của hệ thống

W1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1

W2: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
xc1 : nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1

- nồi 2 xc2= 45 % khối lượng
1.4 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)
∆Ρ = Ρhd 1 − Ρng

∆P = 4-0,2 = 3,8 at
Рhd1: áp suất hơi đốt nồi 1
Рng: áp suất hơi nước ngưng
1.5 Nhiệt độ, áp suất hơi đốt của mỗi nồi
(*)Tra bảng I.251-[314-1]
Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi, hơi thứ ra khỏi nồi 1 được đưa sang nồi
2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt.
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

11

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Nồi

Phdi
at

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Thdi
o

C

ρhdi

ihdi

rhdi

kg/m3

J/kg

J/kg

1
4
142,9
2,12
2744000
2141000
2
1,27 105,775
0,7133
2688450

2244800
ngưng 0,2
59,7
0,1283
2607000
2358000
Chọn = 2,55 giá trị lấy từ 1,6 - 2,9 ở đây ta chọn giá trị 2,55 cho thích hợp
∆P1 =2,73 at ,

∆P2 = 1,07 at

1.6 Áp suất, nhiệt độ hơi thứ ra khỏi từng nồi
(*)Tra bảng I.251-[314-1]
Nồi

Phti

1
2

at
1,3278
0,214

Thti
o

C
107,075
61

ρhti

ihti

rhti

kg/m3
0,7354
0,137

J/kg
2690472
2608878

J/kg
2241333
2354822

Theo sơ đồ nồi cô dặc, nhiệt độ hơi thứ nồi 1(Tht1) bằng nhiệt độ hơi đốt nồi 2
(Thd2). Nhưng do quá trình truyền khối cố sự tổn thất nhiệt do trở lực đường ống
( ∆ ′′′ )
Chọn ∆’’’ = 1,3
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1(Tht1)
Tht1 = Thd2 = 105,775+1,3 =107,075 oC
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2(Tht2)
Tht2 =Tng + 1,3 =59,7+1,3 = 61 oC
1.7 tổn thất nhiệt nhiệt độ cho từng nồi
1.7.1 Tổn thất do nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn dung môi( ∆′ )

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

12

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

(* ) khối lượng riêng của dung dịch NaNO3 tra trong bảng I.31-[38-1]
đến 100oC nên chọn khối lượng riêng tại 100oC coi sai số không đáng kể. khi
xác định nhiệt độ sôi của dung dịch ta lấy ở áp suất thường, nhưng thực tế áp
suất là khác. Tuy nhiên đây là ảnh hưởng rất nhỏ nên có thể bỏ qua.
∆′i = ∆′0 × f
f = 16.2 ×

tra theo công thức VI.10- [59- 2]

Ti 2
r

tra theo công thức VII.10- [59- 2]

⇒ ∆′i = 16.2 × ∆′0 ×

Ti 2
r

T1 = 107,075 + 275 = 380,075 K
T2 = 61 + 273 = 334 K
Ti: nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất hơi thứ
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước
∆1’= 16,2 × =3,1816 (oc)
∆2’ = 16,2× = 6,4082 (oc)
∆’= ∆1’+ ∆2’ =3,1816+ 6,4082 =9,59 (oc)
Nồi
1
2

Xc (% )
22,67
45

∆0’
3,0472
8,35

t’ (oc)
107,075
61

ri
2241333
2354822

∆i’
3,1816

6,4082

1.7.2 Tổn thất do tăng áp suất thủy tĩnh
Ρtb = Ρhti + (h1 +

h2
) × ρ dds × g ( Ν / m 2 )
2

h
= Ρhti + (h1 + 2 ) × ρ dds × 10− 4 (at )
2

tra theo công thức VI.12- [60- 2]

Phti: áp suất hơi thứ nồi i
h1i: chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt
h2: chiều cao ống truyền nhiệt
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

13

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2

chỉ


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

ρ dds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi ( tra bảng I.31- [38- 1]

Độ cao của mức dung dịch trong ống truyền nhiệt được xác định theo công thức
thực nghiệm:
Chọn h1= 0,4 m
Chọn ρ nc = 1000(kg / m3 )
Ptb1= 1,3278 + ( 0,4 +1) × 582,23× 104 =1,4093 at
→ Ttb1 =108,866 (oc)
Ptb2= 0,214 +( 0,4 + )× 684,15 × 10-4 = 0,3098 at
→ Ttb2 = 69,357 (oc)
Tính ∆1’’ =Ttb1- Tht1 = 108,886 - 107,075 = 1,811 (oc)
∆2’’ = Ttb2 -Tht2 = 69,357 - 61 = 8,357 (oc)
Σ ∆’’= 1,811+ 8,357 = 10,168 (oc)
1.7.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống
Σ ∆’’’ = 1,3 + 1,3 = 2,6 0C
1.7.4 Tổng tổn thất nhiệt của cả hệ thống là:
Σ ∆ = Σ∆’ + Σ∆’’+ Σ∆’’’ = 9,59 + 10,168 + 1,3×2 = 22,358 (0C )
1.8 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống
1.8.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch ở từng nồi
tính theo công thức: Ts = Tht + ∆′i + ∆′i′ + ∆′i′′
i

i

Nồi 1: Ts1= 107,075 + 3,1816+ 1,811+1,3 = 112,0676 (0C)
Nồi 2: Ts2= 61 + 6,4082+ 8,357 +1,3 = 75,7652 (0C)
1.8.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích( ∆thi )
i

Thi= Thd - Tsi
∆Thi1= Thd1-Ts1= 142,9 - 112,0676= 30,8324 (0C)
∆Thi2= Thd2 - Ts2 = 105,775 - 75,7652 = 30,0098 (0C)
=

100%= 2,668%

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

14

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

1.9 Tính nhiệt lượng hơi đốt D, hơi thứ Wi ( kg/h)
1.9.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng
W1;i1′

D; I 1

W1;i2

W2 ;i2’

‘

Qm1

1

Qm 2

2

GđC0ts0

(Gđ- W1)C1ts1

(Gđ -W1-W2)C2t2

DCncθ1

W1Cncθ 2

Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống
D: lượng hơi đốt vào nồi 1
I: hàm nhiệt của hơi đốt
t: nhiệt độ của dung dịch
θ: nhiệt độ nước ngưng
i: hàm nhiệt của hơi thứ
1.9.2 phương trình cân bằng nhiệt lượng
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 1
D.i1+ GđC0Tso= W1i1’ + (Gđ - W1) C1Ts1 + D Cnc θ1 + Qm1
phương trình cân bằng vật liệu nồi 2

W1i2 + (Gđ - W1) C1 Ts1 = W2 i2’ + ( Gđ - W1 -W2) C2Ts2 + W1 Cnc θ2 + Qm2
W1 + W2 = W
Trong đó: Nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh 2 nồi thường lấy bằng 5%
lượng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi ở tường nồi.
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

15

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Qm1 = 0,05 D. ( i1 - Cnc. θ1)
Qm2 = 0,05 W1. ( i2 - Cnc2. θ2)
D: lượng hơi đốt vào nồi 1 (kg/h)
Gđ: lượng dung dịch đầu (kg/h)
C0, C1, C2: Nhiệt dung riêng của dung dịch vào nồi 1, nồi 2,
và ra khỏi nồi 2. Áp dụng công thức I.43 - [152-1]
Nhiệt dung riêng của CaCl2 tính theo công thức I.41-[152-1]
CNaNO3 khan = =
=671,059 (J/kg.độ)
Đối với dung dịch loãng có nồng độ nhỏ hơn 20%
tính theo công thức I.43-[152-1]
xo= 15% → Co = 4186(1-0,15) =3558,1
đối với dung dịch có nồng độ lớn hơn 20%
tính theo công thức I.44- [152 - 1]

x1= 22,67 → C1= CNaNO3 khan.x+ 4186(1-x)
→ C1= 71,059. 0,2267+ 4186( 1- 0,2267) = 3389,163 (J/kg.độ)
X2= 45 → C2= 671,059. 0,45 + 4186(1-0,45) = 2604,277
Trong đó n: là số nguyên tử của nguyên tố Na, N,Otrong NaNO3
CNaNO3: là nhiệt dung riêng của dung dịch NaNO3
C Na, CN , CO : nhiệt dung nguyên tử tra bảng I.141-[152- 1]
Nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt
θ 1= 142,9 0C
θ2 = 105,775 0C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt
Tra bảng I.148-[166- 1
θ 1= 142,90C → Cnc1 = 4285,653 (J/kg.độ)
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

16

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

θ2 = 105,7750C → Cnc2 = 4234,121 (J/kg.độ)
* i1, i2 : Nhiệt dung riêng của hơi đốt nồi 1 và nồi 2, J/kg
* i1’ i2’: Nhiệt dung riêng của hơi thứ nồi 1 và nồi 2, J/kg
* tso, ts1, ts2 : Nhiệt độ sôi của dung dịch đầu, ra nồi 1 và ra nồi 2.
Với ts0 tra bảng (I-204) - [236 - 1]
ta có tso = 101,917 0C

Từ (*) ta có
W1= [W(i2’-C2ts2)+Gđ(C2ts2-C1ts1)] / [ 0,95( i2- Cnc2θ2)+ (i2’-C1ts1)]
= [5666,67(2608878-2604,277.75,7652)+8500( 2604,277.75,76523389,163.112,0676)] / [ 0,95(2688450- 4234,121.105,775)+(26088783389,163.112,0676)]
W1 = 2780,021 (kg/h)
Tính D
D=
= [2875,207(2690472-3389,163.112,0676)+8500(3389,163.112,06763358,1. 101,917)] / [0,95 (2744000-4285,653.142,9)]
D = 3352,929 (kg/h)
Ta có W2= W - W1 = 2886,649
2. Xác định lại tỷ lệ phân phối hơi thứ giữa các nồi
2.1 Sai số so với giả thuyết ban đầu:
ε1=

= 3,3106%

ε2=

= 3,2975 %

Vì sai số nhở hơn 5% nên giả thuyết phân phối hơi thứ trong các nồi ban đầu
có thể chấp nhận được
2.2 Tỷ lệ phân phối hơi thứ trong các nồi:
= =
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

17

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2

Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

2.3 Bảng tổng hợp số liệu 3
Chọn
W1=2875,207 (kg/h)
W2=2791,463 (kg/h)

Cân bằng vật liệu
W1=2780,021 (kg/h)
W2=2886,649 (kg/h)

Sai số
3,3106%
3,2975%

3 Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình từng nồi.
3.1 Hệ số hiệu chỉnh ở các nồi
Tra bảng I. 46 - [42- 1] ta có :

λ 

ψ = 

 λ nc 

0 , 565

 ρ
. dd
 ρ nc





2

 C dd  µ nc  


 
 C nc  µ dd  

0 , 435

C = 22,67% → ρdd1 = 1,1645.103 (kg/m3)
C = 45%

→ ρdd2 = 1,3683.103 (kg/m3)

Tra bảng (I-5 ) khối lượng riêng và thể tích của nước ta có:
Ts1 = 112,0676 → ρnc1 = 949,429 (kg/m3)
Ts2 = 75,7652 → ρnc2 = 974,422 (kg/m3)
Cnc1= 4285,653 (J/kg.độ)
Cnc2 =4234,121 (J/kg.độ)
Cdd1= 3389,163 (J/kg.độ)
Cdd2 = 2604,277 (J/kg.độ)

Tra bảng hệ số dẫn nhiệt của nước và hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ và áp
suất tra bảng [I-129] - [133- 1]
λnc1 = 60,391.10-2 ( W/m.độ )
λnc2 = 64,0813.10-2 ( W/m.độ )
Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo
công thức I.32 - [123 - 1]
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

18

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

λ = A.Cp.ρ

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

(W/m.độ )

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi mỗi nồi là:
Cp1= 3389,163 (J/kg.độ)
Cp2= 2604,277 (J/kg.độ)
Khối lượng riêng của chất lỏng:
ρdd1= 1,1645.103 (kg/m3)
ρdd2 = 1,3683.103 (kg/m3)
A: Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng A= 3,58.10-8
M: Khối lượng mol từng nồi.

*) Nồi 1
NNaNO3 =

/

+

= 0,0584

→ M1= NNaNO3.MNaNO3 + NH20.MH2O = 0,0584.85 + 0,9416. 18 = 21,9128
Nồi 2:
NNaNO3 =

/ +

= 0,1477

→ M2 = NNaNO3. MNaNO3 + NH2O. MH2O
= 0,1477.85 + 0,8523. 18 = 27,8959
Thay vào công thức (1) ta có:
λ1 = 3,58.10-8. 3389,163. 1,1645.103 = 0,5312 ( W/m.độ )
λ2 = 3,58.10-8. 2604,277. 1,3683.103 = 0,467 ( W/m.độ )
Tra bảng (I.104) và (I.102)- [ 96 - 1] tra độ nhớt của nước
µnc1 = 0,2512 ( Cp )
µnc2 = 0,37615 ( Cp )
Độ nhớt của dung dịch tại nhiệt độ sôi là
µdd1 = 0,6574 ( Cp )
µdd2 = 0,89 ( Cp )
Ta có bảng tổng hợp số liệu:
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

19

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Nồi

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

ρdd.10-3 ρnc.10-3

M

λdd

λnc

µdd.103

µdd.103

W/m.độ
0,60391

N.s/m2
0,6574

N.s/m2
0,2512

0,640813

0,89

0,37615

Kg/m3
1,1645

Kg/m3
0,949429

21,9128

(W/m.độ)
0,5312

2 1,3683

0,974422

27,8959

0,467

1

Thay vào công thức (*) ta có:
Ψ1 = 0,66
Ψ2 = 0,62533
3.2 Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt.
Σ r = r1 + r2 +
Trong đó: r1, r2 nhiệt trở cặn bẩn 2 bên thành ống
tra bảng( V-1) - trang 4 - sổ tay tập 2 ta có
r1= 0,378.10-3 ( m2.độ/W)
r2 = 0,232.10-3 (m2.độ/W)
Ống dẫn nhiệt làm bằng thép CT3 có chiều dày 2 mm nên
λ = 46,4 ( W/m.độ)
Vậy Σ r = 0,387. 10-3 + 0,232.10-3 + = 6,531.10-4 ( m2.độ/W )

3.3.Hệ số cấp nhiệt, nhiệt lượng trung bình ở nồi 1
hệ số truyền nhiệt

Τ1i ; α1i
∆t1i
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

TT2 i
20

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội
∆t2i

TT1i

λ;σ

Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt ở nồi 1 là:
∆T11= 3,2oC

và ∆T12 = 2,850C

a.Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước :
Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo thành lớp
màng mỏng, với những thiết bị thường gặp như loại phòng đốt trong tuần hoàn
ngoài, phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm, phòng đôt treo đều là trường hợp
hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt( hơi đốt là hơi bão hòa không chứa khí
trơ), màng nước ngưng chảy thành dòng thì hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt được
tính theo công thức: V.101-[ 28-2]
α1i = 2,04Ai

0,25

( W/m2.độ )

H: là chiều cao ống truyền nhiệt, H= 2m
r:là ẩn nhiệt ngưng tra theo nhiệt độ hơi đốt
r1 = 2141000 (J/kg)
r2 = 2244800 (J/kg)
nhiệt màng nước ngưng

tmi = Ti - ,

0

C

Do đó: tm1= 142,9 tm2 = 105,775 -

= 141,3 (0C )

= 104,35 (0C )

Hệ số A tra nhiệt độ màng nước ngưng tra bảng trang [28 - 2]
tm1 = 141,3 → A1 = 194,195
tm2 = 104,35 → A2 = 108,9575
Nồi 1: α11 = 2,04.194,195 ( )0,25 = 9527,465 ( W/m.độ )
b.Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ:
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

21

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

q1i = α1i . ∆T1i (W/m2)

thay số ta được:
q11 = α11 . ∆T11 = 9527,465. 3,2 = 30487,89 (W/m2)
c.Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi:
Áp dụng công thức:
α2i = 45,3. .∆T2i2,33. ψi

(W/m2.độ)

Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch
∆T2i = ∆Ti - ∆t1i - ∆tTi = ∆Ti - ∆t1i - q1i.Σr ,

0

C

Thay số vào ta có
∆T21 = 30,8324 - 3,2 - 30487,89. 6,531.10-4 = 7,72076 (0C )
Pi’: áp suất làm việc bằng áp suất hơi thứ.
Thay số vào ta có:
α21 = 45,3 . 7,720762,33.0,66 = 4031,4035 (W/m2.độ)
d.nhiệt tải riêng về phía dung dịch
q21 = α21 . ∆T21 , ( W/m2)
thay số:
q21 = 4031,4035.7,72076 = 31125,4988 (W/m2.độ)
e.So sánh sai số ta thấy
. 100% = . 100 = 2,0485%
Vì sai số nhỏ hơn 5% nên có thể chấp nhận được
4.Hệ số cấp nhiệt trung bình của nồi 2:
a.Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi nước
theo công thức

α12 = 2,04.Ai ( ) 0,25
Thay số ta có
α12 = 2,04.180,9575

0,25

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

= 9247,673 ( W/m2.độ)
22

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

b.Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ
q12 = α12 . ∆T12 = 9247,673. 2,85 = 26355,87 ( W/m2.độ)
c.Hệ số cấp nhiệt α 22 từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi
∆T22 = ∆Ti - ∆t1i - ∆tTi = ∆Ti - ∆t1i - q1i.Σr ( 0C )
= 30,0098 - 2,85 - 26355,87.6,531.10-4
= 9,9468 ( 0C )
α2i = 45,3. .∆T2i2,33. ψi

(W/m2.độ)

Thay số ta được:

α2i = 45,3. . 9,94682,33. 0,62533
= 2767,0356 (W/m2.độ)
d.Nhiệt tải riêng về phía dung dịch
q22 = α22 . ∆T22 = 2767,0356. 9,9468
= 27523,149 (W/m2)
e.So sánh q12 và q22
.100% = .100% = 4,241%
Vì sai số nhỏ hơn 5% nên có thể chấp nhận được
5. Xác định hệ số truyền nhiệt từng nồi
5.1. Hệ số truyền nhiệt Ki
Theo phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện bề mặt
truyền nhiệt các nồi bằng nhau.
Ki =
a.Nhiệt tải riêng trung bình:
Nồi 1:
qtb1 = = = 30806,7 (W/m2 )
Nồi 2:
qtb2 = =

= 26939,51 (W/m2)

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

23

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

b.Hệ số truyền nhiệt
∆T22 : hiệu số nhiệt độ hữu ích

Ki =

Thay số ta có:
K1 = =

= 999,166 (W/m2.độ )

K2 = =

= 897,69 (W/m2.độ )

5.2.Lượng nhiệt tiêu tốn
Theo sách bài tập quá trình và thiết bị tập 1 ta có
Nồi 1: theo bài thì dung dịch vào thiết bị cô đặc 1 ở nhiệt độ sôi, nên lượng
nhiệt cần thiết ở nồi 1 là
Nồi 1: Q1 = =

= 1653340,267( W )

W1: lượng hơi thứ nồi 1
Và r1: lượng nhiệt ngưng tụ hơi đốt nồi 1
Nồi 2: Q2 =
Với m1 = Gđ - W1 = 8500 - 2780,021 = 5719,979 (kg/h)
Thay số ta được:

Q2 =
= 1604498,19 (W)
6. Nhiệt độ hữu ích từng nồi
6.1. Lập tỷ số: Li = Qi/ Ki
Nồi 1: L1 = Q1/ K1 =

= 1654,72

Nồi 2: L2 = Q2/ K2 =

= 1787,363

6.2. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng nồi
Theo công thức trang [331- 3 ] ta có:
∆Thi* = ∆Thi .
Thay số vào ta có:
Nồi 1: ∆Thi1* = (30,8324+30,0098).
= 29,348 ( 0C)
Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

24

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2


Đồ án môn học
Quá trình thiết bị

Trường: ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Nồi 2: ∆Thi2* = (30,8324+30,0098).
= 31,493 (0C )
7. So sánh ∆Thi và ∆Thi*
Nồi 1: Sai số:
δT1 = = 4,814 ( 0C )
δT2 = = 4,71 ( 0C )
Do sai số nhỏ hơn 5% nên ta chấp nhận giả thuyết phân bố áp suất ban đầu
Bảng số liệu:
Nồi

Ki

Qi

∆Thi

∆Thi*

Sai số

1
2

(W/m2.độ)
999,166
897,69

(W/m2)
1653340,267
1604498,19

(0C)
30,8324
30,0098

(0C)
29,348
31,493

4,814%
4,71%

8. Tính bề mặt truyền nhiệt F
Theo phương pháp bề mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau.
Fi =
Thay số ta được
F1 =

= 56,383 ( m2 )

F2 =

= 56,754 (m2 )

Vậy theo phương pháp bề mặt truyền nhiệt bằng nhau
Quy chuẩn theo bảng VI.6 -[ 80 - 2] → Thì Fchuẩn lấy bằng 63 m2
PHẦN III : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN
1.tính buồng đốt
1.1.Số ống truyền nhiệt trong buồng đốt (n)

Sinh Viên: Nguyễn Thị Mến

25

Lớp: ĐH Công Nghệ Hóa- K2