ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔ ĐẶC NAOH

Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
I.

Giới thiệu chung về natri hydroxit (NaOH):
Tính chất vật lí và hóa học của NaOH:
Natri hydroxyt là khối tinh thể không trong suốt có màu trắng, không mùi. Dễ tan
trong nước, tan nhiều trong rượu và không tan trong ete.
NaOH có trọng lượng riêng 2,02. Độ pH là 13,5. Nhiệt độ nóng chảy 327,6 ± 0,9 oC.
Nhiệt độ sôi 1388oC. Hấp thụ nhanh CO2 và nước của không khí, chảy rữa và biến thành
Na2CO3.
NaOH là một bazơ mạnh; có tính ăn da, khả năng ăn mòn thiết bị cao; trong quá
trình sản xuất cần lưu ý đến việc ăn mòn thiết bị, đảm bảo an toàn lao động. Ngoài ra,
NaOH có tính hút ẩm mạnh, sinh nhiệt khi hòa tan vào nước nên khi hòa tan NaOH cần
phải dùng nước lạnh.
Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H2O, NaOH.3H2O và
NaOH.2H2O. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn khi chúng nóng chảy.

Điều chế và ứng dụng:
Trong phòng thí nghiệm:
+ Natri tác dụng với nước
2Na + 2H2O --> 2NaOH + H2
+ Natri oxit với nước
2NaO + H2O --> 2NaOH
Trong công nghiệp:
Trước kia, người ta điều chế NaOH bằng cách cho canxi hiđroxit tác dụng với dung
dịch natri cacbonat loãng và nóng:
Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3
Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch NaCl bão hòa:
2NaCl + 2H2O

dòng điện

Cl2 + H2 + 2NaOH

NaOH được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất xà phòng, giấy và tơ nhân
tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm và dược
phẩm, làm khô các khí và là thuốc thử rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học
II.Sơ lược về quá trình cô đặc:
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.
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 dùng 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
đọan 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 caovề 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.
Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng phổ biến hơn cả, loại này có ưu điểm là
dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt
độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có
nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ
làm bốc hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào
nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do đó cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt để đun
nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được
đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước ngưng tụ.
Khuyết điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần,

nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết
quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến nồi cuối.
Cấu tạo thiết bị cô đặc:
Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi
được dùng phổ biến, loại này gồm 2 phần chính:
a) Bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun
sôi dung dịch.
b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi) là một phòng trống, ở đây hơi thứ được tách
khỏi hỗn hợp lỏng – hơi của dung dịch sôi (khác với các thiết bị chỉ có phòng đốt). Tùy
theo mức độ cần thiết người ta có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi – lỏng ở trong
phòng bốc hơi hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo.
Về phân loại có thể phân loại thiết bị theo 2 cách:
- Theo sự phân bố bề mặt truyền nhiệt có loại nằm ngang, thẳng đứng, loại nghiêng.
- Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt có loại vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm.
- Theo chất tải nhiệt có loại đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi nước,
bằng chất tải nhiệt đặc biệt.
- Theo tính tuần hoàn dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức,...
Lựa chọn thiết bị:
Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 2 nồi, làm việc liên tục, có ống tuần hoàn
trung tâm buồng đốt trong đối lưu tự nhiên.
Thiết bị cô đặc dạng có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa, làm sạch. Đồng thời, có thể tận dụng
triệt để nguồn hơi.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ sôi của dung
dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biến đổi của chất tan.


Tuy nhiên, tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuần hoàn bị
giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.
Sơ đồ thiết minh quy trình công nghệ:
Quá trình cô đặc 2 nồi ngược chiều buồng đốt ngoài là quá trình sử dụng hơi thứ thay

cho hơi đốt. Dung dịch ban đầu trong thùng chứa(12) được bơm ly tâm (15) bơm lên thùng
cao vị (1) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế sau đó vào thiết bị gia
nhiệt (2). Tại thiết bị gia nhiệt (2) dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 2. Dung
dịch sau đó được đưa vào buồng đốt ngoài (4) của nồi 2. Tại nồi 2 dung dịch NaOH bốc hơi
một phần tại buồng bốc (5), hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ (7), 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. Còn sản phẩm được bơm vào nồi 1 để tiếp tục quá trình cô đặc, khi đến nồng độ
yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm(12) Ở nồi 1 hơi đốt được cung cấp từ
ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi thứ của nồi 1.


Chương 2:
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
I.

Tính cân bằng vật liệu:
Thông số và số liệu ban đầu:
Dung dịch cô đặc: NaOH
Nồng độ dung dịch đầu: 4,5%
Nồng độ dung dịch cuối: 13%
Năng suất ban đầu của dung dịch: 32000 kg/h

1.1

Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung dịch
thay đổi từ xd đến xc:
Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn hệ thống:
Gđ= Gc+ W (1)
Trong đó:
Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối (kg/h)

W: lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống (kg/h)
Viết cho cấu tử phân bố:
Gđ.xđ= Gc.xc+ W.xw
Trong đó:
xđ, xc là nồng độ của dung dịch vào ở nồi đầu và ra ở nồi cuối (% khối lượng)
xem lượng hơi thứ không mất mát ta có:
Gđ.xđ= Gcxc (2)
Vậy lượng hơi thứ thoát ra của toàn bộ hệ thống:
W=Gd(1-

xd
4,5
) = 32000.(1) = 20923,08 (kg/h)
xc
13

Trong đó:
Gd : lượng dung dịch ban đầu
Xd, Xc: nồng độ đầu, cuối của dung dịch (% khối lượng)
1.2

Xác định nồng độ cuối của dung dịch ở từng nồi :
Ta có: W= W1+ W2
Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng
cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp
Giả sử chọn tỉ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là :
Khi đó ta có hệ phương trình:

W1
=1,1

W2


 W1
= 1,1

W2
W + W = 20923,08
 1
2

Giải hệ trên ta có kết quả:
W1 = 10959,711 kg/h
W2 = 9963,369 kg/h
Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1:
X1 =

Gd X d
32000 × 4,5
=
= 13%
Gd − (W1 + W2 ) 32000 − (10959,711 + 9963,3)

Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2:
X2 =

Gd X d
32000 × 4,5
=
=6,844%

Gd − W1 32000 − 10959,711

Trong đó:
X1, X2: nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi (% khối lượng)
W1, W2 : lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi (kg/h)
Gd : lượng dung dịch đầu (kg/h)
Xd: nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng)
II. Cân bằng nhiệt lượng:
2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi:
Gọi P1, P2, Pnt là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ.
∆P1: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2.
∆P2: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ.
∆Pt: hiệu số áp suất của cả hệ thống.
Giả sử chọn:
Áp suất của hơi đốt vào nồi 1: P1=3,34 at
Áp suất của thiết bị ngưng tụ Baromet: Pnt= 0,36 at
Khi đó hệ số áp suất cho cả hệ thống cô đặc là:
∆Pt = P1-Pnt= 3,34- 0,36 = 2,98at
∆P1
Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là: ∆P2 = 1,6

Kết hợp với phương trình ∆P1+∆P2= ∆Pt= 2,98at
Suy ra: ∆P1= 1,834(at)
∆P2= 1,146 (at)
P2= P1- ∆P1= 3,34- 1,834= 1,506 (at)
2.2 Xác định nhiệt độ trong mỗi nồi:


Gọi: thd1, thd2, tnt là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ.
tht1, tht2 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2.

Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 10C
tht1= thd2+ 1
tht2= tnt+ 1
Tra bảng :

I. 250, STQTTB, T1/ Trang 312.
I. 251, STQTTB, T1/ Trang 314.

Bảng 2.1: Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) của các dòng hơi.
Loại
Hơi đốt
Hơi thứ

Nồi 1
Áp suất

Nhiệt độ

Nồi 2
Áp suất

Nhiệt độ

Tháp ngưng tụ
Áp suất Nhiệt độ

(at)

(oC)

(at)

(oC)

(at)

(oC)

3,34

137,422

1,506

111,088
0,36

72,72

1,556

112,088

0,345

73,72

2.3 Xác định tổn thất nhiệt độ:
Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm: tổn thất do đường ống, tổn thất do áp suất
thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống.

2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra (∆ ’):
Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi
nguyên chất.
Hiệu số nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt do
nồng độ gây ra.
Ta có: ∆'= t0sdd- t0sdmnc (ở cùng áp suất)
Áp dụng công thức Tisenco:
∆'= ∆'o. f
Với f =16,2 ×
Trong đó ∆'o : tổn thất nhiệt độ do tsdd > tsdm ở áp suất thường
f: hệ số hiệu chỉnh
Ts : là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất (oK).
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc (J/kg).
Bảng 2.2: Tra bảng VI.2, STQTTB, T2/Trang 67
Nồi 1

Nồi 2

Nồng độ dung dịch (% khối lượng)

13

6,844

∆'o (oC)

4,12

1,664

Bảng 2.3: Tra bảng I.251, STQTTB, T1/Trang 314
Nồi 1

Nồi 2

Áp suất hơi thứ (at)

1,556

0,345

Nhiệt hóa hơi r (J/kg)

2229,167.103

2325,776.103

Nồi 1: ∆'1= ∆'0 × 16,2 ×

(Ts + 273) 2
(112,088 + 273) 2
= 4,12 × 16,2 ×
= 4,440C
r1
2229,167.103

Nồi 2: ∆'2= ∆'0 × 16,2 ×

(73,72 + 273) 2

(73,72 + 273) 2
= 1,664 × 16,2 ×
= 1,3930C
r2
2325,987.103

Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống:
∆'= ∆'1+∆'2= 4,44+ 1,393= 5,8330C
2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (∆ ’’ ):
Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh ∆"(tổn thất nhiệt
độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):
Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
Ptb = P0 + ( ∆h +

h
2

) ρ dds ⋅ g

h
2

Hay Ptb = P0 + ( ∆h + ) ρ dds .

(N/m2)

g
(at)
9,81.104

Trong đó:
P0 : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch (N/m2)
∆h : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của
dung dịch (m)
h : chiều cao ống truyền nhiệt (m)
ρdds : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)

g :gia tốc trọng trường (m/s2), g=9,81 m/s2
Vậy ta có:

∆" = ttb – t0 , độ;

Ở đây: ttb - nhiệt độ sôi dung dịch ứng với áp suất ptb, 0C;
t0 - nhiệt độ sôi của dung môi ứng với áp suất p0, 0C.
Bảng 2.4: Tra bảng I.22 STQTTB T1/34
x%

p0(at)

to(0C)

ρdd

ρdds

Nồi 1

13

1,556

112,088

1095,8

547,9

Nồi 2

6,844

0,345

73,72

1030,546 515,273


Hơi đốt

3,34

137,422

Chọn h= 4 m (cho cả 2 nồi)
∆h= 0,5 m (cho cả 2 nồi)
Áp suất thủy tĩnh của từng nồi:
h
2

Nồi 1: Ptb1 = P0 + ( ∆h + ) ρ dds g (N/m2)
h
4




 ( ∆h + 2 ) ρ dds1 g 
 (0,5 + 2 ) × 547,9 × 9,81 
Ptb1 = P0 + 
= 1,556 + 
 = 1,694at
9,81.104 
9,81.104








h
2

Nồi 2: Ptb 2 = P0 + ( ∆h + ) ρ dds g (N/m2)
h
4





 ( ∆h + 2 ) ρ dds 2 g 
 (0,5 + 2 ) × 515, 273 × 9,81 
Ptb 2 = P0 + 
= 0,345 + 
 = 0, 474at
9,81.104 
9,81.104









Để tính t0s của dung dịch NaOH ứng với Ptb thì ta dùng công thức BaBo
(

P
)t = K
Ps

Trong đó:
P: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất.
Ps: áp suất hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất thường
Tra STQTTB1 /236 & 311.
Nồng độ của dung dịch ở nồi 1: 13%; nhiệt độ sôi t0s=104,3010C cũng ở nhiệt độ đó áp

suất hơi bão hòa của nước là 1,204 at.
Nồi 1:

P
1
=
⇒ Ps = 1, 204 P
Ps 1, 21

P= Ptb1 ⇒ Ps1= 1,204 × 1,649= 2,039at
⇒ t0tb1= 120,61 0C

P=P0 ⇒ Pos1= 1,204 × 1,556= 1,874 at
⇒ t0s1= 118,19 at
⇒ ∆"1= t0tb1- t0s= 120,61- 118,19= 2,42 0C

Tra STQTTB1 /236 & 311.
Nồng độ của dung dịch ở nồi 2: 6,844%, nhiệt độ t0s=101,830C cũng ở nhiệt độ đó áp
suất hơi bão hòa của nước là 1,105 at.
Nồi 2:

P
1
=
⇒ Ps = 1,105P
Ps 1,1


P=Ptb2 ⇒ Ps2= 1,105 × 0,474= 0,524 at
⇒ t0tb2=83,744 0C

P=P0 ⇒ P0s2= 1,105 × 0,345= 0,382 at
⇒ t0s2= 76,087 0C
⇒ ∆"2= t0tb2- t0s2= 83,744- 76,087= 7,6570C

Vậy tổng tổn thất do áp suất thủy tĩnh:
∆"= ∆"1+∆"2= 2,42+ 7,657= 10,0770C
2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra:
Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là 10C.
Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra cho cả hệ thống: ∆"' = 20C
2.3.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống:
∑∆= ∆'+∆"+∆"' = 5,833+ 10,077+ 2 = 17,910C
2.3.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống:
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
x%

p0(at)

to(0C)

ρdd

ρdds

Nồi 1

13

1,556

112,088

1095,8

547,9

Nồi 2

6,844

0,345

73,72

1030,546 515,273

3,34

137,422

Hơi đốt
Nồi 1: ∆ti1= thd1- thd2 - ∑∆1

= 137,422- 111,088-(4,44+ 2,42+ 1)= 18,4730C
Nồi 2: ∆ti2= thd2- tnt- ∑∆2
= 111,088- 72,72- (1,393+ 7,657+ 1)= 28,3190C
Nhiệt độ sôi thực tế:
Nồi 1:
∆ti1= thd1- ts1 ⇒ ts1= thd1 - ∆ti1= 137,422- 18,473= 118,9490C
Nồi 2:

∆ti2=thd2- ts2 ⇒ ts2= thd2- ∆ti2= 111,088- 28,319= 82,769
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích cho cả hệ thống:
∆hi= thd1- tnt- ∑∆= 137,422- 72,72- 17,91= 46,792 0C
2.4

Nhiệt dung riêng C(J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức I.43;

STQTTB T1/ trang152
C= 4186.(1-x) ( J/kg.độ)
X là nồng độ chất tan (% khối lượng)


Nhiệt dung riêng đầu có nồng độ xđ= 4,5%
Cd= 4186.(1-0,045)= 3997,63 J/kg.độ
Nồi 1: x1= 13%
C1= 4186(1-0,13)= 3641,82 J/kg.độ
Nồi 2: x2= 6,8%
C2= 4186(1-0,06844)= 3899,51 J/kg.độ
2.5

Nhiệt lượng riêng:

Gọi:
D1, D2: lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (kg/h)
Gđ, Gc lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)
W, W1, W2: lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nồi (kg/h)
I1, I2: hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2
i1, i2: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 (J/kg)
Cđ, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg.độ)

tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch 0C
θ1, θ2: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C
Cng1,Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 0C
Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2(W)
* Nhiệt lượng vào gồm có:
Nồi 1:
- Nhiệt do hơi đốt mang vào: D1I1
- Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (Gđ-W2).C2ts2
Nồi 2:
- Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W1i1=D2I2
- Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: GđCđtđ
* Nhiệt mang ra gồm:
Nồi 1:
- Hơi thứ mang ra: W1i1
- Do dung dịch mang ra: (Gd-W)C1.ts1
- Do hơi nước ngưng tụ: D1Cng1θ1
- Do tổn thất chung: Qtt1= 0,05D(I1-Cng1θ1)
Nồi 2:
- Hơi thứ mang ra: W2i2
- Do dung dịch mang ra: (Gd-W2)C2ts2


- Do hơi nước ngưng tụ: D2Cng2θ2
- Do tổn thất chung: Qtt2=0,05D2(I2-Cng2θ2)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Nồi 1:
D1I1+(Gđ-W2)C2ts2=W1i1+(Gđ-W)C1ts1+D1Cng1θ1+0,05D1(I1-Cng1θ1) (1)
Nồi 2:
D2I2+GđCđtđ= W2i2+(Gđ-W2)C2ts2+D2Cng2θ2+0,05D(I2-Cng2θ2) (2)
Với: D2I2=W1i1; W=W1+W2

Ta có:
(2) ⇔ W1(0,95i1-C2ts2+i2-0,95Cng2θ2)= Wi2+(Gđ-W)C2ts2-GđCđts2
⇔ W1=

Wi2 + (Gd − W )C2ts 2 − Gd Cd ts 2
0,95i1 − C2ts 2 + i2 − 0,95Cng 2θ 2

Bảng 2.1 Tra bảng I.249 STQTTB T1/Trang 310.
I.250 STQTTB T1/Trang 312.
Hơi đốt
t (0C)
Nồi 1 137.422
Nồi 2 111.088

I (J/kg)
2736.391
2697.959

Hơi thứ
Cn(J/kg.độ) t (0C)
i(J/kg)
4281.586 112.088 2699.759
4234.415 73.72
2633.544

Dung dịch
C(J/kg.độ) ts (0C)
3641.82
118.949
3899.51

82.769

Với: θ1= thd1; θ2=thd2
Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là:
⇒ W1 =

20923,08 × 2633,545 × 103 + (32000 − 20923,08) × 3899,51 × 82,769 − 32000 × 3997,6 × 82,769
0,95 × 2699,759 × 103 − 3899,51 × 82,769 + 2633,545 × 103 − 0,95 × 4234, 415 × 111,088

= 9102,024 (kg/h)
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2:
W2 = W − W1 = 20923,08 − 9102,024 = 11821,056 (kg/h)

Tính sai số:
η1 =
η2 =

W1 − Wgt1
W1
W2 − Wgt 2
W2

=

9102.024 − 10959,711
= 0, 204% < 5%
9102,024

=

11821,056 − 9963,369
= 0,186% < 5%
11821,056

ηi < 5% chấp nhận được.

Lượng hơi đốt tiêu dùng:
D1 =

W1.i1 + (Gd − W ).C1.ts1 − (Gd − W2 ).C2 .ts 2
0,95( I1 − Cng1.θ1 )


=

9102,024 × 2699,759 × 103 + (32000 − 20923,08) × 3641,82 × 118,949 − (32000 − 11821,056) × 3899,51 × 82,769
0,95(2736,391 × 103 − 4281,586 × 137, 422)

=3037,556 (kg/h)
III.

Tính bề mặt truyền nhiệt:

3.1 Độ nhớt:
Sử dụng công thức Paplov I.17 STQTTB T1/ trang 85:
t1 − t2
= k = const
θ1 − θ 2

Trong đó: t1, t2: nhiệt độ của chất lỏng có độ nhớt là µ1, µ2

θ1, θ2 : nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có độ nhớt là µ1, µ2
Nồi 1:
Lấy nước làm chất lỏng tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x1=13%
Chọn t1= 600C, ta có µ1= 1,126.10-3 (N.s/m2) ⇒ θ1= 15,4510C
Chọn t2= 400C, ta có µ2= 1,454.10-3 (N.s/m2) ⇒ θ2= 6,4220C
Tra µ1, µ2 dựa vào bảng I.107 STQTTB,T1/ trang 100
Tra θ1, θ2 dựa vào bảng I.102 STQTTB,T1/ trang 94
⇒k =

t1 − t2
60 − 40
=
= 2, 215
θ1 − θ 2 15, 451 − 6, 422

Từ đó ta có: θ s1 =

t s1 − t 2
118,948 − 40
+ θ2 =
+ 6,422 = 42,065 (0C)
k
2,215

⇒ µs1= 0,6301.10-3 (N.s/m2)

Nồi 2: (tương tự như nồi 1)
Lấy nước làm chất tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x2= 6,844%
Chọn t1= 400C, ta có µ1= 0,964.10-3 (N.s/m2) ⇒ θ1= 21,7250C
Chọn t2= 300C, ta có µ2= 1,197.10-3 (N.s/m2) ⇒ θ2= 13,1710C

⇒k =

t1 − t2
40 − 30
=
= 1,169
θ1 − θ 2 21,725 − 13,171

Từ đó ta có: θ s 2 =

t s 2 − t2
82,769 − 30
+ θ2 =
+ 13,171 = 58,309 (0C)
k
1,169

⇒ µs2= 0,475.10-3 (N.s/m2)

3.2

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch:

Công thức I.32 STQTTB T1/ trang 123
λdd = A.C p .ρ . 3

ρ
(W/m.độ)
M

Trong đó:
A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước


Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg .độ)
ρ: khối lượng riêng (kg/m3)
M: khối lượng mol của chất lỏng
Chọn A= 3,58.10-8
Ta có:

M=mi.Mdd+(1-mi).Mnước

xi
M dd
Mà: mi = x
1 − xi
i
+
M dd M H 2O

Nồi 1:
0,13
40
mi1 =
= 0,063
0,13 1 − 0,13
+
40
18
⇒ M1= 0,063 × 40+(1-0,063).18= 19,386

⇒ λ1 = 3,58.10−8 × 3641,82 × 1095,8 × 3

1095,8
= 0,548 (W/m.độ)
19,386

0,068
= 0,032
Nồi 2: mi 2 = 0,068 40
(1 − 0,068)
+
40
18
⇒ M2=0,032 × 40+(1-0,032) × 18=18,704
⇒ λ2 = 3,58.10−8 × 3899,51 × 1030,546 × 3

3.3

1030,546
= 0,547 (W/m.độ)
18,704

Hệ số cấp nhiệt:

3.3.1

Về phía hơi ngưng tụ: (α1)

Công thức V.101 STQTTB T2/ trang 28:
α1 = 2,04. A. 4

r
h.∆t1

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

4

ρ 2λ 3
: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng tm
µ

tm= 0,5(tT1+thd)
∆t1=thd- tT1
Nồi 1: Chọn ∆t11= 2,10C
⇒ tT11= thd1- ∆t11= 137,422- 2,1= 135,3220C


⇒ tm1= 0,5 × (135,322+ 137,422)= 136,3720C

Tra STQTTB T2/trang 29 ta có: A1= 192,912
Tra bảng I.250 STQTTB T1/ trang 312
Từ thd1= 137,4220C suy ra r1= 2158,218.103 (J/kg)
2158, 218 × 103
= 8860,179 (W/m2.độ)
4 × 2,1

⇒ α11 = 2,04 × 192,912 × 4

⇒ q11 = α11 × ∆t11 = 8860,179 × 2,1 = 18606,378 (W/m2)

Nồi 2: Chọn ∆t12= 1,950C
⇒ tT12= thd2- ∆t12= 111,088- 1,95= 109,1380Ct
⇒ tm2= 0,5.(111,088+ 109,138)= 110,1130C

Tra STQTTB T2/trang 29 ta có: A2= 183,551
Tra bảng I.250 STQTTB T1/ trang 312
Từ thd2= 111,0880C suy ra r2= 2230,952 × 103 (J/kg)
⇒ α12 = 2,04 × 183,551 × 4

2
2230,952 × 103
= 8659,364 (W/m .độ)
4 × 1,95

⇒ q12 = α12 × ∆t12 = 8659,364 × 1,95 = 16885,759 (W/m2)

3.3.2

Về phía dung dịch sôi:

Ta có: α2 = ϕ.αn
Với: ϕ là hệ số hiệu chỉnh.
αn là hệ số cấp nhiệt của nước.

Mà theo công thức VI.27, STQTTB, T2/Trang 71
λ 2
Ta có: ϕ =  d

 λn






0 , 565

 ρ 2
. d
 ρ n






2

 Cd 2

C
 n

  µn
.
 µ 2
 d






0 , 435

Theo CT V.91, STQTTB, T2/Trang 26
αn = 0,145.∆t 22,33 . p 0,5 W/m2.độ

Trong đó:
λdd , ρ dd , Cdd , µdd lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và

độ nhớt của dung dịch.
λn , ρ n , Cn , µn lần lượt là hệ số truyền nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng và độ

nhớt của nước.
Ta có: ∑ r = r1 + r2 + r3
Chọn theo bảng V.I, STQTTB, T2/ Trang 4.

∑r = r

1

+

δ
+ r3
λ

Trong đó:
r1: nhiệt trở do lớp nước ngưng
r2: nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống
λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhệt
δ : bề dày ống truyền nhiệt ( δ =2mm)

r3 : nhiệt trở qua lớp vật liệu
Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 λ = 50 W/m độ.
Tra bảng XII.7,STQTTB, T2/ Trang 313.
Chọn r1=0,232.10-3 (m2.độ/W)
r3= 0,387.10-3 (m2.độ/W)
⇒ ∑r= 0, 232.10−3 +

2
.10 −3 + 0,387.10−3 = 0,659.10 −3
50

Nồi 1: ta có: ts1= t21= 118,9480C
Ta có: ∆tI= q11.∑r= 18606,378 × 0,659.10-3= 12,2610C
⇒ tT21= tT11- ∆tI= 135,322- 12,261= 123,0610C

Hiệu số cấp nhiệt của nước:
∆t21= tT21- t21= 123,061- 118,948= 4,1130C
Áp suất hơi thứ tại nồi 1:
Pht1= 1,556 × 98100= 152707,52(N/m2)
⇒ αn1= 0,145 × 4,1132,33 × 152707,520,5= 1527,608 (W/m2.độ)

Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311
Ta có: Cn= 4248.213 J/kg.độ

µn= 0,239.10-3 N.s/m2
λn= 68,578.10-2 W/m.độ
ρn= 943,931 kg/m3
0,565

 0,548 
ϕ1 = 
−2 ÷
 68,578.10 

 1095,8  2  3641,8   0, 239.10 −3  

÷
÷
−3 ÷
 943,931   4248, 231   0,6301.10  

0,435

⇒ α21= φ1.αn1= 0,615 × 1527,608= 940,719 (W/m2.độ)
⇒ q21= α21.∆t21= 940,719 × 4,113= 3869,177 (W/m2)

Nên ta có:
η1 =

3869,177 − 18606,378
.100 %= 3,81% < 5%
3869,177

Vậy nhiêt tải trung bình:

Q1 =

q11 + q21 18606,378 + 3869,177
=
= 11237,251 (W/m2)
2
2

= 0,615


Nồi 2: ta có ts2= t22= 82,7690C
∆tII = q12. ∑r= 16885,759 × 0,659.10-3= 11,1270C
⇒ tT22= tT12- ∆tII= 109,138- 11,127= 98,0110C

Hiệu số cấp nhiệt của nước:
∆t22= tT22- t22= 98,011- 82,769= 15,2420C
Áp suất hơi thứ tại nồi 2:
Pht2= 0,345 × 98100= 33894,884(N/m2)
⇒ αn2= 0,145 × 15,2422,33 × 33894,8840,5= 15236,65(W/m2.độ)

Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311
Ta có: Cn=4197,215 J/kg.độ
µn=0,345.10-3 N.s/m2
λn=67,566.10-2 W/m.độ
ρn=970,138 kg/m3
0,565

 0,547 
ϕ2 = 

−2 ÷
 67,566.10 

  1030,547 2  3899,51   0,345.10 −3  

÷
÷
−3 ÷
  970,138   4197,215   0, 475.10  

0,435

= 0,789

⇒ α22= φ2.αn2= 0,789 × 15236,65= 12025,593 (W/m2.độ)
⇒ q22= α22.∆t22= 12025,593 × 15,242= 183284,96(W/m2)

Nên ta có:
η2 =

183284,96 − 16885,759
.100 %= 0,907% < 5%
183284,96

Vậy nhiệt tải trung bình:
Q2 =
3.4

q12 + q22 16885,759 + 183284,96
=

= 100085,36 (W/m2)
2
2

Tính hệ số nhiệt độ hữu ích cho các nồi:
Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: F1= F2 nên nhiệt độ hữu ích phân bố

trong các nồi được tính theo công thức VI.20 STQTTB T2/trang 68

∆t hi (k ) =

Qi
Ki
n =2

∑

. ∑ ∆t hi

i =1

Trong đó:
∆t hi

là nhiệt độ hữu ích trong các nồi (oC )

Qi: lượng nhiệt cung cấp (W/m2)
A

Qi =

Di .ri
3600

Di là lượng hơi đốt mỗi nồi


ri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi
Ki: hệ số truyền nhiệt
Ki =

1
1
1 (W/m2.độ)
+ ∑r +
α1
α2

Nồi 1:
Q1 =

D1r1 3037,556 × 2158, 218.103
=
= 1821030,7 (W/m2)
3600
3600
1

K1 =

1
1
+ 0,659.10−3 +
8860,179
940,719

Suy ra:

= 544,995

(W/m2.độ)

Q1 1821030,7
=
= 3341,374
K1
544,995

Nồi 2:
Q2 =

D2 r2 9180,096 × 2230, 284.103
=
= 5644369
3600
3600

K2 =

1

= 1165,993
1
1
(W/m2.độ)
−3
+ 0,659.10 +
8659,364
12025,593

Suy ra:
n =2

⇒∑
i =1

Q2 5644369
=
= 4840,825
K 2 1165,993

Qi Q1 Q2
=
+
= 3341,374+ 4840,825= 8182,199
Ki K1 K 2

Ta có hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn bộ hệ thống
∑thi= 46,7920C
Nhiệt độ hữu ích của từng nồi là:
Nồi 1:

∆thi1=

3341,374
× 46,792 = 19,168 0C
8182,199

Nồi 2:
∆thi2=

4840,825
× 46, 792 = 27,683 0C
8182,199

Sai số nhiệt độ hữu ích là:
Nồi 1: η1 =

18, 473 − 19,168
= 0,034 % < 10%
18,473

Nồi 2: η2 =

28,319 − 27,683
= 0,022 % < 10%
28,319


Các sai số so với giả thiết ban đầu đều nhỏ hơn 10% nên kết quả cuối cùng có thể chấp
nhận được.
Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:

Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:
F1 =

Q1
1821030,7
=
= 174,861 m2
K1.∆thi1 544,995 × 19,168

Bề mặt truyền nhiệt của nồi 2:
F2 =

Q2
5644369
−
= 174,861 m2
K 2 .∆thi 2 1165,993 × 27,683

Như vậy dựa vào F1, F2 ta có thể thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi có diện tích truyền nhiệt
bằng nhau và bằng 174,861 m2
Chương 3:
THIẾT KẾ CHÍNH
3.1 Buồng đốt:
3.1.1 Tính số ống truyền nhiệt:
Theo bảng VI.6 STQTTB T2/trang 80 chọn loại ống truyền nhiệt có đường kính 38 × 2
mm nên d=dt= 34mm.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt h= 4m
n=

F

174,861
=
= 409, 473 (ống)
d t .h.π 0,034 × 4 × 3,14

Theo bảng quy chuẩn số ống truyền nhiệt V.II STQTTB T2/trang 48
Chọn n= 517 ống.
Chọn cách xếp ống theo hình 6 cạnh
Số hình 6 cạnh là 12.
Số ống trong tất cả các viên phân là b=25 ống.
3.1.2 Đường kính thiết bị buồng đốt:
Theo công thức V.140 STQTTB T2/ trang 49.
Dt= t.(b-1)+ 4.dn
Trong đó t là bước ống, thường chọn t= (1,2- 1,5)dn
Chọn t= 1,5dn ⇒ t= 1,5 × 0,038= 0,057(m)
⇒ Dt= 0,057.(25-10) +4 × 0,038= 1,52 (m)

Theo bảng XIII.6 STQTTB T2/trang 359
Chọn Dt= 1,6m


3.1.3 Bề dày buồng đốt:
Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3.
Bề dày buồng đốt được xác định theo công thức XIII.8 STQTTB T2/ trang 360.
S=

Dt .P
+ C (m)
2[ σ ] ϕ − P

trong đó: Dt là đường kính trong của buồng đốt (m)
φ: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc, chọn φ=0,95
(theo bảng XIII.8 STQTTB T2/ trang 362)
C: hệ số bổ sung ăn mòn (m)
P: áp suất trong thiết bị (N/m2)

[σ ]

ứng suất cho phép gồm ứng suất kéo [ σ k] và ứng suất giới hạn chảy [ σ c]

Ứng suất kéo:
[σ k ] =

σk
.η (N/m2) (Công thức XIII.1 STQTTB T2/ trang 355)
nk

Với:
: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 (Bảng XIII.2 STQTTB T2/trang 356)
nb: hệ số an toàn theo giới hạn bền, nb= 2,6
(Bảng XIII.3 STQTTB T2/ trang 356) ( vật liệu hợp kim được cán, rèn dập)
k: giới hạn bền khi kéo, σ k = 380.106 (N/m2)
(theo bảng XII.4 STQTTB T2/trang 309)
⇒ [σ k ] =

380.106
.0,9 = 131,54.106 (N/m2)
2, 6

Ứng suất giới hạn chảy:

σ
[σ c ] = c .η (N/m2) (Công thức XIII.2 STQTTB T2/trang 355)
nc

Với:
nc= 1,5 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /trang 356)
: hệ số hiệu chỉnh, chọn = 0,9 ( bảng XIII.3 STQTTB T2 /trang 356)
c: giới hạn bền chảy, σ c = 240.106 (N/m2) (bảng XII.4 STQTTB T2/trang 309)
⇒ [σ c ] =

240.106
.0,9 = 144.106 (N/m2)
1,5

Ứng suất cho phép phải lấy giá trị nhỏ để tính toán đảm bảo điều kiện bền, tức là lấy

[ σ ] = 131,54. 106 (N/m2)
Đại lượng bổ sung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày. Đại
lượng C được xác định theo công thức XIII.17 STQTTB T2/ trang 363.
C= C1+ C2+ C3 (m)
Với C1 : đại lượng bổ sung do ăn mòn, C1= 1mm


C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, C2= 0
C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày ; C3 phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu.
Nồi 1 :
áp suất làm việc trong thiết bị :
P= Phd1= 3,34 (at) = 3,34 × 98100= 327654 (N/m2)
Ta có:

[ σ ] .ϕ = 1,315.108 × 0,95 = 381, 271 > 50 do đó có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.
P

Nên S =

327654

1,6 × 327654
+ C = 2,1.10−3 + C (m)
8
2 × 1,315.10 × 0,95

Chọn C3= 0,22(mm) (theo bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒ C= C1+ C2+ C3= 1+ 0+ 0,22= 1,22 (mm)= 1,22.10-3 (m)
⇒ S= (2,1+ 1,22).10-3= 3,32.10-3 (m).

Chọn S= 4.10-3 (m)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 STQTTB T2/trang 365.
σ=

[ Dt + (S − C )] .P0 ≤ σ c
2( S − C ).ϕ

1, 2

(N/m2)

Trong đó :
Po là áp suất thử tính toán theo công thức XIII.27 STQTTB T2/trang 366.
Po= Pth + P1 (N/m2)

Pth là áp suất thử thủy tĩnh lấy theo bảng XIII.5 STQTTB T2/trang 358.
Chọn Pth= 1,5.Phđ
P1 là áp suất thủy tĩnh của nước, tính theo công thức XIII.10 STQTTB T2/360
P1= g.ρdd1.H = 9,81 × 547,9 × 4 = 21499,596 (N/m2)
Với H là chiều cao cột chất lỏng
Vậy: Po= 1,5 × 327654+ 21499,596 = 512980,596 (N/m2)
Ta có:
1,6 + ( 4 − 1, 22 ) .10−3  .512980,596
σ c 240.106
8
=
= 2.108 (N/m2)
σ=
=
1,556.10
<
1, 2
1, 2
2. ( 4 − 1, 22 ) .10−3.0,95

Vậy chọn S= 4(mm)
Nồi 2 :
áp suất làm việc trong thiết bị : P= Phd2= 1,506.98100=147738,6 (N/m2)
ta có :

[ σ ] .ϕ = 1,315.108 .0,95 = 845,581 > 50

Nên

S=

P

147738,6

do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.

1,6.147738,6
+ C =9,461.10-4+ C.
2.1,315.108.0,95

Chọn C3= 0,12(mm) ( bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒ C= 1+0+0,12= 1,12 (mm)= 1,12.10-3(m)
⇒ S= 9,461.10-4+ 1,12.10-3= 2,006.10-3 (m)


Chọn S= 3.10-3(m)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử :
Với P0= 1,5.147738,6+9,81.515,273.4= 241827,213 (N/m2)
1,6 + ( 3 − 1,12 ) .10−3  .241827,213
σ=
= 1,084.108 < 2.108 (N/m2)
−3
2. ( 3 − 1,12 ) .10 .0,95

Vậy chọn bề dày thân buồng đốt cho cả 2 nồi : S= 4(mm).
3.1.4Bề dày đáy và nắp buồng đốt :
Được tính theo hình elip có gờ, vật liệu là thép CT3:
S=

Dt .P
D
. t + C (m) (công thức XIII.47 STQTTB T2 /trang 385)
3,8 [ σ k ] .k .ϕ h − P 2.hb

Trong đó :
hb là chiều cao phần đáy lồi của đáy (m)
Chọn hb= 0,25. Dt = 0,25. 1,6= 0,4 (m)
φh là hệ số bền của mối hàn hướng tâm.(tra bảng XIII.8 STQTTB T2/trang 362)
Chọn φh= 0,95
K là hệ số không thứ nguyên xác định như sau:
k = 1−

d
( công thức XIII.48 STQTTB T2 /trang 385)
Dt

Ở đây d là đường kính lớn nhất của lỗ không tăng cứng, chọn d= 0,15(m)
⇒ k = 1−

0,15
= 0,906
1,6

Nồi 1 :
σ]
1,315.108.0,906.0,95
[
.k .ϕ h =
= 345, 431 >30 do đó ta có thể bỏ qua đại lượng ở mẫu.

Ta có :
P

Nên S =

327654

1,6.327654
1,6
.
+ C = 2,438.10−3 + C
8
3,8.1,315.10 .0,906.0,95 2.0, 4

Chọn C3= 0,22(mm) (bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒ C= C1+ C2+ C3= 1+ 0+ 0,22= 1,22 (mm)= 1,22.10-3 (m)
⇒ S= (2,438+1,22).10-3= 3,658.10-3 (m)

Khi (S-C)= 2,438< 10(mm) ta thêm 2mm so với giá trị C ban đầu.
⇒ C= (1,22+2).10-3= 3,22.10-3(m)
⇒ S= (3,22+3,658).10-3= 6,878.10-3 (m)
Chọn S= 8(mm)
Kiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thủy lực bằng công thức XIII.49 STQTTB
T2/trang 386.
 Dt 2 + 2.hb ( S − C )  Po σ c
σ=
≤
(N/m2)
7, 6.k .ϕ h .hb ( S − C )
1, 2

1,62 + 2.0, 4. ( 8 − 3, 22 ) .10−3  .512980,596
σ=
= 1,05.10 8 < 2.108 (N/m2)
−3
7,6.0,906.0,95.0, 4. ( 8 − 3.22 ) .10


Chọn S= 8(mm)
Nồi 2:
Ta có:

[ σ ] .k .ϕ
P

Nên S =

h

1,315.108.0,906.0,95
=
= 766,096 > 30 do đó ta có thể bỏ qua đại lượng ở mẫu.
147738,6

1,6.147738,6
1,6
.
+ C = 1,099.10−3 + C
8
3,8.1,315.10 .0,906.0,95 2.0, 4

Chọn C3= 0,18(mm) (bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒ C= 1+0+0,18= 1,18(mm)
⇒ S= (1,099+1,18).10-3= 2,279.10-3 (m)

Vì (S-C)< 10mm nên ta thêm 2mm so với giá trị C ban đầu.
⇒ C= (1,18+2).10-3= 3,18.10-3 (m).
⇒ S= (2,279+3,18).10-3= 5,459.10-3 (m).
Chọn S= 6(mm)
Kiểm tra ứng suất của đáy thiết bị theo áp suất thủy lực bằng công thức XIII.49 STQTTB
T2/trang 386.
 Dt 2 + 2.hb ( S − C )  Po σ c
σ=
≤
(N/m2)
7, 6.k .ϕ h .hb ( S − C )
1, 2
1,62 + 2.0, 4. ( 6 − 3,18 ) .10 −3.241827,213
σ=
= 0,839.108 < 2.108 (N/m2)
7,6.0,906.0,95.0, 4. ( 6 − 3,18 ) .10−3

Chọn S= 6(mm)
Vậy chọn bề dày đáy và nắp buồng đốt cho cả 2 nồi S= 8(mm) ứng với h b= 0,4 (m), chiều
cao gờ h= 0,025(m)
(theo bảng XIII.11 STQTTB T2/trang 384)
3.2 Buồng bốc:
3.2.1 Đường kính buồng bốc:
Chọn đường kính buồng bốc Dt= 2,4m
3.2.2 Chiều cao buồng bốc:
Thể tích không gian hơi được xác định theo công thức VI.32 STQTTB T2/trang 71.

Vkgh =

W
3
ρh .u tt (m )

Trong đó:
Vkgh: là thể tích không gian hơi (m3)
W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (m3)
ρh: là khối lượng riêng của hơi thứ. (kg/m3)
Utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi trong một đơn vị
thời gian (m3/m3.h)
Theo công thức VI.33 STQTTB T2/Trang 72
Utt = f.utt(1at) (khi P ≠ 1at)


Với utt(1at): cường độ bốc hơi cho phép ở P= 1at
Thường thì utt = 1600÷1700 m3/m3.h.
Chọn utt = 1700
Chiều cao không gian hơi được tính theo công thức VI.34 STQTTB T2/Trang 72
H kgh =

4.Vkgh

π .Dt2

(m)

Nồi 1:
Pht1= 1,556 at

tht1= 73,720C
tra bảng I.250 STQTTB T1/trang 312
⇒ ρ1= 0,876 (kg/m3)

Tra đồ thị VI.3 STQTTB T2/ trang 72
ta được f= 0,987
vậy utt= 0,987 × 1700= 1677,9 (m3/m3h)
Vkgh1 =

W1
9102,024
=
= 6,191 (m3)
ρ ht1utt 0,876 × 1677,9
4.Vkgh1

H kgh1 =

π .D

2
t

=

4 × 6,191
= 1,369 (m)
3,14 × 2, 42

Nồi 2:

Pht2= 0,345 at
tht2= 73,72 0C
tra bảng I.250 STQTTB T1/trang 312
⇒ ρ2= 0,215 (kg/m3)

Tra đồ thị VI.3 STQTTB T2/ trang 72
Ta được f= 1,589
Vậy utt= 1,589 × 1700= 2701,3(m3/m3h)
Vkgh 2 =

W2
11821,056
=
20,338 (m3)
ρ ht 2utt 0, 215 × 2701,3

H kgh 2 =

4 × 20,338
= 4, 498 (m)
3,14 × 2, 42

Chọn chiều cao của phần dịch sôi tràn lên buồng bốc là 0,44m.
Vậy chọn chiều cao buồng bốc cho cả 2 nồi là 4,5m
3.2.3 Bề dày buồng bốc:
Vật liệu chế tạo buồng bốc là thép CT3, bề dày buồng bốc được tính theo công thức:
S=

Dt .P
+ C (m) (công thức XIII.8 STQTTB T2/trang 360).

2.[ σ ] .ϕ − P


Nồi 1:
Áp suất làm việc trong thiết bị:
P=Pht1= 1,556.98100= 152643,6 (N/m2)
Ta có:

[ σ ] .ϕ = 1,315.108 .0,95 = 818, 409 > 50
P

Nên S =

152643,6

do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu.

2,4.152643,6
+ C = 1, 466.10−3 + C
2.1,315.108.0,95

Chọn C3= 0,18(mm) ( bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)
⇒ C= 1+0+0,18= 1,18(mm)
⇒ S=(1,466+1,18).10-3= 2,646.10-3 (m)

Chọn S= 3(mm)
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 STQTTB T2/ trang 365.
 Dt + ( S − C )  Po σ c
σ=
≤

(N/m2)
2( S − C ) ϕ
1, 2

Với P0= 1,5.1,556.98100+9,81.547,9.4,5= 253152,445 (N/m2)
 2, 4 + ( 3 − 1,18 ) .10 −3  .253152, 445
σ=
= 1,75.108 < 2.108 (N/m2)
2 ( 3 − 1,18 ) .10−3.0,95

Chọn S= 3(mm).
Nồi 2:
Vì buồng bốc nồi 2 làm việc ở áp suất chân không nên chịu tác dụng của áp suất ngoài nên.
Nên bề dày tối thiểu của thân được tính theo công thức:
S=1,25.Dt.(

P H 0.4
.
) + C (m) (công thức XIII.32 STQTTB T2/ trang 370).
E t Dt

Áp suất làm việc trong buồng bốc: P= Pht2= 0,345 (at)
⇒ Pck= 1- 0,345= 0,655 (at)

Áp suất ngoài: Pn= Pa+Pck= 1+0,655= 1,655 (at)= 162355,5 (N/m2)
Kiểm tra điều kiện XIII.30 STQTTB T2/ trang 371.
1<

H 4,5
=

= 1,875 < 8
Dt 2, 4

Và theo điều kiện XIII.31 STQTTB T2/ trang 371.
0,4

0,4

 Pn H 
 162355,5 4,5 
.
= 0,047 < 0,523
 t. ÷ =
10
2, 4 ÷
 20.10

 E Dt 

Vì đã thỏa mãn 2 điều kiện trên nên chiều dày bằng:
0,4

 162355,5 4,5 
S = 12,5.2, 4. 
.
+ C = 12,511 + C
10
2, 4 ÷
 20.10


Chọn C3=0,8 (mm) (theo bảng XIII.9 STQTTB T2/ trang 364)