Quá trình thiết bị trong công nghệ hóa học

Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Bộ Công Thương

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc



ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Số: …………..
Sinh viên:

Phùng Thị Lan Hương

Lớp:

ĐHCN Hoá3 _K8

Khoa:

Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thế Hữu

Hà Nội, 2016
1
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

NỘI DUNG
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều, thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn
trung tâm dùng cho cô đặc dung dịch (NH4)2SO4 với năng suất 9670 kg/h,chiều
cao ống gia nhiệt là h =2m.
Các số liệu ban đầu :
- Nồng độ đầu của dung dịch là: 10,8%.
- Nồng độ cuối là: 40,4 % .
- Áp suất hơi đốt nồi 1 là: 4 atm
- Áp suất hơi ngưng tụ là: 0,24 atm.
TT
Tên bản vẽ
1 Vẽ dây chuyền sản xuất
2 Vẽ nồi cô đặc

Khổ giấy
A4
A0

Số lượng

01
01

PHẦN THUYẾT MINH
1. Mở đầu
2. Vẽ và thuyết minh dây truyền sản xuất
3. Tính toán thiết bị chính
4. Tính toán và chọn các thiết bị phụ
5. Tính toán cơ khí
6. Kết luận
Ngày giao đề:…………………Ngày hoàn thành:…………………..
TRƯỞNG KHOA

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

2
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

MỤC LỤC
NỘI DUNG.....................................................................................2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG......................................................7
I. Giới thiệu chung.......................................................................7
1. Sơ lược về quá trình cô đặc..........................................................7

2. Giới thiệu về dung dịch(NH4)2SO4.................................................9
2.1. Tính chất vật lí.......................................................................9
2.2. Tính chất hóa học....................................................................9
2.3. Điều chế...............................................................................9
2.4. Ứng dụng............................................................................10
II.

Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh..................................11

1. Sơ đồ dây chuyền sản xuất.........................................................11
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.....................................13
I. Tính cân bằng vật liệu..............................................................13
1. Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống.......................................13
2. Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi....................................................13
3. Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi...................................14
II.

Tính cân bằng nhiệt lượng.......................................................14

1. Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р):..............................14
2. Nhiệt độ, áp suất hơi đốtcủa mỗi nồi.............................................15
3. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi...........................................15
4. Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi..........................................16
4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ: ..................................................16
............................................17

4.2. Tổn thất do áp suất thủy tĩnh:
4.3. Tổn thất do đường ống

.................................................19

5. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi..................19
5.1. Hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống được xác định :....................19
5.2. Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi.............................................20
5.3. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi..........................................20
6. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng.........................................21
6.1. Nhiệt lượng vào gồm có.........................................................21
3
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

6.2. Nhiệt lượng mang ra..............................................................22
6.3. Hệ phương trình cân bằng nhiệt................................................22
7. Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi.....................26
7.1. Tính hệ số cấp nhiệt

khi ngưng tụ hơi....................................26

7.2. Xác định nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ...............................28
7.3. Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi

W/m2 độ.....28

7.3.1. Khối lượng riêng................................................................30

7.3.2. Nhiệt dung riêng................................................................31
7.3.3. Hệ số dẫn nhiệt..................................................................32
7.3.4. Độ nhớt...........................................................................33
7.4. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch...............................................35
7.5. So sánh q2i và q1i...................................................................35
8. Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng nồi.......................................35
9. So sánh

hữu ích và

giả thiết..............................................37

9.1. Xác định tỷ số sau.................................................................37
9.2. Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi..........................................37
9.3. So sánh

tính được theo giả thiết phân phối áp suất.........38

10. Tính bề mặt truyền nhiệt : (F)...................................................39
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ.........................................40
I. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu....................................................40
1. Nhiệt lượng trao đổi: (Q)...........................................................40
2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích............................................................40
2.1. Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể.........................................41
2.2. Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ...........................................42
3. Bề mặt truyền nhiệt..................................................................46
4. Số ống truyền nhiệt..................................................................46
5. Đường kính trong của thiết bị đun nóng........................................47
6. Tính vận tốc và chia ngăn..........................................................47
III. Hệ thống thiết bị ngưng tụ Baromet...........................................49

1. Tính toán thiết bị ngưng tụ.........................................................50
1.1. Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ.......................................51
4
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

1.2. Đường kính thiết bị...............................................................52
1.3. Kích thước tấm ngăn..............................................................52
1.4. Chiều cao của thiết bị ngưng tụ.................................................53
1.5. Các kích thước của ống baroomet..............................................54
1.6. Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị (kg/h)............................56
IV. Bơm..................................................................................59
1. Xác định áp suất toàn phần do bơm tạo ra......................................59
2. Năng suất trên trục bơm............................................................62
3. Công suất động cơ điện.............................................................63
V. Chiều cao thùng cao vị..............................................................63
1. Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nồi cô đặc...64
2. Trở lực dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp..................68
3. Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu......................................69
4. Chiều cao thùng cao vị..............................................................73
VI. Các chi tiết phụ....................................................................74
1. Kính quan sát.........................................................................74
2. Bề dày lớp cách nhiệt...............................................................74
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ..................................................75

I. Buồng đốt..............................................................................75
1. Xác định số ống trong buồng đốt.................................................75
2. Đường kính của buồng đốt.........................................................76
3. Chiều dày thân buồng đốt..........................................................77
4. Chiều dày lưới đỡ ống..............................................................80
5. Chiều dày đáy buồng đốt...........................................................82
6. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm............................................84
7. Tra bích để lắp đáy vào thân.......................................................85
II.

Buồng bốc...........................................................................86

1. Thể tích buồng bốc hơi.............................................................86
2. Đường kính buồng bốc.............................................................86
3. Chiều cao buồng bốc................................................................86
4. Chiều dày buồng bốc................................................................87
5. Tính chiều dày nắp buồng bốc....................................................88
6. Tra bích để lắp nắp vào thân.......................................................90
5
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

III. Chiều dày ống có gờ bằng thép X18H10T, góc đáy 60 o..................90
IV. Tính toán một số chi tiết khác..................................................91

1. Tính đường kính các ống nối dẫn hơi , dung dịch vào ra thiết bị..........91
1.1. Ống dẫn hơi đốt nồi 1............................................................92
1.2. Ống dẫn dung dịch vào...........................................................92
1.3. Ống dẫn hơi thứ ra................................................................93
1.4. Ống dẫn dung dịch ra.............................................................93
1.5. Ống tháo nước ngưng.............................................................94
2. Tra bích đối với ống dẫn bên ngoài..............................................94
3. Tính và chọn tai treo giá đỡ........................................................96
3.1. Tính Gnk.............................................................................96
3.2. Tính Mdn...........................................................................101
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN..............................................................103
CHƯƠNG VI: PHỤ LỤC...............................................................104

6
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG
I.
Giới thiệu chung
1. Sơ lược về quá trình cô đặc
Quá trình cô đặc là quá trình làm đậm đặc dung dịch bằng việc đun sôi. Đặc
điểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, chất
hoà tan được giữ lại trong dung dịch, do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng lên.

Khi bay hơi, nhiệt độ của dung dịch sẽ thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất hơi của
dung môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống
trên mặt thoáng dung dịch nhưng nhỏ hơn áp suất chung.Trạng thái bay hơi có
thể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng thì tốc độ bay hơi càng
lớn, còn sự bốc hơi (ở trạng thái sôi) diễn ra ngay cả trong lòng dung dịch (tạo
thành bọt) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt thoáng,
trạng thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và nồng độ của
dung dịch đã cho.
Trong quá trình cô đặc, nồng độ của dung dịch tăng lên, do đó mà một số
tính chất của dung dịch cũng sẽ thay đổi. Điều này có ảnh hưởng đến quá trình
tính toán, cấu tạo và vận hành của thiết bị cô đặc. Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn
nhiệt , nhiệt dung riêng C, hệ số cấp nhiệt  của dung dịch sẽ giảm. Ngược lại,
khối lượng riêng , độ nhớt , tổn thất do nồng độ ’sẽ tăng. Đồng thời khi tăng
nồng độ sẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt, những
tính chất đó sẽ làm giảm bề mặt truyền nhiệt của thiết bị.
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 để
đun nóng cho một thiết bị ngoài hệ thống thì ta gọi đó là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều
nồi, làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở
các áp suất khác nhau tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật, khi làm việc ở áp suất thường
thì có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô
7
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

đặc trong chân không vì có ưu điểm là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt
(khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dẩn đến hiệu số nhiệt độ
giữa hơi đốt và dung dịch tăng).
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý
nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có
thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi
thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba...hơi
thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. 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.
Trong các loại hệ thống cô đặc nhiều nồi thì hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi
chiều được sử dụng nhiều hơn cả.
- Ưu điểm: dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ sự 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 được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm một phần nước
làm quá trình tự bốc hơi.
- Nhược điểm: nhiệt độ 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. Hơn nữa, dung dịch đi vào nồi
đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi nên cần phải tốn thêm một lượng hơi đốt
để đun nóng dung dịch.

8

SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Trong công nghệ hoá chất và thực phẩm, 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 của chất hoà tan trong dung dịch
 Tách các chất hoà tan ở dạng rắn(kết tinh)
 Tách dung môi ở dạng nguyên chất .v.v...
2. Giới thiệu về dung dịch(NH4)2SO4
Ammonium sulfate (NH4)2SO4, là một hợp chất vô cơ muối với một số ứng
dụng thương mại.Việc sử dụng phổ biến nhất là làm phân bón đất.Nó chứa 21%
nitơ và 24% lưu huỳnh.
2.1.

Tính chất vật lí

(NH4)2SO4 cóM=132.5dvC, ở dạng tinh thể,không màu,hình thoi hoặc ở
dạng bột màu trắng. Khối lượng riêng:1,77g/cm 3,tnc=1400C,phân hủy ở nhiệt độ
trên 2500C, dễ tan trong nước.
2.2.

Tính chất hóa học

(NH4)2SO4là chất điện li mạnh, khi thủy phân tạo môi trường axit:
NH4+ +H2O NH3 + H30+
Tác dụng với dung dich kiềm:
(NH4)2SO4 + 2NaOH2NH3 +2H2O +Na2SO4
Tác dụng với dung dịch muối:
(NH4)2SO4+BaCl2BaSO4 +2NH4Cl
Dễ bị phân hủy tạo thành NH3 và axit tương ứng:
(NH4)2SO4 NH3 + H2SO4
2.3.

Điều chế

Phương pháp được sử dụng nhiều nhất là cho NH3 tác dụng với H2SO4
2NH3 +H2SO4t0 (NH4)2 SO4
2.4.

Ứng dụng

9
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

(NH4)2SO4 có rất nhiều ứng dụng nhất là trong nông nghiệp, ứng dụng chủ
yếu là trong phân bón.Trong đất,nó bị thủy phân tạo môi trường có tính axit,làm

giảm độ PH cân bằng của đất,đồng thời góp phần thiết yếu nitơ cho cây trồng.

10
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

II.
Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh
1. Sơ đồ dây chuyền sản xuất

1. Thùng chứa dung dịch đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị trao đổi nhiệt
6. Nồi cô đặc
7. Thiết bị ngưng tụ Baromet
8. Bộ phận thu hồi bọt
9. Thùng chứa
10. Bơm chân không
Hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều làm việc liên tục
Dung dịch đầu (NH4)2SO4 10,8% 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).
11

SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dịch 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 2 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 (2) 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 (sp)
(10).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 (11).

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Các số liệu ban đầu:

12
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Năng suất tính theo dung dịch đầu: Gđ = 9670 kg/h
Nồng độ đầu : xđ = 10,8%
xc = 40,4%
P hơi đốt nồi 1 : Phd1 = 4 atm
P hơi ngưng tụ : Png = 0,24 atm
I. Tính cân bằng vật liệu
1. Tính toán lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống
Từ công thức(VI.1-ST2- T55):

Ta có tổng lượng hơi thứ của hệ thống là :
2. Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi.
Chọn tỷ lệ phân bố hơi thứ của hai nồi như sau :
W1 : W2 = 1 : 1
Trong đó: W1: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1
W2: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
Từ cách chọn tỷ lệ đó thì ta tính được lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi là:

3. Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi mỗi nồi
Lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là:

Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 1 vào nồi 2 là :

13
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Lượng dung dịch ra khỏi nồi 2 là:
Nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi 2 là:

Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 40,4%
II. Tính cân bằng nhiệt lượng
1. Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р):

atm
at
Trong đó:
Рhd1: áp suất hơi đốt nồi 1
Рng :áp suất hơi nước ngưng

2. Nhiệt độ, áp suất hơi đốtcủa mỗi nồi
Chọn tỉ lệ chênh lệch áp suất hơi đốt ở 2 nồi là:

mà:

(2)

Từ (1) và (2) giải hệ phương trình ta được:

*Vậy áp suất hơi đốt ở từng nồi là:
Ở nồi 1: P1 = 4,1328 at
Ở nồi 2: P2 = 4,1328 - 2,7749 =1,3579 at
14
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

*Xác định nhiệt độ hơi đốt ở mỗi nồi:
Tra bảng (I.251/ST1-T315):
Ở nồi 1: P1 = 4,1328 at ⇒ t1 = 143,9890
Ở nồi 2: P2 = 1,3579 at ⇒ t2=107,8584
Hơi ngưng tụ:
3. Nhiệt độ và áp suất hơi thứ ở mỗi nồi
Nhận xét: Khi hơi thứ đi từ nồi 1 sang nồi 2,và hơi thứ từ nồi 2 đi sang thiết
bị ngưng tụ thì sẽ chịu tổn thất về nhiệt độ là:,và khi đó nó sẽ trở thành hơi đốt
cho nồi 2: chọn .
Gọi nhiệt độ và áp suất của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là:,,,.
Ta có:

Tra bảng (I.250/ST1-T313), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi sẽ cho

áp hơi thứ tương ứng:
Áp suất hơi thứ nồi 1:

Áp suất hơi thứ nồi 1:

Kết quả tính được cho ta bảng dưới đây:
Bảng 1:

15
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

Nồ
i

Lượng
hơi thứ
Kg/h

GVHD : Nguyễn Thế Hữu
Áp suất, nhiệt độ,

Áp suất, nhiệt độ

hơi đốt

hơi thứ

Nồng độ
cuối %

P1 at

P1 at

1

3542,4752 17,0438

4,1328

143,9890

1

1,4079

2

3542,4752

1,3579

107,8584

1

0,2591

40,4

108,858
4
65,0173

4. Tính tổn thất nhiệt lượng cho từng nồi
4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ:
Áp dụng công thức (VI.10/ST2 – T59):
Trong đó:
T:Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho ,
r: Nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, J/kg

* Tra bảng (VI.2/ST2 – T62):
= 1,3139

* Xác định nhiệt độ Ti :

* Xác định ri:
Tra bảng (I.250/ST1 – T312)
(J/kg)
(J/Kg)
16
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8

Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Nên ta có tổn thất nhiệt độ do nồng độ của mỗi nồi là:

Vậy tổn thất nhiệt độ do nồng độ của cả hệ thống là:

4.2.

Tổn thất do áp suất thủy tĩnh:

- Áp dụng công thức VI.12 (STT2.T60 )

: áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (at)
:chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền
nhiệt (m)
: chiều cao của ống truyền nhiệt (m)
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)
: gia tốc trọng trường (m/s2)
- Khối lượng riêng của dung dịch (NH 4)2SO4 ứng với mỗi nồng độ được xác
định theo bảng (I.30/ST1 – T37) :

Vậy khối lượng riêng của dung dịch sôi là :

17
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8

Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

- Chọn h1 = 0,5 m và h2 = 2 m

Tra bảng (I.251/ST1- T314)
Với nồi 1:Ptb1 = 1,4903 at  ttb1 = 110,5060
Với nồi 1:Ptb2 = 0,3513 at  ttb2 = 72,1386
Áp dụng công thức VI.13 (STT2.T60) để tính áp suất thủy tĩnh của hệ
thống:

Trong đó: ttb - Nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb .
t 0- Nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 .
Vậy tổn thất do áp suất thuỷ tĩnh của từng nồi là :

=
4.3.

Tổn thất do đường ống

Như đã nói ở trên ta chọn tổn thất nhiệt độ do đường ống là:1oC
Vậy:

Tổng tổn thất nhiệt độ cả hệ thống là:

18
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

5. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống và từng nồi
5.1. Hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống được xác định :
Áp dụng công thức ( VI.17/ST2 –T67) :
(Theo CT VI.17/ST2 –T67)
Trong đó:
:Hiệu số nhiệt độ chung giữa hiệu số nhiệt độ hơi đốt nồi 1 và nhiệt độ
ngưng ở thiết bị ngưng tụ

Vậy hệ số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống là:

5.2.

Xác định nhiệt độ sôi của từng nồi.

: nhiệt độ hơi thứ của từng nồi

5.3.

Xác định nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi

Kết quả vừa tính cho ta bảng dưới đây:
Bảng 2:

19
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Nồi thứ

Hiệu số nhiệt

Nhiệt độ sôi

i

độ hữu ích

của dung dịch

1

1,3874

1,6476

1

32,0956

111.8934

2

3,7727

7,1213

1

31,9471

75,9113

Kiểm tra lại dữ kiện :

Vậy các dữ kiện chọn được thoả mãn.
6. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng
Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống
D.i1

W1 .

W1 . i2

W2 .

Qm1

Qm2

(Gd -W1 -W2 )C2 .ts2
Gd .ts0 .Cd

D.Cp1 .

(Gd - W1 )C1 .ts1

W1 .Cp2 .

Trong đó :
D: Lượng hơi đốt vào (kg/h)
: Hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, nồi 2 (J/kg)
:Hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, nồi 2 (J/kg)
:Nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1, nồi 2
Cd :Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu (J/kg độ)
Cp1 , Cp2 :Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1, nồi 2 (J/kg độ)
C1, C2 :Nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 1, nồi 2 (J/kg độ)
20
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

Qm1,Qm2 : Nhiệt lượng mất mát ở nồi 1 và nồi 2
Gd : Lượng hỗn hợp đầu đi vào thiết bị (kg/h)
W1 , W2 : Lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1, nồi 2
6.1.

Nhiệt lượng vào gồm có

- Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào: D.i1
Nhiệt do dung dịch mang vào: Gd
- Nồi 2: Nhiệt do hơi đốt mang vào: W1.i2
Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển sang: (Gd – W1)C1ts1
6.2.

Nhiệt lượng mang ra

- Nồi 1:
Hơi thứ mang ra: W1.
Nước ngưng:

D..Cp1

Dung dịch mang ra: (Gd – W1)C1ts1
Nhiệt mất mát: Qm1=0,05D(i1 - C1.)

- Nồi 2:
Hơi thứ: W2.
Nước ngưng: W1..Cp2
Do dung dịch mang ra: (Gd – W1 – W2)C2.ts2
Nhiệt mất mát: Qm2 = 0,05W1(i2– Cp2)

6.3.

Hệ phương trình cân bằng nhiệt

Các PT được thành lập dựa trên nguyên tắc :
Tổng nhiệt đi vào = Tổng nhiệt đi ra
21
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

- Nồi 1:

Trong đó:Qm1=0,05D(i1 - C1)
(1)
- Nồi 2:

Trong đó: Qm2 = 0,05W1(i2– Cp2)
(2)
mà ta lại có:

(3)

Giải hệ phương trình (1),(2), và (3) ta được:

(4)
Thay (4) vào phương trình (1) ta có:

(5)
- Nhiệt độ nước ngưng lấy bằng nhiệt độ hơi đốt

Để giảm lượng hơi đốt tiêu tốn người ta gia nhiệt hỗn hợp đầu đến nhiệt độ càng
cao càng tốt vì quá trình này có thể tận dụng nhiệt lượng thừa của các quá trình sản
xuất khác.
Vì vậy ta có thể chọn : ts0 = ts1 = 111,8934 oC
22
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu
ts2 = 75,9113 oC

- Nhiệt dung riêng của nước ngưng ở từng nồi tra theo bảng (I.249/ST1 – T311)
ta có:
θ1 = 143,9890oC⇒ Cp1 = 4296,9724 (J/kg độ)
θ2 = 107,8584 oC ⇒ Cp2 = 4230,2160 (J/kg độ)
- Nhiệt dung riêng của hơi đốt vào nồi 1 ,nồi 2 và ra khỏi nồi 2:
 Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ xd = 10,8%.
Đối với dung dịch loãng ( x < 0,2 ) ta áp dụng công thức I.43 /ST1 – T152 ta có:
Cd = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,108) = 3733,9120 (J/kg độ)
Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ x1 = 17,0438 %

Cũng áp dụng công thức trên ta được:
C1 = 4186 (1- x) = 4186 (1- 0,170438) =3472,5465 (J/kg độ)

 Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ xc = 40,4 %

Đối với dung dịch ( x > 0,2 ) ta áp dụng công thức I.44/ST1 – T152 ta có:
C2 = Cht.x + 4186 (1- x)
Với Cht là nhiệt dung riêng của (NH4)2SO4được xác định theo công thức(I.41/ST1 –
T152) :
M1.Cht = n1.C1 + n2.C2 + n3C3+n4.C4
Trong đó: M1 KLPT của (NH4)2SO4: M1 = 132,15
n1 Số nguyên tử N: n1 = 2
n2 Số nguyên tử S: n2= 1
n3 Số nguyên tửH: n3= 8
23
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

n4 Số nguyên tử O: n4 = 4
C1, C2, C3, C4 Nhiệt dung riêng của nguyên tử N, S, H, O.Tra từ bảng
(I.141/ST1–T152) ta có:
C1= 26000 J/kg.nguyên tử.độ
C2 = 22600J/kg.nguyên tử.độ
C3= 9630 J/kg.nguyên tử.độ

C4 =16800 J/kg.nguyên tử.độ
Vậy:

Từ đó ta sẽ tính được nhiệt dung riêng của hơi đốt ra khỏi nồi 2:
C2 = 1656 0,404 + 4186.(1- 0,404) = 3163,88 (J/kg độ)
- Xác định hàm nhiệt hơi đốt và hơi thứ
Tra bảng (I.250/ST1 – 312)
2745584,5440 (J/kg)
2692145,1714 (J/kg)
2693945,1714 (J/kg)
2617517,3000 (J/kg)
Thay các kết quả ta đã tính toán được vào phương trình (4) ta được kết quả sau:
W1 = 3539,7065 (kg/h)
Thay W1 vào phương trình (5) ta được:
D = 3898,7918 (kg/h)
Từ (3)7084,9505 – 3593,7065 = 3545,2440 (kg/h)
Ta có bảng số liệu 3 như sau:
Bảng 3:
24
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8


Đồ Án Môn Học QT&TB

Nồi

C
J/kg độ

Cn
J/kg độ

GVHD : Nguyễn Thế Hữu

0

θ, C

W, kg/h
CBVC

CBNL

Sai số ε

1

3472,5465 4296,9724

143,9890 3542,4752 3539,7065 0,0782%

2

3163,8788 4230,2160

107,8584 3542,4752 3545,2440 0,0782%

Tỷ lệ phân phối hơi thứ 2 nồi được thể hiện như sau:

W1 : W2 = 1: 1,00156
Sai số giữa W được tình từ phần cần bằng nhiệt lượng và sự giả thiết trong cân
bằng vật chất < 5% , vậy thoả mãn.
7. Tính hệ số cấp nhiệt và nhiệt lượng trung bình từng nồi
7.1. Tính hệ số cấp nhiệt
khi ngưng tụ hơi.
- Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi 1 và
nồi 2 là :
- Với điều kiện làm việc của phòng phòng đốt thẳng đứng H = 2m ,hơi ngưng
bên ngoài ống ,máng nước ngưng chảy dòng như vậy hệ số cấp nhiệt được tính
theo công thức ( V.101/ST2 – T28 ).

W/m2. độ
Trong đó:
: hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ I, W/m2. độ
: hiệu số giữa nhiệt độ ngưng và nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với
hơi ngưng của nồi I , oC.

25
SVTH: Phùng Thị Lan Hương

Lớp: ĐHCN Hóa 3_K8