THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ đặc HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH cacl2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU
DUNG DỊCH CaCl2

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Lan Anh

Lớp

: KTHH.01 – K62

Giáo viên hướng dẫn : TS. Cao Thị Mai Duyên

HÀ NỘI 2021

1
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC
BỘ MƠN Q TRÌNH –THIẾT BỊ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

CƠNG NGHỆ HỐ VÀ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ

THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên: Nguyễn Thị Lan Anh

MSSV: 20174407

Lớp: KTHH01

Khóa: 62

I. Đầu đề thiết kế:
Tính tốn, thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, dùng để cô đặc
dung dịch CaCl2, năng suất F = 3,5 kg/s, chiều cao ống truyền nhiệt: H = 3m
II. Các số liệu ban đầu:
Nồng độ đầu của dung dịch: 8 % khối lượng;
Nồng độ cuối của dung dịch: 25 % khối lượng;
Áp suất hơi đốt nồi 1:

5 at;

Áp suất hơi ngưng tụ:

0,2 at.

III. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
1. Phần mở đầu
2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ cơng nghệ (bản vẽ A4)
3. Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính
4. Tính và chọn thiết bị phụ
5. Kết luận
6. Tài liệu tham khảo.
IV. Các bản vẽ
- Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4;
- Bản vẽ lắp thiết bị chính:
V. Cán bộ hướng dẫn:
VI. Ngày giao nhiệm vụ:
VII. Ngày phải hoàn thành:

khổ A1.
Cao Thị Mai Duyên
Ngày 20 tháng 3 năm 2021

Phê duyệt của Bộ môn

Ngày 20 tháng 3 năm 2021
Người hướng dẫn

2
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


MỤC LỤC

Phần I: Phần mở đầu

5

Phần II: Sơ đồ công nghệ và mô tả sơ đồ công nghệ

7

II.1. Sơ đồ công nghệ

8

II.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị

9

Phần III: Tính tốn thiết bị chính

11

III.1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống W.

11

III.2. Tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi.

11

III.3. Nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi cô đặc.

11

III.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi.

11

III.6 Tính nhiệt độ (t 'i) và áp suất của hơi thứ ( p'i ) ra khỏi từng thiết bị cơ đặc.

12

III.7. Tính tổn thất nhiệt độ.

13

III.7.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (∆ 'i ¿.

13

III.7.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’).

14

III.7.3. Tổn thất nhiệt độ do đường ống (∆’’’).

15

III.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích.

16

III.9. Lập cân bằng nhiệt lượng, tính hơi đốt Di và hơi thứ Wi.

16

III.10. Tính hệ số cập nhiệt, nhiệt độ trung bình từng nồi.

19

III.10.1. Tính hệ số cấp nhiệt α 1 ,i khi hơi ngưng tụ.

19

III.10.2. Xác định tải nhiệt về phía hơi ngưng tụ.

21

III.10.3. Tính hệ số cấp nhiệt α 2 i từ mặt trong của ống truyền nhiệt đến hỗn hợp cô đặc
(Lỏng – Hơi) sôi.
21
III.10.3.1. Tính hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch.

21

III.10.3.2. Tính hệ số hiệu chỉnh đối với tb cđ thứ i là ψ i

23

III.10.4. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch.

26

III.10.5. So sánh q 1 ,i và q 2 ,i.

26

III.11. Xác định hệ số truyền nhiệt cho từng tb cđ theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt của
các thiết bị cô đặc bằng nhau.
26
3
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


III.12. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích cho từng thiết bị cô đặc.

27

¿

III.13. Kiểm tra |∆T i −∆ T i| .

28

III.14. Tính bề mặt truyền nhiệt của thiết bị cơ đặc F.

28

Phần IV: Tính tốn cơ khí

30

IV.1. Buồng đốt nồi cơ đặc

30

IV.2. Buồng bốc hơi

39

IV.3. Tính một số chi tiết khác.

43

Phần V: Tính tốn các thiết bị phụ trợ.

55

V.1. Tính thiết bị ngưng tụ Baromet( ngưng tụ trực tiếp, loại khơ, ngược chiều)

55

V.2. Tính và chọn bơm chân khơng

63

V.3. Tính thiết bị gia nhiệt dung dịch cần cơ đặc đi vào thiết bị cô đặc đầu

64

Tài liệu tham khảo

72

Kết luận

73

4
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Phần I: Lời mở đầu
Đồ án mơn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học nhằm giúp sinh viên
biết vận dụng các kiến thức của môn học Q trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học và
các mơn học khác có liên quan vào việc thiết kế một thiết bị chính và một số thiết bị phụ
trong hệ thống thiết bị để thực hiện một nhiệm vụ kỹ thuật có giới hạn trong các q trình
cơng nghệ.
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết kế thiết bị, hệ
thống thiết bị phục vụ một nhiệm vụ kỹ thuật trong sản xuất, sinh viên được làm đồ án
Quá trình và thiết bị trong cơng nghệ hóa học. Việc làm đồ án là một công việc tốt cho
sinh viên trong bước tiếp cận tốt với thực tiễn sau khi hoàn thành mơn học Q trình và
thiết bị trong cơng nghệ hóa học.
Trong đồ án này, nhiệm vụ cần hoàn thành là thiết kế hệ thống cơ đặc 2 nồi xi
chiều có ống tuần hoàn trung tâm làm việc liên tục với dung dịch CaCl2, năng suất 12600
kg/h từ nồng độ đầu 8% đến nồng độ cuối 25%.
Q trình cơ đặc: Là q trình làm tăng nồng độ của chất tan (khơng hoặc khó bay
hơi) trong dung mơi bay hơi. Đặc điểm của q trình cơ đặc là dung mơi được tách ra

khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch khơng bay hơi, do đó nồng
độ của dung chất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp này
cũng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ ở mỗi nhiệt độ. Hơi của dung mơi tách ra trong
q trình cơ đặc gọi là hơi thứ, hới thứ ở nhiệt độ cao có thể đun nóng 1 thiết bị khác
Cơ đặc nhiều nồi: Cơ đặc nhiêu nồi là q trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt,
do đó có ý nghĩa về sử dụng nhiệt hiệu quả. Nguyên tắc của cô đặc nhiều nồi là: nồi đầu
dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi bốc lên ở nồi này được bốc lên để làm hơi đốt
cho nồi thứ 2, hơi thứ của nồi thứ 2 được làm hơi đốt cho nồi thứ 3,…Hơi thứ ở nồi cuối
được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần lượt từ nồi đầu đến nồi cuối, qua
mỗi nồi nồng độ của dung dịch tăng dần lên do một phần dung môi bốc hơi. Hệ thống này
được sử dụng khá phổ biến. Ưu điểm của loại này là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước
ra nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi
5
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


.

Phương pháp cô đặc hai nồi xuôi chiều: là phương pháp được sử dụng khá phổ

biến do có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất
giữa hai nồi. Nhiệt độ hơi thứ nồi 1 lớn hơn nhiệt độ sôi nồi 2 nên hơi thứ nồi 1 được làm
hơi đốt cho nồi 2 do đó có thể tiết kiệm năng lượng. Nhược điểm của nó là nhiệt độ nồi
sau thấp hơn nhưng nồng độ lại cao hơn nồi trước nên độ nhớt của dung dịch tăng dần dẫn
đến hệ số truyền nhiệt của hệ thống giảm từ nồi đầu đến nồi cuối .
Giới thiệu về CaCl2:
Calci chloride (CaCl2), là hợp chất ion của calci và clo. Chất này tan nhiều trong
nước. Tại nhiệt độ phịng, nó là chất rắn. Chất này có thể sản xuất từ đá vơi nhưng đối

với việc sản xuất sản lượng lớn thì người ta tạo nó như là một sản phẩm phụ của cơng
nghệ Solvay. Do nó có tính hút ẩm cao, người ta phải chứa muối này trong các dụng cụ
đậy nắp kín.
o

3

- Canxi clorua có điểm nóng chảy là 772 C. Tỷ trọng là 2,15 g/cm . Độ hòa tan
o

trong nước khoảng 74,5g/100ml ở 20 C.
Một vài ứng dụng của CaCl2 trong thực tế hiện nay:
Sử dụng tính chất hút ẩm của nó, người ta có thể dùng nó để giữ một lớp chất lỏng
trên mặt đường nhằm thu hút hết bụi[4]. Nó cũng được sử dụng trong phối trộn bê tông
nhằm tăng nhanh quá trình ổn định ban đầu của bê tơng
Do đặc tính hút ẩm mạnh của nó, nên khơng khí hay các loại khí khác có thể cho đi
qua các ống chứa calci chloride để loại bỏ hơi ẩm. Cụ thể, calci chloride thông thường
được sử dụng để cho vào các ống làm khô để loại bỏ hơi ẩm trong khơng khí trong khi
vẫn cho khí đi qua. Nó cũng có thể cho vào dung dịch lỏng nào đó để loại bỏ nước trộn
lẫn hay lơ lửng. Quá trình hấp thụ nước là sinh nhiệt và nhanh chóng tạo ra nhiệt độ tới
khoảng 60 °C (140 °F). Vì khả năng này, nó được biết đến như là tác nhân sấy khô
hay chất hút ẩm.

6
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Phần II: Sơ đồ và mô tả dây chuyền sản xuất

II.1. Sơ đồ công nghệ
Các thiết bị trong sơ đồ cơng nghệ.
Ký hiệu
1
2a
2b
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Chú thích
Thùng chứa dung dịch đầu
Bơm dung dịch đầu lên thùng cao vị
Bơm dung dịch cuối vào thùng sản phẩm
Thùng cao vị chứa dung dịch đầu
Lưu lượng kế
Thiết bị gia nhiệt hôn hợp đầu
Nồi cô đặc 1
Nồi cô đặc 2
Thiết bị ngưng tụ chân cao baromet
Xyclon tách bọt
Thùng chứa nước ngưng

Bơm chân không
Cốc tháo nước ngưng
Thùng chứa sản phẩm

7
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


II.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị
- Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi: Nồi đầu của dung dịch đun nóng bằng hơi đốt , hơi
bốc lên ở nồi này được đưa vào nồi thứ 2 để làm hơi đốt, hơi thứ nồi thứ 2 lại làm hơi đốt
cho nồi thứ 3,… Hơi thứ ở nồi cuối được đưa vào thiết bị ngưng tụ. Dung dịch đi vào lần
lượt từ nồi đầu đến nồi cuối, qua mỗi nồi dung dịch tăng dần đều do một phần dung môi
bốc hơi.
- Nguyên lý làm việc của hệ thống thiết bị:
+ Sơ đồ hệ thống cô đặc trên làm việc liên tục.
+ Dung dịch đầu từ thùng chứa 1 được bơm vào thùng 3, sau đó chảy qua lưu
lượng kế 4 vào thiết bị đun nóng 5. Ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sơi rồi
đi vào thiết bị cơ đặc 6 thực hiện q trình bốc hơi.
+ Hơi thứ của nồi 1 đi vào phòng đốt 2 Hơi thứ và khí khơng ngưng đi qua phía
trên của thiết bị cô đặc thứ 2 vào thiết bị ngưng tụ.
Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh đi từ trên xuống, ở đây hơi thứ sẽ được
ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ống baromet ra ngồi , cịn khí khơng nhưng qua thiết bị
thu hồi 9 rồi vào bơm hút chân không.
+Dung dịch đi từ nồi 1 sang nồi 2 nhờ chênh lệch áp suất. Dung dịch sau khi cơ
đặc được bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đưa vào thùng chứa 10.
+ Nước ngưng chảy ra ngoài theo cửa qua cốc tháo nước ngưng rồi ra ngồi.
 Lưu ý:

 Dung dịch cần được đun nóng đến nhiệt độ sôi trước khi vào thiết bị cô đặc.
 Áp suất nồi 1 lớn hơn áp suất nồi 2. Do đó, Nhiệt độ sơi nồi 1 lớn hơn nhiệt độ
sôi nồi 2 => dung dịch trước khi vào mồi nồi sẽ có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ
sơi, dung dịch sẽ được làm lạnh đi và lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi them 1
lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi.

8
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


 Cần sử dụng cốc tháo nước ngưng và lắp đặt như sơ đồ trên để đảm bảo hoạt
động của hệ thống.

9
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Phần III: Tính tốn thiết bị chính
 Các số liệu đầu
 Năng suất tính theo dung dịch đầu Gđ = 12600 kg/h
 Nồng độ đầu của dung dịch: xđ = 8% khối lượng
 Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 25% khối lượng
 Hơi đốt: hơi nước bão hòa
 Áp suất hơi đốt nồi 1: P1 = 5 at
 Áp suất hơi ngưng tụ: P2 = Png = 0,2 at
 Chiều cao ống truyền nhiệt: H = 3 m

III.1. Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống W.
xđ
8
=12600. 1−
=8568(kg /h)
xc
25

( )

W =G đ 1−

(

)

III.2. Tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi.
-

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1: W1, kg/h

-

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 2: W2, kg/h

Giả thiết mức phân phối lượng hơi thứ bốc ra ở các nồi W1: W2 = 1: 1,04
W1 = 4200 (kg/h)
W2 = 4368 (kg/h)
III.3. Nồng độ cuối của dung dịch trong mỗi nồi cô đặc.

 Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi 1 là:
x 1=Gđ

xđ
8
=12600
=12%
Gđ −W 1
12600−4200

 Nồng độ cuối của dung dịch trong nồi 2 là:
x 2=G đ

xđ
8
=12600
=25 %
G đ −W 2
12600−4200−4368
10

GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


III.4. Tính chênh lệch áp suất chung của hệ thống ∆P(là hiệu số giữ áp suất hơi đốt sơ
cấp p1 ở nồi 1 và áp suất hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ png).
∆ P=p 1− png=5−0,2=4,8(at )

III.5. Xác định áp suất, nhiệt độ hơi đốt cho mỗi nồi.
Chọn tỷ lệ chênh lệch áp suất giữa 2 nồi là:
∆ P1
=2.48
∆ P2

Mà ∆P1 + ∆P2 = 4,8 (at)
 ∆P1= 3,42 (at)
∆P2= 1,38 (at)
 Áp suất từng nồi là:

P1 = 5 (at)
P2 = 5 – 3,42= 1,58 (at)

Tra bảng I.251 [1-314,315] và nội suy ta có:
-Tương ứng với p= 4,3 (at)
+ Nhiệt độ hơi đốt nồi 1 là T1 = 151.1 (oC)
+ Nhiệt lượng riêng: i1 = 2754000 (J/kg)
+Nhiệt hóa hơi

: r1 =2117000 (J/kg)

-Tương ứng với p= 1,58 (at)
+ Nhiệt độ hơi đốt nồi 1 là T2 =112,3(oC)
+ Nhiệt lượng riêng: i2= 2702000 (J/kg)
+Nhiệt hóa hơi

: r2= 2228000 (J/kg)

- Png= 0,2 ( at) => Tng= 59,7 (oC)

III.6 Tính nhiệt độ (t 'i) và áp suất của hơi thứ ( p'i ) ra khỏi từng thiết bị cô đặc.
Chọn ∆ ''1 ' ¿ ∆'2' ' =1oC
11
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


t 'i=T i+1 +∆'i ' '
t 'i: Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i
∆ ''i ' : tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống
t '1=T 2+ ∆'1' ' = 112,3+ 1 = 113,3 (oC)

t2’= tng + ∆ ''2 ' = 59,7 + 1 = 60,7 (oC)

Tra bảng I.251 [1-312,313] ta có bảng sau:
Bảng 1:
Nồi

Hơi đốt

Hơi thứ

X,
%

1
2

P, at T, oC

5
151,1
1,58 112,3

i, J/kg
r, J/kg
2754000 2117000
2702000 2228000

p’, at
1,63
0,211

t’, oC
113,3
60,7

i’, J/kg
2702000
2606581

r’, J/kg
2225333
2358710

12
25

III.7. Tính tổn thất nhiệt độ.
III.7.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (∆ 'i ¿.

Nhiệt độ của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung mơi 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 chất tan tăng thì nhiệt độ sơi
của dung dịch càng tăng.
∆’ là tổn thất nhiệt độ của dung dịch so với dung môi nguyên chất, trong cô
đặc thường gọi là tổn thất nồng độ, ∆’ là thông số vật lý cùa dung dịch, nó phụ
thuộc và 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.
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ∆ 'i - Xác định theo công thức Tysenco
12
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


'
i

'
0

∆ =f × ∆ f =16,2

( t'i )

2

r

∆ '0: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp

suất thường.
t 'i , r - nhiệt độ sôi (oK) và ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg) của dung mơi ngun chất (hơi thứ) ở áp

suất làm việc của thiết bị.
-Tra bảng VI.2 [2-62]
X1= 12% => ∆ '01= 1,75 (oC);
X2= 25% => ∆ '02= 7 (oC);
Ta có:
'

∆ 1=16,2
'

∆ 2=16,2

388,222
.1,75=1,92(℃)
2225333
343,712
.7=5,68(℃ )
2358710

 ∑∆’= ∆ '1 + ∆ '2 = 1,92 + 5,68= 7,6 (oC)
III.7.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’).
Ta có:
∆ ''i =t si −t 'i ,℃
t si xác định theo (tương ứng với) as thủy tĩnh Ptbi ở lớp giữa của khối (lỏng – hơi) trong

ống tuần hoàn

Áp suất thủy tĩnh ở giữa khối ( lỏng- hơi ): Ptbi xác định bởi công thức:

[(

Ptbi = p'i+ h1 +

H
2

) ( ρ2 ) g] [N /m ]
si

2

Trong đó:
13
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


ρ si:khối lượng riêng của dung dịch tương ứng với t si , tra theo nồng độ cuối [4-60]

và nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị cô đặc.
p'i : áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng

h1: chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng, chọn
ℎ1= 0,5 m
H: chiều cao ống truyền nhiệt, m
g: gia tốc trọng trường, m/s2

Tra bảng I.21 [1-33] khối lượng riêng tương ứng nồng đồ ở 15oC:
X1= 12% => ρ1= 1051 (kg/m3)
X2= 25% => ρ2= 1182 (kg/m3)
Chọn h1= 0,5 (m) và H= 3 (m), ta có:
3
2

1051
9,81
=1,74(at)
2 9.81 .104

[( )( )
[( )( )

Ptb 1=1,63+ 0,5+

Ptb 2=0,211+ 0,5+

3
2

]

1182
9,81
=0,33(at )
2 9.81 .104

]

Tra bảng I.251 [1-314,315]:
ts1= 115,22 (oC)
ts2= 70,71 (oC)
Vậy:
 ∆ ''1 =t s 1−t '1= 115,22– 113,3= 1,92(oC)
 ∆ ''2 =t s 2−t'2= 70,71 – 60,7 = 10,1(oC)
 ∑ ∆ ' ' = 2,135 + 9,96 = 12,02 (oC)
III.7.3. Tổn thất nhiệt độ do đường ống (∆’’’).
14
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Như đã nói ở trên chọn ∆ ''1 ' ¿ ∆'2' ' =1 (oC)
Vậy ∑∆’’’= 1 + 1= 2(oC)
Tổng tổn thất nhiệt độ là
:∑ ∆ = ∑∆’ + ∑∆’’ + ∑∆’’’= 7,6 + 12,02 + 2 = 21,53 (oC)
III.8. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích.
 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống cơ đặc:
n

n

i=1

i=1

∑ ∆ T i =T 1−T ng−∑ ∆i= 151,1– 59,7 – 21,53= 69,87(oC).

 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi thiết bị:
∆ T i=T i−( t si +∆ 'i+ ∆'i ' ) =T i−t si ' −∆'i−∆'i'

Nồi 1: ∆T1= 151,1 – 113,3 – 1,92 – 1,92= 33,96(oC)
Nồi 2: ∆T2= 112,3 – 60,7 – 5,68 – 10,01= 35,91(oC)

Bảng số liệu 2:
Nồi
∆’,[oC]
∆’’,[oC]
∆’’’,[oC]
∆T,[oC]
1
1,92
1,92
1
33,96
2
5,68
10,01
1
35,91
III.9. Lập cân bằng nhiệt lượng, tính hơi đốt Di và hơi thứ Wi.

Ts,[oC]
117,14
76,39

15
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Ta có bảng:
Nồi

1

2

Nhiệt lượng vào
-Nhiệt do hơi đốt mang vào:D.i1

Nhiệt lượng ra
-Hơi thứ mang ra:W1.i1’

-Nhiệt do dung dịch mang vào:

-Nước ngưng: D1.θ 1.Cnc1

Gđ.Cđ.ts0

-Dung dịch mang ra: (Gđ-W1)C1ts1

-Nhiệt do hơi thứ mang vào: W1,i2

- Nhiệt mất mát: Qm1= 0,05D(i1-Cnc1.θ 1)
-Hơi thứ mang ra:W2.i2’

-Nhiệt do dung dịch từ nồi 1 chuyển

-Nước ngưng: D1.θ 2.Cnc2

sang: (Gđ-W1)C1ts1

-Dung dịch mang ra: :(Gđ – W1 W2)C2.ts2
- Nhiệt mất mát: Qm1 = 0,05W1(i2-Cnc2.θ
)

2

*Các thông số nước ngưng:
-Nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt:
θ 1= 151,1(oC)
θ 2= 112,3(oC)

Tra bảng I.249 [1-310], nhiệt dung riêng nước ngưng (Cnc) là:
Cnc1 = 4315,08 (J/kg.độ)
16
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Cnc2= 4236,91 (J/kg.độ)
*Các thông số của dung dịch:
-Nhiệt dung riêng Ci của dung dịch:
+Theo công thức I.43 [1-152], nhiệt dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20% là:
C= 4186(1-x) (J/kg.độ)

Dung dịch vào nồi 1 có nồng độ 8%
C0= 4186(1-0,08)= 3907,336(J/kg.độ)
Dung dịch trong nồi 2 có nồng độ 12%
C1= 4186(1-0,12)= 3768,004(J/kg.độ)
Dung dịch ra khỏi nồi 2 có nồng độ 25%
C2= 4186(1-0,25) + 702,7.0,25= 3315,175 (J/kg.độ)
- 𝑡𝑠1: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, ℃ . 𝑡𝑠1 = 117,14℃ .
- 𝑡𝑠2: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 2, ℃ . 𝑡𝑠2 = 76,39 ℃ .
- 𝑡s0 : Nhiệt độ sôi của dung dịch đi vào nồi 1, ℃
Nồng độ dung dịch đi vào nồi 1 𝑥𝑜 = 8 %. Tra bảng I.249 [1 – 310] ta được áp suất
của dung môi nguyên chất ở nhiệt độ sôi dung dịch
t so =115,2 ℃

Lập hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng:
+ Nồi 1:
D i1 +Gđ Co t so=W 1 i 1+ ( G đ −W 1 ) C1 t s1 + D C nc1 θ 1+Q m 1

+ Nồi 2:
W 1 i 2+ ( G đ −W 1 ) C1 t s1 =W 2 i 2 + ( G đ −W 1−W 2 ) C2 t s 2+ W 1 C nc2 θ2 +Q m 2
17
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Suy ra:
W1= [W(i2’-C2ts2) + Gđ(C2ts2- C1ts1)]/ [0,95(i2-Cnc2.θ 2) + (i2’-C1ts1)]

(*)

Thay W1 vào pt nồi 1 ta có:
D1=[W1(i1’-C1ts1) + Gđ(C1ts1- C0ts0)]/ [0,95(i1-Cnc1.θ 1)]

(**)

Thay các số liệu vào (*) và (**):
W 1=

8568 ( 2606581−3315,175.76,39 ) +12600(3315,175.76,39−3768,004.117,14)
0,95 ( 2702000−4236,91.112,3 ) +( 2606581−3768,004.117,14)

= 4157,12(kg/h)
 W2= W – W1= 8075 – 4157,12= 4410,88(kg/h)
D=

4176,56 ( 2702000−3768,004.117,14 )+12600 (3768,004.117,14−3907,336.115,2)
0,95(2754000−4236,91.151,1)

 D = 4618,37(kg/h)
Ta có bảng số liệu sau:
Nồi

C,

Cnc,

J/kg.độ

J/kg.độ

θ,
o

C

W, kg/h
Giả thuyết Tính tốn

Sai số
ε

1

3768,004

4315,08

151,1

4200

4157,12

-1,02

2

3315,18

4236,91

112,3

4368

4410,88

-0,98

Sai số giữa lượng hơi thứ các nồi tình từ cân bằng nhiệt lượng và giả thiết trong cân bằng
vật chất ¿5%, vậy chấp nhận giải thiết.
(*)Xác định lại tỷ lệ phân bố hơi thứ trong hệ:
W2:W1 = 1,06
III.10. Tính hệ số cập nhiệt, nhiệt độ trung bình từng nồi.

18
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


III.10.1. Tính hệ số cấp nhiệt α 1 ,i khi hơi ngưng tụ.
Giả thiết chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt là
Nồi 1: ∆t11= 4,25 (oC)
Nồi 2: ∆t12= 4,28 (oC)
Hệ số cấp nhiệt xác định như sau V.101 [2-28]:
α 1 ,i=2,04 × A

r

0,25

( ∆ t H ) ( m W×độ )
1 ,i

2

Trong đó:
 α 1i : hệ số cấp nhiệt khi ngưng hơi ở nồi thứ i, 𝑊/𝑚2.độ
 A: hệ số phụ thuộc màng nước ngưng(tm)
Với tm được tính
tmi= 0,5(tTi – ti)

(*)

ti: Nhiệt độ hơi đốt.
tTi: Nhiệt độ bề mặt tường.
mà

∆ti=ti-tTi
19

GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh




tTi= ti-∆ti

(**)

Từ (*) và (**) suy ra: tmi= ti – 0,5∆ti
Với t1= 145,36 (oC)

=> tm1= 151,1 – 0,5.4,25= 148,98 (oC)

t2= 107,575 (oC)

=> tm2= 112,3 - 0,5.4,28= 110,16(oC)

Tra bảng giá trị A phụ thuộc vào tm [2-29] ta có:
A1= 195,35
A2= 183,57
Vậy
2117000
3,55.3

0,25

(
)
2228000
=2,04 ×183,73 (
3,58.3 )

α 11=2,04 ×195,42

0,25

α 12

( m W×độ )
W
=7643,18 (
m × độ )

=8044,32

2

2

III.10.2. Xác định tải nhiệt về phía hơi ngưng tụ.
Nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ của nồi thứ i được xác định theo công thức:
q 1 ,i=α 1 ,i ∆ t 1, i

( Wm )
2

Ta có:
q11= 8417,67 .3,55= 34188,38

W
m2

q12=7999,04.3,58= 32712,81

W

m2

( )

Tm, oC

W
m × độ
8044,32

( )

Bảng 4:
Nồi
1
2

∆ t 1 ,i ,oC

4,25
4,28

148,98
110,16

A
195,35
183,57

(

α 1 ,i,

2

7643,18

)

W
m2

( )

q1.i,

34188,38
32712,81

20
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


III.10.3. Tính hệ số cấp nhiệt α 2 i từ mặt trong của ống truyền nhiệt đến hỗn hợp cô
đặc (Lỏng – Hơi) sôi.
2,33
α 2 ,i=45,3 p 0,5
i ∆ t 2 ,i ψ i

III.10.3.1. Tính hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt và dung dịch.
∆ t 2 ,i=t T 2, i−t s ,i =∆ T i−∆ t 1 ,i −∆ t T ,i

-Hiệu số nhiệt độ giữa 2 mặt thành ống truyền nhiệt là:
∆ t T , i=q 1 ,i ∑ r , oC

+Tổng nhiệt trở đối với qt truyền nhiệt:
δ

∑ r=r 1 +r 2 + λ
r1, r2: nhiệt trở của cặn bẩn ở 2 phía của thành ống truyền nhiệt

(

m 2 × độ
W

)

( bên ngồi cặn bẩn của nước ngưng, bên trong cặn bẩn do dung dịch)
λ – hs dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt

Tra bảng [2-4]
r1= 0,232.10

-3

r2= 0,387.10-3

(

m 2 × độ
W

)

(

m 2 × độ
W

)

Tra bảng [2-80] chọn bề dày thành ống truyền nhiệt là
δ =2 (mm)=0,002 (m)

21
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


Tra bảng [2-313], chọn vật liệu làm thành ống truyền nhiệt là thép không gỉ thép bền nhiệt
và chịu nhiệt (12MX), hệ số giãn nở nhiệt của nó là:
λ = 50,2

( m.Wđộ )

Suy ra:

∑ r =0,232.10−3+ 0,387 10−3 +

0,002
m2 ×độ
=0,6588.10−3
50,2
W

(

)

 ∆ t T 1= 34188,38. 0,6588.10-3= 22,52 (oC)
∆ t T 2= 32712,81.0,6588.10-3= 21,55(oC)

Vậy
∆ t21= 33,96- 4,25 – 22,52 = 7,19 (oC)

∆t22= 35,91– 4,28- 21,55= 10,08 (oC)
III.10.3.2. Tính hệ số hiệu chỉnh đối với tb cđ thứ i là ψ i
λ
ψ i= dd , i
λnc , i

0,565

ρdd , i
ρnc ,i

2

C dd ,i
C nc , i ,

μnc ,i
μ dd ,i

( ) [( ) ( )( )]

0,435

( λ , ρ , C , μ – lấy theo nhiệt độ sôi của dung dịch )
-Tính hệ số dẫn nhiệt của dung dịch CaCl2:
Theo CT I.32 [1-123]
λ dd=A.Cdd. ρdd 3 ρdd
M

√

A: hệ số tỷ lệ phụ thuộc hỗn hợp chất lỏng,chọn A=3,58.10-8
M: Khối lượng mol hỗn hợp lỏng (CaCl2 và H2O),kg/mol
M=111a+18(1-a)
Nồi 1:x1=12%
22
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


0,12

111
a 1=
=2,16 %=¿ M 1=20,01(kg /mol)
0,12 1−0,12
+
111
18

Nồi 2:x2= 25
0,25
111
a 2=
=0,05128
0,25 1−0,25
+
111
111

=> M2= 22,77(kg/mol)
Vậy ta có:
λ dd=A.Cdd. ρdd 3 ρdd
M

√

W
λ dd 1=3,58.10-8.3768,004.1048,7. 3 1048,7 = 0,53
m.
độ
20,01

√

(

W
λ dd 2=3,58.10-8.3315,75.1048,7. 3 1048,7 = 0,45
m. độ
22,77

√

(

)

)

-Độ nhớt dung dịch tính theo cơng thức Pavalov:
t 1−t 2
=const
θ1−θ 2

Chất lỏng tiêu chuẩn là rượu etylic 20%, Chọn t1=0oC; t2= 10oC
Nồi 1:
Tra bảng [1-101]
t1=0oC và x1= 12% => μ11= 2,334.10-3 (Ns/m2)
t2= 10oC và x2= 12%=> μ21= 1,7.10-3 (Ns/m2)
Ta bảng [1-94],
23

GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh


μ11= 2,334.10-3 (Ns/m2) => θ 1= 18,44(oC)
μ21= 1,7.10-3 (Ns/m2) => θ 2= 27,62(oC)

Tại ts1= 117,14(oC) dung dịch có độ nhớt là μdd 1
0−10
10−117,14
=
=¿ θ 31=125,97(℃ )
18,44−27,62 27,62−θ 31

Tra bảng [1-92]
μdd 1= 0,3.10-3 (Ns/m2)

Nồi 2:
Tra bảng [1-101]
t1=0oC và x1= 25 => μ12= 4,03.10-3 (Ns/m2)
t2= 10oC và x2= 25=> μ22= 3,05.10-3 (Ns/m2)
Ta bảng [1-94],
μ12= 4,03.10-3 (Ns/m2) => θ 1= 6(oC)
μ22= 3,05.10-3 (Ns/m2) => θ 2= 11,21(oC)

Tại ts1= 76,39oC dung dịch có độ nhớt tương ứng với nhiệt độ θ 32
0−10
10−76,39
=

=¿ θ32=45,8 (℃)
6−11,21 11,21−θ32

Tra bảng [1-94]
μdd 2= 0,783.10-3 (Ns/m2)

Bảng số liệu 5:
ρdd

Nồi

ρnc

λ dd

M

λ nc

μdd .103

μnc .10-3

1

1048,7

945,57

0,53

20,01

0,69

0,3

0,2389

2

1198,6

974,04

0,45

22.77

0,67

0,783

0,3731

24
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh

λ
ψ i= dd , i
λnc , i

0,565

ρdd , i
ρnc ,i

2

0,565

1048,7
945,57

C dd ,i
C nc, i ,

μnc ,i
μ dd ,i

( ) [( ) ( )( )]
( ) [(

0,53
ψ 1=
0,69

0,565

( ) [(

0,45
ψ 2=
0,67

1198,6
974,04

2

)(
2

)(

3768,004
4243,39
3315,175
4196,48

0,435

)(

0,2389.10−3
0,3.10−3

)(

0,3731.10−3
0,783.10−3

0,435

)]

=0,81

0,435

)]

=0,69

Vậy hệ số cập nhiệt
2,33
α 2 ,i=45,3 p 0,5
i ∆ t 2 ,i ψ i

α 21=45,3. 1,670,5 .7,19 2,33 .0,81=4637,91

( m W×độ )

α 21=45,3. 0,210,5 .10,082,33 .0,69=3121,7

( m W×độ )

2

2

III.10.4. Nhiệt tải riêng về phía dung dịch.
Theo cơng thức:
q 2 ,i=α 2 ,i ∆ t 2 ,i

( Wm )
2

Thay số ta có:

( mW )

q21= 4637,91 .7,19= 33324,54

2

( mW )

q22= 3121,7.10,08= 31459,92

2

III.10.5. So sánh q 1 ,i và q 2 ,i.
Ta có:

25
GVHD: TS. Cao Thị Mai Duyên

SVTH: Nguyễn Thị Lan Anh