Đồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
Đồ án
Quá trình thiết bị cô đặc
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
1
1
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc OánhĐồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
LỜI MỞ ĐẦU
Việc thiết kế hệ thống thiết bị, phục vụ cho một nhiệm vụ kỹ thuật là một
yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sư máy hoá chất. Để trở thành một người
kỹ sư như vậy, việc nắm vững các kiến thức về môn học Quá Trình - Thiết Bị
trong công nghệ hóa chất là thực sự cần thiết. Không chỉ thế, việc giải các bài toán
công nghệ, hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc, thiết bị và dây chuyền
công nghệ cũng rất cần đối với một kĩ sư trong tương lai.
Chính vì thế, để thiết kế được một đề tài, sinh viên chúng em cần phải nắm
vững tổng quát các kiến thức về các quá trình trong thủy lực, truyền nhiệt và
chuyển khối. Cũng như ở đồ án môn học này, chúng em nhận nhiệm vụ “ thiết kế
hệ thống cô đặc dung dịch NaNO
3
ba nồi xuôi chiều”.
Cấu trúc của tập đồ án này, chúng em xin chia ra làm như sau:
 Mục lục.
 Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế,
chọn phương án thiết kế.

hóa chất Hầu như hóa chất hiện diện khắp mọi nơi, mọi chỗ. Ăn một tô phở, ăn
một gói mì, uống một lon coca, thậm chí nhai một thỏi chewing gum, chúng ta
cũng đã vô tình nuốt vào người một số chất hóa học nào đó. Tùy loại hóa chất, tùy
theo ăn uống nhiều hay ít, ăn uống có thường xuyên hay không và đôi khi cũng còn
tùy theo người ăn, có người ăn vào thì không hề hấn gì, có người khác thì bị phản
ứng ngay lập tức, chẳng hạn như ngứa ngáy, nổi mề đay, khó thở… Cuộc sống
càng văn minh tiến bộ, con người càng phải đối đầu nhiều hơn với hiểm hoạ hóa
chất cũng như chất phụ gia…
Trên thị trường có 4 dạng muối nitrit, nitrat dùng trong bảo quản thực phẩm
nhưsau: KNO
2
, NaNO
2
, KNO
3
, NaNO
3
. Ở đây chúng em chỉ đề cập đến NaNO
3
.
1.1.1 Nhận dạng hóa học.
Tên khoa học: Sodium Nitrate.
Tên thường gọi: Muối natri nitrat, Sô đa nitơ. Muối này còn được biết đến
với cái tên diêm tiêu Chile hay diêm tiêu Peru ( do 2 nơi này có lượng trầm tích lớn
nhất).
CTHH: NaNO
3
1.1.2 Tính chất vật lý cơ bản.
• Dạng tồn tại: tinh thể trắng dạng hạt hoặc bột màu trắng.
• Mùi: không mùi.

+ 2KNO
3
+ 2Na
2
CO
3
= Na
2
MnO
4
+ 2KNO
2
+ Na
2
SO
4
+ 2CO
2
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
3
3
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc OánhĐồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
• Điểm sôi: 380

1.1.3 Tính chất độc hại .
• Nguyên nhân: Hít hoặc nuốt nhầm.
• Tác hại lâu dài: (theo các kết quả thử nghiệm trên động vật).
 Gây nhiễm độc máu, làm mất khả năng vận chuyển oxy của hồng
cầu hiện tượng tím tái và hôn mê.
 Có thể gây đột biến gen (ảnh hưởng tới các tế bào gốc).
 Có thể gây hại cho sức khỏe sinh sản.
 Có thể là nguyên nhân gây ung thư.
• Tác hại khác:
 Da: gây kích ứng khi tiếp xúc: tấy đỏ, ngứa, đau nhức.
 Mắt: gây ảnh hưởng tương tự khi rơi vào mắt.
 Hít nhầm: gây hại cho hệ hô hấp khi hít phải: ho, thở gấp.
 Nuốt nhầm: có thể gây ngộ độc nghiêm trọng.
1.1.4 Triệu chứng lâm sàng khi ngộ độc nitrat:
Viêm dạ dày, đau bụng, buồn nôn và nôn mửa, tiêu chảy, yếu cơ, chóng mặt,
mệt mỏi, đau đầu, rối loạn tinh thần, mất tập trung, tăng nhịp tim, tụt huyết áp, khó
thở ….
1.1.5 Đặc tính cháy nổ:
• Cháy:
 Có thể làm tăng tốc độ cháy của lửa.
 Tăng khả năng bắt cháy của các chất dễ cháy (gỗ, giấy …).
 Cháy bùng thành ngọn lửa khi nung nóng đến 540°C.
 Dễ bắt cháy khi nung nóng nếu trộn lẫn với than củi.
 Dễ bắt lửa khi tiếp xúc các chất hữu cơ, dễ cháy.
• Nổ:
 Gây phản ứng nổ với các hợp chất hydrocarbon.
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page

C sẽ kết tinh NaNO
3
.
 Natri nitrat được sản xuất trong công nghiệp bằng phản ứng trung
hoà HNO
3
với Na
2
CO
3
.
HNO
3
+ Na
2
CO
3
= NaNO
3
+ CO
2
+ H
2
O.
• Ứng dụng
Nó có thể dùng trong sản xuất HNO
3
khi phản ứng với H
2
SO

SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
5
5
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc OánhĐồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
Quá trình cô đặc khác quá trình chưng cất ở chỗ: trong qúa trình chưng cất
cả 2 cấu tử đều bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp. Còn cô đặc chỉ
cho dung môi bay hơi, còn chất tan không bay hơi.
Cô đặc bao gồm hệ thống cô đặc một nồi và nhiều nồi. Với cô đặc một nồi
thường được ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giá trị kinh tế.
Còn cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa
kinh tế cao về sử dụng nhiệt.
1.3. Cấu tạo thiết bị cô đặc
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm, các loại thiết bị cô đặc đun nóng
bằng hơi nước phổ biến, loại này gồm 2 bộ phận chính:
- Bộ phận đun sôi dung dịch ( phòng đốt) .
- Bộ phận bốc hơi( phòng bốc hơi) là 1 phòng trống.
Khi cấu tạo thiết bị cần chú ý những yêu cầu sau:
- Đơn giản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa và lắp ghép, các chi tiết
phải quy chuẩn hóa, giá thành rẻ.
- Đáp ứng yêu cầu kĩ thuật: chế độ làm việc ổn định ít bám cặn, dễ
làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểm tra.
- Cường độ truyền nhiệt lớn.
Có thể phân loại hệ thống cô đặc nhiều nồi theo các cách khác nhau:
Đồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
giữa các nồi, chính vì thế mà ở thiết bị này không dùng bơm.
 Nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nhiệt độ sôi của nồi sau, do đó
dung dịch đi vào mỗi nồi( trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, do đó
dung dịch 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 tháp
hơn nhiệt độ sôi, do đó cần phải tốn 1 lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy
dung dịch trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hay
nước ngưng tụ.
 Quá trình cô đặc rất tiết kiệm năng lượng cần sử dụng, vận tốc tuần hoàn
lớn vì ống tuần hoàn không bị đôt nóng dẫn đến đối lưu dễ dàng.
b. Nhược điểm
 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.
1.5. Thuyết minh hệ thống cô đặc.
Dung dịch đầu NaNO
3
10% được bơm đưa vào thùng cao vị từ thùng chứa,
sau đó chảy qua lưu lượng kế vào thiết bị trao đổi nhiệt. Ở thiết bị trao đổi nhiệt
dung dịch được đun nóng sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi 1. Ở nồi này dung
dịch tiếp tục được đun nóng bằng thiết bị đun nóng, 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 cửa 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 1 tự di chuyển qua nồi thứ 2 do đó sự chênh lệch áp suất làm

Nồng độ đầu của dung dịch: 10% khối lượng.
Nồng độ cuối của dung dịch: 36% khối lượng.
Áp suất hơi đốt nồi 1: 4.5 at.
Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng tụ: 0.10 at.
2.1.1 Xác định lượng hơi thứ ra khỏi hệ thống
Gọi: G
đ
, G
c
- lượng dung dịch đầu và cuối, kg/h
x
đ
, x
c
- nồng độ đầu và cuối, % khối lượng
W - lượng hơi thứ bốc hơi, kg/h
Ở đây, ta coi quá trình bốc hơi chất hòa tan không bị mất mát theo hơi thứ, khi đó
phương trình cân bằng vật liệu của quá trình bốc hơi sẽ là:
G
đ
= G
c
+ W (1)
Đối với chất hòa tan:
G
đ
.x
đ
= G
c

2
1
==
W
W
W
W
Ta có lượng nước bốc hơi của các nồi:
W = W
1
+ W
2
+ W
3
= W
1
+
2
11
)002,1(
002,1
WW
+
=10111,11
⇔
3,006004.W
1
= 10151,595
⇔
W

1
,

x
2 ,
x
3
: là nồng độ tương ứng trong nồi 1, 2, 3, % khối lượng
Ở nồi 1:
%171,13
106,337714000
14000
.10.
1
1
=
−
=
−
=
WG
G
xx
đ
đ
đ
Ở nồi 2:
%304,19
365,3370106,337714000
14000

, P
3
: áp suất hơi đốt nồi 1, 2, 3, at.
P
nt
: áp suất hơi ở thiết bị ngưng tụ, at.
Bằng cách giả thiết hệ số áp suất giữa các nồi là 1 đại lượng thích hợp.
Cho
0,2;75,1
3
2
2
1
=
∆
∆
=
∆
∆
P
P
P
P
Ta có:
atPPP
nt
4.41.05.4
1
=−=−=∆
Mà

=
∆
=∆⇔
Vậy:
nt
PPP +∆=
33
= 0,677 + 0,1 = 0,777 at.
322
PPP +∆=
= 1,354 + 0,777 = 2,131 at.
211
PPP +∆=
= 2,3695 + 2,131 = 4,5005 at.
Gọi
nthđhđhđ
tttt ,,,
321
là nhiệt độ của hơi đốt đi vào các nồi 1, 2, 3 và
thiết bị ngưng tụ
321
,,
hththt
ttt
là nhiệt độ của hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2, 3
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
9

)(atP
nt
Ct
0
Hơi
đốt
4,5 147 2,131 121,342 0,777 92,149 0,1 45,4
Hơi
thứ
2,185 122,342 0,8076 93,149 0,1056 46,4 - -
2.2.2 Xác định nhiệt độ tổn thất
2.2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (
'
∆
)
Ta có:
sdmsdd
tt
−=∆
'
: là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi
nguyên chất ở cùng 1 áp suất, gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ
Theo phương pháp Tiasenco:
r
T
f
s
2
0
'

'
0
'
.2,16 ∆=∆=∆
Các số liệu tương ứng
Bảng 1.2
0
'
∆
(
0
C)
ht
t
(
0
C)
r (J/kg)
Nồi 1 1,58394 122,342 2201155
Nồi 2 2,4956 93,149 2277392
Nồi 3 5,80 46,4 2459760
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
10
10
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh


'
3
9,3
2459760
)2734,46.(2,16
.80,5 =
+
=∆
Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ là:
C
0'
102,8=∆∑

2.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh
)(
''
∆
Trong lòng dung dịch, càng xuống sâu nhiệt độ sôi của dung dịch càng tăng
do áp lực của cột chất lỏng. Hiệu số của dung dịch ở giữa ống truyền nhiệt và trên
mặt thoáng gọi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh.
0
''
tt
tb
−=∆
, độ.
Với:
tb
t
- nhiệt độ sôi ứng với

.
dds
ρ
- khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m
3
.
2
dd
dds
ρ
ρ
=
.
dd
ρ
được nội suy và ngoại suy từ bảng I59,STQTTB,T1/46
Để tính
tb
t
của dung dịch NaNO
3
ứng với
tb
P
ta dùng công thức Balo:
constK
P
P
s
==

s0
– áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ sôi của dung dịch ở điều kiện
chuẩn, at. Nội suy từ bảng I250,STQTTB,T1/312.
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
11
11
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc OánhĐồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
P – áp suất môi trường( hơi thứ), at.
P
s
- áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất P, at.
PPP
ss
.
0
=⇒
tbss
PPP .
0
=⇒
Ở nồi 1:
Ứng với x
1

02,1042=
dd
ρ
(kg/m
3
)
=→
dds
ρ
521,01(kg/m
3
)
Vậy:
)(2892,2
10.81,9
81,9
.01,521).
2
3
5,0(185,2
4
1
atP
tb
=++=
tbss
PPP .
0
=⇒
⇒

Ct
sô
0
59,102=
bảng I204, STQTTB,T1/236, chất
NaNO
3
.
Ta có:
atP
ht
8076,0
2
=
và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất ứng với
Ct
s
0
02
59,102=
là
atP
s
1361,1
02
=
106,1085=
dd
ρ
(kg/m

tb
0
2
14,100=→
(bảng I251,STQTTB,T1/314).
Nhiệt độ sôi của dung dịch trên mặt thoáng:
2os
t
Ct
ht
0
'
22
529,9538,2149,93 =+=∆+=
Vậy :
C
0
''
2
611,4529,9514,100 =−=∆
Ở nồi 3:
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
12
12
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh


273.1
3
=
1,1219=
dd
ρ
(kg/m
3
)
55,609=→
dds
ρ
(kg/m
3
)
Vậy:
)(23,0
10.81,9
81,9
.55,609).
2
3
5,0(1056,0
4
3
atP
tb
=++=
Mặt khác:
PP

0
'
33
3,509,34,46 =+=∆+=
Vậy :
C
0
''
3
77,173,5007,68 =−=∆
Vậy
C
0
3
''
''
2
''
1
''
698,24=∆+∆+∆=∆∑
.
2.2.2.3 Tổn thất do trở lực của đường ống
)(
'''
∆
Chọn tổn thất áp suất do trở lực của đường ống trong từng nồi là 1
0
C
C

ttt
92,149 – 45,4 – (3,9 + 17,77 + 1)= 24,079
0
C
Cho toàn hệ thống:
=∆∑−−=∆
nthđht
ttt
1
147- 45,4 – 35,8= 65,8
0
C.
2.2.3 Cân bằng nhiệt lượng.
2.2.3.1 Tính nhiệt lượng riêng.
I: nhiệt lượng riêng của hơi đốt, J/kg
i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ, J/kg
Các giá trị trên được tra theo bảng I250,STQTTB,T1/312.
2.2.3.2 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch
 Nhiệt dung riêng của dung dịch trước khi cô đặc.
Vì
%20%10 <=
đ
x
nên áp dụng CT I.43,STQTTB,T1/152
4,3767)1,01(4186)1.(4186
00
=−=→−=→ CxC
(J/kg.độ)
 Nhiệt dung riêng của dung dịch sau khi ra khỏi nồi 1.
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo

3
>=x
nên áp dụng CT I.44,STQTTB,T1/152.
3
C
=
)1(4186.
33
xxC
ht
−+
Với
ht
C
- nhiệt dung riêng của chất hòa tan khan, ở đây là NaNO
3
, J/kg.độ.
Tính
ht
C
theo CT I.41,STQTTB,T1/152:
OONNNaNahthc
CnCnCnCM ++=
Trong đó:
ONNa
nnn ,,
- số nguyên tử của Na, N, O trong hợp chất.
M
hc
– khối lượng mol của hợp chất

3
C
=
736,3112)36,01(418636,0.71,1204 =−+
(J/kg.độ)
2.2.3.3 Lập bảng nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ, nhiệt dung của nước
ngưng và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong các nồi.
Chọn tổn thất nhiệt độ khi hơi thứ nồi trước di chuyển trong hệ thống ống đi
làm hơi đôt cho nồi sau là 1
0
C.
Dựa vào nhiệt độ hơi đốt và hơi thứ đã tính được ở CBVL, tra bảng và nội
suy, ta được các giá trị I, i, C
n
.
Tính I và i bằng phương pháp nội suy ( tra theo bảng I.250,
STQTTB,T1/312 - 313).
Tính C
n
theo bảng I.249,STQTTB,T1/311.
Bảng 1.3
Nồi
Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch
t
0
C I.10
-3
(J/kg.độ)
C
n

,, DDD
: lượng hơi đốt vào nồi 1, nồi 2, nồi 3 ,kg/h
-
cđ
GG ,
: lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống ,kg/h.
- W: lượng hơi thứ bốc ra của toàn hệ thống, kg/h
-
321
,, WWW
: lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2 và nồi 3, kg/h.
-
321
,, CCC
: nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1, 2, 3, J/kg.độ
-
cđ
CC ,
: nhiệt dung riêng của dung dịch vào và ra, J/kg.độ
-
321
,,
nnn
CCC
: nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ
-
321
,, III
: hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, J/kg.độ
-

QQQ
: nhiệt độ tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3, J.
Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:
ravào
QQ ∑=∑
Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi:
 Ở nồi 1.
đđđ
tCG
+
11
.ID
=
11
.iW
+
( )
111
tCWG
đ
−
+

11 n
CD
θ
1
+
(.05,0
111 n

22
.iW
+
2221
.).( tCWWG
đ
−−
+

22 n
CD
θ
2
+
222
.(.05,0
n
CID −
.θ
2
)
⇔
.95,0 95,0.(
2221121 n
CtCtCIW −+−
θ
2
)
) () (
11222222

CID −
θ
3
)
⇔
95,0.95,0.(
332232 n
CitCIW −+−
θ
3
)+
=− ) (
2231
tCiW
).() (
3332233
tCiWtCtCG
đ
−+−
(đặt là **).
Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặc chỉ là nhiệt ngưng tụ thì có thể
xem nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: θ =
hđ
t
.
1965619,956.W
1
- 2329401,589.W
2
= -1700289829 (1)

Ta có:
%5%1995,4%100.
3241
106,33773241
%100.
1
11
1
<=
−
=
−
=
W
WW
gt
η
%5%725,2%100.
78,3464
365,337078,3464
%100.
2
22
2
<=
−
=
−
=
W

−
−−−
= =
=
−
−−−
)147.5,43042749400.(95,0
)2714279481,126.662,3634.(3241)164,124.4,3767481,126.662,3634.(14000
=3577,77 (kg/h).
2.3 Tính các thông số kĩ thuật chính.
2.3.1 Độ nhớt
Sử dụng công thức Pavolow:
K
tt
=
−
−
21
21
θθ
Trong đó:
21
,tt
- nhiệt độ chất lỏng có độ nhớt
21
,
µµ
.
21
,

32,16=
θ
tra bảng I.102/94-[1].

Ct
0
2
40=
⇔
)/.(10.758,0
23
2
msN
t
−
=
µ
tra theo bảng I.107/100-[1].
⇒
Nhiệt độ của nước tương ứng với
2t
µ
là
C
0
2
631,32=
θ
tra bảng I.102/94-[1].
 Suy ra K=1,226. Mà

+
−
=
s
θ
=103,17
0
C.
Tra bảng I.104/96-[1] ta được
)/.(10.2755,0
23
1
msN
−
=
µ
Nồi 2.
%304,19
2
=x
, chọn chất chuẩn là nước.

Ct
0
1
20=
⇔
)/.(10.1716,1
23
1

µ
tra theo bảng I.107/100-[1].
⇒
Nhiệt độ của nước tương ứng với
2t
µ
là
C
0
2
243,27=
θ
tra bảng I.102/94-[1].
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
16
16
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc OánhĐồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
 Suy ra K=1,508. Mà
K
tt
s
s
=

=67,124
0
C.
Tra bảng I.102/95-[1] ta được
)/.(10.42257,0
23
2
msN
−
=
µ
Nồi 3.
%36
3
=x
, chọn chất chuẩn là nước

Ct
0
1
20=
⇔
)/.(10.426,1
23
1
msN
t
−
=
µ

2t
µ
là
C
0
2
62,15=
θ
tra theo bảng
I.107/94-[1].
 Suy ra K = 2,333. Mà
K
tt
s
s
=
−
−
2
2
θθ
2
2
θθ
+
−
=⇒
K
tt
s

C
p
- nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch, J/kg.độ,
ρ
- khối lượng riêng của dung dịch, kg/m
3,
M- khối lượng mol của dung dịch, g/mol;
A- hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng, chọn A= 3,58.10
-8
.
Với :
OHicti
MmMmM
2
).1(.
−+=
Mà:
Với M
ct
= 85 (g/mol); M
H
2
O
= 18( g/mol ).
Nồi 1.
%171,13
1
=x
0311,0
1

i
i
M
x
M
x
M
x
m
2
)1( −
+
=
Đồ án môn học :Quá Trình Thiết Bị GVHD: Ths.Lê Ngọc Trung
= 0,0311.85+ (1 – 0,0311).18 = 20,0837 (g/mol).
= 3,58.10
-8
.3634,662.1042,02.
3
0837,20
02,1042
=0,506(W/m.độ)
Nồi 2.
%304,19
2
=x
0482,0
2
=⇒ m
OHct

3
1288,25
1,1219
=0,4955(W/m.độ)
2.3.3 Hệ số cấp nhiệt
Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm 3 giai đoạn:
 Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ
số cấp nhiệt là
1
α
với nhiệt tải riêng là
1
q
(W/m
2
).
 Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bề dày
δ
(m).
 Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt là
2
α
và nhiệt lượng tải riêng là
2
q
(W/m
2
).
a) Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị
Theo định luật Niuton ta có:

1
1
1
1

M
CA
p
ρ
ρλ
=
3
2
2
2
2
2

M
CA
p
ρ
ρλ
=
3
3
3
3
3
3

α
, [W/m
2
.độ] theo CT V101/28-[2].
Với H – chiều cao ống truyền nhiệt, = 3m.
Trong đó:
25,0
32
.








=
µ
λρ
A
, đối với nước giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
m
t
,
còn r là ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt.
Tra bảng I.250/312- 313- [1], ta có:
Bảng 1.10
Nhiệt độ hơi đốt t,
0

Bảng 1.11
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
t
hđ
,
0
C
147 121,342 92,149
Ct
0
1
,∆
2,1 2,15 2,5
Ct
m
0
,
145,95 120,267 90,899
A 194,8925 188,0534 174,4495
Vậy:
Nồi 1:
25,0
1,1
1,1
.
04,2





25,0
2,1
2,1
.
04,2








∆
=
tH
r
A
α
=2,04.188,0534.
25,0
15,2.3
2203511






= 9274,71(W/m




∆
=
tH
r
A
α
=2,04.174,4495.
25,0
5,2.3
2279842






=8356,24(W/m
2
.độ).
3,13,13,1
. tq ∆=
α
=8356,24.2,5= 20890,6(W/m
2
).
b) Giai đoạn cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch
Ta có:

2
=
Trong đó:
n
α
- hệ số cấp nhiệt đối với nước.
7,015,0
14,3 qp
n
=
α
(W/m
2
.độ).
p- áp suất trung bình giữa ống truyền nhiệt P
tb
, at;
ψ
- hệ số điều chỉnh và được xác định theo công thức sau:
435,0
2565,0












=
d
n
n
d
n
d
n
d
C
C
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ψ
Trong đó:
dddd
C
µρλ
,,,
- độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt
tương ứng với độ sôi của dung dịch.
nnnn
C
µρλ

481,126=
,
Ct
s
0
2
14,100=
,
Ct
s
0
3
07,68=
Tra bảng I.129/133-[1] tìm được
n
λ
Tra bảng I.5/11-[1] tìm được
n
ρ
Tra bảng I.148/166-[1] tìm được
n
C
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
SVTH1: Nguyễn Thị Minh Thảo
Page
Page
20
20
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh
SVTH2: Hà Thị Ngọc Oánh

435,0
1
1
1
1
2
1
1
565,0
1
1
1



















n
d
C
C
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ψ
=
435,0
2565,0
2755,0
2247,0
.
274,4257
662,3634
.
086,938
02,1042
.
6862,0
506,0






2
2
2
2
2
2
2
565,0
2
2
2




















d
C
C
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ψ
=
435,0
2565,0
42257,0
2817,0
.
525,4229
935,3377
.
277,958
106,1085
.
6827,0
487,0







3
3
3
2
3
3
565,0
3
3
3





















C
C
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ψ
=
435,0
2565,0
84244,0
41251,0
.
231,4191
736,3112
.
88,978
1,1219
.
666,0
4955,0








rqt ∑=∆ .
1
với
r∑
là tổng trở nhiệt
321
rrrr ++=∑
Theo bảng V.1/4-[2] ta chọn:
Với lớp nước cất: r
=
1
0,116.10
-3
( m
2
.độ/W)
Với lớp cặn bã:
3
2
10.387,0
=
=r
( m
2
.độ/W).
Nhiệt trở của thành ống:
λ
δ
=
3

−
==⇒
x
r
λ
δ
=4.10
-5
( m
2
.độ/W)
321
rrrr ++=∑⇒
=0,116.10
-3
+ 0,387.10
-3
+ 4.10
-5
= 5,43.10
-4
( m
2
.độ/W).
Hiệu số nhiệt độ mất mát khi truyền qua lớp nước ngưng, thành thiết bị và cặn:
rqt
n
∑=∆ .
1,11
= 20116,25.5,43.10

.độ).
Tính hệ số cấp nhiệt của dung dịch theo công thức:
n
αψα
.
2
=
(W/m
2
.độ).
Nhiệt độ phía trong thành ống:
112 nhđT
tttt ∆−∆−=
,
0
C.
Lần lượt tính cho mỗi nồi như sau:
Nồi 1:
Ct
n
0
1
92,10=∆
112 nhđT
tttt ∆−∆−=
= 147 – 2,1- 10,92 = 133,98
0
C
=−=∆
sT

).
Nồi 2:
Ct
n
0
2
83,10=∆
222 nhđT
tttt ∆−∆−=
= 121,342 – 2,15 -10,83 = 108,362.
0
C
=−=∆
sT
ttt
22
108,362-100,14 = 8,222.
0
C.
7,015,0
14,3 qp
n
=
α
= 3,14.(0,9161)
0,15
.(19940,63 )
0,7
= 3169,85(W/m
2

C.
7,015,0
14,3 qp
n
=
α
= 3,14.(0,23)
0,15
.(20890,6)
0,7
= 2661,67 (W/m
2
.độ).
n
αψα
.
2
=
= 2661,67 . 0,693 = 1844,538(W/m
2
.độ).
322
. tq ∆=
α
= 1844,538. 11,344= 20924,44(W/m
2
).
Bảng 1.6
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
n

2883,31 2218,9 1844,538
1
q
20116,25 19940,63 20890,6
2
q
21621,94 18243,8 20924,44
Tính sai số giữa
1
q
và
2
q
theo công thức sau:
%10%96371,6%100.
94,21621
25,2011694,21621
%100.
2
12
1
<=
−
=
−
=
q
qq
η
%10%30086,9%100.

Nồi 1.
=
+
=
2
21
1
qq
q
tb

=
+
2
94,2162125,20116
20869,095 (W/m
2
).
Nồi 2.
=
+
=
2
21
2
qq
q
tb

=

1
i
tb
t
q
K
519,20
095,20869
= 1017,06 (W/m
2
.độ).
Nồi 2.
=
∆
=
2
2
2
i
tb
t
q
K
202,21
215,19092
= 900,491 (W/m
2
.độ).
Nồi 3.
=

Trong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi tỉ lệ bậc nhất
với tỉ số Q/K của các nồi tương ứng:
CT VI.20/68-[1]
Trong đó:
hi
t∆∑
-tổng hiệu số nhiệt độ có ích của các nồi;
i
Q
- nhiệt lượng cung cấp, W
i
K
- hệ số truyền nhiệt , W/m
2
.độ.
Ta có:
Trong đó:
i
D
- lượng hơi đốt của mỗi nồi, kg/h;
i
r
- ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi, J/kg.
Bảng 1.15
Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3
D
i
(kg/h)
3577,77 3241 3464,78
i

=
hi
n
i
i
i
i
i
hi
t
K
Q
K
Q
t .
3
1
3600
.
ii
rD
Qi =
21
11
1
αα
∑
++
=
r

1
K
Q
=
82,1005
475,2109890
2097,68.
Ở nồi 2.
3600
.
22
2
rD
Q =
=
=
3600
2203511.3241
1983771,986 ( W)
=
++
=
−4
2
10.43,5
9,2218
1
71,9274
1
1

10.43,5
538,1844
1
24,8356
1
1
K
830.
=⇒
3
3
K
Q
=
830
601,2194208
2643,625.
=⇒
∑
=
3
1i
i
i
K
Q
=++
3
3
2

2hi
t
65,8.
=
413,6926
108,2185
20,76
0
C.
Nồi 3.
=∆
1hi
t
65,8.
=
413,6926
625,2643
25,114
0
C.
Tính toán sai số nhiệt độ hữu ích theo bảng sau:
%10%100.
)(
)()(
<
∆
∆−∆
=
tínht
tínhtgtt