Lê Viết Dũng
1. Giới thiệu chung
 Lời mở đầu và giới thiệu dung dịch KOH
- Lời mở đầu
Trong kỹ thuật sản xuất công nghiệp hóa chất và các ngành khác,
thường phải làm việc với các hệ dung dịch rắn tan trong lỏng , hoặc lỏng
trong lỏng . Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản
xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi
dung dịch . Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất
rắn tan không bay hơi , khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu
mong muốn .
Thiết bị dùng chủ yếu là thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm , tuần
hoàn cưỡng bức , phòng đốt ngoài , …trong đó thiết bị cô đặc có tuần
hoàn có ống tuần hoàn ngoài được dùng phổ biến vì thiết bị này có
nguyên lý đơn giản , dễ vận hành và sửa chữa , hiệu suất sử dụng cao…
dây truyền thiết bị có thể dùng 1 nồi , 2 nồi , 3 nồi…nối tiếp nhau để tạo
ra sản phẩm theo yêu cầu. trong thực tế người ta thường xử dụng thiết hệ
thống 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất , giảm tổn
thất trong quá trình sản xuất .
Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư hóa chất là thiết
kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất , em
được nhận đồ án môn học : “Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học”.
Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng
1
Lê Viết Dũng
bước tiếp cận với việc thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến
thức của giáo trình “Cơ sở các quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học “
trên cơ sở lượng kiến thức đó và kiến thức của một số môn khoa học khác
có liên quan , mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị
thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ .
Qua việc làm đồ án môn học này , mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng

platin . Điều chế bằng cách điện phân dung dịch kali clorua (KCl) có
2
Lê Viết Dũng
màng ngăn . Dùng trong phòng thí nghiệm , sản xuất xà phòng mềm, các
muối kali ; KOH ăn da và rất nguy hiểm khi bắn vào mắt .
 Sơ đồ dây chuyền sản xuất và thuyết minh
Hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục :
Dung dịch đầu KOH 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) . Ở thiết bị trao đổi nhiệt dung dich được đun nóng sơ bộ đến
nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi (6). Ở nồi này dung dich tiếp tục được dung
nóng bằng thiết bị đun nóng kiểu ống chùm , dung dịch chảy trong các
ống truyền nhiệt hơi đốt được đưa vào buồng đốt để đun nóng dung dịch .
Một phần khí không ngưng được đưa qua của tháo khí không ngưng .
Nước ngưng được đưa ra khỏi phòng đốt bằng của tháo nước ngưng .
Dung dịch sôi , dung môi bốc lên trong phòng bốc gọi là hơi thứ . Hơi thứ
trước khi ra khỏi nồi cô đặc được qua bộ phận tách bọt nhằm hồi lưu
phần dung dịch bốc hơi theo hơi thứ qua ống dẫn bọt .
Dung dịch từ nồi (6) tự di chuyển qua nồi thứ 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 .
3
Lê Viết Dũng
Dung dịch sản phẩm của nồi (7) được đưa vào thùng chứa sản phẩm
(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

o
i
d?
t
H
o
i
d?
t
n
u?
c
ng
u
ng
N
u?
c
ng
u
ng
6
7
13
Chú thích
1. Thùng chứa dung dịch đầu
2. Bơm
3. Thùng cao vị
4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

c
x
W G
x
 
= −
 ÷
 
( VI.1 - Tr.55 - Stttt2 )

8
11000. 1 8066,6667( / )
30
W kg h
 
⇒ = − =
 ÷
 
 Lượng hơi thứ ra khỏi mỗi nồi
Chọn tỷ lệ hơi thứ:
1
2
1
1
W
W
=
1
8066,6667.1
4033,3333( / )

2c
x
=
11000.8
11000 8066,6667−
= 30% ( khối lượng)
W: tổng lượng hơi thứ của hệ thống
W
1
: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 1
7
Lê Viết Dũng
W
2
: lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2
1c
x
: nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1

2c
x
: nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi
*Tính nhiệt độ, áp suất
 Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống (∆Р)
nghd
Ρ−Ρ=∆Ρ
1

4,1 0,2 3,9= − =
(at ) (1)


1hd
p
-
1
p∆
= 4,1- 2,68125 = 1,41875 (at)
Trong đó:
8
)(21875,1
)(68125,2
2
1
atp
atp
=∆
=∆
Lê Viết Dũng

1
p∆
: chênh lệch áp suất của nồi 1 và nồi 2

2
p∆
: chênh lệch áp suất của nồi 2 và thiết bị ngưng
Hơi đốt nồi 1 được được cấp từ nồi hơi , hơi thứ ra khỏi nồi 1 được
đưa sang nồi 2 làm hơi đốt để tận dụng nhiệt . Tra bảng (I.251 - Tr 314 –
stttt1) ta có :
Nồi

)
chọn
'''
1
∆
= 1°C

'''
2
∆
= 1°C
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 1(T
ht1
)
1
21
+=
hdht
TT
=
109 1 110
+ =
o
C
Nhiệt độ hơi thứ của nồi 2(T
ht2
)
1
2
+=

′
)
Ta có :

0
.
i
f
′ ′
∆ = ∆
(VI.10 - Tr.59 - Stttt2)

2
16,2.
i
T
f
r
=
(VI.11 - Tr59 - Stttt2)

2
0
16,2. .
i
i
T
r
′ ′
⇒∆ = ∆

2
=30%
→

'
02
∆
= 12,2
0
C
10
Lê Viết Dũng
C
C
0
2
'
2
0
2
'
1
339,9
2356000
7,333
.2,12.2,16
6166,3
2234000
383
.4,3.2,16

ρ
−
Ρ = Ρ + + Ν
= Ρ + +
(VI.12 - Tr.60 -Stttt2)
P
hti
: áp suất hơi thứ nồi i
h
1i
: chiều cao dung dịch trong ống truyền nhiệt ,
1
h
=0,5 (m)
h
2:
chiều cao ống truyền nhiệt ,
2
h
= 2 (m)
:
dds
ρ
khối lượng riêng của dung dịch khi sôi . Lấy gần đúng bằng ½ khối
lượng riêng của dung dịch ở 15
0
C
Tra bảng I.21 - Tr33 - Sttt1 ta có :

dd1

Tra bảng I.251 - Tr314 - Sttt1 :
11
Lê Viết Dũng
C
C
C
Cat
Cat
hdtb
hdtb
tbtb
tbtb
0''
2
1
''''
0
22
''
2
0
11
''
1
0
22
0
11
913,177,14213,3
7,147,604,75

ht hd ht
o
t T T
C
T T
C
t T T
C
∆ = − − ∑∆
= − − =
′ ′′
∆ = − − ∆ − ∆
= − − − =
′ ′′
∆ = − − ∆ − ∆
= − − − =
-Cân bằng nhiệt lượng

11
;iW

11
;iW
′
W
2
;i
2
1m
Q

C)
θ: nhiệt độ nước ngưng (
0
C)
i: hàm nhiệt của hơi thứ (j/kg)
Nhiệt dung riêng của nước ngưng tính theo áp suất của hơi đốt
( bảng I.249 - Tr.311- Stttt1)
1 1
4,1 4294,5
hd p
at CΡ = ⇒ =
(J/kg.độ)
2 2
1,41875 4233
hd p
at CΡ = ⇒ =
(J/kg.độ)
Nhiệt dung riêng của KOH tính theo công thức ( I.41- Tr.152 - Stttt1 )
M.C=
1
n
.
1
c
+
2
n
.
2
c

+
16800
56
= 936,25 (J/kg.độ)
Đối với dung dịch loãng có nồng độ nhỏ hơn 20% tính theo công thức
( I.43 - Tr.152 - Stttt1)
( )
( )
8%
4186. 1
4186. 1 0,08 3851,12( / . )
KOH
C x
J kgđô
= −
= − =
( )
( )
12,6316%
. 4186. 1
4186.0,126316 4186. 1 0,126316 3657,24122( / . )
KOH KOH khan
C C x x
J kgđô
= + −
= + − =
13
Lê Viết Dũng
Đối với dung dịch có nồng độ lớn hơn 20% tính theo công thức ;
( I.44 - Tr.152 - Stttt1 )

O
=16800 ; C
H
=9630
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 1:
( )
( )
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
. . . . . . . .
0,05. 0,05. . .
đ đ đ m p đ
m p
D I G C t W i Q D C G W C t
Q Q D I C
θ
θ
+ = + + + −
= = −
Phương trình cân bằng vật liệu nồi 2:
( ) ( ) ( )
( )
1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2
2 2 1 2 2
. . . . . . . .
0,05. 0,05. .
đ m p đ
m p
W i G W C t W W i Q W C G W C t
Q Q i C

0
C

2
θ
=109
0
C
Nhiệt dung riêng của nước ngưng :

1p
c
=4294,5 ( J/ kg)

2p
c
=4233 ( J/ kg)
Nhiệt độ đầu vào, ra khỏi nồi1, ra khỏi nồi 2 của dung dịch :

1
t
=116,8296
0
C

2
t
=84,739
0
C

W i C t G C t C t
W
i C i C t
θ
− + −
=
′
− + −
Thay số vào ta được :
15
Lê Viết Dũng
1
W
=3985,2537 (kg/h)
2
W
=8066,6667 -
1
W
=4081,413 (kg/h)
Lượng hơi đốt tính được :
( ) ( )
( )
1 1 1 1 1 1
1 1
. . . .
0.95. .
đ đ đ
p
W i C t G C t C t
ii 11
;
α
Τ

i
t
1
∆

i
T
T
2

i
t
2
∆
i
T
T
1

ii 22
;
α
Τ

−
∆
Hơi nước sau khi ngưng tụ sẽ bám lên thành ống truyền nhiệt tạo
thành lớp màng mỏng , với những thiết bị thường gặp như loại phòng đốt
trong tuần hoàn ngoài , phòng đốt trong tuần hoàn trung tâm , phòng đốt
treo đều là trường hợp hơi đốt đi bên ngoài ống truyền nhiệt ( hơi đốt là
hơi bão hòa không chứa khí trơ) , màng nước ngưng chảy thành dòng thì
hệ số cấp nhiệt phía hơi đốt được tính theo công thức : (V.101 - Tr.28 -
Stttt2 )
0.25
1
2 1
2,04. .
.
i
i
r
A
h t
α
 
=
 ÷
∆
 
( V.101 - Tr28 - Stttt2 )
Trong đó
:
1i
α

o
T
o
hd T
m
T T t C
T T
T C
⇒ = − ∆ = − =
+
+
= = =
Từ bảng ( Tr.29-Stttt2 ) suy ra A
1
= 194,2625
)/(6925,253465,2.677,10138
)/(677,10138
5,2.2
8,2140995
.2625,194.04,2
2
111111
2
25,0
11
mwtq
đômw
==∆=
=


T
C
λ
=
(W/m.độ) và khối lượng
riêng
78500
3
=
T
C
ρ
(kg/m
3
)
Khi đó có trở lực là :
4 4 4
0.002
2,32.10 3,87.10 6,625.10
46
hn c
r r r
σ
λ
− − −
∑ = + + = + + =
(m
2
.độ/W)
Tổn thất nhiệt qua tường ống đó là :

α ψ
= ∆
(
2
/ . )w mđô
P : áp suất làm việc (áp suất hơi thứ) at
t∆
: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi
ψ
: Hệ số hiệu chỉnh , tính theo công thức (VI.27 - Tr.71 - Stttt2 )
0.435
0.565 2
1 1 1 1
1 1 1 dd1
. . .
dd dd dd nc
nc nc nc
C
C
λ ρ µ
ψ
λ ρ µ
 
       
 
=
 ÷  ÷  ÷  ÷
 
       
 

1
);;;(
dd
C
µρλ
là các hằng số vật lý của dung dịch
Tổng hợp ta có bảng sau :
T=116,8296
o
C
λ
(w/m.độ)
ρ
(kg/m
3
)
µ
(N.s/m
2
)
p
C
(J/kg.độ)
Nước 0,6778 945,6046
4
2,396.10
−
4244,61
Dung dịch 0,56176 1116,6844
4

M : khối lượng phân tử mol của dung dịch
KOH
( )
2
. 1 .
KOH KOH KOH H O
M n M n M= + −
:
KOH
n
phần trăm
KOH
theo mol

2
12,6316
56
0,0444
100 12,6316 100 12,6316
56 18
KOH
KOH
KOH
KOH KOH
KOH H O
x
M
n
x x
M M

Vậy giá trị có thể chấp nhận .
Nồi 2.
Giả thiết
12
2,097
o
t C∆ =
12
1
12 12
2 12
109 2,097 106,903
106,903 109
107,9515
2 2
o
T
o
hd T
m
T T t C
T T
T C
⇒ = − ∆ = − =
+
+
= = =
Từ bảng ( Tr.29 - Sttt2 ) suy ra A
2
= 182,578175

22 12 12
22 2
4
12
22
. 21103,5535.6,625.10 13,9811
106,903 13,9811 92,9219
92,9219 84,739 8,183
o
T
o
T T T
o
T s
t q r C
T T t C
t T T C
−
∆ = ∑ = =
⇒ = − ∆ = − =
⇒ ∆ = − = − =
Hệ số cấp nhiệt từ ống truyền nhiệt đến dung dịch trong nồi 2 là
0.5 2.33
22 2 22
45,3. . .
ht
P t
α ψ
= ∆
ψ

. . . 0,973 1
0,68536 968,767 4202,5824 3,8418.10
−
−
 
 
     
= = <
 
 ÷
 ÷  ÷  ÷
     
 
 
 

T=84,739
o
C
λ
(w/m.độ)
ρ
(kg/m
3
)
µ
(N.s/m
2
)
C

⇔ = =
(w/m.độ)
8
3,58.10A
−
=
hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng liên kết
M: khối lượng phân tử mol của dung dịch
KOH
Áp dụng công thức (1)
( )
0,121.56 1 0,121 .18 22,598M⇒ = + − =
(g/mol)
0.5 2.33 2
22
2
22 22 22
45,3.0,210366 .8,183 .0,973 2708,85065( / . )
. 2708,85065.8,183 22166,52486( / )
w mđô
q t w m
α
α
⇒ = =
= ∆ = =
12 22
12
22166,52486 21103,5535
.100% .100% 4,795% 5%
22166,52486

q
nhiệt tải riêng trung bình nồi i
2
21 ii
tb
qq
q
i
+
=
1
2
2
11 21
2
1
2
12 22
2
2
25346,6925 24475,36141
24911,02696( / )
2 2
24911,02696
951,87796( / . )
26,1704
21103,5535 22166,52486
21635,03918( / )
2 2
21635,03918

hd
===
2
1
2
.
3985, 2537.235326,4
2474539,668( )
3600 3600
hd
W r
Q w= = =
Phân bố nhệt độ hữu ích trong từng nồi :
Nồi
K
Q
K
Q
1
2584242,176
2714,881
951,87796
=
2584242,176
52,1046
951,87796
=
2
2474539,668
2774,8879

104,7818
t∆ = =
23
Lê Viết Dũng
2
2
50,4314.2774,8879
25, 4913
5489,7689
t∆ = =
2
50,4314.52,6772
25,3535
104,7818
t∆ = =
Kiểm tra:
50,4314t∆ =
∑
Kiểm tra:
50,4314t∆ =
∑
Sai số nồi 1 :
1 1
1
24,94 26,1704
4,93%
24,94
t thi
t
−

Nồi Bề mặt truyền nhiệt bằng
nhau, m
2
Tổng bề mặt truyền nhiệt bé
nhất, m
2
1
2584242,176
108,86
951,87796.24.94
=
2584242,176
108, 26
951,87796.25,0779
=
2
2474539,668
108,86
891,762.25,4913
=
2474539,668
109,45
891,762.25,3535
=
217,72F =
∑
217,71F =
∑

11

*) Nhiệt lượng trao đổi : ( Q)
Q = F.C
p
.(t
F
– t
f
) [W]
Trong đó :
F: lưu lượng hỗn hợp đầu F = 11000(kg/h)

F
t
: Nhiệt độ sôi của hỗn hợp t
F
= 116,8296 (
o
C)
C
p
: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp C
p
= 3657,24122 (J/kg )

t
F
: Nhiệt độ môi trường
Thay số :
Q=
11000