BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CNTP
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CO ĐẶC DUNG
DỊCH MÍA ĐƯỜNG HAI NỒI, XUÔI CHIỀU
GVHD: Phan Văn Mẫn
SVTH : Lữ Văn Hồng Hậu DH11H2
Đoàn Thanh Long DH11H2
Phạm Văn Lưỡng DH11H2
Khóa : 2011-2015
Vũng Tàu, tháng 5 năm 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập – Tự do- Hạnh phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Lưỡng MSV: 1152010124
Đoàn Thanh Long 1152010118
Lữ Văn Hồng Hậu 1152010067
Ngành: Công nghệ kỹ thật hóa học ( chuyên ngành hóa dầu)
I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống cô đặc nước mía đường hai nồi,
xuôi chiều, năng suất 3000 kg/h.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
• Nhiệm vụ: thiết kế hệ thống cô đặc nước mía đường hai nuồi,
xuôi chiều, với những thông số sau:
- Nồng độ đầu:
- Nồng độ cuối:
- Năng suất: 3000kg/h.
• Nội dung
- Tính toán kích thước, lựa chọn các thiết bị chính và thiết
bị phụ.
- Vẽ sơ đồ công nghệ và thuyết minh quá trình.

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Xác nhận của GVHD
(Chữ ký)
MỤC LỤC
Chương I TỔNG QUAN
1. Sơ đồ quy trình công nghệ…………………………………………
2. Quy trình công nghệ……………………………………………… 1
Chương II THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
1. Sơ lược về thiết bị cô đặc……………………………………… … 5
2. Cân bằng vật chất năng lượng
2.1. Cân bằng vật chất……………………………………………….6
2.2. Cân bằng năng lượng………………………………………… 7
3. Kích thước thiết bị
3.1. Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt……………………….12
3.2. Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc………………….19
3.3. Tính cơ khí …………………………………………………… 22
Chương III THIẾT BỊ PHỤ……………………………………….…36
1. Thiêt bị ngưng tụ Baromet……………………………………………36
1.1. Cân bằng vật chất năng lượng……………………………………38
1.2. Kích thước thiết bị……………………………………… …… 40
2. Thiết bị gia nhiệt……………………………………………………….45
3. Tính và chọn bơm…………………………………………………… 47
4. Tính toán và lựa chọn bơm chân không………….………………….49
4.1. Chọn bơm chân không………………………………………… 49
Tổng kết………………………………………………………… ………… 51

- Buồng đốt: bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ. Các ống được bố trí
theo đỉnh hình tam giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống. Trong đó hơi
nước( còn gọi là hơi đốt) sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho
dung dịch chuyển động bên trong ống. Dung dịch nước mía sẽ được cho chảy thành
màng mỏng bên trong ống từ trên xuống vè sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp
và sẽ sôi, làm hóa hơi một phần dung dịch môi. Phần hơi sẽ được tạo ra ở vùng trung
tâm ống, dung dịch sẽ được chảy thành màng mỏng sát thành ống.
Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xảy ra là phải có sự chênh lệch nhiệt độ
giữa hơi đốt và dung dịch đường, tức là phải có sự chênh lệch áp suất của hơi đốt và
hơi thứ trong nồi.
Các đại lượng, thông số ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt của buồng
đốt là:
• Nhiệt độ và áp suất trong nồi vì nó liên quan mật thiết đến nhiệt độ sôi trong nồi đó.
Nếu áp suất trong nồi càng thấp thì điểm sôi càng thấp, áp suất hơi càng lớn, dung dịch
đường sôi càng mạnh. Tuy nhiên nếu áp suất càng thấp thì độ nhớt của dung dịch lớn,
ảnh hưởng đến đối lưu và truyền nhiệt. Và nếu áp suất thấp thì nhiệt độ của hơi thứ bốc
lên cũng thấp, làm giảm khả năng truyền nhiệt cho các nồi sau nếu như lượng hơi thứ
này được sử dụng làm hơi đốt cho nồi sau.
7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
• Nhiệt độ nhập liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Nếu nhập liệu ở trạng
thái chưa sôi thì khi vào buồng đốt phải tốn thêm một lượng nhiệt để đưa nó đến trạng
thái sôi. Nhưng do dung dịch được nhập liệu vào nồi với tốc độ không đổi, và nó chảy
từ đầu ống đến cuối ống không có tuần hoàn trở lại nên nếu nhập liệu ở trạng thái chưa
sôi thì khi đi hết ống nó chưa nhận đủ lượng nhiệt cần thiết để đạt đến nồng độ yêu
cầu.
• Hỗn hợp hơi-lỏng đi qua khỏi dàn ống, đến không gian phân ly và bộ phận phân ly, gọi
chung là buồng bốc.
- Không gian phân ly: là phần không gian rộng lớn để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai
dòng, dòng hơi thứ cấp đi lên phía trên của buồng bốc đến bộ phận phân ly, dung dịch

xuống. Khi ngưng tụ chuyển từ hơi thành lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm làm áp suất
giảm, do đó tự bản thân thiết bị áp suất sẽ giảm. Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là
thiết bị ổn định chân không, nó duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Dòng hơi
thứ đi từ dưới lên, ngưng tụ, chảy xuống, khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và được
dẫn qua bình tách. Bình tách là một vách ngăn, nó có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng
bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa trở về bồn chứa nước ngưng, còn khí
không ngưng sẽ được bơm chân không hút ra ngoài. Quá trình tách nước ra khỏi khí
không ngưng để tránh trường hợp nước bị hút vào bơm chân không gây va đập thủy
lực, nó được thực hiện bằng cách sử dụng lực dính ướt của chất lỏng và lực trọng
trường. Áp suất làm việc của thiết bị baromet là áp suất chân không do đó nó phải được
lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà
không cần dùng máy bơm. Bơm chân không có nhiệm vụ là hút khí không ngưng ra
ngoài để tránh trường hợp khí không ngưng tồn tại trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều (vì
hệ thống làm việc liên tục), làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm
cho nước chảy ngược lại sang nồi 2.
 Nước ngưng sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ sẽ được thải vào hệ thống nước thải
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
 SƠ LƯỢC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Những yêu cầu đối với thiết bị cô đặc:
- Khoảng không gian nước mía cần nhỏ nhất, không có khoảng không chết.
- Nước mía lưu lại trong nồi với thời gian ngắn nhất.
- Hệ số truyền nhiệt phải lớn
- Hơi đốt phải đảm bảo phân bố dều trong không gian bên ngoài giữa các ống của dàn
ống để đảm bảo cung cấp nhiệt điều cho dòng lưu chất
- Tách ly hơi thứ tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để cho ngưng tụ(k làm bẩn bề mặt
ngưng) lấy nhiệt cho nồi tiếp theo.
- Đảm bảo thoát nước ngưng tụ và không khí ngưng thoát ra ngoài dễ dàng, vì nếu

s
o
C Nhiệt độ sôi của dung dịch
θ
o
C Nhiệt độ nước ngưng
Φ % Độ ẩm hơi bão hòa
“
1
” Ký hiệu ứng với đầu ra của nồi 1
“
2
” Ký hiệu ứng với đầu ra của nồi 2
10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
“
đ
” Kí hiệu ứng với nhập liệu
“
w
” Kí hiệu ứng với hơi thứ
“
D
” Kí hiệu ứng với hơi đốt
1.1. Cân bằng vật chất
- Đối với cả hệ thống :
Năng suất nhập liệu : G
đ
= 3000kg/h
Nồng độ nhập liệu x






=
∑
∑
- Đối với từng nồi :
Sự phân phối W
i
phải đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước đốt cho nồi
sau , người ta thường chọn lựa áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp sao
cho :
,
2
1
W
W
m =
1≤1,2 chọn m=1 (1)
∑
W
= W
1
+W
2
= 1800 kg/h (2)
giải (1), (2) ta được W
1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
Nồi 1 G
đ
= G
đ1
= 3000kg/h
Nồi 2 G
đ2
= G
c1
= G
đ1
– W
1
= 3000 – 900 = 2100kg/h
Với suất lượng trên là tính theo nhập liệu của từng nồi, suất lượng sản phẩm thu được :
G
c
= G
đ
– W
∑
= 3000 – 1800 = 1200kg/h
1.2 Cân bằng năng lượng
Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:
Hiệu số áp suất của cả hệ thống:
∆P
t
= P
D

Tính áp suất cho từng nồi :
P
2
= P
ng
= 0.4at
P
1
= P
2
+ ∆P
2
= 0.4 + 1.06 = 1.43at
Ta có áp suất của mỗi nồi ta tra được nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi đó :
t
w1
= 109,3
o
C
t
w2
= 75,4
o
C
Khi cô đặc 2 nồi xuôi chiều thì hơi thứ nồi thứ nhất làm hơi đốt của nồi thứ 2 nên ta
nhiệt độ của hơi đốt nồi thứ hai là : t
D2
= t
w1
- ∆

∆
’’’
tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ thường lấy là 1 – 1.5
o
C
- tổn thất áp suất do nồng độ ∆
’
:
+ Áp dụng công thức Tisenco : ∆
’
= ∆
’
o
f (f là hệ số hiệu chỉnh , f = 16.2 (4) )
trong đó :
o ∆
’
o
là tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường
o T là nhiệt độ sôi của nước ở áp suất làm việc
o r là ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất làm việc
+ Giả sử ρ của dung dịch không thay đổi nhiều theo nhiệt độ
Tra quyển sổ tay quá trình thiết bị
ρ
1
= 1048.31 g/lít , ρ
2
= 1082.87 g/lít
o ∆
’

+ ∆
i
’’
= t
(p +∆P)
- t
p
13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
o Trong đó : t
p
là nhiệt độ sôi của dung dịch với áp suất măt thoáng
t
(p+∆P)
là nhiệt độ sôi của dung dịch với áp suất thủy
tĩnh
+ ∆P là áp suất thủy tĩnh với giá trị trung bình
∆P =
2
1
ρgh
Trong đó: g: là gia tốc trọng trường 9.8 m/s
2
h: là chiều cao tính từ miệng ống truyền nhiệt đến mực thoáng của dung dịch
ρ: là khối lượng riêng của dung dịch
+ Mà hệ thống của ta làm việc với chế độ là màng chảy rối nên ∆
i
’’
sẽ nằm trong
khoảng : 0 – 0.5

+ ∆
2
’’
+ ∆
2
’’’
= 0.17 + 0.25 + 1 = 1.42
o
C

21
∆+∆=∆
∑
= 2,873
o
C
Hiệu số nhiệt hữu ích :
∆t
hi
= ∆t - ∆
∑

mà ∆t = t
D
- t
ng
⇒
∆t
hi
= t

Nồi 1 : ∆t
hi1
= t
D
– t
s1
= 142.9 – 109.503 = 33.397
o
C
Nồi 2 : ∆t
hi2
= t
D
– t
s2
= 109.503 – 1 - 75.57 = 32.93
o
C
Cân bằng năng lượng :
Lượng nhiệt vào :
• Do dung dịch đầu : G
đ
c
đ
t
đ
W
• Do hơi đốt : Di
’’
W

c
c
c
t
c
+ Wi
’’
+ Dc
n
θ + Q
cô đặc
+ Q
tt
(5)
Ta xem : nước ngưng tụ ở trạng thái lỏng sôi thì r
D
= i’’ - cθ , nhiệt cô đặc của quá trình
không đáng kể và nhiệt lượng tổn thất là 6% . Mặt khác khi dùng hơi đốt là hơi bão hòa
thì trong hơi luôn có một phần nước ở dạng lỏng bị cuốn theo vào , gọi lượng cuốn
theo đó là ҩ và ҩ = 5% thì (5) trở thành :
0.89Dr
D
+ G
đ
c
đ
t
đ
= Wi
w

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
Nồi 2 : 0.89W
1
r
w1
+ (G
đ
– W
1
)c
1
t
1
= (W – W
1
)i
w2
’
+ (G
đ
– W)c
2
t
2
Ta tính lại lượng hơi thứ di trong mỗi nồi :
W
1
11
'
21

2692,5.10
3
J/kg P = 1.43
2171.10
3
J/kg P = 4at
2235,5.10
3
J/kg P = 1.43
4001,8 J/kg.độ t = 25
o
C
3996,3 J/kg.độ t = 109.503
o
C
3801,2 J/kg.độ t = 75.57
o
C
Sao khi thế số bảng trên vào (7) và (8) ta được :
W
1
= 901.434kg/h
W
2
=898.566kg/h
16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
D =1060kg/h
2.1 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt :
Nhiệt hữu ích do hơi đốt cung cấp :

đ
– W)c
2
t
2
- (G
đ
– W
1
)c
1
t
1
Sau khi ta tính được lượng hơi thứ ở từng nồi và xác định được áp suất ở từng nồi thì ta
bắt đầu tính theo các bước sau đây :
+ Bước 1: Chọn vật liệu và các số liệu cơ bản của bề mặt truyền nhiệt ( H
o
, d
t
, d
n
, n)
+ Bước 2: Chọn 2 giá trị nhiệt độ phía hơi đốt rồi suy ra nhiệt độ vách ngoài tương
ứng
+ Bước 3: Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía hơi đốt
+ Bước 4: Tính nhiệt độ vách trong tương ứng t
v2

+ Bước 5: Tính tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía nước mía
+ Bước 6: Xác định t

∆−∆
≤ 5% nếu thõa mãn chuyển qua
bước tiếp theo nếu không thõa mãn thì tính lại từ bước chọn tỉ số hiệu số áp suất
+ Bước 11: Tính bề mặt truyền nhiệt F F =
+ Bước 12: Tính lại số ống truyền nhiệt : n = với d =
Và kiểm tra điều kiện : ≤5% nếu thõa mãn thì kết thúc phần tính toán buồng đốt nếu
không thì lặp lại từ bước tính Re của nước mía.
Trước hết chọn các thông số về ống truyền nhiệt :
Vật liệu Thép X18H10T
Số ống dẫn nhiệt n 40
Hệ số dẫn nhiệt λ W/m.độ 16.3
Chiều cao H
0
m 5
Đường kính ngoài d
n
m 0.038
Đường kính ngoài d
t
m 0.031
Chiều dày Δ m 0.0035
Nhiệt trở lớp nước
ngưng
r
n
m
2
đô/W 1.16*10
-4
Nhiệt trở cặn bẩn r

0.25
( W/m
2
.độ )
α
D1
= 6767.182 ( W/m
2
.độ )
α
D2
= 6639.215( W/m
2
.độ
Nồi 1 Nồi 2
ρ
D
925.19kg/m
3
943.109kg/m
3
r
D
2142.75 kJ/kg 2241.98kJ/kg
λ
D
0.684W/m.độ 0.68342W/m.độ
H
0
5m 5m

C 104.9
0
C
r
D
: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa tại nhiệt độ t
D
Các thông số vật lý khác là của nước sôi tại nhiệt độ trung bình phía hơi đốt
=
Hệ số cấp số cấp nhiệt của nước mía :
= với Nu = 0.01(Re.Pr)
1/3
(Nu
1
= 0.183 Nu
2
= 0.161)
19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
Vậy α
s1
= 5065.62( W/m
2
.độ )
α
s2
= 2975.91( W/m
2
.độ )
Hệ số dẫn nhiệt của mía đường :

θ
2
= 2.94*10
-5
Chuẩ số Pr : Pr = Pr
1
= 2.131 Pr
2
= 3.798
Chuẩn số Re : Re = Re
1
= 2863.23 Re
2
= 1109.01
Cường độ dòng nhiệt
Phía hơi đốt : q
D
= ∆t
D
.α
D
= (t
D
– t
v1
).α
D
20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
q

dòng nhiệt truyền qua vách : q
v
= bỏ qua nhiệt mất mát ta có
q
D
= q
v
=> t
v2
= t
v1
- ∑r
v
*q
D
Nồi 1: t
v2
= 116
0
C Nồi 2: t
v2
= 85.29
0
C
= r
t
+ r
n
+
Sau khi tính được hệ số truyền nhiệt mỗi nồi ta chuyển qua bước tính tiếp theo là tính

Bề mặt truyền nhiệt là : F =
Nồi 1 = Nồi 2 = 20.75 m
2
Số ống truyền nhiệt mỗi nồi là : : n = với d =
Nồi 1 = nồi 2 = 38.3 hay 39 ống
Lấy diện tích truyền nhiệt dư 20% và làm tròn số ống theo quy chuẩn là 61
Kiểm tra điều kiện ban đầu chọn ống : 4.23%
2.2 Kích thước buồng đốt và buồng bốc:
2.2.1. Kích thước buồng đốt
Ống được bố trí trên vi ống theo đỉnh hình tam giác đều,ống được lắp vào mạng
bằng phương pháp nong ống, với bước ống t=1,4.d
n
= 1.4*0.038 = 0.0532m
Đường kính vỏ buồng đốt
D
đ
=t(m-1)+4d
n
= 0.684m làm tròn theo quy chuẩn là 0.8m
Số ống trên đường chéo:
m= = 9 ống với n chọn là 61
2.2.2. Kích thước buồng bốc:
Nhiệm vụ chủ yếu của buồng bốc là tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt
lỏngrơi xuống dưới ,còn hơi đi lên phía trên.
22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
Đường kính buồng bốc tính từ điều kiện phân ly được những giọt lỏng có đường
kính từ 0,3 mm trở lên.
Ta chọn đường kính buồng bốc theo dãy chuẩn sao cho D
b

L
=0,3mm=0,0003m.
v
L1
= 0.859m/s v
L2
= 1.644m/s
Hệ số trở lực ξ được tính như sau:
Nếu 0.2<Re<500 thì ξ=
Nếu 500<Re<150000 thì ξ=0.44
Chuẩn số Re: Re =
Nồi 1 : Re = 5.18 , Nồi 2 Re : 5.87
Chiều cao không gian hơi của buồng bốc:
H
b
= ,m
H
b1
= 0.6045m
23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
H
b2
= 1.464m
Vậy chọn chiều cao buồng bốc : là 1.6m
Thể tích không gian hơi:
V
b
= ,m
3

=1700 m
3
/m
3
.h
Kích thước của nhập liệu, tháo liệu, hơi đốt, hơi thứ, tháo nước ngưng, nối buồng
đốt và buồng bốc :
Đường kính ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị được xác định từ phương trình lưu
lượng.
Chọn tốc độ của khí (hơi) hoặc dung dịch đi trong ống dẫn theo trang 74-[4],sau đó
tính đường kính ống theo công thức sau:
d=
Làm tròn đường kính ống đến đường kính chuẩn.dựa vào đường kính vừa chọn,tra
bảng XIII.32-[4] ta chọn kích thước chiều dài đoạn ống nối.
24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: PHAN VĂN MẪN
Bảng 6 :Kích thước cửa ra vào thiết bị.
Đại lượng
Nhập
liệu
Hơi
đốt
Nước
ngưng
Khí
không
ngưng
Tháo
liệu
Hơi

Chiều
dài(mm)
100 100 100 90 100 150 400
2.3. Tính cơ khí
Kí hiệu các đại lượng:
Kí hiệu Đơn vị Ý nghĩa
S
’
S
D
t
D
n
l
’
C
a
C
b
C
c
C
0
C
φ
h
η
[σ]
*
[σ]

Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học
Hệ số bổ sung do ăn mòn cơ học của môi trường
Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo
Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước
Hệ số bổ sung bề dày tính toán
Hệ số bền mối hàn
Hệ số điều chỉnh
ứng suất cho phép tiêu chuẩn
ứng suất cho phép
áp suất,áp suất ngoài cho phép
áp suất,áp suất ngoài tính toán
hề số an toàn theo giới hạn chảy
modun đàn hồi
25