CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
I. Dữ kiện ban đầu:
Dung dòch đường mía
Nồng độ đầu x
đ
= 20 %, nhiệt độ đầu của nguyên liệu là t
đ
= 30
o
C.
Nồng độ cuối x
c
= 50%.
Năng suất V
đ
=1,6m
3
/h.
p suất ở thiết bò ngưng tụ: P = 0,4 at.
II. Cân bằng vật chất:
1. Suất lượng nhập liệu (G
đ
):
Khối lượng riêng của dung dòch nhập liệu : ρ = 1082,87 (kg/m
3
) (Bảng I.86 – trang 58 –
Sổ tay QT& TB CN Hóa chất – Tập 1).
Suất lượng dung dòch ban đầu:
G
đ
=1,6 . 1082,87 = 1732,592 (kg/h)

đ
– G
c
= 1732,592 – 693,037 = 1039,555 kg/h.
Trong đó: G
c
– suất lượng tháo liệu (năng suất), kg /mẻ.
III. Cân bằng năng lượng:
1. Cân bằng nhiệt lượng:
Nhiệt vào:
- Do dung dòch đầu: G
đ
c
đ
t
’
1
- Do hơi đốt: Di
’’
D
Nhiệt ra:
- Hơi thứ mang ra: Wi
’’
W
- Nước ngưng tụ: Dcθ
- Sản phẩm mang ra: G
c
c
c
t

+ Q
tt
Trang 1
Từ phương trình ta rút ra: theo công thức 5.20, QT và TBTN T5, tr 294
θ−
+
θ−
±−
+
θ−
−
=
ci
Q
ci
QttcG
ci
tciW
D
D
tt
D
cđđđ
D
c
w
''''
'''
''
''''

D
+
=
hay D=1135,5 Kg/h
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, trang 182:
1135,5
1,092
1039,55
D
m
W
= = =
( kg hơi đốt / kg hơi thứ ).
Trong đó:
D - lượng hơi đốt dùng cô đặc, D = 1135,5 kg/h.
- lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc, W = 1039,55 kg/h.
2. Chế độ nhiệt độ:
p suất buồng đốt là áp suất hơi bão hoà 3 at.Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443:
nhiệt độ hơi đốt là 132,9
o
C.
Gọi ∆ ’’’ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến TBNT, theo
QT và TBTN T5, tr184, chọn ∆’’’ = 1
o
C
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc t
sdm
(P
o

2, tr 60), ∆
o
’=2
f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính:
Trang 2
f
2
(273 ' )
16.14
i
i
t
r
+
=
=
3
2
(273 76,4)
16,14 0,85
2317,4.10
+
=
t’
i
: nhiệt độ hơi thứ của nồi
r
i
: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi ở nhiệt độ t’
i

dd
: Khối lượng riêng của dung dòch ,kg/m
3
H
op
: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m
H
op
= [0.26+0.0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o
Tra sổ tay ta có được bảng sau:
Coi ρ
dd
trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến
độ sâu trung bình của chất lỏng.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là H
o
= 1,5 m.
H
op
= [0,26+0,0014(ρ
dd
-ρ
dm
)].H
o

x
C
(%k.l)
∆’
o

(
0
C )
t’
(
0
C )
r.10
-3

(j/kg )
∆’
(
0
C )
50 2 76,4 2320 1,7
TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT
I. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bò cô đặc:
1. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q
1
):
Theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:
0,25
0,25

A - phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng t
m
= (t
D
+ tv
1
)/2
A tra ở sổ tay tập 2, trang 28.
với t
D
, tv
1
: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng.
α
1
- hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng, W/m
2
K.
2. Nhiệt tải riêng phía dung dòch (q
2
):
Theo công thức VI.27, sổ tay tập 2, trang 71:
0,435
2
0,565
2
* * * *
dd
dd dd n
n

 ÷  ÷  ÷
 
     
 
 
2
/ (2)W m K
Trong đó:
α
n
-hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
α
n
= 0.145. p
0,5
. ∆t
2,33
( )
( )
0,5
2,33
4
0,145 0,428.9,81.10 112,78 14145,06= =
trang
26 STT2
C
dd
- nhiệt dung riêng của dung dòch
C
n

C
n
λ
dd
λ
n
15% 974,89 1231,74 1,462.10
3
0.375.10
3
3224,4 4190 0.269 0.664
Ghi chú:
Các thông số của dung dòch:
C
dd
= 4190 – ( 2514 –7,52*t )*x=4190- (2514-7,52.76,4)0,5 = 3224,4 J/kg.K
µ
dd
: Tra bảng 1.112 trang 114 sổ tay tập 2.
ρ
dd
: tra bảng I.86 sổ tay tập 1 trang 58
λ
dd
: theo công thức ( I.32 ) sổ tay tập 1 trang 123:
8
3
8
3
3,58.10 * * *

⇒ ∆t
v
= t
v1
-t
v2
= Σr
v
*q
v
= 0,75.10
-3
* q
v
=0,75.10
3
.51810,6=36,99
0
C (3)
Trong đó:
Σr
v
- tổng trở vách.
Σr
v
= r
1
+ δ/λ + r
2


K / W (với ống là thép không gỉ )
Tra ở bảng 28 Vd&BT T10
∆t
v
: chênh lệch nhiệt độ của tường, ∆t
v
= t
v1
- t
v2,
o
K
Trang 5
4. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng:
Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn đònh:
q
1
= q
2
= q
v
(4)
∆t
v1
= t
D
- t
v1
(5)
∆t

Bước 4: Tính ∆t
v
theo (3). Tính được t
v2
= ∆t
v
- t
v1
Bước 5: Tính ∆ t
2
theo (7) với t
soitb
tra ở bảng 2 theo nồng độ.
Bước 6: Tính được q
2
theo công thức: q
2
= α
2
* ∆ t
2

Bước 7: So sánh sai số giữa q
1
và q
2
.
Nếu sai số lớn thì quay về bước 1 và có sự hiệu chỉnh nhiệt độ ∆t
1
. Quá trình này dừng

v2
=90,28
o
C
6)Tính được ∆ t
2
=12,78
o
C
7)Tính được q
2
=50547,1W/m
2
So sánh q
1
và q
2
ta thấy
2 1
2
50547,1 49329,64
*100% 100% 2,4% 5%
50547,1
q q
q
− −
= = <
Nhiệt tải trung bình là:
q
tb1

W/m
2 o
K.
α
2
=3955,17 W/m
2
.độ
α
1
=8777,52W/m
2
.độ
K=895,44 W/m
2
.độ
Trang 6
6. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
Q= D.r(θ) =1168,1 . 2171=2,536.10
6
kj/h =704,43 kW
7. Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
F =
hi
tK
Q
∆
.
=
704,43*1000

3
Vận tốc hơi:
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:
2 2 2
1,12 1,43
* *
4 4
hoi
hoi
b b b
V
W
D D D
π π
= = =
trong đó:
D
b
– đường kính buồng bốc, m
Vận tốc lắng:
Theo công thức 5.14, Quá trình và thiết bò truyền nhiệt, trang 182:
Trang 7

1,2 0,6
4* *( ' '')* 4*9,81*(927 0,25702)*0,0003 1,533
3* * ''
3*6,02* *0,25702
o
b b
g d

= = =
Với µ - độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,42 at, tra theo Hình I.35 trang 117
sổ tay tập 1: µ = 0,017.10
-3
Nm/s
2
Nếu 0,2 < Re < 500 thì ξ = 18,5 / Re
0,6
⇒ ξ = 6,02*D
b
1,2
Theo QT và TBTN tập 5: w
hoi
< 70% - 80% w
o
.
Chọn:
W
hoi
< 70% W
o
⇒
2 0,6
1,43 1,533
0,7*
b b
D D
<
D
b

tt
= 1600*1,3 = 2080 m
3
/m
3
.h
Trong đó:
f - hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển.
Tra sổ tay tập 2,VI.3 trang 72 ta có f = 1,3.
U
tt
(1 at ) - cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khí quyển, at.
Ta chọn cường độ bốc hơi: U
tt
(1 at ) = 1600 m
3
/m
3
.h (theo Ví dụ và bài tập - tập 10 ).
Cường độ bốc hơi riêng ( w
F
):
w
F
= U
tt
*ρ
h
=2080*0,2456 = 510,85 kg/m
3