Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục năng suất nhập liệu 8000kg trên giờ.docx

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
`Tải tài liệu tại kết bạn zalo : 0973.287.149
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BÁO CÁO ĐỒ ÁN
Đề tài:
THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA
MỘT NỒI LIÊN TỤC, NĂNG SUẤT NHẬP
LIỆU 8000Kg/h
GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN
SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ NGỌC
MSSV: 2005140345
MAI THANH PHÚC
MSSV: 2005140414
LỚP: 05DHTP1

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 2
TP.HCM, tháng 12 năm 2017

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .....................................................................7
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.........................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG ..................................................10
1. Giới thiệu chung .....................................................................................................10
2. Nguyên liệu và sản phẩm........................................................................................11
2.1. Đặc điểm nguyên liệu .....................................................................................11
2.2. Đặc điểm sản phẩm ........................................................................................11
2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm...........................................................11
2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm...................................................................12
3. Cô đặc và quá trình cô đặc.....................................................................................12
3.1. Định nghĩa cô đặc ..........................................................................................12
3.2. Bản chất của sự cô đặc...................................................................................12
3.3. Ứng dụng của cô đặc......................................................................................13
3.4. Các phương pháp cô đặc................................................................................13
3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc: ................................................13
4. Các thiết bị cô đặc..................................................................................................14
4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt)...............14
4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm .....................................15
4.3. Các thiết bị và chi tiết.....................................................................................16
4.4. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng ...........................................................17
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC ................................17
1. Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục................................................................................17
1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc ........................................................17

1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet......................................19
1.3. Hoạt động của hệ thống .................................................................................20
2. Thao tác vận hành ..................................................................................................21
2.1. Chuẩn bị .........................................................................................................21
2.2. Vận hành.........................................................................................................21
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH...........................................21
1. Cân bằng vật chất và năng lượng ..........................................................................21
1.1. Dữ kiện ban đầu .............................................................................................22
1.2. Cân bằng vật chất...........................................................................................22
1.3. Tổn thất nhiệt độ.............................................................................................22
1.4. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (∆’)..........................................................23
1.5. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)...................................................24
2. Cân bằng năng lượng.............................................................................................27
2.1. Cân bằng nhiệt lượng.....................................................................................27
2.2. Phương trình cân bằng nhiệt..........................................................................28
3. Thiết kế thiết bị chính .............................................................................................32
3.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc......................................................32
3.2. Nhiệt tải phía tường (qv) ................................................................................36
3.3. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng...................................................................37
3.4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc.....................................38
3.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt .........................................................................38
4. Tính kích thước của thiết bị cô đặc ........................................................................39
4.1. Tính kích thước buồng đốt..............................................................................39
4.2. Tính kích thước buồng bốc.............................................................................42
4.3. Tính kích thước các ống dẫn ..........................................................................46
4.4. Tổng kết về đường kính ..................................................................................48

5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc.........................................................................48
5.1. Tính cho buồng đốt.........................................................................................48
5.2. Tính cho buồng bốc ........................................................................................51
5.3. Tính cho đáy thiết bị.......................................................................................56
5.4. Tính cho nắp thiết bị.......................................................................................61
5.5. Tính mặt bích..................................................................................................63
5.6. Tính vỉ ống......................................................................................................65
5.7. Khối lượng và trai treo...................................................................................67
6. Tính toán thiết bị phụ .............................................................................................73
6.1. Thiết bị truyền nhiệt........................................................................................73
6.2. Tính thiết bị ngưng tụ baromet.......................................................................79
7. Bồn cao vị ...............................................................................................................87
8. Bơm.........................................................................................................................90
8.1. Bơm chân không .............................................................................................90
8.2. Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ..............................................................91
8.3. Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị.................................................94
8.4. Bơm tháo liệu..................................................................................................97
TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH................................................................................................100
KẾT LUẬN........................................................................................................................101
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................102

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực
phẩm TP. Hồ Chí Minh, các thầy cô khoa Công nghệ Hóa học của trường đã tạo điều
kiện cho em được thực hiện đồ án.
Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài báo cáo này là
kết quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dạy bảo của quý thầy cô. Đặc biệt, em
xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Hữu Quyền, người đã tận tình hướng
dẫn và góp ý kỹ lưỡng trong thời gian qua giúp em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt
nhất. Đồng thời do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên
bài báo cáo không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của
quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn những đồ
án sau này ạ.
Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp
của mình. Kính chúc Thầy Nguyễn Hữu Quyền luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều
thành công trong công việc và cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV:2005140345 Lớp:05DHTP1
Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Phúc MSSV: 2005140414 Lớp: 05DHTP1
Nhận xét:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Giáo viên hướng dẫn
(ký và ghi họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV: 2005140345 Lớp: 05DHTP1
Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Phúc MSSV: 2005140414 Lớp: 05DHTP1
Nhận xét:
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017
Giáo viên phản biện
(ký và ghi họ tên)

LỜI MỞ ĐẦU
Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình và
Thiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công
nghệ hoá học. Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua
việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể,
thông dụng.
Đề án chúng em nhận được là “Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục,
năng suất nhập liệu 8000 kg/h”. Với:
+ Năng suất nhập liệu 8000kg/h
+ Nồng độ nhập liệu: 18 % khối lượng
+ Nồng độ sản phẩm: 40% khối lượng
+ Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,74 at
+ Nguồn nhiệt là hơi bão hòa. Áp suất hơi bão hòa P = 1.5 ati
- Sử dụng thiết bị cô đặc ống chùm, dạng tuần hoàn trung tâm.
- Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 300
C (tự chọn).
Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một nhóm hai sinh viên
đảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi. Do đó,
chúng em rất mong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ Thầy Cô và bạn bè để củng cố và
mở rộng kiến thức chuyên môn.
Chúng em chân thành cảm ơn.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG
1. Giới thiệu chung
Đôi nét về ngành công nghệ mía đường ở nước ta và vị trí của cô đặc trong công nghệ
mía đường.
Như đã biết, ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời và
ngày càng phát triển ở nước ta. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành ở nước ta,
ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Mía đường vừa tạo ra sản
phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa... Đồng thời
tạo ra phế liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, sản xuất gỗ ép.... Trong
tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho
cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm.
Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các nhà máy đường với quy mô lớn nhỏ
mọc lên ở nhiều địa phương như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, …. Tuy nhiên nó
chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có
liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường
mía. Ngoài ra, vấn đề cung cấp mía nguyên liệu, sự cạnh tranh của các nhà máy đường,
cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất.
Bên cạnh đó, cây mía lại có đặc tính là độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu
hoạch trễ và không chế biến kịp thời...
Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao và đổi mới dây chuyền
thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi
phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng
không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường

2. Nguyên liệu và sản phẩm
2.1. Đặc điểm nguyên liệu
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không
có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay
hơi trong quá trình cô đặc.
Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô
đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng.
2.2. Đặc điểm sản phẩm
Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:
 Dung môi: nước.
 Các chất hoà tan: có nồng độ cao.
2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi
không ngừng.
a)Biến đổi tính chất vật lý:
Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung
dịch thay đổi:
 Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số
truyền nhiệt.
 Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do
nồng độ, nhiệt độ sôi.
b)Biến đổi tính chất hoá học:
Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd:
asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid.

Đóng cặn dơ: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng độ
cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.
Phân hủy chất cô đặc.
Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa
các sản phẩm phân hủy và các amino acid.
Phân hủy một số vitamin.
c)Biến đổi sinh học:
Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao).
Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao.
2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm
 Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.
 Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
 Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.
3. Cô đặc và quá trình cô đặc
3.1. Định nghĩa cô đặc
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao các nồng độ các chất hòa tan trong dung
dịch gồm 2 hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng –
lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một
phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn), đó là các quá trình vật lý – hóa lý. Tùy theo
tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách
một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng)
hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.
3.2. Bản chất của sự cô đặc
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử
chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để
khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp
nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá
trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở
trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không
khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
3.3. Ứng dụng của cô đặc
 Trong sản xuất thực phẩm: cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây...
 Trong sản xuất hóa chất: cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ....
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô
đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.
Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền
với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu
quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm
bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có
kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của
thiết bị cô đặc.
3.4. Các phương pháp cô đặc
 Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới
tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng
chất lỏng.
 Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra
dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng
độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá
trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh.
3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc:
Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị
cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn mặc dù chỉ là
một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy.

Cùng với sự phát triển của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những
thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải
có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới
của thiết bị cô đặc.
4. Các thiết bị cô đặc
4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt)
4.1.1. Theo cấu tạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm
này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng
qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm
này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt.
Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá
đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
+ Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho
phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để
tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc
biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:
+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo
bọt khó vỡ.
+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo
bọt và bọt dễ vỡ.
4.1.2. Theo phương thức thực hiện quá trình

 Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường
được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt
năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
 Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không.
Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
 Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì
nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực
hay phối hợp hai phương pháp này với nhau đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục
đích khác để nâng cao hiểu quả kinh tế.
 Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự
động nhưng hiện nay chưa có cảm biến đủ tin cậy.
Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài,
có hoặc không có ống tuần hoàn. Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch,
ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư.
4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm
Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật chúng ta
lựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn
trung tâm.
Mục đích:
- Để giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu,
mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc oxy.
Ưu điểm:
- Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không
trong thiết bị.
- Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng.

- Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm sạch.
Nhược điểm:
- Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dung được cho mục đích khác.
- Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không.
4.3. Các thiết bị và chi tiết
Thiết bị chính - thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm:
+ Ống nhập liệu, ống tháo liệu.
+ Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
+ Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp.
+ Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng.
Thiết bị phụ:
+ Bể chứa nguyên liệu
+ Bể chứa sản phẩm
+ Bồn cao vị
+Lưu lượng kế
+ Thiết bị gia nhiệt
+ Thiết bị ngưng tụ baromet.
+ Bơm nguyên liệu và bồn cao vị.
+ Bơm tháo liệu.
+ Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ.
+ Bơm chân không.
+ Các van.

+ Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất...
4.4. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng
 Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm.
 Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch nhiệt độ.
 Đơn giản, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt
 Phân bố hơi đều.
 Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí không ngưng.
 Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.
 Tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
 Thao tác, khống chế, tự động hóa dễ dàng.
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC
1. Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục
1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc
Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị để ổn áp. Từ bồn
cao vị, dung dịch định lượng bằng lưu lượng kế đi vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ và
được đun nóng đến nhiệt độ sôi.
Thiết bị gia nhiệt sơ bộ là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ,
đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các
đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân. Nguồn nhiệt là
hơi nước bão hòa có áp suất là 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ dưới
lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp

nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi. Dung dịch sau
khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi
nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra
ngoài.
Nguyên lý hoạt động của nồi cô đặc
Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống
tuần hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hòa) đi trong
khoảng không gian ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho
dung dịch đang chuyển dộng trong ống. Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên
xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hóa hơi một phần dung
môi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài.
Nguyên lý hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm
Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp
lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống. Đối với
ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với
trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn. Vì lý do
trên khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống
truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới. Kết quả là có dòng chuyển động
tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị; từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống
trong ống tuần hoàn.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2 dòng.
Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra
khỏi dòng. Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên. Dung dịch còn lại
được hoàn lưu.
Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứa
sản phẩm nhờ bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của

buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp). Chất
làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn
dưới cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành
lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet. Khí không ngưng tiếp tục đi lên
trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài. Khi hơi
thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ
giảm. Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không duy trì áp suất
chân không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được
lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không
cần bơm.
Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn
theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.
Bơm chân không có nhiệm vụ hút không ngưng ra ngoài đế tránh trường hợp
khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong
thiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc.
1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet
 Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:
+ Hơi nước (chủ yếu)
+ Dung môi dễ bay hơi
+ Khí không ngưng
Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không. Thiết bị ngưng tụ được kết hợp
với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất.
Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước lớn
cho bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng hóc cho
bơm (chỉ hút khí không ngưng).

Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet). Trong đó,
nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân
không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng.
Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột
áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển.
1.3. Hoạt động của hệ thống
1.3.1. Nhập liệu:
Nguyên liệu đường nhờ bơm nhập liệu đưa vào thiết bị truyền nhiệt ở nhiệt độ
khoảng 300o
C được đun nóng đến nhiệt độ cận sôi và đưa vào nồi cô đặc qua cửa nhập
liệu.
Ban đầu nhập đủ 2,5 m3
thì tiến hành cô đặc, nguyên liệu vẫn tiếp tục nhập vào đề
bù lượng hơi thứ bốc lên cho đến khi đủ thể tích nguyên liệu cho 1 mẻ thì chấm dứt nhập
liệu.
Ngừng nhập liệu nhưng bơm nhập liệu vẫn tiếp tục bơm tuần hoàn cho quá trình
gia nhiệt cho 2,5 m3
nguyên liệu của mẻ sau.
1.3.2. Quá trình cô đặc:
Sau khi đã nhập liệu đủ 2,5 m3
, quá trình cô đặc sẽ bắt đầu xảy ra dưới áp suất
chân không do bơm chân không tạo ra.
Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt ở áp suất 3 at. Hơi thứ ngưng tụ theo
ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng được xả ra
ngoài theo cửa xả khí không ngưng.
Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet, ngưng tụ thành lỏng
chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để chỉ còn khí theo
bơm chân không ra ngoài.
Toàn bộ hệ thống (thiết bị ngưng tụ Baromet, thiết bị cô đặc) làm việc ở điều
kiện chân không do bơm chân không tạo ra.

Sau thời gian cô đặc đã tính, dung dịch đường được bơm ra ngoài theo ống tháo
sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào thùng chứa sản phẩm
2. Thao tác vận hành
2.1. Chuẩn bị
 Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bị cung cấp hơi đốt, bơm chân không,
bơm nước ở thiết bị ngưng tụ, bơm tháo liệu.
 Kiểm tra độ kín của hệ thống.
 Đóng các van.
 Tắt bơm
2.2. Vận hành
 Khởi động bơm chân không cho hệ thống đạt điều kiện chân không( khi lần
đầu hoạt động). Nước trong ống Baromet từ từ dâng lên. Đợi cho đến khi quá trình
ổn định.
 Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho dung dịch chảy vào thiết
bị cô đặc. Khi khối lượng dung dịch đạt yêu cầu thì điều chỉnh lưu lượng nhập liệu
cho phù hợp.
 Mở từ từ van hơi đốt.
 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ.
 Theo dõi hoạt động của thiết bị và các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất, sẵn
sàng ngưng hoạt động của hệ thống nếu có sự cố xảy ra.
 Gần đến thời điểm tháo liệu, ta thử nồng độ mẫu để chuẩn bị dừng hơi đốt.
 Ngưng cấp hơi đốt.
 Dùng bơm để tháo sản phẩm qua ống tháo sản phẩm đến khi hết thì đóng
van. Chấm dứt một mẻ cô đặc.
 Ta bắt đầu các thao tác cho một mẻ mới.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
1. Cân bằng vật chất và năng lượng

1.1. Dữ kiện ban đầu
Dung tích đường mía
 Nồng độ nhập liệu xđ = 18% (khối lượng)
 Nồng độ sản phẩm xc = 40% (khối lượng)
 Năng suất nhập liệu Gc = 8 tấn/h = 8000 kg/h
 Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ Pck = 0,74 at
 Áp suất thực trên chân không kế là Pc = Pa – Pck = 1 – 0,74 = 0,26 at.
 Nguồn nhiệt là hơi nước bão hòa. Áp suất hơi bão hòa P = 1,5 ati.
Vậy Pdư = 1,5at
 Áp suất hơi đốt là Pd = Pa + Pdư = 1 + 1,5 = 2,5 at.
 Chọn nhiệt độ đầu của nguyên liệu tđ = 30o
C
1.2. Cân bằng vật chất
Suất lượng tháo liệu (Gc)
Theo định luật bảo toàn chất khô, ta có:
Gđ.xđ = Gc.xc
 𝐺𝑐 =
Gđ.xđ
xc
=
8000.18
40
= 3600 (
𝑘𝑔
ℎ
)
Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W)
Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
Gđ = Gc + W
 W = Gđ – Gc = 8000 – 3600 = 4400 (kg/h)
1.3. Tổn thất nhiệt độ
- Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ là pc= 0,26 at, Tra bảng I.251, trang 314, [1], ta
có:

Áp suất tuyệt đối (at) Nhiệt độ sôi (0
C)
0,2 59,7
0,3 68,7
 Nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ Baromet là tc= 64,950
C.
- ∆’’’
là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị
ngưng tụ. Chọn ∆’’’
= 10
C ( trang 296 [5]).
- Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc:
tsdm( P0) – tc = ∆′′′
Trong đó
tsdm( P0): nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất P0 (mặt thoáng).
Mà tsdm( P0) =∆′′′
+ tc = 1+tc (theo chứng minh trên)
 tsdm( P0) = 64,95 +1 =65,950
C
Tra bảng I.250, trang 312, [1], ta có:
Nhiệt độ (0
C) Áp suất (at)
65 0,2550
70 0,3177
Dùng công thức nội suy, ta tính được áp suất hơi thứ tại nhiệt độ 65,950
C
P0 = 0,266 at
1.4. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (∆’)
Theo công thức 5.3, trang 184, [5], ta có:
∆’
=𝑓. ∆𝟎
’
[0
C]
Trong đó:
∆’
: tổn thất nhiệt độ tại áp suất cô đặc.
∆0
’
: tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí quyển.

f : hệ số hiệu chỉnh
f = 16,14.
𝑇2
𝑟
Với
T: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho [0
K].
r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc [J/Kg].
Tra bảng VI.251, trang 314, [1], ta có:
Tại P0 = 0,266at. Ta nội suy được: r = 2343,46 (J/Kg)
→ 𝑓 = 16,14 ×
(65,95 + 273)2
2343,46 × 1000
= 0,7913
Với nồng độ cuối của dung dịch là 40% thì ∆0
’
=1,3 ( vì khi cô đặc có tuần hoàn
dung dịch, thì hiệu số nhiệt độ tổn thất, tức ∆’
, ta phải tính theo nồng độ cuối của dung
dịch - Tra theo đồ thị VI.2, trang 59, [2] ).
 ∆’
= f. ∆0
’
= 0,7613.1,3 = 1,029
Vậy tổn thất nhiệt do nồng độ (∆’
) là 1,0290
C.
 tsdd(po)= tsdm(po) +∆’
=65,95+ 1,029= 66,980
C
1.5. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)
∆p=
1
2
× 𝜌𝑠 × 𝑔 ×Hop N/m2
Trong đó:
ρs : khối lượng riêng trung bình của dung dịch khi sôi bọt; Kg/m3
ρs=0,5. ρdd
Áp suất(at) R
0,2 2358
0,3 2336

ρdd: khối lượng riêng thực của dung dịch đặc không có bọt hơi; kg/m3
Chọn tsdd. (p0+∆p) = 68o
C, C% = xc = 40%, ta có 𝜌𝑑𝑑 = 1178,53 kg/m3
( trang 60 [1])
 ρs=0,5. 1178,53 = 589,265
 Hop= [0,26+ 0,0014. ( pdd+ 𝜌𝑑𝑚)]. ho
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là h0= 1,5m ( bảng VI.6, trang 80 [2])
𝜌𝑑𝑚- khối lượng riêng của dung môi tại nhiệt độ sôi của dung dịch 660
C
Tra bảng I.249 trang 311, [1], 𝜌𝑑𝑚= 978,34 kg/m3
Hop= [0,26+ 0,0014. ( 1178,53  978,34)]. 1,5 = 0,810 m
∆p =
1
2
. 589,265. 9,81.
0,810
9,81.104
= 0,0239N/m2
 ptb=p0+ ∆p= 0,266+ 0,0239= 0,2899 at
Tra bảng I.251, trang 314, [1], ta có:
Tại ptb=0,2899. Dùng công thức nội suy ta có tsdm(ptb) 67,730
C
Ta có:
∆’’
= tsdm(p0+∆p)  tsdm(p0) = 67,73 65,95 = 1,760
C
∆’’
= tsdd(p0+∆p)  tsdd(p0)
 tsdd(ptb ) = tsdd(p0+∆p) = tsdd(p0) +∆’’
= 66,98 + 1,76 = 68,740
C
Sai số chấp nhận. Vậy tsdd(ppt) = 660
C
Sản phẩm lấy ra ở tại đáy  tsdd(p0+2∆p) = 66,98+ 2.1,029 = 69,0380
C
Tổng tổn thất nhiệt độ:
ΣΔ = Δ’ + Δ’’ + Δ’’’
Áp suất (at) Tsdm
0,2 59,7
0,3 68,7

⇒ ΣΔ = 1,029 +1,76 +1 = 3,780
C
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà, áp suất hơi đốt là 2,5at, tD = 126,070
C (bảng I.251,
trang 315, [1]).
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích:
Δthi = tD – (tc + ΣΔ)
 Δthi = 126,07 – 64,95 – 3,789 = 56,330
C
Bảng 1. Tóm tắt cân bằng vật chất
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Nồng độ đầu xđ %wt 18
Nồng độ cuối xc %wt 40
Năng suất nhập liệu Gđ kg/h 8000
Năng suất tháo liệu Gc kg/h 3600
HƠI THỨ
Suất lượng W kg/h 4400
Áp suất Po at 0,266
Nhiệt độ tsdm(po) oC 65,95
Ẩn nhiệt ngưng tụ rw kJ/kg 2343,46
HƠI ĐỐT
Áp suất pD At 2,5
Nhiệt độ tD
o
C 126,07
TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở po tsdd(po) o
C 66,98
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ Δ’ o
C 1,029
Áp suất trung bình Ptb At 0,2899
Nhiệt độ sôi của dung môi ở ptb tsdm(ptb)
o
C 67,73
Tổn thất nhiệt độ do cột thuỷ tĩnh Δ’’ o
C 1,76
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở ptb tsdd(ptb)
o
C 68,74

Tổn thất nhiệt độ trên đường ống Δ’’’ o
C 1
Tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ o
C 3,789
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Δthi
o
C 56,33
2. Cân bằng năng lượng
2.1. Cân bằng nhiệt lượng
Dòng nhiệt vào (W):
 Do dung dịch đầu Gđcđtđ
 Do hơi đốt DiD
"
 Do hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt φDctD
Dòng nhiệt ra (W):
 Do sản phẩm mang ra Gccctc
 Do hơi thứ mang ra WiW
"
 Do nước ngưng Dcθ
 Nhiệt cô đặc Qcđ
 Nhiệt tổn thất Qtt
Nhiệt độ của dung dịch đường mía 18% trước và sau khi qua thiết bị gia nhiệt:
 tvào = 300
C
 tra = tsdd(po) = 66,980
C
 Nhiệt độ của dung dịch đường mía 18% đi vào thiết bị cô đặc là tđ = 66,980
C
 Nhiệt độ của dung dịch đường mía 40% đi ra đáy thiết bị cô đặc là:
tc = tsdd(po) + 2. ∆’’
= 6698 + 2. 1,029 = 69,0380
C
(công thức 2.15, trang 107, [3])
Nhiệt dung riêng của dung dịch đường mía:
Nhiệt dung riêng của dung dịch đường mía ở các nồng độ khác nhau được tính theo
công thức I.50 trang 153 [1]:

C = 4190 – (2514 – 7,542t)x, J/kg. độ
Trong đó:
t: nhiệt độ của dung dịch
x: nồng độ của dung dịch, phần khối lượng
 xđ= 18%, tđ= 300
C
 Cđ= 4190 – ( 2514 – 7,542.30).0,18=3778,207 J/kg. độ
 xc= 40%, tđ= 69,0380
C
 Cc= 4190 – ( 2514 – 7,542.69,038).0,4=3392,67 J/kg. độ
2.2. Phương trình cân bằng nhiệt
 Nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc QD
Theo công thức VI-3, Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 57, ta
có:
QD = Qđ + Qbh + Qkn + Qtt (1)
Trong đó:
Qđ: nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi, W.
Qbh: nhiệt lượng làm bốc hơi nước, W.
Qkn: nhiệt lượng khử nước, W.
Qtt: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường, W.
Nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi (QS)
Theo Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 57:
Qđ = Gđ. Ctb. (ts – tđ) (2)
Trong đó:
Gđ = 8000 kg/h.
Ctb: nhiệt dung riêng của dung dịch, J/kg.độ.

Nhiệt dung riêng của dung dịch đường:
C = 4190 – (2514 – 7,542.t).x, J/kg.độ
 Ở t = 30o
C, x = 18% thì:
C1 = 4190 – (2514 – 7,542. 30).0,18
 C1 = 3778,207 J/kg.độ.
Tính nhiệt độ sôi tại sản phẩm: Ở nồng độ 20%, tra theo đồ thị hình VI-2, trang 60 [2]
∆0
′
= 0,2
∆′
= 𝑓. ∆0
′
= 0,7913.0,2 = 0,1580
C
Mà ∆′
= 𝑡𝑠𝑑𝑑 − 𝑡𝑠𝑑𝑚 (tại áp suất P0)
𝑡𝑠𝑑𝑑 = ∆′
+ 𝑡𝑠𝑑𝑚 = 0,158 + 65,95 = 66,1080
C
 Ở t = 66,1080
C, x = 40% thì:
C2 = 4190 – (2514 – 7,542. 66,108).0,4
 C2 = 3383,83 J/kg.độ
 Ctb =
𝐶1+𝐶2
2
=
3778,207 +3383,83
2
= 3581,02 J/kg. độ
Thay tất cả vào (2) ta được:
 Qđ = 1,034. 109
(J/h) (3)
Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch (Qbh)
Qbh = W. r = 4400. 2243,46.103
= 1,031.1010
(J/h) (4)
Trong đó:
W: lượng hơi thứ bốc lên khi cô đặc, W = 4400 kg/h
r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp suất là 0,266 at, J/kg
Tra bảng I.251, trang 314 [1]

Từ bảng trên ta nội suy ra được r = 2234,46. 10-3
(J/kg).
Nhiệt lượng dùng để khử nước (QKN)
Theo Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, công thức VI-4, trang 57:
Qkn = Qht
đ
− Qht
c
Trong đó:
Qht
đ
: nhiệt lượng hòa tan tích phân của chất rắn hòa tan trong dung dịch ở nồng độ
loãng ban đầu của quá trình cô đặc, W
Qht
c
: nhiệt hòa tan tích phân ở nồng độ đặc lúc cuối của quá trình cô đặc, W.
Thường Qkn rất bé nên có thể bỏ qua (5)
Nhiệt lượng tổn thất (Qtt)
Theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang 295:
Chọn Qtt = 4%. QD (6)
Thay (3), (4), (5) và (6) vào (1), ta có:
QD = Qđ + Qbh + Qkn + Qtt
QD = 1,034.109
+ 1,031.1010
+ 4%. QD
 (1 – 0,004). QD = 1,1344.1010
 QD = 1,365.1010
(J/h) = 3282500 (J/s)
Vậy lượng nhiệt tiêu thụ cho cô đặc là 3282500 J/s
 Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc
Theo công thức 4.5a, trang 182 [3]
𝑄𝐷 = 𝐷. (1 − 𝜑). (𝑖𝐷
′′
− 𝑐𝜃), W
Áp suất (at) r. 10-3
(J/kg)
0,2 2358
0,3 2336

Do không có quá lạnh sau khi ngưng tụ nên
𝑖𝐷
′′
− 𝑐𝜃 = 𝑟
Trong đó:
r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt ở áp suất 2,5 at, r = 2189,42.103
J/kg (tra bảng
I.251, trang 315 [1]).
Ta có QD = 3282500 (J/s)
: độ ẩm của hơi đốt bão hòa, chọn 𝜑 = 0,005 theo Quá trình và thiết bị truyền
nhiệt tập 5, quyển 1, trang 295.
𝐷 =
𝑄𝐷
(1−𝜑).𝑟
=
37328250091666,67
(1−0,004).2189,42.103
= 1,578 (kg/s)
 Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng
Theo Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10 ví dụ và bài tập, trang 182 :
𝑑 =
𝐷
𝑊
=
1,578
1,222
= 1,26 (
kg hơi đốt
kg hơi thứ
)
Vậy chi phí riêng hơi đốt để tạo ra 1 kg hơi thứ là 1,26 (kg hơi đốt/kg hơi thứ)
Thông số Ký
hiệu
Đơn vị Giá trị
Nhiệt độ vào buồng bốc Tđ
0
C 66,98
Nhiệt độ ra ở đáy buồng đốt Tc
0
C 69,038
Nhiệt dung riêng dung dịch 18% Cđ J/(kg.K) 3778,207
Nhiệt dung riêng dung dịch 30% Cc J/(kg.K) 3392,67
Nhiệt tổn thất Qtt W 131300
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp QD W 3282500
Lượng hơi đốt biểu kiến D kg/s 1,378
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng D kg/kg 1,29
Bảng 2. Tóm tắt cân bằng năng lượng

3. Thiết kế thiết bị chính
3.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc
3.1.1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào
bằng cách chia làm nhiều miệng vào. Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10 m/s), nước chảy
ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hòa tinh khiết
trên bề mặt đứng.
Theo công thức V-101, Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang
28:
𝛼1 = 2,04. 𝐴. (
𝑟
𝐻.∆𝑡1
)
0,25
, W/(m2
.K)
Trong đó:
α1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng W/(m2
.K).
r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất 2,5 at, r = 2189,42.103
J/kg (tra
bảng I.251 Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 315).
H: chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5m).
A: hệ số, đối với nước thì phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm
𝑡𝑚 =
𝑡𝐷 + 𝑡𝑉1
2
Với tD, tV1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng.
A: tra ở Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 29.
Sau nhiều lần tính lặp, ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1 = 1210
C
 𝑡𝑚 =
126,07+121
2
= 123,540
C
Tra A ở [2] trang 28:

tm, 0
C 100 120 140
A 179 188 194
 A = 189,05
∆t1 = tD – tv1 = 126,07 – 121 = 5,070
C
 𝛼1 = 2,04. 189,54 (
2189420
1,5.5,07
)
0,25
= 8956,50 W/(m2
.K) (1)
Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng:
q1 = α1.Δt1 = 8956,50.5,07= 45409,47 W/m2
.
3.1.2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng hơi sôi
Dung dịch nhập liệu sau khi qua thiết bị truyền nhiệt đã đạt đến nhiệt độ sôi: quá
trình cô đặc diễn ra mãnh liệt ở điều kiện sôi và tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị, hình
thành các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dịch.
Theo công thức VI.27, trang 71 [2]
𝛼2 = 𝛼𝑛. (
𝑑𝑑
𝑛
)
0,565
. [(
𝑃𝑑𝑑
𝑃𝑛
)
2
. (
𝐶𝑑𝑑
𝐶𝑛
) . (
𝜇𝑛
𝜇𝑑𝑑
)]
0,435
W/(m2
.K) (2)
Trong đó:
𝛼𝑛: hệ số cấp nhiệt của nước
Theo công thức V.90, trang 26 [2]
𝛼𝑛 = 0,145. ∆𝑡2,33
. 𝑃0,5
W/m2
.độ ()
Với:
+ P là áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m2
).
Có P = 0,266 at = 26952,45N/m2
.

+ ∆t: hiệu số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của nước sôi, 0
C.
Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch ở tsdd(ptb), J/(kg.K)
Cdm: nhiệt dung riêng của nước ở tsdm(ptb), J/(kg.K)
µdd: độ nhớt của dung dịch ở tsdd(ptb), N.s/m2
µdm: độ nhớt của nước ở tsdm(ptb), N.s/m2
ρdd: khối lượng riêng của dung dịch ở tsdd(ptb), kg/m3
ρdm: khối lượng riêng của nước ở tsdm(ptb), kg/m3
λdd: hệ số dẫn điện của dung dịch ở tsdd(ptb), W/(m.K)
λdm: hệ số dẫn điện của nước ở tsdm(ptb), W/(m.K).
Các thông số của nước tra bảng I.249 và bảng I.251, trang 310, 314. [1]
Nồng độ ρdm Cdm µdm λdm
40% 979,99 4183,76 0,427 0,644
Các thông số của dung dịch
ρdd: tra ở các nồng độ khác nhau, tra bảng I.86, Sổ tay tập 1, trang 59,60. [1]
µdd: tra bảng 9, trang 16, [8]
Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch đường
C= 4190 – ( 2514 – 7,542t). x ; J/kg.độ
Trong đó:
+ t: nhiệt độ của dung dịch, 0
C
+ x: nồng độ của dung dịch, %
( công thức I.50, Sổ tay tập 1, trang 153) [1])

 Ở tsdd(ptb) = 68,740
C, xc= 40% :
Cdd= 4190 – (2514 – 7,542. 68,74). 0,4= 3390,58 J/(kg.K)
 λdd: Theo công thức I.32 Sổ tay tập 1, trang 123 [1]
𝜆𝑑𝑑 = 𝐴. 𝐶𝑑𝑑. 𝜌𝑑𝑑. √
𝜌𝑑𝑑
𝑀𝑑𝑑
3
𝑊 𝑚. 𝐾
⁄
Trong đó:
+ A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng. Đối với chất lỏng liên kết,
A = 3,58.10-8
+ M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp đường saccharose
(C12H22O11) và H2O.
M = a.M(C12H22O11) + (1 – a).MH2O = a.40 + (1 – a).18; kg/kmol
a – phần mol của đường saccharose (C12H22O11).
Xem nồng độ đường saccharose (C12H22O11) trong dung dịch là 40% (xc)
 a =
𝑥𝑐
𝑀(C12H22O11)
𝑥𝑐
𝑀(C12H22O11)
+
1−𝑥𝑐
𝑀H2O
=
0,4
342
0,4
342
+
1−0,4
18
= 0,034
 M = 0,034.342 + (1 – 0,034).18 = 29,02 kg/kmol
𝜆𝑑𝑑 = 3,58. 10^(−8).3390,58. 1179,4. √
1179,4
29,02
3
= 0,536 𝑊 𝑚. 𝐾
⁄
Nồng độ ρdd Cdd µdd λdd
40% 1179,4 3392,67 1,6831 0,536

Thay các số vào (2)
𝛼2 = 𝛼𝑛. (
0,536
0,644
)
0,565
. [(
1179,4
979,99
)
2
. (
3392,67
4183,76
) . (
0,427
1,6831
)]
0,435
 α2 = 0,532 αn. (3)
3.2. Nhiệt tải phía tường (qv)
Theo Bài tập và Ví dụ tập 10, trang 104:
𝑞𝑣 =
𝑡𝑣1−𝑡𝑣2
∑𝑟𝑣
 ∆𝑡𝑣 = 𝑡𝑣1
− 𝑡𝑣2
= ∑ 𝑟𝑣. 𝑞𝑣 (4)
Trong đó
+ ∑rv : Tổng trở vách, m2
.K/W
∑𝑟𝑣 = 𝑟1 +

𝜆
+ 𝑟2
Với:
+ r1: nhiệt trở màng nước, m2
.K/W.
+ r2: nhiệt trở lớp cặn bẩn dày 0,5 mm, m2
.K/W.
+ δ: bề dày ống, δ =2 mm.
λ = 16,3 W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt của ống (tra bảng XII.7, trang 313, [2] với ống
được làm bằng thép không gỉ OX18H10T)
+ ∆tv: chênh lệch nhiệt độ của tường, 0
C.
Tra ở bảng 31, Bài tập và Ví dụ tập 10, trang 419, ta có:
r1 = 0,2329.10-3
m2
.K/W
r2 = 0,5736.10-3
m2
.K/W

 ∑ 𝑟𝑣 = 0,2329. 10−3
+
2.10−3
16,3
+ 0,5736. 10−3
 ∑ 𝑟𝑣 = 0,8932. 10−3
𝑚2
. độ 𝑊
⁄
 (4)  tv = 𝑡𝑣1
− 𝑡𝑣2
= 0,9292. 10−3
. 𝑞𝑣 (5)
3.3. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng
Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định thì:
q1 = q2 = qv (6)
∆t1 = tD – 𝑡𝑣1
(7)
∆tv = 𝑡𝑣1
− 𝑡𝑣2
(8)
∆t2 = 𝑡𝑣2
− 𝑡𝑡𝑏𝑠𝑜𝑖 (9) (𝑡𝑡𝑏𝑠𝑜𝑖 = 𝑡𝑠𝑑𝑑 = 68,740
C)
Chọn 𝑡𝑣1
= 121 0
C , có tD = 126,070
C
Từ (7)  ∆t1 = 126,07– 121 = 5,070
C
Ta có: q1 = qv = 45409,47 W/m2
Từ (5)  ∆tv = 0,8932. 10−3
. 45409,47 = 40,560
C
Từ (8)  40,56= 121 – 𝑡𝑣2
 𝑡𝑣2
= 80,44 0
C
Từ (9)  ∆t2 = 80,44 – 68,74 = 11,7 0
C
Ta có: αn = 0,145. ∆t2,33
. P0,5
( theo )
Mà ∆t = 𝑡𝑣2
– tsdm = 10,81 0
C
Từ (3)  α2 = 0,532. αn = 0,532.0,145.(11,7)2,33
.( 26952,45)0,5
= 3903,48(W/m2
.K).

 q2 = α2. ∆t2 = 3903,48.11,7= 45670,70 W/m2
So sánh sai số giữa q1 và q2
Ta thấy:
𝑞2 − 𝑞1
𝑞2
. 100% =
45670,70 − 45409,47
45670,70
. 100% = 0,572% < 5%
Thỏa mãn khi chọn 𝑡𝑣1
= 1210
C
Nhiệt tải trung bình là:
𝑞𝑡𝑏 =
𝑞1 + 𝑞2
2
=
45409,47 + 45670,70
2
= 45540,085 𝑊 𝑚2
⁄
3.4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc
Giá trị K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:
𝐾 =
1
1
𝛼1
+ ∑𝑟𝑣 +
1
𝛼2
Trong đó:
+ ∑ 𝑟𝑣 =0,8932.10-3
m2
.K/W
+ α1 = 8956,50 W/(m2
.K)
+ α2 = 3903,48 W/m2
.độ
𝐾 =
1
1
8956,50
+ 0,8932. 10−3 +
1
3903,48
= 793 𝑊 (𝑚2
. 𝐾)
⁄
3.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
𝐹 =
𝑄𝐷
𝐾. ∆𝑡ℎ𝑖
=
3282500
793.56,33
= 73,48 𝑚2

Chọn F = 80 m2
theo dãy chuẩn Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1,
trang 276. [5]
4. Tính kích thước của thiết bị cô đặc
4.1. Tính kích thước buồng đốt
4.1.1.Số ống truyền nhiệt
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III – 49), trang 134 [4]
𝑛 =
𝐹
𝜋. 𝑑. 𝑙
=
80
𝜋. 0,025.1,5
= 679,41 ố𝑛𝑔
Với :
d = 25 mm: đường kính ống truyền nhiệt ( vì α1> α2 nên lấy d = dt = 25 mm)
l= Hd = 1,5 m: chiều dài ống truyền nhiệt
F= 80 m2
: diện tích bề mặt truyền nhiệt.
 chọn n = 721 ống
Theo bảng V.11, trang 48 [2] bố trí theo hình lục giác đều.
4.1.2.Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (Dth)
Áp dụng công thức (III.26) trang 121, [7]:
𝐷𝑡ℎ = √
4. 𝑓𝑡
𝜋
Chọn ft = 0,3 FD
𝐹𝐷 =
𝜋. 𝑑2
𝑛. 𝑛
4

 𝑓𝑡 = 0,3.
𝜋.0,0292.721
4
= 0,143
 𝐷𝑡ℎ = √
4.0,143
𝜋
= 0,378 m = 378 mm
Theo tiêu chuẩn trang 274, [5] chọn Dth = 400 mm
Kiểm tra:
𝐷𝑡ℎ
𝑑𝑡
=
400
25
= 16 > 10 (thỏa)
4.1.3.Đường kính buồng đốt (Dt)
Đối với thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm và ống đốt được bố trí theo
hình lục giác đều, đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức (III – 52)
trang 135, [4]:
𝐷𝑡 = √
0,4.𝛽2.𝑑𝑛.sinα.F
ѱ.𝑙
+ (𝐷𝑡ℎ + 2. 𝛽. 𝑑𝑛)2
=√
0,4.1,42.0,029.𝑠𝑖𝑛60.80
0,8.1,5
+ (0,406 + 2.1,4.0,029)2 = 1,383 = 1383 mm
Trong đó:
Chọn β = 1,4 theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang 202
Dn = 0,029 m: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
Ѱ:Hệ số sử dụng vỉ ống thường có giá trị từ 0,7 đến 0,9, chọn ѱ = 0,8
L = 1,5 m: chiều dài của ống truyền nhiệt
Dnth = 0,4 + 2.0,003 = 0,406: đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm
α = 60o
: góc ở đỉnh của tam giác đều
F = 80 m2
: diện tích bề mặt truyền nhiệt
Theo tiêu chuẩn trang 274 [5] chọn Dt = 1400 mm = 1,4 m
4.1.4.Kiểm tra diện tích truyền nhiệt
Ta cần thay thế những ống truyền nhiệt ở giữa hình lục giác đều bằng ống tuần hoàn
trung tâm. Theo công thức 3.86, trang 202, [5]
𝐷𝑑 = 𝑠. (𝑚 − 1) + 4. 𝑑0

 𝑚 =
𝐷𝑑−4.𝑑0
𝑠
+ 1 =
1400−4.29
40,6
+ 1 = 32,63
Trong đó:
S: bước ống, m; s = β.dn= 1,4. 29 = 40,6 mm
d0: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
m: số ống trên đường chéo
 Chọn m = 33 ống theo bảng V.11 trang 48 [2].
Tổng số ống trong thiết bị
𝑛 =
3
4
. (𝑚2
− 1) + 1 =
3
4
. (332
− 1) + 1 = 817 ố𝑛𝑔
Số ống trên đường chéo của lục giác đều bọc chùm ống lắp trong ruột rỗng, theo công
thức trang 218, [5]
𝐷𝑡ℎ = 𝑠. (𝑚′
− 1) + 4. 𝑑0
 𝑚′
=
𝑑𝑡ℎ−4.𝑑0
𝑠
+ 1 =
400−4.29
32,63
+ 1 = 9,7
Số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm. Chọn m’
= 11 theo trang
48, [2].
𝑛′
=
3
4
. (𝑚′2
− 1) + 1 =
3
4
. (112
− 1) + 1 = 91 ố𝑛𝑔
Tổng số ống lắp đầy toàn bộ vỏ thiết bị
∑ 𝑛 = 𝑛 + 𝑛′
 𝑛 = ∑ 𝑛 − 𝑛′
= 817 − 91 = 726 ố𝑛𝑔: số ống truyền nhiệt còn lại
Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt
𝐹 = 𝜋. 𝐻𝑑(𝑛. 𝑑𝑡 + 𝑑𝑡ℎ) = 𝜋. 1,5. (726.0,025 + 0,4) = 87,37 > 80 (thỏa)
4.1.5.Tính kích thước đáy nón của buồng đốt
Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng đốt và đáy nón hgo = 50 mm
Ta thấy đường kính trong của đáy nón chính là đường kính trong của buồng đốt:

Dt = 1400 mm.
Với 2 thông số trên, tra bảng XIII.21, Sổ tay tập 2, trang 394, ta có:
Hnón = 1269 mm
Ft = 3,485 m2
: bề mặt trong
Vđ = 0,832 m3
: thể tích đáy.
Tổng kết
 Số ống truyền nhiệt là 726 ống có kích thước d là 25/29 mm
 Một ống tuần hoàn giữa có đường kính dth= 400 mm
 Đường kính vỏ buồng đốt Dd = 1400mm
 Chiều cao buồng đốt Hd= 1,5m

Diện tích bề mặt truyền nhiệt F= 80m2
 Chiều cao đáy nón Hnon = 1269 mm
Thể tích dung dịch ở đáy Vđ = 0,832 m3
4.2. Tính kích thước buồng bốc
4.2.1. Đường kính buồng bốc (Db)
Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc
𝑉ℎ𝑜𝑖 =
𝑊
𝜌ℎ
=
4400
3600.0,1649
= 7,41 𝑚3
𝑠
⁄
Trong đó:
W: lượng hơi thứ bốc hơi (kg/h)
ρh: khối lượng riêng của hơi ở áp suất buồng bốc P0 = 0,266at
Tra bảng I.251, Sổ tay tập 1, trang 314:
P (at) ρ (kg/m3
)
0,2 0,1283
0,3 0,1876
 Nội suy ta được ρh = 0,1649 kg/m3

Vận tốc hơi
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:
𝜔ℎ =
𝑉ℎơ𝑖
𝜋. 𝐷𝑏
2
4
=
7,14 . 4
𝜋 . 𝐷𝑏
2 =
9,44
𝐷𝑏
2 𝑚 𝑠
⁄
Trong đó:
Db là đường kính buồng bốc (m)
Vận tốc lắng
Theo công thức 5.14, trang 292, [5]:
𝜔0 = √
4. 𝑔. (𝜌′ − 𝜌′′). 𝑑
3. 𝜉. 𝜌′′
= √
4. 9,81. (979,99 − 0,1127). 0,0003
3. 𝜉. 0,1127
= √
11,53
0,4947 . 𝜉
𝑚 𝑠
⁄
Trong đó:
ρ’= 979,99 kg/ m3
: khối lượng riêng của giọt lỏng, kg/m3
(tra bảng I.249, trang
311[1]: tra ở nhiệt độ sôi của dung môi trong buồng bốc tsdm = 65,950
C)
ρ”= ρh = 0,1127 kg/m3
: khối lượng riêng của hơi
d: đường kính giọt lỏng, chọn d = 0,0003 m tra trang 276 [5]
g = 9,81m/s2
: gia tốc trọng trường
ξ: hệ số trở lực, tính theo Re
𝑅𝑒 =
𝜔ℎơ𝑖. 𝑑. 𝜌′′
𝜇
=
9,41
𝐷𝑏
2 .
0,0003.0,1127
0,01251. 10−3
=
25,43
𝐷𝑏
2
Với μ là độ nhớt của hơi thứ ở áp suất 0,266 at, tra theo hình I.35, Sổ tay tập 1, trang 117
 µ = 0,01251. 10-3
N.s/m2
Theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang 274:
Nếu 0,2 < Re < 500 thì 𝜉 =
18,5
𝑅𝑒0,6

 𝜉 =
18,5
(
25,43
𝐷𝑏
2 )
0,6 = 2,664. 𝐷𝑏
1,2
ωhơi không quá 70-80% ωo, chọn: ωhơi < 80% ωo

9,44
𝐷𝑏
2 < 0,8. √
11,53
0,4947. 𝜉

9,44
𝐷𝑏
2 < 0,8. √
11,53
0,4947.2,664.𝐷𝑏
1,2
 Db=2,69 m
Chọn theo dãy chuẩn, lấy Db = 2,7 m.
Kiểm tra lại Re:
𝑅𝑒 =
25,43
2,72
= 3,49 (𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛 0,2 < 𝑅𝑒 < 500)
Vậy đường kính buồng bốc Db = 2700 mm.
4.2.2. Chiều cao buồng bốc (Hb)
Theo công thức VI.34, Sổ tay tập 2, trang 72: chiều cao của không gian hơi còn
gọi là chiều cao buồng bốc:
𝐻𝐾𝐺𝐻 =
4. 𝑉𝐾𝐺𝐻
𝜋. Db
2 , 𝑚
Trong đó:
Db: đường kính buồng bốc, m
VKGH: thể tích không gian hơi, m3
Công thức VI.32, sổ tay tập 2, trang 71:

𝑉𝐾𝐺𝐻 =
𝑊
𝜌ℎ. 𝑈𝑡𝑡
, 𝑚3
Trong đó:
W: lượng hơi thứ bốc lên khỏi thiết bị, kg/h
ρh: khối lượng riêng của hơi thứ ở P0 = 0,266 at, kg/m3
ρh = 0,1649 kg/m3
.
Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi ( thể tích nước bay
hơi trên 1 đơn vị thể tích của không gian hơi trong 1 đơn vị thời gian).
Utt = f. Utt_(1at)
Với:
f = 1,3: hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển (xác định theo đồ
thị hình VI.3, Sổ tay tập 2, trang 72).
Utt_(1at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi P = 1at, m3
/m3
.h.
Theo Sổ tay tập 2, trang 72, chọn Utt_(1 at) = 1600 m3
/m3
.h.
 Utt = 1,3. 1600 = 2080 m3
/m3
.h
𝑉𝐾𝐺𝐻 =
4400
0,1649.2080
= 12,83 𝑚3
𝐻𝐾𝐺𝐻 =
4.12,83
𝜋. 2,72
= 2,24(𝑚)
Theo điều kiện cho quá trình sôi sủi bọt, ta chọn:
Hb = 2,5 m
Vậy chiều cao buồng bốc Hb = 2,5 m.
4.2.3. Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng bốc

Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng bốc và nắp elip hgo = 50 mm
Ta thấy đường kính trong của nắp elip chính là đường kính trong của buồng
bốc: Dt = 2700 mm.
Với 2 thông số trên, tra bảng XIII.10, Sổ tay tập 2, trang 394, ta có:
Hnón = 2447 mm
Ft = 12,74 m2
: bề mặt trong
Vđ = 5,724 m3
: thể tích nón.
4.3. Tính kích thước các ống dẫn
Theo Sổ tay tập 2, trang 74, đường kính các ống được tính theo công thức sau
𝑑 = √
4. 𝐺
𝜋. 𝜔. 𝜌
, 𝑚
Trong đó:
G: lưu lượng lưu chất, kg/s
ω: vận tốc lưu chất, m/s
ρ: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m3
Ống nhập liệu
Gđ = 8000 kg/h = 2,222 kg/s
ω = 2 m/s: chất lỏng ít nhớt (trang 74, [2])
ρđ = 1074,04 kg/m3
(tra xđ = 18%, bảng I.86, trang 58, [1]).
𝑑𝑛𝑙 = √
4. 2,222
𝜋. 2. 1074,04
= 0,036 𝑚
 dnl = 40 mm
Ống tháo liệu

𝑑𝑡𝑙 = √
4. 𝐺𝑐
𝜋. 𝜔. 𝜌𝑐
= √
4.4400
𝜋. 1. 1178,53.3600
= 0,0363 𝑚
 dtl = 36,3 mm
Trong đó:
Gc= 4400 kg/h
ω = 1m/s: chất lỏng nhớt (trang 74, [2])
ρc = 1178,53 kg/m3
(tra theo xc=40% bảng I.86, Sổ tay tập 1, trang 59).
Ống dẫn hơi đốt
D = 1,578 kg/s: lượng hơi đốt biểu kiến
ω = 40 m/s (trang 74_hơi bão hòa, [2])
PD = 2,5at  ρD = 1,338 kg/m3
( tra theo bảng I.251 sổ tay tập 1, trang 315).
 𝑑𝐷 = √
4.1,578
𝜋. 40. 1,338
= 0,194 𝑚
 dD = 194 mm.
Ống dẫn hơi thứ
W= 4400 kg/h = 1,222 kg/s
ω = 20 m/s ( chọn theo hơi quá nhiệt, trang 74, [2])
P0 = 0,266 at  ρhoi thu = 0,1670 kg/m3
( tra theo bảng I.250, trang 312, [1]).
 𝑑ℎ𝑜𝑖 𝑡ℎ𝑢 = √
4.1,222
𝜋. 20. 0,1670
= 0,683 𝑚
 dhoi thu = 683 mm
Ống dẫn nước ngưng
Gn =
1
3
.D =0,526 kg/s
ω = 20 m/s

t = 126,070
C  ρ = 938,05 kg/m3
(bảng I.249, trang 311, [1]).
 𝑑𝑛𝑢𝑜𝑐 𝑛𝑔𝑢𝑛𝑔 = √
4. 0,526
𝜋. 20. 938,05
= 0,006 𝑚
 dnuoc ngung = 60 mm.
Ống xả khí không ngưng
Chọn đường kính ống xả khí không ngưng bằng đường kính ống dẫn nước ngưng.
 dkhi khong ngung = 60 mm.
4.4. Tổng kết về đường kính
Căn cứ vào bảng XIII.26, trang 409, [2] ta có bảng sau:
Bảng 3. Tổng kết về đường kính các ống dẫn
Loại ống
Đường kính tính
toán (mm)
Chọn đường kính
trong (mm)
Chọn đường kính
ngoài (mm)
Hơi thứ 683 800 820
Hơi đốt 194 200 219
Nước ngưng 60 70 76
Xả khí không ngưng 60 70 76
Nhập liệu 40 50 57
Tháo liệu 36,3 32 38
5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc
5.1. Tính cho buồng đốt
5.1.1. Sơ lược về cấu tạo
Buồng đốt có đường kính trong Dt = 1400 mm, chiều cao Ht = 1500 mm.
Thân có 3 lỗ, ứng với 3 ống: dẫn hơi đốt, xả nước ngưng, xả khí không ngưng.
Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.

5.1.2. Tính toán
Bề dày tối thiểu S’:
Hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất 2,5 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là:
pm = pD – pa = 2,5 – 1 = 1,5 at = 0,1519875N/mm2
Áp suất tính toán là: Pt = pm + ρgH = 0,1519875+ 0,7852,81.10-6
.1,5 = 0,152
N/mm2
Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 126,070
C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt là:
ttt = tD + 20 = 126,07 + 20 = 146,070
C
Theo hình 1.2, trang 16, [6], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
 [σ]* = 119 N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [6]).
Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η. [σ]* = 0,95.119 = 113,05 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [6]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.105
N/mm2
Xét:
[𝜎].𝜑
𝑃𝑡
=
113,05.0,95
0,152
= 706,56 > 25
Theo công thức 5-3, trang 96, [6]:
S’ =
𝐷𝑡.𝑃𝑡
2.[σ].𝜑
=
1400.0,152
2.113,05.0,95
= 0,99mm
Trong đó:
φ = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [6], hàn 1 phía)
Dt = 1400 mm – đường kính trong của buồng đốt

Pt = 0,152 N/mm2
– áp suất tính toán của buồng đốt
Bề dày thực S:
Dt = 1400mm ⇒ Smin = 4 mm > 0,99 mm ⇒ chọn S’ = Smin = 4mm (theo bảng 5.1,
trang 94, [6]).
Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1mm (thời gian làm việc 10 năm).
Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,4 mm (theo bảng XIII.9, trang
364, [2])
 Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,4 = 1,4mm
 Bề dày thực là:
S = S’ + C = 4 + 1,4 = 5,4 mm
Chọn S = 6mm
Kiểm tra bề dày buồng đốt:
Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [6]:
𝑆− 𝐶𝑎
𝐷𝑡
=
6−1
1400
= 0,00357 < 1 (thỏa)
Áp suất tính toán cho phép trong buồng đốt:
[P] =
2.[𝜎].𝜑.(𝑆−𝐶𝑎)
𝐷𝑡+ (𝑆−𝐶𝑎)
=
2.113,05.0,95.(6−1)
1400+(6−1)
= 0,76 N/mm2
> Pt = 0,152N/mm2
Vậy bề dày buồng đốt là 6mm
 Đường kính ngoài của buồng đốt
Dn = Dt + 2S = 1400 + 2.6 = 1412 mm
Tính bền cho các lỗ:
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [6]):
dmax =3,7. √𝐷𝑡. (𝑆 − 𝐶𝑎). (1 − 𝑘)
3
; mm

Trong đó:
Dt = 1400 mm – đường kính trong của buồng đốt
S = 6 mm – bề dày của buồng đốt
k – hệ số bền của lỗ
k =
𝑃𝑡.𝐷𝑡
(2,3.[𝜎]− 𝑃𝑡).(𝑆−𝐶𝑎)
=
0,152.1400
(2,3.113,05−0,152).(6−1)
= 0,164
 dmax =3,7. √1400. 113,05. (6 − 1). (1 − 0,164)
3
= 322,4 mm
So sánh:
Ống dẫn hơi đốt dt = 200 mm < d max
Ống xả nước ngưng dt = 70 mm <d max
Ống xả khí không ngưng dt = 70 mm <d max
 Không cần tăng cứng cho lỗ của hơi đốt vào.
5.2. Tính cho buồng bốc
5.2.1. Sơ lược cấu tạo
Buồng bốc có đường kính trong là Dt = 2700 mm, chiều cao Ht = 2500 mm.
Thân có 5 lỗ, gồm: ống nhập liệu, ống thông áp, cửa sữa chữa và 2 kính quan sát.
Phía dưới buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt
Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
5.2.2. Tính toán
Bề dày tối thiểu S’:
Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không nên chịu áp lực từ bên ngoài.
Vì áp suất tuyệt đối thấp nhất ở bên trong là 0,266 at nên buồng bốc chịu áp suất
ngoài là:

Pn = pm = 2pa – p0 = 2.1 – 0,266= 1,734 at = 0,177 N/mm2
Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm (po) = 65,950
C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng bốc
là:
ttt = 65,95 + 20 = 85,950
C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)
Chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [6], hàn 2 phía)
Theo hình 1.2, trang 16, [6], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
 [σ]* = 125 N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [6]).
 Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η.[σ]* = 0,95.125= 118,75 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [6]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.105
N/mm2
Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [6]).
 Ứng suất chảy của vật liệu là
𝜎𝑐
′
= [σ]*.nc = 118,75. 1,65 = 195,95 N/mm2
Khối lượng riêng của dung dịch đường mía 40% ở t sdd (ptb) là ρdd = 1179,04 kg/m3
Áp dụng công thức 5-14, trang 98, [6]:
S’ = 1,18. D. (
𝑃𝑛
𝐸
.
𝐿
𝐷
)
0,4
= 1,18.2700. (
0,177
2,05.105
.
2500
2700
)0,4
= 11,6 mm
Trong đó:
Dt = 2700 mm – đường kính trong của buồng bốc
Pn = 0,177 N/mm2
– áp suất tính toán của buồng bốc
l = 2500 mm – chiều dài tính toán của thân, là khoảng cách giữa hai mặt bích
Bề dày thực S:
Dt = 2700 mm ⇒ Smin = 5mm < 11,6 mm ⇒ chọn S’ = 11,6 mm (theo bảng 5.1, trang
94, [6])
Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm).

Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,8mm (theo bảng XIII.9, trang
364, [2]).
Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,8 = 1,8mm
Bề dày thực là:
S = S’ + C = 11,6 + 1,8 = 13,4 mm
Chọn S= 15 mm
Kiểm tra bề dày buồng bốc:
𝐿
𝐷𝑡
=
2500
2700
= 0,93
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [6]:
1,5.√
2.( 𝑆− 𝐶𝑎 )
𝐷𝑡
≤
𝐿
𝐷𝑡
≤ √
𝐷𝑡
2.( 𝑆− 𝐶𝑎 )
 1,5. √
2.(15−1)
2700
≤ 1,11 ≤ √
2700
2.(15−1)
 0,153 ≤ 0,93 ≤ 9,82 (thỏa)
𝐿
𝐷𝑡
≥ 0,3.
𝐸𝑡
𝑡
𝜎𝑐
𝑡. √[
2.( 𝑆− 𝐶𝑎 )
𝐷𝑡
]3
 0,93 ≥ 0,3.
2,05.105
206,9
. √[
2.( 15−1 )
2700
]3
 0,93 ≥ 0,33 (thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:
So sánh Pn với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99, [6]:
[𝑃𝑛] = 0,649. 𝐸𝑡
.
𝐷𝑡
𝐿
.(
𝑆− 𝐶𝑎
𝐷𝑡
)2
. √
𝑆− 𝐶𝑎
𝐷𝑡
≥ Pn

 0,649. 2,05.105
.
2700
2500
. (
15−1
2700
)2
. √
(15−1)
2700
N/mm2
≥ 0,177 N/mm2
 0,278 N/mm2
≥ 0,177N/mm2
(thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục:
Xét: L = 2500 mm ≤ 5D = 5.2500 = 125000 mm
Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
Dn = Dt + 2.S = 2700 + 2.15 = 2730 mm
𝑃𝑛𝑐𝑡 = 𝜋.
𝐷𝑛
2
4
. 𝑃𝑛 = 𝜋.
( 2730)2
4
. 0,177= 1035543,19 N
Theo điều kiện 5-33, trang 103, [6]:
25 ≤
𝐷
2.(𝑆− 𝐶𝑎)
=
2700
2.( 15−1)
= 96,43 ≤ 250
Tra qc = f. [
𝐷
2.( 𝑆− 𝐶𝑎)
] ở [6], trang 103:
𝐷
2. (𝑆 − 𝐶𝑎)
50 100 150
qc 0,05 0,098 0,14
 qc = 0,093
 Kc = 875.
𝜎𝑐
𝑡
𝐸𝑡
. 𝑞𝑐 = 875.
195,94
2,05.105
. 0,093 = 0,078
Điều kiện thoả mãn độ ổn định của thân (5-32, trang 103, [6]):
S – Ca ≥ √
𝑃𝑛𝑐𝑡
𝜋.𝐾𝑐.𝐸𝑡
 15 – 1 ≥ √
1035543,19
𝜋.0,078.2,05.105
 14 ≥ 4,54 (thỏa)
Ứng suất nén được tính theo công thức 5-48, trang 107, [6]:
𝜎𝑛 =
𝑃𝑛𝑐𝑡
𝜋.( 𝐷𝑡+𝑆).(𝑆− 𝐶𝑎)
=
1035543,19
𝜋.(2700+15).(15−1)
= 8,68 N/mm2

Ứng suất nén cho phép được tính theo công thức 5-31, trang 103, [6]:
[𝜎𝑛] = Kc. 𝐸𝑡
.
𝑆−𝐶𝑎
𝐷𝑡
= 0,078. 2,05.105
.
15−1
2700
= 82,91 N/mm2
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực
nén chiều trục:
Kiểm tra điều kiện 5-47, trang 107, [6]:
𝜎𝑛
[𝜎𝑛]
+
𝑃𝑛
[𝑃𝑛]
≤ 1

8,68
82,91
+
0,177
0,278
= 0,73 ≤ 1 (thỏa)
Vậy bề dày buồng bốc là 15mm
Đường kính ngoài buồng bốc:
Dn = Dt + 2S = 2700 + 2.15 = 2730 mm
Tính bền cho các lỗ
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [6]):
dmax = 3,7. √𝐷𝑡. (𝑆 − 𝐶𝑎). (1 − 𝑘)
3
; mm
Trong đó:
Dt = 2700 mm – đường kính trong của buồng bốc
S = 15 mm – bề dày của buồng đốt
k – hệ số bền của lỗ
k =
𝑃𝑛.𝐷𝑡
(2,3.[𝜎]− 𝑃𝑛).(𝑆−𝐶𝑎)
=
0,177.2700
(2,3.118,75−0,177).(15−1)
= 0,354
 dmax = 3,7. √2700. (15 − 1). (1 − 0,354)
3
= 107,34 mm
So sánh
Ống nhập liệu dt = 70 mm <d max
 Không cần tăng cứng cho ống nhập liệu

Chọn S = 15mm
5.3. Tính cho đáy thiết bị
- Chọn đáy nón tiêu chuẩn Dt = 1400 mm
- Đáy nón có phần gờ cao 50 mm và góc ở đáy là 2α = 600
.
Tra bảng XIII.21, trang 394, [2]:
- Chiều cao của đáy nón (không kể phần gờ) là H = 1269 mm
- Thể tích của đáy nón là Vđ = 0,832 m3
- Đáy nón được khoan 1 lỗ để tháo liệu.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
5.3.2. Tính toán
 Chiều cao này bằng chiều cao của phần dung dịch trong buồng bốc
 Tổng thể tích ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm:
𝑉1 = 𝜋.
(𝑛.𝑑𝑡
2+𝑑𝑡ℎ
2
)
4
. 𝑙 = 𝜋.
(966.0,0252+0,4062)
4
. 1,5 = 0,905 m3
 Thể tích của phần đáy nón:
V2 = Vđ = 0,832 m3
 Với đường kính trong của ống nhập liệu là 34mm, tốc độ nhập liệu được tính
lại là:
Vnl =
𝐺đ
𝜋
𝑑𝑛𝑙
2
4
𝜌
=
8000
3600
𝜋
0,052
4
1178,53
= 0,96(m/s)
 Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm
V’
=
𝑣𝑛𝑙.𝑑𝑛𝑙
2
𝐷𝑡ℎ
2 =
0,96.0,052
040,62
= 0,0146 (m/s)
 Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị :

Τ =
𝑙+𝑙′
𝑣′
=
𝑙+
𝑉đ
𝜋
𝐷𝑡ℎ
2
4
𝑣′
=
1,5+
0,832
𝜋
0,4062
4
0,0146
= 508,89 (s)
Trong đó:
Vnl: tốc độ của dung dịch trong ống nhập liệu.
Dnl: đường kính trong của ống nhập liệu
Dth: đường kính trong của ống tuần hoàn.
l: chiều dài của ống truyền nhiệt.
l’
: chiều dài hình học của đáy.
 Thể tích của dung dịch đi vào thiết bị
∑V = Vs.τ =
𝐺đ
𝜌𝑠
τ =
𝐺đ
𝜌𝑑𝑑
2
τ =
8000
3600
.
2
1178,53
. 508,89= 1,92 (m3
)
Trong đó:
ρs =
𝜌𝑑𝑑
2
: khối lượng riêng của dung dịch sô bọt trong thiết bị; kg/m3
 Tổng thể tích của phần hình nón cụt và phần gờ nối với buồng đốt:
V3= ∑V – V1 – V2 = 1,92 – 0,905 – 0,832 = 0,183 (m3
)
 Chọn chiều cao của phần gờ nối với buồng đốt là Hgc=50mm
 Thể tích của phần gờ nối với buồng đốt:
Vgc = π
𝐷đ
2
4
hgc = π
1,42
4
0,05 = 0,077 (m3
)
 Thể tích phần hình nón cụt
VC=V3 – Vgc= 0,183 -0,077 = 0,106
 Chiều cao của phần hình nón cụt:
Hc =
𝑉3
𝜋
𝐷𝑏
2+𝐷𝑏𝐷đ+𝐷đ
2
12
=
0,183 .12
𝜋(2,72+2,7.1,4+1,42)
= 0,0537 (m)
Vậy Hc= 53,7 mm
Bề dày thực S

Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
H’ = Hc + Hgc + Hđ + Hbđ= 53,7 + 50 + (50+ 1269) + 1500= 2922,7 mm = 2,9227 m
Trong đó
Hc: chiều cao của chất lỏng trong phần hình nón cụt; m,
Hgc: chiều cao của chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt; m
Hđ: chiều cao của chất lỏng trong đáy nón; m
Hbđ: chiều cao cột chất lỏng trong buồng đốt; m
Áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị:
ptt = ρdd .g.H’ = 1178,53.9,81. 10-6
.2,9227 = 0,034 N/mm2
Đáy có áp suất tuyệt đối bên trong là p0 = 0,266at nên chịu áp suất ngoài là
Pm = 1,734 at = 0,1757 N/mm2
.
Ngoài ra, đáy còn chịu áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng gây ra trong thiết bị. Như
vậy, áp suất tính toán là:
Pn = pm + ptt = 0,1757 + 0,034 = 0,2097 N/mm 2
Các thông số làm việc:
Dt = 1400 mm
p0 = 0,266at = 0,0269 N/mm2
tm = tsdd (po + 2Δp) = 69,0380
C
Các thông số tính toán:
l’ – chiều cao tính toán của đáy; m
l’ = H = 1269 mm
D’ – đường kính tính toán của đáy; m (công thức 6-29, trang 133, [6])
D’ =
0,9𝐷𝑡+0,1.𝑑𝑡
𝑐𝑜𝑠𝛼
=
0,9.1400+0,1.32
𝑐𝑜𝑠30
= 1458,62mm (công thức 6-29, trang 133, [6])
Trong đó
dt = 32 mm là đường kính lỗ tháo sản phẩm

Pn = 0,2167 N/mm2
ttt= 69,038+ 20 = 89,0380
C (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
Các thông số cần tra và chọn:
[σ]* = 123 N/mm2
 ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt (hình 1-2, trang
16, [6])
η = 0,95 – hệ số hiệu chỉnh (đáy có bọc lớp cách nhiệt)
[σ] = η.[σ]* = 0,95.123 = 116,85 N/mm 2
- ứng suất cho phép của vật liệu
Et = 2,05.105
N/mm2
– module đàn hồi của vật liệu ở ttt (bảng 2-12, trang 34, [6])
nc = 1,65 – hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [6])
𝜎𝑐
𝑡
= nc .[σ]* = 1,65.123 = 202,95 N/mm2
– giới hạn chảy của vật liệu ở tt (công
thức 1-3, trang 13, [6])
Chọn bề dày tính toán đáy S = 15 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc.
Kiểm tra bề dày đáy
𝑙′
𝐷′
=
1269
1458,62
= 0,87
1,5. √
2.(𝑆− 𝐶𝑎)
𝐷′
≤
𝑙′
𝐷′
≤ √
𝐷′
2.(𝑆−𝐶𝑎)
 1,5. √
2.(15−1)
1458,62
≤ 0,87 ≤ √
1458,62
2.(15−1)
 0,208 ≤ 0,87 ≤ 7,28 (thỏa)
Xét:
𝑙′
𝐷′
≥ 0,3.
𝐸
𝜎𝑐
. √(
2.(𝑆− 𝐶𝑎)
𝐷𝑡
)3
 0,87 ≥ 0,3.
2,05.105
202,95
. √(
2.(15−1)
1400
)3

 0,87 ≥ 0,857 ( thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của áp suất ngoài
So sánh Pn với áp suất tính toán cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99, [6]:
[Pn] = 0,649. 𝐸𝑡
.
𝐷′
𝑙′
.(
𝑆− 𝐶𝑎
𝐷′
)2
. √
𝑆− 𝐶𝑎
𝐷′
≥ Pn
 0,649. 2,05.105
.
1458,62
1269
.(
15−1
1458,62
)2
.√
15−1
1458,62
N/mm2
≥ 0,2167 N/mm2
 1,4 N/mm2
≥ 0,2167 N/mm2
(thoả)
Kiểm tra độ ổn định của đáy khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục
Lực tính toán P nén đáy:
P =
𝜋
4
.𝐷𝑛
2
. Pn =
𝜋
4
. 14122
.0,2167 = 339326,82 N
Trong đó:
Dn – đường kính ngoài; mm
Pn – áp suất tác dụng lên đáy thiết bị; N/mm2
Lực nén chiều trục cho phép:
[P] = π.Kc.Et
.(S - Ca )2
.cos2
α
Với:
Kc – hệ số phụ thuộc vào tỷ số
𝐷𝑡
2.(𝑆− 𝐶𝑎)
, tính theo công thức ở trang 103, [6].
25 ≤
𝐷𝑡
2.(S − Ca)
=
1400
2.(15−1)
= 50 ≤ 250
 qc = 0,05 ( tra bảng trang 103, [6])
 kc = 875.
𝜎𝑐
𝑡
𝐸𝑡
.qc = 875.
202,95
2,05.105
.0,05 = 0,043
[P] = π. 0,043. 2,05.105
.(15 − 1)2
.𝑐𝑜𝑠2
300
= 4068827,7 N > 339326,82 N (thỏa)
Điều kiện ổn định của đáy:
𝑃
[P]
+
𝑃𝑛
[𝑃𝑛]
≤ 1


339326,82
4068827,7
+
0,2167
1,4
= 0,24 ≤ 1 (thỏa)
Vậy bề dày của đáy nón là 15mm.
Vì đáy chỉ có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng
cứng được tính theo công thức (8-3), trang 162, [6]:
dmax = 2.[(
𝑆− 𝐶𝑎
𝑆′
 0,8)√𝐷′(𝑆 − 𝐶𝑎)  𝐶𝑎]
 dmax = 2[(
15−1
11,6
 0,8)√1458,62. (15 − 1)  1] = 114,29 mm
Trong đó:
S: bề dày đáy thiết bị; mm
S’: bề dày tính toán tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng bốc)
Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
D’: đường kính tính toán của đáy; mm
So sánh
Ống tháo liệu dt = 40 mm < dmax
 Không cần tăng cứng cho lỗ.
5.4. Tính cho nắp thiết bị
Chọn nắp buống đốt là ellipse theo tiê chuẩn có Dt = 2700mm
 Ht =
𝐷𝑡
4
=
2700
4
= 675mm và Rt = Dt = 2700mm
Nắp có gờ và chiều cao gờ là hg = 50mm
Nắp có lỗ để gắn ống tuần hoàn đưa dung dịch vào buồng bốc
Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
5.4.2. Tính toán
Bề dày thực S

Nắp có áp suất tuyệt đối bên trong giống như buồng bốc là p0=0,266at nên chịu áp
suất bên ngoài là Pn=1,734at=0,1757N/mm2
Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là
ttt = tD + 20 = 65,95 + 20 = 85,950
C (nắp có bọc lớp cách nhiệt).
Chọn bề dày tính toán nắp S = 15 mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc.
Kiểm tra bề dày nắp
𝑅𝑡
𝑆
=
2700
15
= 180
0,15. 𝐸𝑡
𝑥. 𝜎𝑐
𝑡
=
0,15.2,05. 105
0,7.202,95
= 216,45
Vì
𝑅𝑡
𝑆
<
0,15.𝐸𝑡
𝑥.𝜎𝑐
𝑡
và 0,2 <
ℎ𝑡
𝐷𝑡
< 0,3 nên:
[𝑃𝑛] =
2. 𝜎𝑛. (𝑆 − 𝐶𝑎)
𝛽. 𝑅𝑡
Trong đó:
𝐸𝑡
= 2,05. 105
𝑁/𝑚𝑚2
: hệ số modul đàn hồi của vật liệu làm nắp
𝜎𝑐
𝑡
=nc. [𝜎]∗
= 1,65.123 = 202,95: giới hạn chảy của vật liệu
𝜎𝑛 = [𝜎]∗
. 𝜇 =123.0,95= 116,85N/mm2
ứng suất nén cho phép của vật liệu.
x = 0,7 :với thép không gỉ
nc=1,65 hệ số an toàn khi chảy.
𝛽 =
𝐸𝑡
. (𝑆 − 𝐶𝑎) + 5. 𝑥. 𝑅𝑡. 𝜎𝑐
𝑡
𝐸𝑡. (𝑆 − 𝐶𝑎) − 6,7. 𝑥. (1 − 𝑥). 𝜎𝑐
𝑡
=
2,05. 105
. (15 − 1) + 5.0,7.2700.202,95
2,05. 105. (15 − 1) − 6,7.0,7. (1 − 0,7). 202,95
= 1,67
𝑃𝑛 =
2.𝜎𝑛.(𝑆−𝐶𝑎)
𝛽.𝑅𝑡
=
2.116,85.(15−1)
1,67.2700
= 0,726 > 𝑃𝑛 = 0,177

Vậy bề dày của nắp elip là 15 mm.
Vì nắp chỉ có lỗ để gắn ống tuần hoàn nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép
không cần tăng cứng được tính theo công thức (8-3), trang 162, [6]:
dmax = 2.[(
𝑆− 𝐶𝑎
𝑆′
 0,8)√𝐷𝑡(𝑆 − 𝐶𝑎)  𝐶𝑎]
 dmax = 2.[(
15−1
11,6
– 0,8)√2700. (15 − 1) – 1] = 156,22 mm
Trong đó:
S – bề dày đáy thiết bị; mm
S’ – bề dày tính toán tối thiểu của đáy; mm (chọn theo cách tính của buồng bốc)
Ca – hệ số bổ sung do ăn mòn; mm
Dt – đường kính trong của nắp; mm
So sánh
Ống dẫn hơi thứ dt = 800mm > dmax
 Cần tăng độ cứng cho ống dẫn hơi thứ
5.5. Tính mặt bích
- Bulong và bích được làm từ thép CT3.
- Mặt bích ở đây được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với
buồng đốt và buồng đốt với đáy của thiết bị.
- Chọn bích liền bằng thép, kiểu 1(bảng XIII.27, trang 417, [2]).
- Các thông số cơ bản của mặt bích:
Dt : Đường kính trong; mm
D : Đường kính ngoài của mặt bích; mm

Db : Đường kính vòng bu lông; mm
D1 : Đường kính đến vành ngoài đệm; mm
D0 : Đường kính đến vành trong đệm; mm
db : Đường kính bu lông; mm
Z : Số lượng bu lông; cái
h : chiều dày mặt bích; mm
5.5.2. Chọn mặt bích
Mặt bích nối buồng bốcvà buồng đốt:
- Buồng bốc và buồng đốt nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 1400 mm
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,152 N/mm2
.
- Áp suất tính toán của buồng bốc là 0,177 N/mm2
.
Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,6 N/mm2 để bích kín thân. Các thông
số của bích được tra từ bảng XIII.27, Sổ tay tập 2, trang 419
Bảng 4. Số liệu của bích nối với buồng đốt - buồng bốc
BUỒNG BỐC  BUỒNG ĐỐT
𝑃𝑦 𝐷𝑡
Kích thước nối Kiểu bích
D 𝐷𝑏 𝐷1 𝐷0
Bulong 1
𝑑𝑏 Z h δ đệm
N/mm2 mm Mm Mm cái mm mm
0,6 1400 1550 1500 1460 1413 M20 40 35 4
Mặt bích nối buồng đốt và đáy:
- Buồng đốt và đáy được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 1400 mm.
- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,152 N/mm2
.
- Áp suất tính toán của đáy là 0,2167 N/mm2
.

Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,6 N/mm2 để bích kín thân. Tra bảng
XIII.27, Sổ tay tập 2, trang 419
Bảng 5. Số liệu nối của buồng đốt - đáy
BUỒNG ĐỐT  ĐÁY
𝑃𝑦 𝐷𝑡
Bulong 1
𝑑𝑏 Z H δ đệm
N/mm2 mm mm mm cái mm mm
0,6 1400 1550 1500 1460 1413 M20 40 35 4
Mặt bích nối buồng bốc và nắp:
- Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Dt = 2700 mm.
- Áp suất tính toán của buồng bốc và nắp cùng là 0,177 N/mm2
.
Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,6 N/mm2
để bích kín thân. Tra bảng
XIII.27, Sổ tay tập 2, trang 421:
Bảng 6. Số liệu của bích nối buồng bốc - nắp
BUỒNG BỐC- NẮP
𝑃𝑦 𝐷𝑡
Bulong 1
𝑑𝑏 Z h δ đệm
N/mm2
mm mm mm cái mm Mm
0,6 2700 2900 2820 2770 2719 M30 68 40 5
5.6. Tính vỉ ống

Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị. Vỉ ống phải giữ chặt các ống
truyền nhiệt và bền dưới tác dụng của ứng suất.
- Dạng của vỉ ống được giữ nguyên trước và sau khi nong.
- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T.
- Nhiệt độ tính toán của vỉ ống là tt = tD = 126,070
c
Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt là [𝜎]𝑢
∗
= 119 N/mm2
(hình 1-2,
trang 16, [6]). Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 1.
 Ứng suất uốn cho phép của vật liệu tt là:
[𝜎]𝑢 = η. [𝜎]𝑢
∗
= 1. 119 = 119 N/mm2
5.6.2. Tính toán
Tính cho vỉ ống phía trên buồng đốt
Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống ℎ1
′
được xác định theo công thức 8-
47, trang 181, [6]:
ℎ1
′
= 𝐷𝑡. 𝐾. √
𝑃0
[𝜎𝑢]
= 1400.0,3. √
0,152
119
= 15,01 𝑚𝑚
Trong đó:
K=0,3 (tự chọn)
Dt = 1400 mm : Đường kính trong của buồng đốt
P0 = 0,152 N/mm2
: Áp suất tính toán ở trong ống ( bằng với áp suất tính toán của
buồng đốt).
Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức 8-
48, trang 181, [6]:
ℎ′
= 𝐷𝑡. 𝐾. √
𝑃0
𝜎𝑢. 𝜑0
= 1800.0,45. √
0,152
119.0,607
= 37,16 𝑚𝑚
Trong đó:
K = (0,45÷ 0,6), chọn K = 0,45

0 : Hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ 𝜑0 =
𝐷𝑛−∑ 𝑑
𝐷𝑛
=
1400−550
1400
= 0,607 < 1
Với:
Dn: Đường kính vỉ ống mm
∑d: Tổng số đường kính các lỗ trong vỉ mm
∑d = dth + n. dt-ống = 400 + 6.25 = 550 mm
dth: đường kính trong của ống tuần hoàn mm
dt-ống: đường kính trong của ống truyền nhiệt mm
n: số ống bố trí theo đường kính của vỉ.
Chọn sơ bộ h’ = 30 mm
Kiểm tra độ bền của vỉ ống
Ứng suất uốn của vỉ được xác định theo công thức (8-53), trang 183, [6]:
𝜎𝑢 =
𝑃0
3,6.(1−0,7.
𝑑𝑛
𝐿
).(
ℎ′
𝐿
)2
Trong đó:
dn = 29 mm: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
L =
√3
2
.t =
√3
2
. 0,0406 = 0,03516 m = 35,16 mm
 𝜎𝑢 =
0,152
3,6.(1−0,7.
29
35,16
).(
29
35,16
)2
= 0,147N/mm2
≤ 119 N/mm2
Vậy vỉ ống ở trên buồng đốt dày 30 mm
Tính cho vỉ ống ở dưới buồng đốt
Chọn bề dày của vỉ ống phía dưới bằng chiều dày của vỉ ống phía trên và bằng 30mm
(cũng bằng bề dày mặt bích).
Các bước làm giống xác định bề dày cho vỉ ống trên buồng đốt.
5.7. Khối lượng và trai treo
5.7.1. Sơ lược cấu tạo trai treo chân đỡ

- Làm bằng thép CT3
- Khối lượng tại treo cần chịu:
m = mtb + mdd
- Tổng khối lượng thép làm thiết bị:
mtb = mđ + mn + mbb + mbđ + mc + mvỉ + mống + mbích
Trong đó:
mđ: khối lượng thép làm đáy, kg
mn: khối lượng thép làm nắp, kg
mbb: khối lượng thép làm buồng bốc, kg
mbđ: khối lượng thép làm buồng đốt, kg
mống: khối lượng thép làm ống, kg
mv: khối lượng thép làm vỉ ống
mbich: khối lượng thép làm bích
- Khối lượng riêng của th6ép OX18H10T là ρ = 7900 kg/m3
- Khối lượng riêng của thép CT3 là ρ = 7850 kg/m3
5.7.2. Khối lượng các bộ phận thiết bị
Khối lượng thép làm ống truyền nhiệt
𝑉𝑣𝑙𝑜 =
𝜋. 𝐻
4
. [𝑛. (𝑑𝑛
2
− 𝑑𝑡
2) + (𝐷𝑡ℎ,𝑛
2
− 𝐷𝑡ℎ,𝑡
2
)]
=
𝜋. 1,5
4
. [726. (0,0292
− 0,0252) + (0,4022
− 0, 42)] = 0,187 𝑚3
M ống = ρ. 𝑉𝑣𝑙𝑜= 7900.0,187 = 1477,3 kg
Trong đó:

dn, dt: Đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt; m
Dth,n, Dth,t: Đường kính ngoài và trong của ống tuần hoàn; m
H: Chiều cao ống truyền nhiệt; m
n: Tổng số ống truyền nhiệt, ống.
Khối lượng thép làm buồng đốt
𝑉𝑏𝑑 =
𝜋. 𝐻
4
. (𝐷𝑑,𝑛
2
− 𝐷𝑑,𝑡
2
) =
𝜋. 1,5
4
. (1,4122
− 1,42) = 0,0397 𝑚3
mbđ = ρ. Vbd = 7900.0,0397 = 313,63 kg
Trong đó:
H: Chiều cao buồng đốt (bằng chiều cao ống truyền nhiệt, m)
Dd, n, Dd, t : Đường kính ngoài và trong của buồng đốt; m.
Khối lượng thép làm đấy nón
Đáy nón được làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
Đáy nón tiêu chuẩn có góc đáy 60o
, có gờ cao 40mm.
Dt = 1400mm, S = 15mm
Tra bảng XIII.21, trang 394,[2]:
 mn = 1,01.425,01 = 429,26 kg
Khối lượng thép làm buồng bốc
Thể tích thép làm buồng bốc:
𝑉𝑏𝑏 =
𝜋. 𝐻
4
. (𝐷𝑑,𝑛
2
− 𝐷𝑑,𝑡
2
) =
𝜋. 1,5
4
. (2,7302
− 2,72) = 0,192 𝑚3
Mbb = ρ. Vbb = 7900.0,192 = 1516,8 kg
Trong đó:
H: Chiều cao buồng bốc (bằng chiều cao ống truyền nhiệt, m)

Dd, n, Dd, t : Đường kính ngoài và trong của buồng bốc; m.
Khối lượng thép làm nắp elip
Nắp elip tiêu chuẩn có:
Dt = 2700mm
S = 15mm
hgo = 50mm
Tra bảng XIII.11, trang 384,[2]:
 mn = 1,01.979,47 = 989,26 kg
Khối lượng vỉ ống
Thể tích thép làm vỉ ống:
𝑉𝑣ỉ ố𝑛𝑔 =
𝜋. (𝐷𝑡
2
− 𝑛′
. 𝑑𝑛
2
− 𝐷𝑛𝑡ℎ
2
)
4
. 𝑆 =
𝜋. (1,42
− 726. 0,0292
− 0,4062
)
4
. 0,03
= 0,028𝑚3
Trong đó:
Dt: đường kính trong của buồng đốt
dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
Dnth: đường kính ngoài của ống tuần hoàn
S = 30mm: chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống
Khối lượng thép làm vỉ ống:
m vỉ ống = ρ. 𝑉𝑣ỉ ố𝑛𝑔 = 7900.0,028 = 221,2 kg
Khối lượng thép làm mặt bích
Có 6 mặt bích, gồm 2 mặt bích nối nắp và buồng bốc, 2 mặt bích nối buồng bốc và buồng
đốt, 2 mặt bích nối buồng đốt và đáy.
Mặt bích làm bằng thép CT3
Thể tích thép làm mặt bích không có vỉ ống:

𝑉1 = 2𝜋.
(𝐷2
. 𝐷𝑡
2
− 𝑍. 𝑑𝑏
2
)
4
. ℎ = 2𝜋.
(1,552
− 1,42
− 40. 0,022
)
4
. 0,035 = 0,023𝑚3
Thể tích thép làm hai mặt bích có vỉ ống:
𝑉2 = 2𝜋.
(𝐷2
− 𝐷𝑛𝑡ℎ
2
− 𝑛′
. 𝑑𝑏
2
)
4
. ℎ
= 2𝜋.
(1,552
− 0,4062
− 721. 0,0272
− 40.0,022
)
4
. 0,035 = 0,093𝑚3
Trong đó:
D, Z, db, h là những thông số của bích nối buồng bốc_ buồng đốt và bích nối buồng
đốt_đáy.
Dt là đường kính trong của buồng đốt (m)
dn là đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m)
Dnth là đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm (m)
Thể tích thép làm mặt bích nối nắp và buồng bốc:
𝑉3 = 2𝜋
(𝐷2
− 𝐷𝑡
2
− 𝑍. 𝑑𝑡
2
)
4
. ℎ = 2𝜋
(2,92
− 2,72
− 68. 0,0302
)
4
. 0,04 = 0,067𝑚3
Trong đó:
D, Z, db, h là những thông số của bích nối nắp và buồng bốc
Dt là đường kính trong của buồng bốc (m)
Tổng thể tích mặt bích:
𝑉𝑏í𝑐ℎ = 𝑉1 + 𝑉2 + 𝑉3 = 0,023 + 0,093 + 0,067 = 0,183𝑚3
𝑚𝑏í𝑐ℎ = 7900.0,183 = 1445,7𝑘𝑔
Chi tiết Loại thép Khối lượng
Buồng đốt OX18H10T 313,63 kg
Buồng bốc OX18H10T 1516,8 kg
Đáy nón OX18H10T 429,26 kg
Nắp elip OX18H10T 989,26 kg

Ống truyền nhiệt
Ống tuần hoàn trung tâm
OX18H10T 1477,3 kg
Mặt bích CT3 1445,7 kg
Vỉ ống OX18H10T 221,2 kg
Tổng 6393,15 kg
Tổng khối lượng thiết bị:
𝑚𝑡𝑏 = 𝑚ố𝑛𝑔 + 𝑚𝑏𝑑 + 𝑚𝑏𝑏 + 𝑚𝑛 + 𝑚đ + 𝑚𝑣 + 𝑚𝑏
= 1477,3 + 313,63 + 1516,8 + 989,26 + 429,26 + 221,2 + 1445,7 = 6393,15 kg
5.7.3. Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dịch trong thiết bị
Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dịch là khối lượng riêng ở nồng độ 40% và
nhiệt độ tsdd(Po) = 66,98o
C => ρ=1178,53 kg/m3
Thể tích dung dịch trong phần hình nón cụt:
𝑉
𝑐 = 𝜋.
𝐷𝑏
2
+ 𝐷𝑏. 𝐷đ + 𝐷đ
2
12
. 𝐻𝑐 +
𝜋. 𝐷đ
2
. 𝐻𝑔𝑐
4
= 𝜋.
2,72
+ 2,7.1,4 + 1,42
12
. 1,269 +
𝜋. 1,42
. 0,05
4
= 4,96𝑚3
Thể tích dung dịch trong thiết bị:
𝑉𝑑𝑑 = 𝑉
𝑐 + 𝑉ố𝑛𝑔 𝑇𝑁 + 𝑉ố𝑛𝑔 𝑇𝐻 + 𝑉đ = 4,96 + 0,905 + 0,832 = 6,697𝑚3
𝑉ố𝑛𝑔 𝑇𝑁 + 𝑉ố𝑛𝑔 𝑇𝐻 = 0,905𝑚3
Trong đó:
Db: đường kính trong buồng bốc (m)
Dđ: đường kính trong buồng đốt (m)
Hc: chiều cao hình nón cụt không tính gờ (m)
Hgc: chiều cao gờ hình nón cụt (m)
𝑉ố𝑛𝑔 𝑇𝑁: thể tích dung dịch trong ống truyền nhiệt (m3
)

𝑉ố𝑛𝑔 𝑇𝐻: thể tích dung dịch trong ống tuần hoàn trung tâm (m3
)
Vđ: thể tích dung dịch trong đáy (m3
)
Khối lượng lớn nhất có thể:
𝑚𝑑𝑑𝑚𝑎𝑥 = 𝜌. 𝑉𝑑𝑑 = 1178,53. 6,697 = 7892,62 𝑘𝑔
Tổng trọng tải trong thiết bị:
M= mtb + mddmax = 6393,15 + 7892,62 = 14285,77 kg
Chọn tai treo thẳng đứng, được làm bằng thép CT3. Trọng lượng trên mỗi tai treo:
𝐺 =
𝑔. 𝑀
4
=
9,81.14285,77
4
= 35035𝑁 ≈ 3,5. 104
𝑁
Các thông số tai treo được chọn từ bảng XIII.36, trang 438,[2]:
G.10-4
F.104
q.10-6
L B B1 H S l a D mt
N m2
N/m2
mm kg
4.10-4
297 1,34 190 160 170 280 10 80 25 30 7,35
Trong đó:
G: tải trọng cho phép trên một tai treo; N
F: bề mặt đỡ; m2
q: tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ; N/m2
mt: khối lượng một tai treo; kg
6. Tính toán thiết bị phụ
6.1. Thiết bị truyền nhiệt
 Chọn thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống.
 Dòng nhập liệu (dòng lạnh):
t’1= 30o
C
t”2 = 66,98o
C
𝑡̅ =
𝑡1
′+𝑡2
"
2
=
30+66,98
2
= 96,98o
C

Dòng hơi đốt (dòng nóng):
t’2= t”2 = 126,07o
C
6.1.1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
 Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào
bằng cách chia làm nhiều miệng vào. Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ ((ω = 10 m/s), nước
ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1 m), ngưng hơi bão hoà
tinh khiết trên bề mặt đứng.
 Theo công thức (V.101), trang 28, [2]:
1
1
1
25
,
0
1
1 .
.
.
.
04
,
2 t
q
t
H
r
A 









 

Trong đó:
1

 – hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m2
.K)
+ r – ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất hơi đốt 2,5 atm là
2189,42.103
J/kg.
+ H – chiều cao ống truyền nhiệt (H = ho = 1 m).
+ A – hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm
2
1
v
D
m
t
t
t


– Sau nhiều dần tính lặp lại, ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1 = 121,5 o
C.
 79
,
123
2
5
,
121
07
,
126



m
t o
C
Tra A ở trang 28, [2]: tm = 123,79o
C → A = 189,12
tv1 = tD – tv1 = 126,07 – 121,5 = 4,57 ℃
 𝛼1 = 2,04. 189,12 (
2189420
1.4,57
)
0,25
= 10199,87W/m2
.K
– Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng:

1
q 10199,87.4,57 = 46613,4 W/m2

6.1.2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi
 Chất lỏng sôi nhẹ và chuyển động cưỡng bức nên hệ số cấp nhiệt này được
tính theo các công thức của đối lưu cưỡng bức.
 Sau khi tính lặp, chọn tv2 = 80,19 0
C
845
,
100
2
19
,
80
5
,
121
2
2
1





 v
v
w
t
t
t o
C
 Các thông số hóa lý của dung dịch mía đường ở 40 % ở tw và t
Thông số tw = 100,845 0C t = 96,98 0C
λ; W/(m.K) 0,5064 0,5047
ρ; kg/m3
) 1179,4 1179,4
c; J/(kg.K) 3488.629 3476,97
μ; N.s/m2
0,960.10-3
1,0058.10-3
Trong đó:
+ λ – hệ số dẫn nhiệt; W/(m.K)
+ ρ – khối lượng riêng; kg/m3
+ c – nhiệt dung riêng; J/(kg.K)
+ μ – độ nhớt động lực học; Ns/m2
– Chuẩn số Prandtl:
614
,
6
5064
,
0
629
,
3488
.
10
.
960
,
0
.
Pr
929
,
6
5047
,
0
97
,
3476
.
10
.
0058
,
1
.
Pr
3
3








w
w
w
w
c
c




– Chọn tốc độ của dung dịch mía đường 40 % trong ống truyền nhiệt là v = 1 m/s. Đường
kính trong của ống truyền nhiệt là d = 25 mm.
– Chuẩn số Reynolds:
97
,
29314
10
.
0058
,
1
4
,
1179
.
025
,
0
.
1
.
.
Re 3


 


 d
>10000
⇒ Áp dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt khi dòng chảy rối trong ống (Re > 10000):

25
,
0
43
,
0
8
,
0
Pr
Pr
.
Pr
.
Re
.
.
021
,
0 








w
Nu 
Chọn l = 1 m 02
,
1
40
25
1000




 
d
l
56
,
186
627
,
6
929
,
6
.
929
,
6
.
97
,
29314
.
02
,
1
.
021
,
0
25
,
0
43
,
0
8
,
0








Nu
27
,
3766
025
,
0
5047
,
0
.
56
,
186
.
2 



d
Nu 
 W/(m2
.K)
tv2 = 80,19  ∆t2 = tv2 – tc = 80,19 – 68 = 12,19
83
,
45910
19
,
12
.
27
,
3766
. 2
2
2 



 t
q  W/m2
6.1.3. Nhiệt tải riêng phía tường
– Công thức tính:
v
v
v
r
t
q


 ; W/m2
Trong đó:
v
r

 – tổng trở vách; m2
.K/W
2
1 r
r
rv 





=
3
3
3
10
.
9293
,
0
10
.
5736
,
0
3
,
16
002
,
0
10
.
2329
,
0 




 m2
.K/W
Với:
+ r1 = 0,2329.10–3
m2
.K/W – nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của ống có
màng mỏng nước ngưng
+ r2 = 0,5736.10–3
m2
.K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống có lớp
cặn bẩn dày 0,5 mm
+ 𝛿 =2 mm = 0,002 m – bề dày ống truyền nhiệt.

 = 16,3 W/m.K – hệ số dẫn nhiệt của ống (bảng XII.7, trang 313, [2]) và ống
làm bằng thép không gỉ OX18H10T.

+ ∆tv = tv1 + tv2; K – chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường.
Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv = q1 =q2.
 v
v
v r
q
t 

 . =46613,4.0,9293.10–3
= 43,32 o
C.
– Sai số tương đối của q2 so với q1:
𝛿q = %
5
,
1
%
100
.
4
,
46613
4
,
46613
83
,
45910
q
1
1
2





q
q
q

𝛿q < 5% nên sai số được chấp nhận (các thông số đã chọn phù hợp)
– Nhiệt tải riêng trung bình:
115
,
46262
2
83
,
45910
4
,
46613
2
q 2
1
tb 




q
q
W/m2
6.1.4. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Dòng nhiệt vào ( W):
– Do dung dịch đầu ở 30 o
C '
1
G c t
đ đ
– Do hơi đốt "
D
Di
– Do hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt D
Dct

Dòng nhiệt ra (W):
– Do sản phẩm mang ra "
1
G c t
c c
– Do nước ngưng Dc
– Nhiệt tổn thất tt
Q
Nhiệt độ của dung dịch mía đường trước và sau khi đi qua thiết bị gia nhiệt:
t vào = 30o
C
t ra = 66,98o
C
Phương trình cân bằng nhiệt:

tt
c
c
D
D
đ
đ Q
c
D
t
c
G
t
c
D
i
D
t
c
G 



 
 .
.
.
.
.
.
.
.
.
. '
'
1
'
'
'
1
Có thể bỏ qua nhiệt lượng do hơi nước bão hoà ngưng tụ trong đường ống dẫn hơi
đốt vào buồng đốt: φDctD = 0
Trong hơi nước bão hoà, bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn theo khoảng
φ = 0,05 (độ ẩm của hơi).
 Nhiệt lượng do hơi nước bão hòa cung cấp là D.(1 − 𝜑).( i’’
D − c); W
Nước ngưng chảy ra có nhiệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá lạnh sau
khi ngưng) thì i’’
D − c = 2189,42 kJ/kg (ẩn nhiệt của hơi nước ngưng tụ của hơi đốt)
(bảng I.251, trang 315, [1]).
 tt
c
c
đ
đ
D Q
t
c
G
t
c
G
c
i
D 



 '
'
1
'
1
'
'
.
.
.
.
)
.
).(
1
.( 

Thay Qtt = 𝜀.QD = 0,04.QD = 0,04. 3282500 = 131300 W và Gđ = Gc = G
 )
.
.
.(
)
.
).(
1
).(
1
.( '
1
'
'
1
'
'
t
c
t
c
G
c
i
D
Q đ
c
D
D 




 


 Lượng hơi đốt biểu kiến:
 𝐷 =
𝑄𝐷
(1−𝜑).𝑟
=
3282500
(1−0,05).2189,42.103
= 1,578 (kg/s)
– Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
QD = D.(1− 𝜀).(1 − 𝜑).( i’’
D − c) = 1,578.(1 − 0,04).(1 – 0,05).2189420
= 3150873,141 W
– Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
109
,
68
115
,
46262
1
3150873,14



tb
D
q
Q
F m2
Chọn F = 80 m2
theo dãy chuẩn Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1,
trang 276. [5]
– Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III–49, trang 134, [4]:
l
d
F
n
.
.



Trong đó:
+ F = 80 m2
– diện tích bề mặt truyền nhiệt
+ l = 1 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
+ d – đường kính của ống truyền nhiệt
Vì 𝛼1 > 𝛼2 nên ta chọn d = dt = 25 mm.
– Số ống truyền nhiệt là:
108
,
1019
1
.
025
,
0
.
80



n
– Theo bảng V.11, trang 48, [2], chọn số ống n = 1027 và bố trí theo hình lục giác đều.
– Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức V.140, trang 49,
[2]:
D = t.(b – 1) + 4.dn
Trong đó:
+ dn = dt + 2.S m – đường kính ngoài của ống truyền
nhiệt.
+ t = β.dn = 1,4.0,029 = 0,0406 m – bước ống
37
1
)
1
1027
.(
3
4
1
)
1
9
.
3
4






 n
b – số ống trên đường xuyên tâm của lục
giác.
⇒ D = 0,0406.(37 – 1) + 4.0,029 = 1,5776 m
– Thể tích bình gia nhiệt
954
,
1
1
4
5776
,
1
.
.
4
.
2
2


 
 l
D
V m3
6.2. Tính thiết bị ngưng tụ baromet
6.2.1. Chọn thiết bị ngưng tụ
- Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:
+ Hơi nước (chủ yếu)

+ Dung môi dễ bay hơi
+ Khí không ngưng
- Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không. Thiết bị ngưng tụ được kết
hợp với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất.
- Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước
lớn cho bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng
hóc cho bơm (chỉ hút khí không ngưng).
- Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet). Trong
đó, nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm
chân không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng.
- Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và
cột áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển.
6.2.2. Tính thiết bị ngưng tụ
6.2.2.1. Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ
Theo công thức VI.51 Sổ tay tập 2, trang 84:
𝐺𝑛 =
𝑊. (𝑖 − 𝐶𝑛. 𝑡2𝑐)
𝐶𝑛. (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑)
(𝑘𝑔/𝑠)
Trong đó:
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s.
W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.
𝑊 =
4400
3600
= 1,222 𝑘𝑔/𝑠
i: nhiệt dung riêng của hơi nước (bảng I.251, trang 314, Sổ tay quá trình và thiết bị
tập 1), I = 2621,4 KJ/kg.
𝑡2𝑐, 𝑡2𝑑: nhiệt độ đầu, cuối của nước làm nguội, lấy 𝑡2𝑑= 30o
C.
𝑡2𝑐= 𝑡𝑐 − 10 = 69,038 − 10 = 59,038 o
C.
𝑡𝑛𝑔: nhiệt độ hơi bão hòa ngưng tụ, o
C.

𝐶𝑛: nhiệt dung riêng trung bình của nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k.
(trang 311 [1]).
𝐶𝑛 = 4,190
𝑘𝐽
𝑘𝑔. 𝑘
𝐺𝑛 =
𝑊. (𝑖 − 𝐶𝑛. 𝑡2𝑐)
𝐶𝑛. (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑)
=
1,222. (2621,4 − 4,190.59,038)
4,190. (59,038 − 30)
= 23,84 (𝑘𝑔/𝑠)
6.2.2.2. Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị
Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet được tính theo công thức VI.47 Sổ
tay tập 2, trang 84:
𝐺𝑘𝑘 = 25. 10−6
. (𝐺𝑛 + 𝑊) + 0,01. 𝑊 = 25. 10−6
. (23,84 + 1,222) + 0,01.1,222
= 0,013 (
𝑘𝑔
𝑠
)
Trong đó:
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s.
W : lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.
Đổi với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí được tính theo công thức
VI.50 Sổ tay tập 2, trang 84:
tkk= t2d + 4 + 0,1.(t2c – t2d) = 30 + 4 + 0,1.(59,038 – 30) = 36,9o
C
Tra giản đồ không khí ẩm :
png = 0,26at = 2634450 N/m2
: áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ.
ph = 0,0702at : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk (tra
ở Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang 45 ).
Thể tích khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo VI.49 Sổ tay tập
2,trang 84:
𝑉𝑘𝑘 =
288. 𝐺𝑘𝑘. (273 + 𝑡𝑘𝑘)
𝑝𝑛𝑔 − 𝑝ℎ
=
288.0,013. (273 + 36,9)
(0,26 − 0,0702). 9,81. 104
= 0,0623 𝑚3
𝑠
⁄
6.2.2.3. Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ
Theo VI.52 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có đường kính trong thiết bị ngưng tụ:
𝐷𝑡𝑟 = 1,383. √
𝑊
𝜌ℎ. 𝜔ℎ
Trong đó:
W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W = 1,222 kg/s.
h: tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, chọn h = 40 m/s (trang 85, [2]).
h: khối lượng riêng của hơi, tra bảng I.251 trang 314 theo sổ tay tập 2 [2] và nội suy : ở
0,26 at được h = 0,1612 kg/m3
.
Vậy:
𝐷𝑡𝑟 = 1,383. √
𝑊
𝜌ℎ. 𝜔ℎ
= 1,383. √
1,222
0,1612.40
= 0,602 (𝑚)
 Chọn đường kính trong của thiết bị ngưng tụ là 800 mm.
Kích thước tấm ngăn
Thường có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt
Chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức VI.53 trang 85 [2].
b =
𝐷𝑡𝑟
2
+ 50 =
800
2
+ 50 = 450 mm
Có nhiều lỗ nhỏ được đúc trên tấm ngăn, nước làm nguội là nước sạch nên đường
kính lỗ chọn là 2mm.
Lưu lượng thể tích của nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ:
- Theo Sổ tay tập 2, trang 85, bề dày tấm ngăn (): chọn  = 4 mm.
- Theo Sổ tay tập 2, trang 85: chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì
đường kính lổ d = 5 mm.
- Theo Sổ tay tập 2, trang 85, chọn chiều cao gờ tấm ngăn là: 40 mm. Chọn tốc
độ tia nước là 0,62 m/s.
Mức độ đun nước nóng:

𝑃 =
𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑
𝑡𝑏ℎ − 𝑡2𝑑
=
59,038 − 30
64,95 − 30
= 0,831
Tra bảng VI.7 trang 86, Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2 với d=2mm và P=0,774,
suy ra:
- Số ngăn là n= 8
- Số bậc là n= 4
- Khoảng cách giữa các ngăn h= 400mm
- Thời gian rơi qua một bậc t= 0,41s
Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó giảm
dần.
Vậy khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới
lên khoảng 50mm cho mỗi ngăn:
- Chọn khoảng cách giữa các ngăn là 400mm (có 8 ngăn)
- Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300mm
- Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đấy thiết bị là 1200mm
- Chiều cao phần gờ của nắp là 50mm
- Chiều cao phần nắp đấy nón là 175mm
- Chiều cao phần nắp ellipse là 125mm
Vậy chiều cao cao của thiết bị ngưng tụ là :
HTB ngưng tụ = 400.7 + 1300 + 1200 + 50 + 125 + 175 = 5650mm = 5,65m
Lưu lượng thể tích nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ
- Nhiệt độ trung bình
𝑡𝑡𝑏 =
𝑡2đ + 𝑡2𝑐
2
=
30 + 59,038
2
= 44,519
: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 44,5190
C.
 n = 990,39 kg/m3
 Vn =
𝐺𝑛
𝜌𝑛
=
23,84
990,39
= 0,0241 𝑚3
/𝑠
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet.
Theo bảng VI.8 trang 88 [2].

Ký hiệu các kích thước Ký hiệu Kích thước
Đường kính trong của thiết bị Dtr 800
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị A 1300
Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến nắp thiết bị P 1200
Bề rộng của tấm ngăn B 500
Khoảng cách giữa tâm của thiết bị ngưng tụ và thiết
bị thu hồi
K1 950
K2 835
Chiều cao của hệ thống thiết bị H 5080
Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 2350
Đường kính của thiết bị thu hồi D1 500
Chiều cao của thiết bị thu hồi h1 (h) 1700
Đường kính của thiết bị thu hồi D2 400
Chiều cao của thiết bị thu hồi h2 1350
Khoảng cách giữa các ngăn
a1 200
a2 260
a3 320
a4 380
a5 440
Đường kính cửa ra và vào
Hơi vào d1 350
Nước vào d2 200
Hổn hợp khí và hơi ra d3 125

Nối với ống Baromet d4 200
Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 125
Hỗn hợp khí và hơi ra thiết bị thu hồi d6 80
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d7 70
Ống thông khí d8 25
Đường kính trong ống Baromet (d)
Chọn đường kính trong của ống baromet là d = 200 mm = 0,2m
Tốc độ của nước lạnh và nước ngưng tụ chảy trong ống baromet thường lấy là ω =0,5:0,6
𝑑 = √
0,04. (𝐺𝑛 + 𝑊)
𝜋. 𝜔
Trong đó:
W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W= 1,222 kg/s
Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ. Gn = 23,84 kg/s
𝜔: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s,
thường lấy 𝜔 = 0,6 𝑚/𝑠
 𝑑 = √
0,04.(23,84+1,222)
𝜋.0,6
= 0,231𝑚
Chọn d = 0,25m
Chiều cao ống baromet
Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86, ta có:
H = h1 + h2 + 0,5 m (1)
Trong đó:
h1: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số trong áp suất khí
quyển và trong thiết bị ngưng tụ.

h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy
trong ống.
 Tính h1:
ℎ1 = 10,33.
𝑏
760
= 10,33.
(1 − 0,74). 760
760
= 2,6858 𝑚
Trong đó:
b: áp suất chân không trong thiết bị, mmHg. (b=0,26at).
 Tính h2:
ℎ2 =
𝜔2
2𝑔
. (1 + .
𝐻
𝑑𝑏𝑟
+ ∑ 𝝃) , m
Ta lấy hệ số trở lực khi vào ống 𝝃1=0,5 và khi ra khỏi ống 𝜉2 = 1 thì công thức VI.60 sẽ
có dạng:
ℎ2 =
𝜔2
2𝑔
. (2,5 + .
𝐻
𝑑𝑏𝑟
), m
Trong đó:
𝑑𝑏𝑟: đường kính ống baromet, 𝑑𝑏𝑟 = 200𝑚𝑚
 : hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống, (W/m.độ)
H: chiều cao tổng cộng trong ống baromet, m
g= 9,81 m/s2
𝜔: tốc độ nước chảy trong ống
Chuẩn số Re:
Theo CT II.58 Sổ tay tập 1, trang 377:
𝑅𝑒 =
𝜔. 𝑑𝑏𝑟. 𝜌
𝜇
=
0,6.0,2.988,28
0,554. 10−3
= 214067,87 > 104
 Dòng nước trong ống baromet ở chế độ chảy xoáy

Trong đó:
: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 49,5190
C.
 n = 991,54 kg/m3
µ: độ nhớt động lực nước lấy ở nhiệt độ trung bình 49,5190
C
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít nên độ nhám  = 0,2mm.
Regh được tính theo công thức II.60 trang 378, Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1
𝑅𝑒𝑔ℎ = 6. (
𝑑

)
8
7 = 6. (
0,25
0,0002
)
8
7 = 20771,94
Ren được tính theo công thức II.62 trang 379, Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1
𝑅𝑒𝑛 = 220. (
𝑑

)
9
8 = 220. (
0,25
0,2. 10−3
)
9
8 = 670573,59
 Regh < Re < Ren (khu vực quá độ).
 Hệ số ma sát λ theo công thức II.64 trang 380 [1]
𝜆 = 0,1. (1,46.

𝑑
+
100
𝑅𝑒
)0,25
= 0,1. (1,46.
0,2. 10−3
0,25
+
100
214067,87
)0,25
= 0,0201(
𝑊
𝑚. độ
)
 ℎ2 =
0,62
2.9,81
. (2,5 + 0,0201.
𝐻
0,2
) = 0,0459 + 1,84. 10−3
. 𝐻
Mà ta có chiều cao ống baromet
H = h1 + h2 + 0,5
H = 2,6858 +
0,62
2.9,81
. (2,5 + 0,0201.
𝐻
0,2
) + 0,5 = 3,2317 + 1,84. 10−3
. 𝐻
Giải phương trình ta được : H = 3,24m
Chiều cao của thiết bị :
H thiết bị = H TB ngưng tụ + H ống baromet = 5,65 + 3,24 = 8,89m
Chọn H = 9m
7. Bồn cao vị

- Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng của dung dịch nhập liệu. bồn được đặt ở độ
cao phù hợp nhằm thắng được các trở lực của đường ống và cao hơn so với mặt
thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc.
- Áp dụng phương trình Bernoulli với hai mặt cắt là1-1 (mặt thoáng của bồn cao vị),
2-2 ( mặt thoáng của nồi cô đặc).
Z1 +
𝑝1
𝛶
+
𝛼1𝑣1
2
2𝑔
= Z2 +
𝑝2
𝛶
+
𝛼2𝑣2
2
2𝑔
+ h1-2
Trong đó:
v1 = v2= 0 m/s
p1 = 1 at
p2 = p0 = 0,266at
ρ = 1179,04 : khối lượng riêng của dung dịch đường mía 40% ở ttb=49,519o
C
μ = 2,53.10-3
N.s/m2
độ nhớt động lực học của dung dịch đường mía 40% ở
ttb=49,519o
C
z2: khoảng cách từ mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc đến mặt đất;m
z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = 1 + 1,319 + 1,5 + 0,05 + 0,653 = 4,522m
Với :
Z’= 1m : khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất.
Hđ = 1,269+0,05 = 1,319m: chiều cao của đáy nón.
Hbđ = 1,5m: chiều cao của buồng đốt
Hgc = 0,05m: chiều cao của gờ nón cụt
Hc = 0,653m: chiều cao của phần hình nón cụt
Đường kính ống nhập liệu d = 50mm = 0,05m

Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buống bốc là 20m
Tốc độ của dung dịch ở trong ống:
V =
𝐺đ
𝜋
𝑑2
4
𝜌
=
4
8000
3600
𝜋.0,052.1179,04
= 0,96 m/s
Chuẩn số Reynolds:
Re =
𝑣.𝑑.𝜌
𝜇
=
0,96.0,05.1179,04
2,53.10−3
= 22369,1 > 4000( chế độ chảy rối)
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít( bảng II.15, trang 381,[1]).
Ta có độ nhám tuyêt đối là ε = 0,2mm
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378 [1]:
Regh = 6.(
𝑑
ε
)8/7
= 6.(
0,05
0,0002
)8/7
= 3301,065
Ren được tính theo công thức II.62, trang 379, [1]
Ren = 220.(
𝑑
ε
)9/8
= 220.(
0,05
0,0002
)9/8
= 109674,38
→ Regh< Re< Ren ( khu vực quá độ)
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380 [1]
λ = 0,1(1,46
𝜀
𝑑
+
100
𝑅𝑒
)0,25
= 0,1(1,46
0,0002
0,05
+
100
22369,1
)0,25
= 0,0319
Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực cục
bộ
Ký hiệu
Hệ số trở lực
cục bộ
Số lượng
Đầu vào ξ vào 0,5 1
Đầu ra ξ ra 1 1

Khuỷu 900
ξ khuỷu 90 1 6
Van cửa ξ van 1,5 2
∑𝜉 = 0,5 + 1 + 6.1 + 2.1,5 = 10,5
 Tổng tổn thất trên đường ống
h1-2=
𝑣2
2𝑔
(𝜆
𝑙
𝑑
+ ∑𝜉) =
0,962
2.9,81
(0,0319.
20
0,05
+ 10,5) = 1,093 𝑚
Khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất:
z1= z2+
𝑝2−𝑝1
𝜌
+ ℎ1−2 = 4,522 +
0,266−1
1179,04
+ 1,093 = 5,61 𝑚
 Dung dịch đường mía 40% luôn tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc của nồi cô đặc
khi có độ cao từ 5,61 m trở lên
Chọn khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất là 8,5m .
8. Bơm
8.1. Bơm chân không
Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng. Các
đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số
quay nhanh.
Công suất của bơm chân không là:
𝑁 =
1
𝑛𝐶𝐾
.
𝑚
𝑚 − 1
. 𝑝𝑘𝑘. 𝑉𝑘𝑘. [(
𝑝2
𝑝1
)
𝑚−1
𝑚
− 1]
Trong đó:
𝑛𝐶𝐾: hệ số hiệu chỉnh. 𝑛𝐶𝐾 = 0,8
m : chỉ số đa biến, m=1,62

𝑝1: áp suất khí lúc hút
𝑝2: áp suất khí quyển bằng áp suất khí lúc đẩy, chọn 𝑝2 = 1at = 9,81.104
N/m2
𝑝𝑘𝑘: áp suất không khí trong thiếtbiị ngưng tụ
𝑝h: áp suất của hơi nước trong hỗn hợp ở tkk
𝑝𝑘𝑘 = 𝑝1 = 𝑝𝑐 − 𝑝ℎ = 0,26 − 0,0702 = 0,1898𝑎𝑡 = 19231,49 𝑁/𝑚2
Suy ra công suất của bơm chân không là :
𝑁 =
1
0,8.
.
1,62
1,62 − 1
. 19231,49.0,0623 [(
9,81. 104
19231,49
)
1,62−1
1,62
− 1] = 3387,5𝑊
= 3,3875𝐾𝑊
Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, có thể hút không khí, hơi nước.
Chọn bơm chân không vòng nước hai cấp HWVP. Có các thông số khác như sau:
 Kiểu HWVP – 2.
 Độ chân không: 30 ~ 150 Torr.
 Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút.
 Công suất động cơ 1,5 ~ 75 kW.
 Truyền động bằng khớp nối cứng, dây đai hoặc hộp số tùy theo tốc độ quay
tiêu chuẩn của đầu bơm.
 Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, ít phải bảo dưỡng.
 Lượng nước làm kín thấp.
 Vật liệu cánh, trục bơm được làm từ thép không gỉ 304 hoặc 316 giảm đáng kể
sự ăn mòn các chất acid lẫn không môi trường khí và nước.
8.2. Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ
– Công suất bơm:



.
1000
.
.
. H
g
Q
N  ; kW
Trong đó:
+ H – cột áp của bơm; m
+ η – hiệu suất của bơm. Chọn η = 0,75
+ 𝜌 = 995 kg/m3
– khối lượng riêng của nước ở 30 o
C
+ Q – lưu lượng thể tích của nước lạnh được tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3
/s
024
,
0
995
84
,
23




n
G
Q m3
/s
– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bể nước) và 2 –
2 (mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ):
2
1
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
.
2
.
.
2
.







 h
g
v
p
z
H
g
v
p
z




Trong đó:
+ v1 = v2 = 0 m/s
+ p1 = 1 atm
+ p2 = 0,6 atm
+ μ = 0,000801 Ns/m2
– độ nhớt động lực của nước ở 30 o
C (bảng I.107, trang
100, [1])
+ z1 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể nước đến mặt đất
+ z2 = 12 m – khoảng cách từ mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ đến mặt đất
Chọn dhút = dđẩy = 200 mm = 0,2 m ⇒ v1 = v2 = v
Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ là 13 m.

7639
,
0
4
2
,
0
.
024
,
0
4
.
2
2





d
Q
v m/s
89
,
189782
000801
,
0
995
.
2
,
0
.
7639
,
0
.
.
Re 




d
v
≥ 4000 (chế độ chảy rối)
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [1])
⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm.
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378, [1]:
17
,
16096
0002
,
0
2
,
0
.
6
.
6
Re
7
8
7
8
















d
gh
Ren được tính theo công thức II.62, trang 379, [1]:
22
,
521702
0002
,
0
2
,
0
.
220
.
220
Re
8
9
8
9
















d
n
⇒Regh < Re< Ren (khu vực quá độ)
⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [1]:
0251
,
0
53
,
39874
100
2
,
0
0002
,
0
.
46
,
1
.
1
,
0
Re
100
.
46
,
1
.
1
,
0
25
,
0
25
,
0

















d


– Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng
Đầu vào ξvào 0,5 1
Đầu ra ξra 1 1
Khuỷu 900
ξkhuỷu 90 1 3
Van cửa ξvan 1,5 1
⇒ Σξ = 0,5 + 1 + 3.1 + 1,5 = 6
⇒ Tổng tổn thất trên đường ống:

227
,
0
6
2
,
0
13
.
0251
,
0
.
81
,
9
.
2
7639
,
0
.
.
.
2
2
2
2
1 

















 

d
l
g
v
h m
⇒ Cột áp của bơm:
      207
,
6
227
,
0
81
,
9
.
995
10
.
81
,
9
.
1
6
,
0
2
12
4
2
1
1
2
1
2 









 
h
p
p
z
z
H

m
⇒ 939
,
1
75
,
0
.
1000
207
,
6
.
81
,
9
.
995
.
024
,
0


N kW
Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán:
909
,
2
939
,
1
.
5
,
1 

 N kW (với 𝛽 = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang
440, [1])
– Chọn N = 4 hp
– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn. Ký
hiệu bơm là K.
8.3. Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị


.
1000
.
.
. H
g
Q
N  ; kW
Trong đó:
+ 𝜌 = 1074,4 kg/m3
– khối lượng riêng của dung dịch đường mía 18 % ở 30 o
C
(bảng I.86, trang 59, [1])
+ Q – lưu lượng thể tích của dung dịch đường mía 18 % được bơm vào bồn cao vị;
m3
/s
00207
,
0
4
,
1074
3600
8000




n
G
Q m3
/s

– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bể chứa nguyên
liệu) và 2 – 2 (mặt thoáng của bồn cao vị):
2
1
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
.
2
.
.
2
.







 h
g
v
p
z
H
g
v
p
z




Trong đó:
+ v1 = v2 = 0 m/s
+ p1 = 1 atm
+ p2 = 1 atm
+ μ = 0,00207 Ns/m2
– độ nhớt động lực của dung dịch đường mía 18 % (bảng
I.112, trang 114, [1])
+ z1 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu đến mặt đất
+ z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất
Chọn dhút = dđẩy = 40 mm = 0,04 m ⇒ vhút = vđẩy = v
Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến bồn cao vị là 7 m.
65
.
1
4
04
,
0
.
00207
,
0
4
.
2
2





d
Q
v m/s
09
,
56278
00126
,
0
4
,
1074
.
04
,
0
.
65
.
1
,
0
.
.
Re 




d
v
2558
0002
,
0
04
,
0
.
6
.
6
Re
7
8
7
8
















d
gh

01
,
85326
0002
,
0
04
,
0
.
220
.
220
Re
8
9
8
9
















d
n
0309
,
0
09
,
56278
100
04
,
0
0002
,
0
.
46
,
1
.
1
,
0
Re
100
.
46
,
1
.
1
,
0
25
,
0
25
,
0

















d


Đầu ra ξra 1 1
Khuỷu 900
ξkhuỷu 90 1 3
⇒ Σξ = 0,5 + 1 + 3 + 2.1,5 = 7,5
79
,
1
5
,
7
04
,
0
7
.
0309
,
0
.
81
,
9
.
2
65
.
1
.
.
.
2
2
2
2
1 

















 

d
l
g
v
h m
    29
,
3
79
,
1
2
5
,
3
2
1
1
2 





 
h
z
z
H m
⇒ 096
,
0
75
,
0
.
1000
29
,
3
.
81
,
9
.
4
,
1074
.
00207
,
0


N kW
114
,
0
096
,
0
.
5
,
1 

440, [1]).
– Chọn N = 0,25 hp
hiệu bơm là K.

8.4. Bơm tháo liệu


.
1000
.
.
. H
g
Q
N  ; kW
Trong đó:
+ 𝜌 = 1178,53 kg/m3
– khối lượng riêng của dung dịch đường mía 40 % (bảng
I.86, trang 60, [1])
+ Q – lưu lượng thể tích của dung dịch đường mía 40 % được tháo ra khỏi nồi cô
đặc; m3
/s
000849
,
0
53
,
1178
3600
3600




n
G
Q m3
/s
– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (phần nối giữa ống tháo liệu và
đáy nón) và 2 – 2 (mặt thoáng của bể chứa sản phẩm):
2
1
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
.
2
.
.
2
.







 h
g
v
p
z
H
g
v
p
z




Trong đó:
+ v1 = vhút = v; m/s
+ v2 = 0 m/s
409
,
0
10
.
81
,
9
81
,
0
.
81
,
9
.
53
,
1178
0239
,
0
.
2
266
,
0
10
.
81
,
9
.
.
.
2 4
4
0
1 







 đ
H
g
p
p
p

atm
+ p2 = 1 atm
+ μ = 0,004382 Ns/m2
– độ nhớt động lực của dung dịch đường mía 40 % (bảng
I.112, trang 114, [1])
+ z1 = 1 m – khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất

+ z2 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa sản phẩm đến mặt đất
Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ vhút = vđẩy = v
Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến ống tháo liệu là 5 m.
702
,
2
4
02
,
0
.
000849
,
0
4
.
2
2





d
Q
v m/s
95
,
14533
004382
,
0
53
,
1178
.
02
,
0
.
702
.
2
.
.
Re 




d
v
419
,
1158
0002
,
0
02
,
0
.
6
.
6
Re
7
8
7
8
















d
gh
15
,
39122
0002
,
0
02
,
0
.
220
.
220
Re
8
9
8
9
















d
n
0383
,
0
95
,
14533
100
02
,
0
0002
,
0
.
46
,
1
.
1
,
0
Re
100
.
46
,
1
.
1
,
0
25
,
0
25
,
0

















d



Đầu ra ξra 1 1
Khuỷu 900
ξkhuỷu 90 1 4
⇒ Σξ = 0,5 + 1 + 4+ 1.1,5 = 7
17
.
6
7
02
,
0
5
.
0383
,
0
.
81
,
9
.
2
702
,
2
.
.
.
2
2
2
2
1 

















 

d
l
g
v
h m
    17
,
7
17
,
6
1
2
2
1
1
2 





 
h
z
z
H m
⇒ 094
,
0
75
,
0
.
1000
17
,
7
.
81
,
9
.
53
,
1178
.
000849
,
0


N kW
141
,
0
094
,
0
.
5
,
1 

440, [1])
– Chọn N = 0,25 hp
hiệu bơm là K.

TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH
Thành phần Vật liệu Số lượng
Đơn
vị
Đơn giá
(đồng/đv)
Thành tiền
(đồng)
Thiết bị chính OX18H10T 4947,45 kg 120 000 597 294 000
Thiết bị chính CT3 1445,7 kg 70 000 101 199 000
Bơm chân không 5 hp 17 000 000
Bơm nước cho thiết bị ngưng
tụ
4 hp 3 500 000
Bơm nhập liệu 0,25 hp 39 000
Bơm tháo liệu 0,25 hp 12 000
Thiết bị gia nhiệt 1 cái 3 0000 000
Thiết bị ngưng tụ 1 cái 3 0000 000
Thiết bị tách lỏng 1 cái 3 0000 000
Cửa sửa chữa 1 cái 1000 000
Kính quan sát Thủy tinh 0,098 m3
250 000 24 500
Vật liệu cách nhiệt Amiante
carton
0,337 m3
3 000 000 1 011 000
Van 16 cái 30 000 480 000
Lưu lượng kế 1 cái 1 000 000
Áp kế 3 cái 150 000 450 000
Nhiệt kế 2 cái 50 000 100 000
Tai treo CT3 7,35 kg 50 000 367 500
Các ống dẫn
Truyền nhiệt d25 OX18H10T 817 ống 15 000 12 255 000
Tuần hoàn trung tâm d400 OX18H10T 1,5 m 100 000 150 000
Nhập liệu d50 OX18H10T 20 m 15 000 300 000
Tháo liệu d32 OX18H10T 10 m 15 000 150 000
Hơi đốt d200 CT3 15 m 30 000 450 000
Hơi thứ d800 CT3 20 m 50 000 1 000 000
Nước ngưng d70 CT3 10 m 15 000 150 000
Khí không ngưng d70 CT3 10 m 15 000 150 000
Bu lông CT3 68 cái 2 000 136 000
Tổng 828 218 000

KẾT LUẬN
Tính toán, thiết kế cho một thiết bị hoạt động và vận hành theo đúng công
suất và hiệu suất cho một mẻ đường sản xuất ra là một việc quan trọng.
Với những kiến thức và hiểu biết ít ỏi chúng em chỉ có thể trình bày sơ lược
về nguyên liệu cũng như sản phẩm theo yêu cầu, về nồi cô đặc, cách tính toán và
thiết kế cho nồi cô đặc và những vấn đề liên quan khác nữa.
Thông qua đồ án, cũng đã tích góp cho mình nhiều kiến thức về thiết bị, về
nhà máy, cách tính toán thiết kế trong nhà máy…. Nếu có điều gì sai sót, chúng
em rất mong được sự thông cảm và góp ý từ Thầy.
Xin chân thành cám ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 1, NXB Khoa
học và Kỹ thuật, 2006.
[2]. Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 2, NXB Khoa
[3]. Phạm Văn Bôn, Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 10, Ví
dụ và bài tập, NXB ĐHQG TP.HCM, 2010.
[4]. Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối, NXB Khoa học và Kỹ thuật,
2006.
[5]. Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học &
Thực phẩm, tập 5, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định,
NXB ĐHQG TP.HCM, 2006.
[6]. Hồ Lê Viên, Tính toán, Thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB Khoa
[7]. Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ
Giáo dục và Đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng.
[8]. Bộ môn máy và thiết bị, Bảng tra cứu Quá trình cơ học – Truyền nhiệt – Truyền
khối, NXB ĐHQG TP.HCM, 2009.

Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục năng suất nhập liệu 8000kg trên giờ.docx

More Related Content

What's hot

Similar to Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục năng suất nhập liệu 8000kg trên giờ.docx

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

Recently uploaded

Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục năng suất nhập liệu 8000kg trên giờ.docx