Đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
 KHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc 
Bộ môn: Công nghệ sau thu hoạch	 --------o0o-------
 -------------------
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Thị Thuần
Lớp: CNTP45
Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
1/ Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều.
Thiết bị cô đặc phòng đốt treo.
Cô đặc dung dịch NaCl 
2/ Các số liệu ban đầu:
- Năng suất tính theo dung dịch đầu (Tấn/giờ):	18
- Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng):	12
- Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng):	25	
- Áp suất hơi đốt nồi 1 (at):	4
- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng (at):	0,3
3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Đặt vấn đề 
- Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế.
- Chương II:Tính toán công nghệ thiết bị chính.
- Chương III:Tính và chọn thiết bị phụ: Thiết bị Baromet, bơm chân không, bơm dung dịch, thiết bị gia nhiệt.
- Chương IV: Kết luận.
- Tài liệu tham khảo
4/ Các bản vễ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ):
- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 và A3 đính kèm trong bản thuyết minh.
- 1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1.
5/ Giáo viên hướng dẫn:
Phần: toàn bộ	 Họ và tên giáo viên: Tống Thị Quỳnh Anh. 
6/ Ngày giao nhiệm vụ:	25/03/2014
7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ:	25/05/2014
Thông qua bộ môn	
 	GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
	Ngày.... tháng .... năm 2014	 	(Ký, ghi rõ họ tên)
	TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN	
	 (Ký, ghi rõ họ tên)	 	 Tống Thị Quỳnh Anh
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ	5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU 
CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ	6
I. Tổng quan về sản phẩm	6
 1.1.1. Tính chất vật lý cơ bản của sản phẩm	6
II. Cơ sở lý thuyết và các phương pháp cô đặc	6
 1.2.1. Định nghĩa	6
 1.2.2. Các phương pháp cô đặc	7
 1.2.3. Ứng dụng của sự cô đặc	8
 1.2.4.Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình	8
III. Lựa chọn phương án thiết kế - thuyết minh quy trình công nghệ	9
 1.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế	9
 1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ	9
CHƯƠNG II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG	11
2.1. Tính cân bằng vật liệu	11
 2.1.1. Xác định lượng hơi thứ bốc hơi ra khỏi hệ thống	11
 2.1.2. Xác định sự phân phối hơi thứ trong các nồi	11
 2.1.3. Xác định nồng độ dung dịch cuối mỗi nồi	12
2.2. Cân bằng nhiệt lượng	12
 2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ trong các nồi ban đầu	12
 2.2.2. Xác định các loại tổn thất nhiệt độ trong các nồi	13
 2.2.2.1. Tổn thất do nồng độ gây ra 	13
 2.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh 	15
 2.2.2.3 Tổn thất do trở lực của đường ống 	17
 2.2.3. Tổn thất cho toàn bộ hệ thống	17
 2.2.4. Hiệu số nhiệt độ hữu ích cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi	17
 2.2.5. Cân bằng nhiệt lượng	18
 2.2.5.1. Tính nhiệt dung riêng	18
 2.2.5.2. Tính nhiệt lượng riêng	18
 2.2.5.3. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng	19
2.3. Tính bề mặt truyền nhiệt	21
 2.3.1. Độ nhớt.	21
 2.3.2. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch	22
 2.3.3. Hệ số cấp nhiệt	23
 2.3.3.1. Về phía hơi ngưng tụ	24
 2.3.3.2. Về phía dung dịch sôi	25
 2.3.4. Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi	25
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHÍNH	31
3.1. Buồng bốc	31
 3.1.1. Tính số ống truyền nhiệt	31
 3.1.2. Đường kính thiết bị buồng đốt	31
3.2. Buồng bốc	32
 3.2.1. Đường kính buồng bốc	32
 3.2.2. Chiều cao buồng bốc	32
3.3. Đường kính các ống dẫn	33
 3.3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt	33
 3.3.2. Đường kính ống dẫn hơi thứ	34
 3.3.3. Đường kính ống dẫn dung dịch	34
 3.3.4. Đường kính ống tháo nước ngưng	36
3.4. Chiều dày vĩ ống	37
3.5. Chiều dày lớp cách nhiệt	37
 3.5.1. Chiều dày lớp cách nhiệt của ống dẫn	37
 3.5.1.1. Chiều dày của ống dẫn hơi đốt	38
 3.5.1.2. . Chiều dày của ống dẫn hơi thứ	38
 3.5.1.3. . Chiều dày của ống dẫn dung dịch	39
 3.5.2. Tính chiều dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị	40
3.6. Chọn mặt bích	40
 3.6.1. Chọn mặt bích buồng đốt	40
 3.6.2. Chọn mặt bích buồng bốc	40
3.7. Chọn tai treo	42
 3.7.1. Tai treo buồng đốt	42
 3.7.2. Bề dày đáy buồng đốt	43
 3.7.3. Bề dày nắp buồng đốt	46
 3.7.4. Bề dày nắp buồng đốt	47
 3.7.5. Bề dày nắp buồng bốc	50
 3.7.6. Khối lượng lớp cách nhiệt	52
 3.7.7. . Khối lượng cột chất lỏng	53
 3.7.8. . Khối lượng cột hơi	53
 3.7.9. . Khối lượng bích	53
 3.7.10. . Khối lượng ống truyền nhiệt	54
 3.7.11. . Khối lượng vĩ ống	54
CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ PHỤ	56
4.1. Cân bằng vật liệu	56
 4.1.1. lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ	56
 4.1.2. Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị	56
4.2. Kích thước thiết bị ngưng tụ	57
 4.2.1. đường kính thiết bị ngưng tụ	57
 4.2.2. Kích thước tấm ngăn	57
 4.2.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ	59
 4.2.4. Kích thước ống baromet	60
4.3. Chọn bơm	62
 4.3.1. Bơm chân không	62
 4.3.2. Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ	63
 4.3.3. Bơm dung dịch lên thùng cao vị	66
 4.3.4. Bơm dung dịch từ nồi 3 vào nồi 2	68
 4.3.5. Bơm dung dịch từ nồi 2 vào nồi 1	70
 4.3.6. Bơm dung dịch từ nồi 1 sang bể chứa sản phẩm	72
CHƯƠNG V. KẾT LUẬN	75
TÀI LIỆU THAM KHẢO	76
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, công nghiệp hóa chất đã trở thành một phần không thể thiếu trong nền công nghiệp thế giới. Đó là một ngành công nghiệp hiện đại và luôn đòi hỏi sự đổi mới, sản xuất ra các loại hóa chất khác nhau, phục vụ cho cuộc sống hằng ngày cũng như các ngành công nghiệp khác, như công nghiệp sản xuất xà phòng, sản xuất vải, giấy, và cả công nhệ thực phẩm.Quy trình công nghệ sản xuất ra một sản phẩm luôn phải trải qua nhiều giai đoạn phức tạp, trong đó cô đặc luôn là một phần không thể thiếu, đó là một giai đoạn quan trọng và có tính quyết định đến chất lượng cũng như nồng độ sản phẩm.
Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaCl, vì khả năng ứng dụng rộng rãi của nó.
	Trong quy trình sản xuất NaCl, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng. Nó đưa dung dịch NaCl đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu cầu sử dụng đa dạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh.
	Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc NaCl ba nồi ngược chiều có buồng đốt treo nhằm cô đặc dung dịch NaCl từ 12% lên 25%.
	Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thực phẩm, việc thực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng. Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúp sinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của một thiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể. 
	Em xin chân thành cảm ơn cô Tống Thị Quỳnh Anh đã chỉ dẫn tận tình trong quá trình em thực hiện đồ án. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khác trong bộ môn cũng như các anh chị, các bạn đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tư vấn bổ ích trong quá trình hoàn thành đồ án. Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót; vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các bạn để có thể hoàn thành tốt đồ án được giao.
CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
GIỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM
	Trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện nay, các hóa chất được sử dụng từ ngành công nghiệp hóa chất có một vai trò không thể thiếu và được ứng dụng rộng rãi. Natri clorua với công thức hóa học NaCl, là một trong những hóa chất thông dụng với nhiều ứng dụng tực tiễn, hiện nay NaCl đang được sản xuất ngày càng lớn.
Tính chất vật lý cơ bản của NaCl
NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành các ion.
Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày
Khối lượng riêng dung dịch tại 25% là 1136,52 (kg/m)
 Muối có vị mặn, vị của muối là một trong những vị cơ bản.
Muối ăn cần thiết cho mọi sự sống của mọi cơ thể sống. Muối ăn tham gia vào chức năng điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể ( cân bằng lỏng)
Muối còn được dùng làm chất bảo quản thực phẩm (ướp thịt, cá tránh bị 
ươn ) hay dùng làm chất phụ gia thục phẩm. Ngoài ra nó còn được ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.
Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối Iôt. Nó thu nhận được từ mỏ muối hay từ nước biển.
CƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
Định nghĩa:
 Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:
- Làm tăng nồng độ chất tan.
- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.
- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:
Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy vì nhiệt.
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác.
Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
	Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ.
	Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm việc gián đoạn hoặc liên tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt.
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba...hơi thứ nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên. Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.
1.2.2. Các phương pháp cô đặc
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn 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 thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy theo 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 phải dùng đến máy lạnh.
Phương pháp nhiệt
Phương pháp lạnh
	Dễ bị quá nhiệt cục bộ làm hỏng sản phẩm
	Sản phẩm không bị hỏng do nhiệt
	Sản phẩm dễ bị thay đổi màu sắc, đôi khi có mùi
	Sản phẩm không thay đổi màu sắc, không có mùi
	Hiệu suất cô đặc cao
	Hiệu suất cô đặc thấp
	Thiết bị đơn giản
	Thiết bị phức tạp
1.2.3. Ứng dụng của cô đặc
Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mỳ chính, nước trái cây...
Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ...
1.2.4. Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình:
Người ta có thể phân loại thiết bị cô đặc theo:
Nguyên lý làm việc: Thiết bị làm việc gián đoạn, làm việc liên tục.
Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: áp suất dư; áp suất khí quyển; áp suất chân không.
Theo phương pháp cấp nhiệt: thiết bị dùng hơi (thường được dùng nhiều hơn cả); thiết bị dùng nước nóng, dầu nóng; thiết bị dùng điện; thiết bị dùng khói của phản ứng cháy.
Theo cấu tạo thiết bị: thiết bị có buồng đốt là giàn ống đứng, nằm ngang, nằm nghiêng; buồng đốt treo.
	Ngoài ra đối với loại được đốt nóng bằng hơi nước thường chia làm 6 loại gồm ba nhóm chủ yếu:
Nhóm 1: 
Dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc).
Nhóm 2: 
Dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. 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, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây, hoa quả ép, 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.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.3.1. Lựa chọn phương án thiết kế
Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các thiết bị nói trên ta chọn loại thiết bị cô đặc ba nồi ngược chiều phòng đốt treo.
Ưu điểm:
 Khi cô đặc ngược chiều thì dung dịch có nhiệt độ cao nhất sẽ đi vào nồi đầu, ở đây nhiệt độ lớn hơn nên độ nhớt không tăng mấy. Kết quả là hệ số truyền nhiệt trong các nồi hầu như không giảm đi mấy. Ngoài ra lượng bốc hơi ở cuối nồi sẽ nhỏ hơn khi cô đặc ngược chiều, do đó lượng hơi nước dùng làm ngưng tụ hơi trong thiết bị ngưng tụ sẽ nhỏ hơn.
Hệ thống này thường dùng cho dung dịch có độ nhớt cao, ăn mòn.
Nhược điểm:
 Do dung dịch đi từ nơi có áp suất thấp đến nơi có áp suất cao nên không tự di chuyển được mà phải sử dụng bơm để vận chuyển dung dịch, làm tăng chi phí.
1.3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ 
Dung dịch ban đầu trong thùng chứa nguyên liệu (1) được bơm ly tâm (2) bơm lên thùng cao vị (3) qua van tiết lưu điều chỉnh lưu lượng qua lưu lượng kế (16) sau đó vào thiết bị gia nhiệt (4). Tại thiết bị gia nhiệt dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi của nồi 3. Sau quá trình gia nhiệt dung dịch được chuyển qua nồi 3 qua cửa số (5). Tại nồi 3 dung dịch NaCl bốc hơi một phần tại buồng bốc, hơi thứ thoát lên qua thiết bị ngưng tụ, được ngưng tụ còn lượng khí không ngưng còn lại được bơm chân không hút ra ngoài sau khi qua thiết bị thu hồi bọt rồi đi ... ồi:
K1 = 950 (mm); K2 = 835(mm).
Chiều cao của hệ thống thiết bị : H = 5080 (mm).
Chiều rộng của hệ thống thiết bị: T = 2350 (mm).
Đường kính của thiết bị thu hồi : D1 = 500 (mm); D2 = 400 (mm).
Chiều cao của thiết bị thu hồi : h1 = 1700 (mm) ; h2 = 1350 (mm).
Tính kích thước ống Baromet
Áp suất trong thiết bị ngưng tụ là 0,3 (at); do đó để tháo nước ngưng và hơi ngưng tụ một cách tự nhiên thì thiết bị phải có ống Baromet.
Đường kính trong của ống Baromet được xác định theo công thức:
 (CTVI.57. STQTTB,T2/Trang 86).
Với: 
W: là lượng hơi ngưng(kg/s).
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị để làm nguội(kg/s).
w: tốc độ của hỗn hợp nước,chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet(m/s) thường lấy (0,5 ÷ 0,6)m/s; chọn w = 0,5(m/s).
Chọn dB = 300 (mm)
Chiều cao của ống Baromet được xác định theo công thức:
	H = h1 + h2 + 0,5(m) (CT VI.58, ST QTTB T2/Trang 86).
Với: 
h1 : là chiều cao của cột nước trong ống cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ (m).
h2 : là chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực của nước chảy trong ống (m)
Ta có: (CT VI.59, ST QTTB T2/Trang 86).
Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ (mmHg).
Þ b = (1 – 0,3).760 = 532 (mmHg)
Mà (CT VI.60, ST QTTB T2/Trang 87).
Hệ số trở lực khi vào đường ống lấy x1 = 0,5; khi ra khỏi ống lấy x2 = 1 thì công thức trên có dạng như sau:	
Với: 
H: toàn bộ chiều cao ống Baromet (m).
d : đường kính trong của ống Baromet(m).
λ: hệ số ma sát khi nước chảy trong ống.
Để tính λ ta tính hệ số chuẩn Re khi chất lỏng chảy trong ống Baromet:
( Trang 63, ST QTTB T1 )
Với: 
dB : đường kính ống dẫn.(m) dB = 0,3 (m)
ρn: khối lượng riêng của nước tra theo t2đ = 30(oC); ρn = 995,68 (kg/m3).(Bảng I.6, ST QTTB T1/Trang 12)
m: độ nhớt của nước tra ở 30 (oC): m = 0,8007.10-3(N.s/m2). (Bảng I.102, ST QTTB T1/Trang 94)
Vậy ống Baromet có chế độ chảy xoáy, ở chế độ chảy xoáy ta có thể xác định hệ số ma sát theo công thức sau:
 (Công thức II.65, ST QTTB T1/Trang 380)
Với: 
Δ: độ nhám tương đối xác định theo công thức sau:
 	.(Công thức II.66, ST QTTB T1/Trang 380)
Trong đó: 
e: độ nhám tuyệt đối: e = 0,1(mm), (tra bảng II.15, ST QTTB T1/Trang381).
dtd: đường kính tương đương của ống (m).
 (W/m.độ)
Với: 
Þ h2 = 0,032 + 0,722.10-3H Þ 0,722.10-3H - h2 = - 0,032 (1)
Và : H = h1 + h2 + 0,5 = 7,231 + h2 + 0,5 Þ H - h2 = 7,731 (2)
Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: 	H = 7,769 (m)
 h2 = 0,038 (m)
Ngoài ra còn lấy thêm chiều cao dự trữ để tránh hiện tượng nước dâng lên ngập thiết bị 0,5 (m). Suy ra chiều cao của Baromet là: H = 8,269 (m).
Tuy nhiên, trong thực tế, để thiết bị ngưng tụ làm việc ổn định và tránh hiện tượng nước trào ra ngoài thì ta phải chọn chiều cao của nó từ 12 m.
CHỌN BƠM
Bơm chân không
Ngoài tác dụng hút khí không ngưng và không khí,bơm chân không còn có tác dụng tạo độ chân không cho thiết bị ngưng tụ va thiết bị cô đặc.
Trong thực tế quá trình hút khí là quá trình đa biến nên:
 (CT III.3 GT QTTB T1 / Trang 119)
Với: 
+ P1 : áp suất khí lúc hút (N/m2); P1= Pkk.
+ P2 : áp suất khí lúc đẩy (N/m2).
+ k : chỉ số đa biến của không khí, lấy k = 1,25.
+ mck: hiệu số cơ khí của bơm chân không kiểu pittông, mck = 0,9.
+ N : công suất tiêu hao ( W).
+ vkk : thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi hệ thống (m3/s).
P1 = Pkk = (0,3 – 0,0461).9,81.104 = 24907,59 (N/m2).
Chọn: P2 = Pkq = 1,033.9,81.104 = 101337,3 (N/m2).
Vậy công suất tiêu hao của bơm chân không là: N = 1748,5 (W).
Công suất của động cơ: (CT II.250, ST QTTB T1/Trang 466).
Với: 
+ b: là hệ số dự trữ công suất,thường lấy b =1,1÷1,15.
chọn b = 1,12.
+ htr : hiệu suất truyền động , thường lấy 0,96÷0,99, chọn htr = 0,96.
+ hđc : hiệu suất động cơ, lấy hđc = 0,95.
Vậy công suất của động cơ bơm chân không là 2147,28 (W).
Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ
Chọn bơm ly tâm 1 guồng để bơm nước lạnh lên thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều cao ống hút và ống đẩy của bơm là: Ho= 18 (m).
Chiều dài toàn bộ đường ống là: 22 (m).
Đường kính ống dẫn nước:
 (chọn w = 2 m/s).
Chọn d = 0,18 (m)
Công suất của động cơ được tính theo công thức sau:
.(CT II.189, ST QTTB T1/Trang 439).
Với: 
+ ρ: khối lượng riêng của nước ở 25(oC).
+ N: công suất cần thiết của bơm (kW).
+ Q: năng suất của bơm (m3/s).
+ H: áp suất toàn phần (áp suất cần thiết để chất lỏng chảy trong ống)
+ h: hiệu suất của bơm, chọn h = 0,85. (Bảng II.32, ST QTTB T1/ Trang 439, chọn h = 0,8 ÷ 0,94)
Tính Q:	
Với: 	Gn: là lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ. (kg/s)
Tính H: 
H = Hm + Ho+ Hc (m). (CT II.185, ST QTTB T1/Trang438)
Trong đó: 
+ Hm : trở lực thủy lực trong mạng ống.
+ Hc : chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy và đầu ống hút.
+ Ho : tổng chiều dài hình học mà chất lỏng được đưa lên ( gồm chiều cao hút và chiều cao đẩy )
Tính Hm :	
Tính Hm :	
Với: 
+ l: chiều dài toàn bộ ống, l = 22(m).
+ d: đường kính trong của ống, d = 0,18(m).
+ w: tốc độ của nước trong ống (m/s). (Chọn w = 2 m/s)
+ λ: hệ số ma sát
+ Σx: trở lực chung.
Hệ số ma sát được xác định qua chế độ chảy Re:
(II.42, ST QTTB T2/trang 370)
Với: 
+ m: độ nhớt của nước ở 30(oC), m = 0,8007.10-3(N.s/m2) ( Bảng I.102, ST QTTB T1/Trang 94).
Nên trong ống có chế độ chảy xoáy.
Tính hệ số ma sát:
	(CT II.65, ST QTTB T1/Trang 380).
Với: 
+ Δ: là độ nhám tương đối được xác định theo công thức sau:
Trong đó: 
+ dtđ: đường kính tương đương của ống. (m)
+ e: độ nhám tuyệt đối, e = 0,1(mm).
 (W/m.độ)
Tổng trở lực : theo bảng II.16, ST QTTB T1/Trang 382; ta có:
Σx cửa vào = 0,5 (Bảng N010)
Σx cửa ra = 1 (Bảng N010)
xkhuỷu ống = 0,38 (6 khuỷu) (Bảng No29)
xvan tiêu chuẩn = 4,1 (Bảng N037)
xvan chắn = 0,5(Bảng N045)
Þ Σ x = 0,5 + 1 + 0,38.6 + 4,1 + 0,5 = 8,38
Vậy:
Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy và đầu ống hút: 
Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy.
Áp suất toàn phần của bơm là:
H = 2,152 + 18 + (- 7,03) = 13,122 (m)
Công suất của bơm:
Công suất của động cơ điện:
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh hiện tượng quá tải. Vì Nđc nằm trong khoảng 5 – 50 kW nên tra bảng II.33, ST QTTB T1/ Trang 440, chọn hệ số dự trữ b =1,15.
Suy ra: N = b.Nđc =1,15.5,446 = 6,263 (KW).
Bơm dung dịch lên thùng cao vị
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 18 (m).
Công suất của bơm được tính theo công thức:
.(CTII.189, ST QTTB T1/Trang 439)
Với: 
+ h: hiệu suất của bơm, chọn h = 0,85. (Bảng II.32, ST QTTB T1/Trang 439).
+ ρ: khối lượng riêng của NaCl có C = 12 %, t = 25(oC). (Bảng I.59, ST QTTB T1/ Trang 46) ρ= 1083,65 (kg/m3).
+ Q : năng suất của bơm (m3/s).
+ H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống
Tính Q:	
Với: Gđ : là lượng dung dịch đầu (kg/s).
Tính H:
H = Hm + Ho+ Hc (m). (CT II.185, ST QTTB T1/Trang438)
Trong đó: 
+ Hm : trở lực thủy lực trong mạng ống.
+ Hc : chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy và đầu ống hút.
+ Ho : tổng chiều dài hình học mà chất lỏng được đưa lên (gồm chiều cao hút và chiều cao đẩy ), chọn Ho = 18 (m).
Tính Hm :	
 (chọn wn = 2 m/s)
Chọn d = 0,06 (m)
mdd = 1,124.10-3(N.s/m2) (Bảng I.107, ST QTTB T1/Trang 100)
Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re:
→Re=2.0,06.1083,651,124.10-3=11,57.104>104
Nên trong ống có chế độ chảy xoáy.
Tính hệ số ma sát:
	(CT II.65, ST QTTB T1/Trang 380).
Với: Δ: là độ nhám tương đối được xác định theo công thức sau:
Trong đó: + dtđ: đường kính tương đương của ống. (m)
+ e: độ nhám tuyệt đối, e = 0,1(mm).
 	 (W/m.độ)
Þ Σ x = 0,5 + 1 + 0,38.3 + 4 + 8,61 = 15,25 Tổng trở lực : theo bảng II.16,
ST QTTB T1/Trang 382; ta có:
Σx cửa vào = 0,5 (Bảng N010)
Σx cửa ra = 1 (Bảng N010)
xkhuỷu ống = 0,38 (3 khuỷu) (Bảng No29)
xvan tiêu chuẩn = 4,0(Bảng N037)
xvan chắn = 8,61 (Bảng N045)
Vậy:
Hm=0,023.220,08+15,25.222.9,81=4,83
Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy và đầu ống hút: 
Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy.
Hc=4-1.9.81.1041083,65.9,81=27,68m
Áp suất toàn phần của bơm là:
H = 4,83 + 18 + 27,68 = 50,51 (m)
Công suất của bơm:
N=Q.H.ρ.g1000.n=4,614.10-3.50,51.1083,65.9.811000.0,85=2,915kW
Công suất của động cơ điện:
Nđc=Nntr.nđc=2,9150,96.0,95=3,196kW
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh hiện tượng quá tải. Vì Nđc nằm trong khoảng 1 – 5 kW nên tra bảng II.33, ST QTTB T1/ Trang 440, chọn hệ số dự trữ b =1,4.
Suy ra: N = b.Nđc =1,4.3,196 = 4,474 (KW).
4.3.4. Bơm dung dịch từ nồi 3 vào nồi 2
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 8 (m).
Công suất của bơm được tính theo công thức: .
Với: : hiệu suất của bơm, chọn =0,85.
	Dung dịch ra khỏi nồi 3 có: x3=11,081% và ở nhiệt độ là 79,857(oC). (Tra bảng I.23,STQTTB,T1/Trang 35) ta có: = 1053,55 (kg/m3) 
= 0,460.10-3(N.s/m2)
Q: năng suất của bơm (m3/s).	
H: áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống.
H=Hm+Hc+Ho
Với: Hm: trở lực trong mạng ống
 Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút.
 Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=8(m).
Tính Q : 	 
 Với: Gđ là lượng dung dịch đầu (kg/s).
 	→Q=18000-2746,647 1053,55=4,02.10-3m3/s
Tính H :
Tính Hm:
- Ta có: 
d=4,02.10-31.0.785=0,072m (chọn )
Chọn d = 0,08(m)
- Hệ số ma t được tính qua chế độ chảy Re:
Re=ω.d.ρddμ=1.0,08.1053,550,46.10-3=18,32.104>104
Có chế độ chảy xoáy, suy ra:
	 (CT II.65, STQTTB, T1/Trang 380).
Với: :là độ nhám tương đối được xác định theo công thức sau:
	.
	Trong đó:d tđ: đường kính tương đối của ống.(m)
	 :độ nhám tuyệt đối, =0,1(mm)
= 0,022(W/m.độ)
Tổng trở lực:theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có:
	cửa vào= 0,5 (Bảng N010)
	cửa ra= 1 (Bảng N010)
	khuỷu ống= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N029)
	van tiêu chuẩn= 4,45 (2 cái) (Bảng N037)
	van chắn= 0,5(Bảng N045) 
 	 →Hm=0.022.220,08+12,04.122.9,81=0,922
Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy và đầu ống hút: 
	Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy.
Hc=1,849-0,842.9,81.1041053,55.9,81=9,558m
Áp suất toàn phần của bơm:	
	H= 0,9558+9,22+8= 18,176(m).
Công suất của bơm:	
N=18,176.4,02.10-3.1053,551000.0,85=0,89kW
Công suất của động cơ điện:
Nđc=Nnđc.ntr=0,890,96.0,95=0,975(kW)
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh hiện tượng quá tải. Vì Ndc < 1KW (tra bảngII.33,STQTTB,T1/Trang 440) chọn hệ số dự trữ =2
Suy ra: N =.Nđc = 2.0,975 = 1,95(KW).
4.3.5. Bơm dung dịch từ nồi 2 vào nồi 1
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 8 (m).
Công suất của bơm được tính theo công thức: .
Với: : hiệu suất của bơm, chọn =0,85.
	Dung dịch ra khỏi nồi 2 có: x2=14,588 % và ở nhiệt độ là 102,66(oC). (Tra bảng I.23,STQTTB,T1/Trang 35) ta có: = 1059,2(kg/m3) 
= 0,496.10-3(N.s/m2)
Q: năng suất của bơm (m3/s).	
H: áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống.
H=Hm+Hc+Ho
Với: Hm: trở lực trong mạng ống
 Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút.
 Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=8(m).
Tính Q : 	
 Với: Gđ là lượng dung dịch đầu (kg/s).
Q=18000-3061,935-2662,5521059,2.3600=3,2.10-3(m3/s)
Tính H :
- Ta có: 
 (chọn )
Chọn d = 0,08(m)
- Hệ số ma t được tính qua chế độ chảy Re:
	 9,97. > 104
Có chế độ chảy xoáy, suy ra:
	 (CT II.65, STQTTB, T1/Trang 380).
Với: :là độ nhám tương đối được xác định theo công thức sau:
	.
	Trong đó:d tđ: đường kính tương đối của ống.(m)
	 :độ nhám tuyệt đối, =0,1(mm)
= 0,023(W/m.độ)
Tổng trở lực:theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có:
	cửa vào= 0,5 (Bảng N010)
	cửa ra= 1 (Bảng N010)
	khuỷu ống= 0,38 (3 khuỷu) (Bảng N029)
	van tiêu chuẩn= 4,45 (2 cái) (Bảng N037)
	van chắn= 0,5(Bảng N045) 
Vậy:	
Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy và đầu ống hút: 
Với: P1, P2: áp suất tương ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy.
Áp suất toàn phần của bơm:	
	H= 0,936+19,628+8= 28,564(m).
Công suất của bơm:	
Công suất của động cơ điện:
	==1,22(KW)
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh hiện tượng quá tải. Vì Ndc > 1KW (tra bảngII.33,STQTTB,T1/Trang 440) chọn hệ số dự trữ =1,3	
Suy ra: N =.Nđc = 1,3.1,22 = 1,586 (KW).
4.3.6. Bơm dung dịch từ nồi 1 sang bể chứa sản phẩm:
Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút và chiều cao đẩy là 1(m).
Chiều dài của ống là 10 (m)
Công suất của bơm được tính theo công thức:
	(CTII.189,STQTTB,T1/439)
Với: : hiệu suất của bơm, chọn = 0,85
 : khối lượng riêng của dung dịch có C =25%; t = 128,94(oC)
 	= 1121,9(kg/m3)	 
 Q : năng suất của bơm (m3/s)
G: lưu lượng bơm (Kg/s)
 H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động trong ống
	H= Hm+ Hc+Ho
Với: Hm: trở lực trong mạng ống
	Hc: chênh lệch áp suất ở cuối ống đẩy, đầu ống hút
	Ho: chiều cao ống hút và đẩy, chọn: Ho=1(m)
Tính Hm 
Chọn đường kính ống hút và đẩy dung dịch d = 50(mm)
ω=Gc0,785.d2.ρ=1,110,785.0,052.1121,9=0,504(m/s)
 = 0,166.10-3(N.s/m2) 
Hệ số ma sát được tính qua chế độ chảy Re:
Re=ω.d.ρddμdd=0,504.0,05.1121,90,166.10-3=17,03.104>104
Có chế độ chảy xoáy, suy ra:
Với: 
Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382; ta có:
	cửa vào= 0,5 (Bảng N010)
	cửa ra= 1 (Bảng N010)
	Co 900= 0,38 (3 cái) (Bảng N029)
	van tiêu chuẩn= 4,1 (Bảng N037)
	van một chiều= 11,43 (Bảng N047) 
Vậy:	
Hm=0.026.200,05+18,17.0,5922.9.81=0,24 (m)
Tính Hc:
P1: áp suất đầu ống hút, P1=0.258(at) (bỏ qua áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong ống truyền nhiệt).
P2: áp suất cuối ống đẩy, P2=1at
Hm=1-0,258.9.81.1041121,9.9,81=6,61(m)
Áp suất toàn phần của bơm:	
	H= 1+ 0,24 + 6,61 = 7,85(m).
Công suất của bơm:
N=1,11.10-3.7,85.1121,9.9,811000.0,85=0,113(kW)
Công suất của động cơ điện:
Nđc=Nnđc.ntr=0,1130,96.0,95=0,124(kW)
Người ta thường lấy động cơ có công suất lớn hơn công suất tính toán để tránh hiện tượng quá tải. Vì Ndc <1(kW) (tra bảngII.33, [1]/ 440), chọn hệ số dự trữ =1,7.
Suy ra: N=.Nđc=1,7.0,124=0,21(kw)
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
	Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi ngược chiều, buồng đốt treo, dùng hơi đốt là hơi nước bão hòa có áp suất là 4 at để cô đăc dung dịch NaCl có nồng độ 12% lên đến nồng độ 25%. 
	Sau khi thực hiện bản đồ án này, em đã hình dung ra công việc của người thiết kế. Ngoài ra còn giúp em nắm vững hơn phần lý thuyết đã học, cách tính toán các thiết bị và phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế.
	Nhưng qua đó em cũng nhận thấy rằng bản thân còn phải học hỏi rất nhiều. Và để cho thiết kế của mình có thể đi vào thực tế thì cần phải thực hiện rất nhiều vấn đề nữa. Tuy em đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy, em mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô để đồ án này được hoàn chỉnh hơn.
 Qua đây em xin chân thành cảm ơn cô giáo Tống Thị Quỳnh Anh và các thầy cô trong khoa đã tận tình chỉ dẫn góp ý để em hoàn thành bản thiết kế này, cảm ơn sự góp ý chân thành của các bạn và các anh chị khóa trước để bài đồ án hoàn thành tốt.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS Trần Xoa, TS nguyễn Trọng Khuôn, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ công nghệ hóa chất – tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.
2. TS Trần Xoa, PgsTS nguyễn Trọng Khuôn, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay quá trình thiết bị công nghệ công nghệ hóa chất – tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.
3. TS Phạm Xuân Toản, quá trình và công nghệ hóa chất – tập 3, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà nội.