›
›

Giáo trình Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt (Phần 2)

pdf 56 trang ngocly 1410
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt (Phần 2)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_cac_qua_trinh_va_thiet_bi_truyen_nhiet_phan_2.pdf

Nội dung text: Giáo trình Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt (Phần 2)

  1. BÀI 8 CÔ ĐẶC Mã bài: QTTB 8 Giới thiệu Cô đặc đƣợc ứng dụng trong sản xuất sản suất hóa học và thực phẩm, nhƣ các quá trình cô đặc NaOH cô đặc nƣớc trái cây v v. Mục tiêu thực hiện Học xong bài này học viên có khả năng: - Mô tả bản chất của quá trình cô đặc. - Mô tả hệ thống cô đặc. - Tính toán cân bằng vật liệu, nhiệt lƣợng trong các thiết bị cô đặc. - Vân hành các thiết bị cô đặc. Nội dung chính Bản chất của quá trình cô đặc và các phƣơng pháp cô đặc. Cô đặc một nồi và tính toán cân bằng vật liệu, nhiệt lƣợng trong cô đặc một nồi. Hệ thống cô đặc nhiều nồi và tính toán cân bằng vật liệu, nhiệt lƣợng trong cô đặc nhiều nồi. Cấu tạo các thiết bị cô đặc. 8.1.Khái niệm chung Trong công nghiệp hoá chất và thực phẩm thƣờng làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc. 8.1.1. Định nghĩa Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của dung dịch bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ. 8.1.2. Ứng dụng của quá trình bay hơi(cô đặc) - Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch; - Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh); - Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nƣớc cất); 8.1.3. Các phƣơng pháp cô đặc Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi làm việc gián đoạn liên tục. Khi cô đặc gián đoạn dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục giữ nguyên 105
  2. mức chất lỏng không đổi trong quá trình và khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu sẽ lấy ra hết rồi tiếp tục cho dung dịch mới vào để cô đặc tiếp. Khi cô đặc liên tục trong thiết bị cô đặc nhiều nồi thì dung dịch đƣợc đƣa vào liên tục và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng đƣợc lấy ra liên tục. Trong quá trình cô đặc có thể tiến hành ở áp suất khác nhau tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật. - Cô đặc ở áp suất thƣờng thì thiết bị để hở - Cô đặc ở áp suất chân không thì nhiệt độ sôi dung dịch giảm do đó chi phí hơi đốt giảm và hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch giảm do đó diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm, cô đặc chân không cho phép cô đặc dung dịch có nhiệt độ sôi cao ở áp suất thƣờng có thể sinh ra phản ứng phụ không mong muốn (oxy hoá, đƣờng hoá, nhựa hoá). Cô đặc ở áp suất cao chỉ xảy ra trong các nồi cô đặc đặt trƣớc đối hệ thống cô đặc nhiều nồi. 8.2. Cô đặc một nồi 8.2.1.Cô đặc một nồi làm việc gián đoạn Trong thực tế cô đặc một nồi thƣờng ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giá trị kinh tế. Cô đặc một nồi thƣờng làm việc theo ba phƣơng pháp sau: - Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu; - Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ xung dung dịch mới liên tục vào để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu, sau đó tháo dung dịch ra làm sản phẩm và thực hiện một mẻ mới. 8.2.2. Cô đặc một nồi liên tục Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bổ xung dung dịch mới liên tục vào để giữ mức chất lỏng không đổi cho đến khi nồng độ đạt yêu cầu, sau đó tháo liên tục một phần dung dịch ra làm sản phẩm, đồng thời luôn bổ xung một lƣợng dung dịch mới vào thiết bị. Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi liên tục trên hình (8-1). Dung dịch đầu từ thùng chứa 7 đƣợc bơm đƣa lên thùng cao vị 8, sau đó chảy qua lƣu lƣợng kế 3 vào thiết bị đun nóng 2, ở đây dung dịch đƣợc đun nóng đến nhiệt độ sôi rồi đi vào thiết bị cô đặc 1 thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi thứ và khí không ngƣng đi lên phía trên đỉnh thiết bị cô đặc vào thiết bị ngƣng tụ 5 từ dƣới lên. 106
  3. Trong thiết bị ngƣng tụ nƣớc lạnh chảy từ trên xuống tiếp xúc với hơi thứ và hơi thứ sẽ đƣợc ngƣng tụ lại thành lỏng cùng với nƣớc lạnh chảy qua ống bazômét ra ngoài. Dung dịch sau khi cô đặc đƣợc bơm 4 vận chuyển ra từ đáy thiết bị đi vào thùng chứa 6. 8.2.3. Tính toàn thiết bị cô đặc một nồi a. Cân bằng vật liệu Gọi: Gđ,Gc –lƣợng dung dịch lúc đầu và lúc cuối (kg/s); W - lƣợng hơi thứ tách ra (kg/s); xđ,xc – nồng độ đầu và cuối, % khối lƣợng; Trong quá trình bốc hơi coi chất hoà tan không bị mất mát theo hơi thứ, khi đó phƣơng trình cần bằng vật liệu trong thiết bị cô đặc (cho cả quá trình liên tục và gián đoạn) nhƣ sau: Gđ = Gc +W (8-1) Đối với chất hoà tan: 107
  4. Gđ xđ = Gc xc (8-2) Từ hai phƣơng trình trên ta rút ra: xd W =Gđ ( 1 - ) (8-3) xc xd xc = Gđ (8-4) Gd W b. Cân bằng nhiệt lƣợng: Sơ đồ cân bằng nhiệt (hình 8-2) Gọi: D – lƣợng hơi đốt [kg/s] I,i. – hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ [J/kg] tđ,tc – nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch [0C] tn=tđ –nhiệt độ của hơi đốt ở đây coi nhƣ bằng nhiệt độ của nƣớc ngƣng tụ, [0C] Qtt - nhiệt tổn thất ra môi trƣờng xung quanh [W] Cn - nhiệt dung riêng của nƣớc ngƣng tụ [J/kg.độ] Cđ,Cc – nhiệt dung riêng của dung dịch lúc đầu và lúc cuối [J/kg độ] Theo phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng, lƣợng nhiệt vào bằng lƣợng nhiệt ra. Nhiệt vào: - do dung dịch đầu:GđCđ tđ,[W] - do hơi đốt: DI [W] Nhiệt ra: - hơi thứ mang ra:Wi [W] - nƣớc ngƣng tụ: DCntn [W] - sản phẩm mang ra: GcCctc [W] - Nhiệt tổn thất Qtt [W] 108
  5. Lập phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng ta có: GđCđ tđ + DI = Gccc tc + Dcntn +Wi +Qtt (8-5) Nếu coi toàn bộ dung dịch đầu đƣợc đun nóng đến nhiệt độ cuối,lƣợng nhiệt sẽ là: Gccc tc,sau đó tách ra W (kg nƣớc để bay hơi) lƣơng nhiệt là Wctc và lƣợng nhiệt do dung dịch cuối mang ra: Gccc tc = GđCđ tc - Wcntc Thay vào phƣơng trình () trên ta có: GđCđ tđ +DI = Wi + Dcntn +GđCđ tc - Wcntc +Qtt D(I - cntn) =W(i- cntc) +Gđcđ(tc - tđ) +Qtt W(I c t ) G c (t t ) Qtt D = n n d d c d [kg/s] (8-6) (I cntn) Để tăng năng suất cô đặc và giảm lƣợng hơi đốt tiêu hao ta cần phải đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi tc trƣớc khi cho vào nồi cô đặc (tđ =tc) bằng thiết bị truyền nhiệt nhƣ vậy sẽ rẻ tiền hơn. Bề mặt truyền nhiệt Q = KF t = D(I - cntn)=W(i- cntc) +Gđcđ(tc - tđ) +Qtt [W] Q 2 F = ,[m ] (8-7) K t trong đó: K – hệ số truyền nhiệt, [J/m2h 0C] 0 t – hiệu số nhiệt độ hữu ích [ C] t = tD -tStb tD -nhiệt độ của hơi đốt tstb -nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch trong thiết bị cô đặc. Nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch tham khảo sách đại học. 8.3. Cô đặc nhiều nồi Đặc điểm của quá trình cô đặc nhiều nồi là hơi đốt đƣợc đƣa vào nối đầu tiên, còn hơi thứ bay lên ở nồi trƣớc đƣợc sử dụng làm hơi đốt cho nồi sau đƣợc do đó nó có hiệu quả kinh tế rất cao về sử dụng nhiệt. 8.3.1.Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều Sơ đồ cấu tạo: các thiết bị cô đặc đều là loại có ống tuần hoàn trung tâm đƣợc ghép nối tiếp với nhau. Nguyên tắc của cô đặc ba nồi xuôi chiều: Dung dịch đƣợc đƣa vào nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 rồi sang nồi 3 nhờ chênh lệch áp suất trong các nồi. Còn hơi đốt từ nồi hơi có nhiệt độ cao đi vào phòng đốt của nồi 1 để đun sôi dung dịch. Hơi thứ bay lên ở nồi 1 có nhiệt độ cao. Để tiếp kiệm năng lƣợng ta sử dụng hơi thứ bay lên ở nồi 1 đƣợc đƣa vào làm hơi đốt cho nồi 2, 109
  6. hơi thứ bay lên ở nồi 2 đƣợc đƣa vào phòng đốt của nồi 3 và hơi thứ bay lên của nồi 3 đƣợc đƣa sang thiết bị ngƣng tụ barômét, điều này thực hiện đƣợc vì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm dần từ nồi đầu tới nồi cuối do áp suất trong các nồi giảm dần từ nồi đầu tới nồi cuối, do nồi đầu dung dịch đƣợc đun sôi với áp suất lớn, còn ở nồi cuối làm việc ở áp suất chân không nhờ thiết bị ngƣng tụ bazômét. Do đó dung dịch tự chảy dần từ nồi đầu tới nồi cuối, dung dịch ở nồi cuối cùng đƣợc đƣa ra ngoài có nồng độ đậm đặc theo yêu cầu gọi là sản phẩm. *Ƣu điểm: cô đặc nhiều nồi xuôi chiều là dung dịch tự chảy từ nồi đầu tới nồi cuối không cần bơm vận chuyển. *Nhƣợc điểm: Do nhiệt độ của dung dịch các nồi giảm dần, nhƣng nồng độ dung dịch lại tăng dần từ nồi đầu tới nồi cuối, làm độ nhớt của dung dịch tăng, kết quả làm hệ số truyền nhiệt giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối, và lƣợng nƣớc sử dụng cho thiết bị ngƣng tụ lớn. 8.3.2. Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều Sơ đồ hệ thống 3 nồi cô đặc ngƣợc chiều (hình 8-4): gồm nhiều nồi cô đặc loại có ống tuần hoàn trung tâm ghép nối tiếp nhau. 110
  7. Nguyên tắc làm việc: Dung dịch đƣợc đƣa vào nồi cuối và đƣợc bơm vận chuyển dung dịch về các nồi trƣớc. Còn hơi đốt từ nồi hơi có nhiệt độ cao đƣợc vào nồi đầu tiên để đun sôi dung dịch. Để tiếp kiệm năng lƣợng ta cũng lấy hơi thứ bay lên ở nồi 1 làm làm hơi đốt cho nồi 2 và hơi thứ bay lên ở nồi 2 đƣa sang làm hơi đốt cho nồi 3 và hơi thứ bay lên ở nồi cuối cùng đƣợc đƣa sang thiết bị ngƣng tụ bazômét. Vì áp suất nồi trƣớc lớn hơn nồi sau, do đó dung dịch không tự chảy từ nồi cuối đến nồi đầu đƣợc mà ta phải dung bơm đƣa dung dịch từ nồi cuối về nồi đầu. Nồng độ dung dịch tăng dần từ nồi cuối về nồi đầu, và dung dịch đƣợc lấy ra ở nồi đầu có nồng độ cao nhất làm sản phẩm. Với hệ thống cô đặc ngƣợc chiều thì nhiệt độ dung dịch trong các nồi giảm dần từ nồi đầu tới nồi cuối, còn nồng độ dung dịch lại tăng dần từ nồi cuối đến nồi đầu, do đó độ nhớt dung dịch thay đổi không đáng kể, kết quả hệ số truyền nhiệt trong các nồi hầu nhƣ không đổi. *Ƣu điểm: Cô đặc đƣợc dung dịch có độ nhớt lớn tới nồng độ cuối cao, và nồi cuối lƣợng nƣớc bay hơi nhỏ do đó lƣợng nƣớc sử dụng cho thiết bị ngƣng tụ barômét nhỏ hơn. 111
  8. *Nhƣợc điểm:Tốn nhiều năng lƣợng để vận chuyển chất lỏng đi từ nồi cuối đến nồi đầu. 8.3.3. Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi song song Sơ đồ cấu tạo hệ thống cô đặc nhiều nồi song song trên (hình 8-5) gồm nhiều nồi cô đặc loại tuần hoàn trung tâm ghép nối tiếp nhau. Nguyên tắc làm việc; dung dịch đầu đƣợc đƣa vào ở tất cả các nồi, còn hơi đốt từ nồi hơi có nhiệt độ cao đƣợc vào nồi đầu tiên để đun sôi dung dịch, để tiếp kiệm năng lƣợng ta cũng lấy hơi thứ bay lên ở nồi trƣớc làm hơi đốt cho nồi sau, và hơi thứ bay lên ở nồi cuối cùng đƣợc đƣa sang thiết bị ngƣng tụ bazômét, còn dung dịch cũng đƣợc lấy ra đồng thời ở tất cả các nồi làm sản phẩm. Hệ thống cô đặc nhiều nồi song song chỉ dùng khi chênh lệch nồng độ của dung dịch trƣớc và sau khi cô đặc không cao lắm, hoặc khi dung dịch cô đặc kết tinh, vì khi dung dịch cô đặc có kết tinh thì dung dịch di chuyển từ từ nồi này sang nồi kia dễ bị tắc ống. 8.3.4. Tính toán cô đặc nhiều nồi. a. Cân bằng vật chất. 112
  9. Đối với toàn hệ thống cô đặc vẫn có thể sử dụng các công thức (8-1), (8-2), (8-3), (8-4) của quá trình cô đặc một nồi ta có: xd W =Gđ ( 1 - ) (8-8) xc xd xc = Gđ (8-9) Gd W xđ,xc –nồng độ dung dịch vào nồi đầu và nồng độ dung dịch ra khỏi nồi cuối % khối lƣợng; Lƣợng nƣớc bốc hơi bay lên của cả hệ thống cô đặc bằng tổng lƣợng nƣớc bốc hơi của cả các nồi và đƣợc tính theo công thức sau. W =W1+W2 + +Wn (8-10) Trong đó: W1, W2, Wn .lƣợng nƣớc bốc hơi ở các nồi 1,2, n (kg/s). Nồng độ của dung dịch ra khỏi mỗi nồi đƣợc tính theo công thức sau: x - đối với nồi 1; x =G ( 1 - d ) (8-11) 1 đ G W d 1 x - đối với nồi 2: x =G ( 1 - d ) (8-12) 2 đ G W W d 1 2 x - Đối với nồi thứ n: x =G ( 1 - d ) (8-13) n đ G W W W d 1 2 n b. Cân bằng nhiệt lƣợng Dạng chung của phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng trong hệ thống cô đặcnhiều nồi nhƣ sau: Nhiệt lƣợng vào: - do hơi đốt vào nồi đầu: QD = D1I1 [W] - do dung dịch đi vào nồi đầu: Gđ Cđ tđ [W] - tồng nhiệt lƣợng vào nồi 1 là: Q1=D1I1+GđCđtđ [W] Nhiệt tiêu hao: - do hơi phụ: Q2= E1.i1+E2.i2+ .En-1.in-1+ Wn.in [W] - do nƣớc ngƣng tụ: Q3= D1Ct1+D2Ct2+ +DnCtn [W] - do dung dịch cuối mang ra: Q4 =GcCctc, [W] - do nhiệt tổn thất ra môi trƣờng: Q5 [W] Phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng: Q1=Q2+Q3+Q4+Q5 Trong đó: E –là lƣợng hơi thứ bay lên ở mỗi nồi [kg/s] 113
  10. Wn -lƣợng hơi thứ bay lên ở nồi cuối cùng và vào thiết bị ngƣng tụ [kg/s] I – hàm nhiệt của hôi đốt [J/kg] i – hàm nhiệt của hơi thứ bay lên ở mỗi nồi [J/kg] Các đại lƣơng khác xem ở phần cô đặc một nồi 8.4.Cấu tạo các thiết bị cô đặc một nồi 8.4.1.Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm Cấu tạo: Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm gồm phần trên là phòng bốc 1 phần dƣới của thiết bị là phòng đốt 2 có cấu tạo tƣơng tự nhƣ thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, trong phòng đốt gồm có các ống truyền nhiệt 3 và ống tuần hoàn trung tâm 4 có đƣờng kính lớn hơn từ 7 đến 10 lần ống truyền nhiệt, trong phòng bốc có bộ phận tách giọt 5 có tác dụng tách giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo. Nguyên lý làm việc: Dung dịch đƣợc đƣa vào đáy phòng bốc rồi chảy trong các ống truyền nhiệt và ống trung tâm, còn hơi đốt đƣợc đƣa vào phòng đốt đi ở khoảng giữa các ống và vỏ, do đó dung dịch đƣợc đun sôi tạo thành 114
  11. hỗn hợp lỏng hơi trong ống truyền nhiệt và làm khối lƣợng riêng của dung dịch sẽ giảm đi và chuyển động từ dƣới lên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó nhiệt độ dung dịch nhỏ hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt và lƣợng hơi tạo ra ít hơn vì vậy khối lƣợng riêng của hỗn hợp hơi lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt do đó chất lỏng sẽ di chuyển từ trên xuống dƣới rồi đi vào ống truyền nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hoàn tạo lên dòng tuần hoàn tự nhiên. Tại bề mặt thoáng của dung dịch ở phòng bốc hơi thứ tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt sang thiết bị ngƣng tụ bazômét. Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại những giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy phòng bốc, còn dung dịch có nồng độ tăng dần tới nồng độ yêu cầu đƣợc lấy ra một phần ở đáy thiết bị làm sản phẩm, đồng thời liền tục bổ xung thêm một lƣợng dung dịch mới vào thiết bị (trong trƣờng hợp thiết bị làm việc liên tuc). Còn với quá trình làm việc gián đoạn thì dung dịch đƣợc đƣa vào thiết bị gián đoạn, và sản phẩm cũng đƣợc lấy ra gián đoạn. Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặt cũng giảm. Tốc độ tuần hoàn loại này thƣờng không quá 1,5 m/s. *Ƣu điểm: Cấu tạo đơn giản dễ sửa chữa và làm sạch, *Nhƣợc điểm: Năng suất thấp, và tốc độ tuần hoàn giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng. 8.4.2. Thiết bị cô đặc tuần hoàn cƣỡng bức 115
  12. Cấu tạo: Thiết bị cô đặc tuần hoàn cƣỡng bức hình (8-7) gồm phòng bốc 1 và trong phòng bốc có bộ phận tách giọt, phía dƣới phòng đốt 2, trong phòng đốt có các ống truyền nhiệt 3, bên ngoài thiết bị có ống tuần hoàn ngoài 5, và bơm tuần hoàn 4. Nguuyên tắc làm việc: Dung dịch đƣợc bơm đƣa vào phòng đốt liên tục và đi trong các ống trao đổi nhiệt từ dƣới lên phòng bốc, còn hơi đốt đƣợc đƣa vào phòng đốt ở khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị. Dung dịch đƣợc đun sôi trong ống truyền nhiệt với cƣờng độ sôi cao và lên phòng bốc. Tại bề mặt thoáng dung dịch ở phòng bốc, dung môi tách ra bay lên và đi qua bộ phận tách giọt rồi sang thiết bị ngƣng tụ bazômét, còn dung dịch trở lên đậm đặc hơn trở về ống tuần hoàn ngoài trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục đƣợc bơm đƣa vào phòng đốt. Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu thì ta luôn luôn lấy một phần dung dịch ra ở đáy phòng bốc ra làm sản phẩm. Tốc độ dung dịch trong ống truyền nhiệt khoảng từ 1,5 đến 3,5 m/s do đó hệ số cấp nhiệt lớn hơn tuần hoàn tự nhiên từ 3 đến 4 lần và có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ hữu ích nhỏ từ 3 đến 5 độ vì cƣờng độ tuần hoàn chỉ phụ thuộc vào năng suất của bơm. *Ƣu điểm: Năng suất cao cô đặc đƣợc những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện. *Nhƣợc điểm: Tốn nhiều năng lƣợng cung cấp cho bơm. 8.4.4. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài a. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu đứng Cấu tạo: thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài kiểu đứng hình (8-9) gồm phòng đốt 1 và phòng bốc 2. phòng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, nhƣng các ống truyền nhiệt có thể dài tới 7 mét, còn trong phòng bốc có bộ phận tách giọt 4 và nối giữa hai phòng đốt và phòng đốt có ống dẫn 3 và ống tuần hoàn 5. Nguyên tắc làm việc:Dung dịch đƣợc đƣa vào phòng đốt 1 liên tục và đi trong các ống truyền nhiệt, còn hơi đốt đƣợc đi vào trong phòng đốt và đi ở khoảng giữa ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch. Dung dịch tạo thành hỗn hợp hơi lỏng đi qua ống 3 vào phòng bốc hơi 2, ở đây hơi thứ tách ra đi lên phía trên, còn dung dịch đi theo ống tuần hoàn 5 trộn lẫn với dung dịch mới đi vào phòng đốt. Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu đƣợc trích một phần ra ở đáy phòng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ xung dung dịch mới vào thiết bị. Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn nên cƣờng độ tuần hoàn lớn và cƣờng độ bốc hơi lớn. 116
  13. *Ƣu điểm: năng suất cao, *Nhƣợc điểm: Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo. b .Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài nằm ngang 117
  14. Cấu tạo: Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài nằm ngang hình (8-10) gồm phòng đốt 1 là thiết bị truyền nhiệt ống chữ U và phòng bốc 2, trong phòng bốc có bộ phận tách giọt. Nguyên lý làm việc: Dung dịch đƣợc đƣa vào thiết bị và đi vào ống truyền nhiệt chữ u từ trái sang phải ở nhánh dƣới lên nhánh trên rồi lại chảy về phòng bốc ở trạng thái sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt và ra ngoài, còn nồng độ dung dịch tăng dần tới nồng độ yêu cầu.sau đó tháophần dung dịch ra làm sản phẩm và tiếp tục cho dung dịch mới vào thực hiện một mẻ mới. *Ƣu điểm: Phòng bốc có thể tách ra khỏ phòng đốt dễ dàng để làm sạch và sửa chữa. *Nhƣợc điểm: Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp làm việc gián đoạn, năng suất thấp 8.4.6. Thiết bị cô đặc loại màng Cấu tạo: thiết bị cô đặc loại màng có cấu tạo tƣơng tự thiết bị cô đặc cƣỡng bức,nhƣng với các ống trao đổi nhiệt cao từ 6 đến 9 mét. Nguyên tắc làm việc: Dung dịch đƣợc đƣa từ đáy phòng đốt vào trong các ống trao đổi nhiệt với mức chất lỏng chiếm khoảng từ 1/4 đến 1/5 chiều 118
  15. cao của ống truyền nhiệt. Hơi đốt đi vào phòng đốt ở khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị, dung dịch đƣợc đun sôi với cƣờng độ lớn và hơi thứ tách ra ngay trên bề mặt thoáng của dung dịch ở trong ống truyền nhiệt và hơi chiếm hầu hết tiết diện của ống và chuyển động từ dƣới lên với vận tốc rất lớn khoảng 20 m/s kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống cùng đi lên, và màng chất lỏng đi từ dƣới lên tiếp tục bay hơi làm nồng độ dung dịch tăng lên dần đến miệng ống là đạt nồng độ cần thiết, hơi thứ đi lên đỉnh tháp qua bộ phận tách giọt sang thiết bị ngƣng tụ bazômét, còn dung dịch chảy xuống ống tuần hoàn ngoài và một phần đƣợc lấy ra làm sản phẩm, một phần về trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục đi vào phòng đốt. Hoặc có thể tháo hoàn toàn dung dịch đậm đặc làm sản phẩm khi chênh lệch giữa nồng độ đầu và cuối yêu cầu không lớn. Thiết bị này có hệ số truyền nhiệt lớn khi mức chất lỏng thích hợp, nếu mức chất lỏng quá cao thì hệ số truyền nhiệt giảm vì tốc độ chất lỏng giảm, ngƣợc lại nếu mức chất lỏng quá thấp thì phía trên sẽ bị khô, khi đó quá trình cấp nhiệt ở phía trong ống nghĩa là quá trình cấp nhiệt từ thành ống tới hơi chứ không phải lỏng do đó hiệu quả truyền nhiệt giảm đi nhanh chóng. *Ƣu điểm: áp suất thuỷ tĩnh nhỏ do đó tổn thất thuỷ tĩnh ít. *Nhƣợc điểm: Khó làm sạch vì ống dài, khó điều chỉnh khi áp suất hơi đốt và mực chất lỏng thay đổi, không cô đặc đƣợc dung dịch có độ nhớt lớn và dung dịch kết tinh. MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ CÔ ĐẶC Bài tập 8-1: Cần làm bốc hơi bao nhiêu nƣớc khỏi 1500 kg dung dịch KCl để nâng nồng độ của nó từ 8% lên 30% khối lƣợng. Giải: Mà Gđ= 1500 kg/h Xđ = 8% khối lƣợng Xc = 30 khối lƣợng Áp dụng công thức cân bằng vật liệu của thiết bị cô đặc ta có: xc 0,08 W =Gđ(1- ) =1500(1- ) =1100 [kg] x 0,3 d Bài tập 8-2: Cần làm bốc hơi bao nhiêu nƣớc từ 1 m3 dung dịch NaOH có khối lƣợng riêng 1560 kg/m3 nồng độ 65,% khối lƣợng để có khối lƣợng riêng 1840 kg/m3 (98,% khối lƣợng) ? và thể tích của dung dịch sau khi cô đặc là bao nhiêu. Giải: Gđ = 1560 kg 119
  16. Xđ = 65% khối lƣợng Xc = 98% khối lƣợng Áp dụng công thức cân bằng vật liệu của thiết bị cô đặc ta có: xc 0,65 W =Gđ(1- ) =1560(1- ) =525,3 [kg] x 0,98 d Vậy khối lƣợng dung dịch sau khi cô đặc là Gc =Gđ –W =1560-525,3= 1034,7 [kg] m m 1034,7 Mà = V = = =0,5623 [m3] V 1840 BÀI TẬP VỀ CÔ ĐẶC Phần trắc nghiệm Câu 1. Quá trình cô đặc là gì? a. Là quá trình đun sôi dung dịch làm bay hơi một phần dung môi, thu đƣợc dung dịch đậm đặc hơn b. Là quá trình đun sôi dung dịch làm bay hơi toàn bộ dung môi, thu đƣợc dung dịch đậm đặc hơn c. Là quá trình đun sôi dung dịch làm bay hơi toàn bộ dung môi, thu chất tan d. Là quá trình đun sôi dung dịch làm bay hơi một phần dung môi, thu đƣợc dung dịch loãng hơn Câu 2. Khi nào quá trình cô đặc đƣợc gọi là gián đoạn ? a. Dung dịch đƣợc cho vào một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu b.Dung dịch đƣợc cho vào nhiều lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu c. Dung dịch đƣợc cho vào liên tục rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu d. Dung dịch đƣợc cho vào liên tục nhiều lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu Câu 3. Tại sao quá trình cô đặc thƣờng tiến hành ở điều kiện chân không? a. Tăng nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm chi phí hơi đốt b. Tăng nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm bề mặt truyền nhiệt c. Tăng hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch, tăng bề mặt trao đổi nhiệt d. Tăng hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch, giảm bề mặt trao đổi nhiệt Câu 4. Trong cô đặc liên tục, dung dịch cho vào nồi thƣờng ở điều kiện nào? a. Nhiệt độ thƣờng b. Nhiệt độ sôi c. Nhiệt độ cao d. Nhiệt độ thấp Câu 5. Cấu tạo của một nồi cô đặc về cơ bản gồm những bộ phận nào? a. Buồng đốt, buồng bốc, bộ phận tách giọt trong buồng bốc b. Buồng đốt, buồng bốc, bộ phận tách giọt trong buồng đốt 120
  17. c. Buồng bốc, bộ phận tách giọt trong buồng bốc d. Buồng đốt, bộ phận tách giọt trong buồng bốt Câu 6. Dung dịch khi vào nồi đƣợc gia nhiệt tại bộ phận nào? a. Buồng bốc b. Buồng đốt c. Cả buồng đốt và buồng bốc d. Bộ phận tách giọt Câu 7. Hơi thứ bay lên trong quá trình cô đặc là hơi của thành phần nào trong dung dịch? a. Hơi đốt b. Hơi chất tan c. Hơi dung môi d. Hơi đốt và hơi dung môi Câu 8. Trong hệ thống thiết bị cô đặc, hơi ngƣng tụ tại thiết bị Baromet là: a. Hơi đốt b. Hơi thứ c. Hơi chất tan d. Hơi đốt và hơi thứ Câu 9. Đặc điểm của quá trình cô đặc nhiều nồi là gì? a. Hơi thứ đƣợc sử dụng làm hơi đốt cho các nồi sau b. Hơi chất tan đƣợc sử dụng làm hơi đốt cho các nồi sau c. Hơi đốt đƣợc sử dụng làm hơi thứ cho các nồi sau d. Hơi chất tan đƣợc sử dụng làm hơi thứ cho các nồi sau Câu 10. Trong cô đặc nhiều nồi xuôi chiều dung dịch và hơi đốt phân bố nhƣ thế nào? a. Dung dịch đƣơc cho vào nồi đầu tiên, hơi đốt cho vào nồi cuối b. Dung dịch đƣơc cho vào nồi cuối, hơi đốt cho vào nồi đầu tiên c. Dung dịch và hơi đốt đều cho vào nồi đầu tiên d. Dung dịch và hơi đốt đều cho vào nồi cuối Câu 11. Trong cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều dung dịch và hơi đốt phân bố nhƣ thế nào? a. Dung dịch đƣơc cho vào nồi đầu tiên, hơi đốt cho vào nồi cuối b. Dung dịch đƣơc cho vào nồi cuối, hơi đốt cho vào nồi đầu tiên c. Dung dịch và hơi đốt đều cho vào nồi đầu tiên d. Dung dịch và hơi đốt đều cho vào nồi cuối Câu 12. Trong quá trình cô đặc nhiều nồi xuôi chiều, dung dịch sẽ di chuyển sang các nồi thế nào? a. Tự chảy do áp suất giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối. b. Dùng bơm vận chuyển do áp suất giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối. c. Tự chảy do áp suất tăng dần từ nồi đầu đến nồi cuối. d. Dùng bơm vận chuyển do áp suất tăng ần từ nồi đầu đến nồi cuối. Câu 13. Trong quá trình cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều, dung dịch sẽ di chuyển sang các nồi thế nào? 121
  18. a. Tự chảy do áp suất giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối. b. Dùng bơm vận chuyển do áp suất giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối. c. Tự chảy do áp suất tăng dần từ nồi đầu đến nồi cuối. d. Dùng bơm vận chuyển do áp suất tăng dần từ nồi đầu đến nồi cuối. Câu 14. Trong quá trình cô đặc nhiều nồi xuôi chiều, hệ số truyền nhiệt thay đổi nhƣ thế nào? a. Giảm dần do độ nhớt của dung dịch giảm b. Giảm dần do độ nhớt của dung dịch tăng c. Tăng dần do độ nhớt của dung dịch giảm d. Tăng dần do độ nhớt của dung dịch tăng Câu 15. Trong quá trình cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều, hệ số truyền nhiệt thay đổi nhƣ thế nào? a. Giảm dần do độ nhớt của dung dịch thay đổi không đáng kể b. Giảm dần do độ nhớt của dung dịch tăng c. Không đổi do độ nhớt của dung dịch thay đổi không đáng kể d. Tăng dần do độ nhớt của dung dịch thay đổi không đáng kể Câu 16. So với quá trình cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều, thì xuôi chiều có đặc điểm gì? a. Lƣợng nƣớc tƣới ở thiết bị ngƣng tụ nhiều hơn, tốn nhiều năng lƣợng vận chuyển dung dịch hơn b. Lƣợng nƣớc tƣới ở thiết bị ngƣng tụ ít hơn, tốn nhiều năng lƣợng vận chuyển dung dịch hơn c. Lƣợng nƣớc tƣới ở thiết bị ngƣng tụ nhiều hơn, ít tốn năng lƣợng vận chuyển dung dịch hơn d. Lƣợng nƣớc tƣới ở thiết bị ngƣng tụ ít hơn, ít tốn năng lƣợng vận chuyển dung dịch hơn Câu 17. Đối với dung dịch có độ nhớt lớn cần cô đặc đến nồng độ cao ta chọn phƣơng pháp cô đặc nào? a. Cô đặc một nồi b. Cô đặc nhiều nồi c. Cô đặc nhiều nồi xuôi chiều d. Cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều Phần Bài tập Bài tập 8-1: Nồng độ ban đầu của dung dịch NaOH là 80 g trong 1 lít dung dịch. Khối lƣợng riêng của dung dịch là 1010 kg/m3, dung dịch sau khi cô đặc là 1,555 g/cm3, tƣơng ứng với nồng độ dung dịch là 840 g/l. Hãy xác định lƣợng nƣớc đã bốc hơi trên 1 tấn dung dịch ban đầu. 122
  19. Bài tập 8-2: Tính nồng độ cuối của dung dịch đƣờng (theo % khối lƣợng) nếu thu đƣợc 1500 kg nƣớc từ 2700 kg dung dịch ở nồng độ 12 % khối lƣợng bằng bốc hơi. Bài tập 8-3: Một thiết bị bốc hơi làm việc ở áp suất khí quyển để cô đặc dung dịch CaCl2 từ 10% lên 48% khối lƣợng. Năng suất theo nhập liệu của thiết bị là 1500 kg/h. dòng nhập liệu có nhiệt độ đầu là 200C và sản phẩm ra có nhiệt độ 1100C, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch bằng 1070C. Nhiệt dung riêng của dung dịch coi nhƣ không đổi và bằng 0,8 J/kg độ.Hơi đốt là hơi nƣớc bão hòa ở áp suất tuyệt đối ở 3 kg/cm2, nhiệt độ của hơi đốt là 132,80C, ẩn nhiệt ngƣng tụ là 518,1 J/kg, và hàm nhiệt của hơi thứ là 639 J/kg. Biết diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là 52m2. Tính: a) Tính lƣợng hơi thứ bốc hơi. b) Tính chi phí hơi đốt. c) Tính hệ số truyền nhiệt BÀI THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC Mục đích thí nghiệm -Làm quen với thiết bị cô đặc, các dụng cụ đo áp suất và nhiệt độ. -Xác định nồng độ dung dịch trƣớc và sau khi cô đặc. Lý thuyết Quá trình cô đặc là làm bay hơi một phần dung môi trong dung dịch, Cân bằng vật chất ta có: - Cân bằng vật liệu. Gọi: Gđ,Gc –lƣợng dung dịch lúc đầu và lúc cuối (kg/s); W - lƣợng hơi thứ tách ra (kg/s); xđ,xc –nồng độ đầu và cuối, % khối lƣợng; Trong quá trình bốc hơi coi chất hoà tan không bị mất mát theo hơi thứ, khi đó phƣơng trình cần bằng vật liệu trong thiết bị cô đặc (cho cả quá trình liên tục và gián đoạn) nhƣ sau: Gđ = Gc + W (1) Đối với chất hoà tan: Gđ xđ = Gc xc (2) Từ hai phƣơng trình trên ta rút ra: xd W =Gđ ( 1 - ) (3) xc 123
  20. xd xc = Gđ (4) Gd W Thiết bị thí nghiệm -Thiết bị thí nghiệm gốm có: - Thiết bị cô đặc chế tạo có dạng kiểu vỏ bọc ngoài. - Đƣờng kính ngoài thiết bị ngoài khoảng 600 mm. - Đƣờng kính ngoài thiết bị trong khoảng 400 mm. - Chiều cao vỏ bọc ngoài khoảng 600 mm. - Chiều cao vỏ trong khoảng 1000 mm. - Một bơm chân không vòng chất lỏng. - Một điện trở cuốn quanh vỏ trong có công suất 6000 W. - Giữa vỏ trong và vỏ ngoài có chứa dầu nhớt. - Một đồng hồ đo áp suất A. - Một đồng đo nhiệt độ T. 124
  21. SƠ ĐỒ BÀI THÍ NGHIỆM CÔ ĐẶC V5 V1 A T GHI CHÚ: V6 3 4 1- Điện trở đốt nóng 2- Vỏ bọc ngoài 2 3- Vỏ trong V3 4- Bơm chân không 5 5- Thùng chứa dung dịch 3 1 A- Đồng hồ áp kế T- Đồng hồ đo nhiệt độ V- Van V4 V2 125
  22. Trình tự thí nghiệm Kiểm tra toàn bộ các thiết bị, kiểm tra dầu đun nóng trong khoảng giữa hai vỏ. bật công tác điện trở đun nóng. Đồng thời pha dung dịch Na2SO4 trong thùng 5 với nồng độ 10% (khối lƣợng ở cả 3 thí nghiệm) rồi dùng bơm đƣa dung dịch vào thiết bị 3 ở mức 3/4 chiều cao của thiết bị trong. Thí nghiệm 1: Cho dung dịch vào 3/4 chiều cao thiết bị, rồi bật công tác điện trở và đóng điện cho bơm chân không làm việc. Sau đó đóng van v5, điều chỉnh độ mở của van v1 trên đƣờng ống hút của bơm chân không để điều chỉnh độ chân không trong thiết bị cô đặc ở các mức 0.4 at quan sát trên đồng hồ đo áp kế (A). Khi dung dịch sôi ta đọc nhiệt độ trên đồ hồ đo nhiệt độ (T) của pha hơi trong phòng bốc và bắt đầu tính thời gian cô đặc khoảng 30 phút kể từ khi dung dịch bắt đầu sôi. Kết thúc ta tắt công tắc điện trở và bơm chân không. Tháo dung dịch qua van đáy v2 rồi đo nồng độ dung dịch sau khi cô đặc. Thí nghiệm 2: Cho dung dịch vào 3/4 chiều cao thiết bị, rồi bật công tác điện trở và đóng điện cho bơm chân không làm việc. Sau đó đóng van v5, điều chỉnh độ mở của van v1 trên đƣờng ống hút của bơm chân không để điều chỉnh độ chân không trong thiết bị cô đặc ở các mức 0.6 at và tiến hành tƣơng tự thí nghiệm 1. Thí nghiệm 3: Cho dung dịch vào 3/4 chiều cao thiết bị, rồi bật công tác điện trở và đóng điện cho bơm chân không làm việc. Sau đó đóng van v5, điều chỉnh độ mở của van v1 trên đƣờng ống hút của bơm chân không để điều chỉnh độ chân không trong thiết bị cô đặc ở các mức 0.8at, và tiến hành tƣơng tự thí nghiệm trên. Kết quả thí nghiệm Thí Áp suất Nhiệt độ Nồng độ dung dịch nghiệm phòng bốc phòng bốcoC Vào %KL Ra %KL (at) 1 2 2 Trình tự tính toán Tính lƣợng nƣớc tách ra khỏi dung dịch theo công thức (3) Bàn luận Sau khi tính toán học viên tự đƣa ra những nhận xét, đánh giá và bàn luận về kết quả thí nghiệm. Ý nghĩa của áp suất trong cô đặc ? 126
  23. Nguyên nhân gây ra sai số trong bài thí nghiệm, ảnh hƣởng của sai số đến kết quả tính toán và biện pháp khắc phục. Đƣa ra một vài ứng dụng mô hình thí nghiệm trong thực tế. 127
  24. BÀI 9 KẾT TINH Mã bài: QTTB 9 Giới thiệu Kết tinh là quá trình truyền khối dùng để tách chất rắn hòa tan ra khỏi dung dịch, và đƣợc ứng dụng trong các quá trình sản xuất hóa học và thực phẩm, nhƣ quá trình kết ting đƣờng, kết tinh muối và kết tinh các hợp chất vô cơ, hữu cơ v v. Mục tiêu thực hiện Học xong bài này học viên có khả năng: - Mô tả cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh - Thực hiện một thí nghiệm về kết tinh - Tính cân bằng vật chất, nhiệt lƣợng trong các thiết bị kết tinh - Tính thiết bị kết tinh. Nội dung chính 9.1. Khái niệm về kết tinh 9.1.1. Định nghĩa Kết tinh là quá trình truyền khối dùng để tách chất rắn hoà tan trong dung dịch, là một trong những phƣơng pháp chủ yếu để thu đƣợc chất rắn ở dạng nguyên chất. Kết tinh các chất hoà tan trong dung dịch dựa vào độ hoà tan hạn chế của chất rắn. Dung dịch chứa lƣợng chất hoà tan lớn nhất ở một nhiệt độ nhất định gọi là dung dịch bão hoà. Dung dịch quá bão hòa không bền và chất hoà tan thừa sẽ đƣợc tách ra khỏi dung dịch. Nƣớc còn lại sau khi tách tinh thể gọi là nƣớc cái. Các tinh thể đƣợc tách ra khỏi nƣớc cái bằng phƣơng pháp lắng, lọc, ly tâm Tuỳ theo điều liện kết tinh mà vận tốc lớn lên của các mặt tinh thể đó khác nhau, do đó tinh thể giữ nguyên mạng lƣới tinh thể và có hình dạng phẳng hay kéo dài. Tinh thể của một chất có thể có kích thƣớc khác nhau. Mỗi một dạng tinh thể chỉ bền ở một khoảng áp suất và nhiệt độ nhất định. Sự biến dạng tinh thể kèm theo sự toả nhiệt hoặc thu nhiệt. Màu của tinh thể cũng thay đổi theo nhiệt độ. 9.1.2. Tính chất hoà tan của chất tan. Độ hoà tan của một chất là lƣợng tối đa chất đó tan đƣợc trong một đơn vị dung môi ở một nhiệt độ nhất định. Độ hoà tan có thể tính bằng kg/m3, g/kg, phần khối lƣợng Độ hoà tan của một chất phụ thuộc vào bản chất hoá học 128
  25. của nó, tính chất và nhiệt độ dung c môi. Đối với một số lớn chất độ hoà tan tăng khi nhiệt độ tăng nhƣng cũng có trƣờng hợp ngƣợc lại là độ hoà tan tăng khi nhiệt độ giảm. Để tiến hành quá trình kết tinh vấn đề quan trọng là tạo ra nồng độ quá bão hoà cần thiết của dung dịch t và duy trì đƣợc nồng độ quá bão hoà trong suất cả quá trình kết tinh. Để tạo thành dung dịch quá bão hoà Hình :9-1 bằng những phƣơng pháp sau: Quan hệ giữa nồng độ bão Tách một phần dung môi ở hòa và nhiệt độ nhiệt độ sôi (cô đặc) phƣơng pháp này sử dụng cho trƣờng hợp các chất có độ hòa tan ít thay đổi theo nhiệt độ nhƣ một số chất, NaCl, Na2SO4, Na2CO3.H2O.C12H22O11 Giảm nhiệt độ dung dịch, phƣơng pháp này đƣợc sử dụng cho các chất có độ hòa tan thay đổi nhiều theo nhiệt độ, nghĩa là khi hạ nhiệt độ dung dịch thì độ hòa tan giảm nhanh nhƣ một số chất, Na2SO4.10H2O, MgSO4.7H2O, FeSO4.7H2O, Na2SO3.5H2O, (NH2)2CO ) Đối với một số dung dịch có thể kết tinh bằng cách làm giảm nhiệt độ dung dịch mà không làm bay hơi dung môi, cũng có thể làm bốc hơi dung môi mà không làm lạnh dung dịch, hoặc cả hai cách vừa làm bốc hơi vừa làm lạnh dung dịch. (nhƣ NaNO3) Độ hoà tan của các chất thƣờng đƣợc xác định bằng thực nghiệm và đƣợc biểu diễn bằng đƣờng cong phụ thuộc giữa độ hoà tan và nhiệt độ, Độ hoà tan của các chất ở nhiệt độ nhất định có giá trị thực tế nhƣng cho đến nay không có công thức nào bảo đảm chính xác để tính toán mà tuỳ theo trƣờng hợp cụ thể ta ứng dụng những số liệu thực nghiệm đã biết. Để tính độ hoà tan của muối vô cơ không ngậm nƣớc trong dung môi là nƣớc ở một nhiệt độ bất kỳ ta có thể dùng hàm đơn trị của hàm số lý hoá nếu biết độ hoà tan của muối ấy ở hai nhiệt độ nào đó. Nội dung của quy tắc tính toán đó là: tỷ lệ của hiệu số nhiệt độ (t- t’) ứng với hai độ hoà tan (tính bằng mol) của một chất đã cho với hiệu số nhiệt độ của một chất tiêu chuẩn có cùng độ hoà tan là một đại lƣợng không đổi. 9.1.3. Sự tạo thành tinh thể 129
  26. Sự tạo thành thể tích gồm hai giai đoạn: giai đoạn tạo mầm tinh thể và giai đoạn phát triển mầm tinh thể thành tinh thể hoàn chỉnh. Theo một số tác giả thì mầm chỉ tạo thành khi dung dịch quá bão hoà một lƣợng chất hoà tan tối thiểu nào đó. Ví dụ: trên hình 9-2, dung dịch chỉ tạo thành mầm khi nồng độ của chất hoà tan ứng với điểm A. Giữa đƣờng bão hoà 1 và đƣờng bão hoà 2 chỉ quá trình phát triển mầm. Vận tốc tạo mầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ, các phƣơng pháp khuấy trộn, tính chất của vật chất, nồng độ các tạp chất. Lƣợng mầm tạo thành ảnh hƣởng đến kích thƣớc tinh thể. Khi số mầm tạo thành ít thì tinh thể sẽ lớn và ngƣợc lại khi mầm tạo thành nhiều thì tinh thể nhỏ. Để cho quá trình tạo mầm đƣợc dễ dàng thƣờng ngƣời ta cho thêm vào dung dịch những mầm tinh thể chất hoà tan đó, hay mầm tinh thể của một chất nào đó có cùng cấu trúc tinh thể nhƣ chất hoà tan ở trong dung dịch. Phƣơng pháp này đặc biệt cần thiết đối với dung dịch khó tạo mầm mặc dù đã có độ bão hoà rất lớn. Quá trình phát triển mầm (tức là quá trình truyền chất từ pha lỏng vào pha rắn) có đƣợc là nhờ các dòng đối lƣu và khuyếch tán trong dung dịch. 9.2. Tốc độ kết tinh Tốc độ kết tinh là lƣợng chất rắn hoà tan kết tinh thành tinh thể trong một đơn vị thời gian. Trong quá trình kết tinh quá trình tăng trƣởng nó vẫn giữ nguyên đồng dạng hình học với tinh thể mầm ban đầu. Quá trình tăng trƣởng của tinh thể là một quá trình khuyếch tán, các phân tử (hay ion) của chất rắn (chất tan) nhờ sƣ khuyếch tán qua pha lỏng của dung dịch đến bề mặt của tinh thể và đƣợc tiếp nhận bởi tinh thể tổ chức cho vào mạng không gian của tinh thể. Phản ứng xảy ra tại bề mặt với tốc độ nhất định và quá trình hai bƣớc nối tiếp. Nếu dung dịch chƣa đạt độ bão hoà cần thiết thì không thể xảy ra quá trình kết tinh. Tốc độ tăng trƣởng của bất kỳ mặt nào của tinh thể đều đƣợc đo bằng tốc độ chuyển động của mặt đó đi xa tâm của chính tinh thể theo phƣơng 130
  27. vuông góc với bề mặt đó và có thể nói rằng bất cứ một loại tinh thể nào thì tốc độ tăng trƣởng của các mặt thực tế là có khác nhau. Tốc độ tăng trƣởng kích thƣớc của tinh thể nó phụ thuộc vào nồng độ quá bão hoà của dung dịch, nếu chênh lệch giữa nồng độ quá bão hoà với nồng độ bão hoà càng lớn thì tốc độ kết tinh xảy ra càng nhanh, ngoài ra tốc độ kết tinh còn phụ thuộc vào độ tinh kết của dung dịch nƣớc cái. 9.3. Các phƣơng pháp kết tinh Quá trình kết tinh có thể đƣợc thực hiện theo các phƣơng pháp sau: - Kết tinh có tách một phần dung môi (cô đặc) - Kết tinh không tách dung môi (giảm nhiệt độ dung dịch) - Kết hợp cả 2 phƣơng pháp trên Quá trình kết tinh có thể đƣợc tiến hành gián đoạn hay liên tục. Quá trình gián đoạn có những nhƣợc điểm: thiết bị cồng kềnh, tốn nhiều lao động, tinh thể không đều. Quá trình kết tinh liên tục đƣợc ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong công nghiệp. Năng suất của quá trình liên tục cao và kích thƣớc tinh thể thu đƣợc đều đặn. 9.3.1. Kết tinh có tách một phần dung môi Phƣơng pháp kết tinh này đƣợc ứng dụng cho trƣờng hợp độ hoà tan của các chất ít thay đổi theo nhiệt độ. Ta có thể thực hiện tách dung môi bằng hai cách: đun sôi (cô đặc) hoặc bay hơi ở nhiệt độ thƣờng (nhỏ hơn nhiệt độ sôi). Phƣơng pháp tách dung môi bằng cô đặc đã đƣợc nghiên cứu ở trên. Để thu đƣợc tinh thể không nên cô đặc đến quá nồng độ giới hạn. Không phải khi nào cũng đun dung dịch đến nồng độ bão hoà vì khi rót dung dịch vào thiết bị kết tinh quá trình kết tinh xảy ra rất nhanh, điều đó dẫn đến sự tạo thành tinh thể rất bé và đôi khi cả dung dịch đóng rắn lại. Vì thế tuỳ theo trƣờng hợp cụ thể ta cần phải biết nồng độ giới hạn của cô đặc (nồng độ giới hạn chỉ xác định bằng thực nghiệm). Kết tinh có tách dung môi bằng cách cho bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi có thể chia thành hai loại là bay hơi tự nhiên và bay hơi ở chân không. 9.3.2. Kết tinh bằng phƣơng pháp làm lạnh dung dịch không tách dung môi Trong những thiết bị này có bộ phận làm lạnh để lấy nhiệt do quá trình kết tinh toả ra, thƣờng làm lạnh bằng nƣớc đến nhiệt độ thấp thì ta dùng chất tải lạnh (nhƣ nƣớc muối, cồn, glycol, ) 131
  28. 9.4. Các thiết bị kết tinh Trong công nghiệp ngƣời ta có thể dùng những loại thiết bị kết tinh có cấu tạo đơn giản nhƣ các thùng kết tinh, hoặc có những quá trình ta sử dung các thiết bị kết tinh rất phức tạp và cồng kềnh hơn nhƣ tháp kết tinh, thiết bị kết tinh thùng quay 9.4.1. Thiết bị kết tinh chân không làm việc gián đoạn. Cấu tạo: Thiết bị kết tinh chân không làm việc gián đoạn (hình9-3) gồm một thùng hình trụ bên trong có một cánh khuấy và bên ngoài có một bơm chân không. Nguyên tắc làm việc: Dung dịch từ thiết bị cô đặc đƣợc đƣa vào thiết bị kết tinh khoảng 2/3 chiều cao thùng với điều kiện nồng độ xắp xỉ nồng độ bão hoà, và nhiệt độ xắp xỉ nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất thƣờng. Sau đó cho bơm chân không số 3, và cánh khuấy làm việc. Bơm chân không tạo ra áp suất chân không trong thùng kết tinh do đó dung dịch trở nên ở trạng thái sôi ở áp suất thấp, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên thu một phần nhiệt của dung dịch làm nhiệt độ dung dịch giảm, và nồng độ tăng. Kết quả làm dung dịch trở nên quá bão hoà và chất rắn hoà tan dƣ ra sẽ kết tinh thành tinh thể. Khi kết tinh xong thì ngừng bơm chân không và cánh khuấy và tăng áp suất trong thiết bị đến áp suất thƣờng. Sau đó tháo tinh thể và nƣớc cái qua thiết bị trợ tinh, ở đây tinh thể sẽ lớn thành tinh thể hoàn chỉnh. Sau đó cho qua máy lọc ly tâm ta thu đƣợc chất rắn kết tinh và nƣớc cái. Tác dụng của cánh khuấy làm nhiệt độ dung dịch giảm đều và nồng độ dung dịch tăng đều và tinh thể đƣợc phân bố đều trong toàn khối dung dịch. Do đó kích thƣớc tinh thể tạo ra đều hơn và vận tốc kết tinh xảy ra nhanh hơn. *Ƣu điểm: Cấu tạo đơn giản. *Nhƣợc điểm: Năng suất thấp,làm việc gián đoạn. 9.4.2. Thiết bị kết tinh chân không làm việc liên tục 132
  29. Cấu tạo: Thiết bị kết tinh chân không làm việc liên tục (hình 9-4) có các chi tiết chính gồm thân 1, và trên thân có kính quan sát 6, bên trong có ống tuần hoàn 2, và đặt ở tâm ống tuần hoàn là một cánh khuấy 3. Nguyên tắc làm việc: Dung dịch từ thiết bị cô đặc đƣợc đƣa vào thiết bị kết tinh liên tục qua bộ phận phân phối 8, với điều kiện (nồng độ xắp xỉ nồng độ bão hoà, và nhiệt độ xắp xỉ nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất thƣờng). Sau đó cho thiết bị ngƣng tụ bazômét và bơm tuần hoàn 5 làm việc, thiết bị ngƣng tụ bazômét tạo ra áp suất chân không trong thiết bị làm dung dịch sôi ở áp suất thấp, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên, thu một lƣợng nhiệt khá lớn, do đó nhiệt độ dung dịch giảm, nồng độ tăng, kết quả dung dịch trở 133
  30. nên quá bão hoà và chất rắn hòa tan sẽ kết tinh thành tinh thể lắng xuống đáy thiết bị, những hạt tinh thể nhỏ sẽ cuốn theo dung dịch vào trong ống tuần hoàn 2 chuyển động lên, những hạt tinh thể đủ kích thƣớc sẽ lắng xuống theo ống dƣới đáy thiết bị, và chảy xuống máy lọc ly tâm tách ra đƣợc chất kết tinh và nƣớc cái. Nƣớc cái sẽ chảy xuống trộn lẫn với dung dịch trong ống tuần hoàn ngoài 7 và đƣợc bơm 5 đƣa vào đáy thiết bị kết tinh đi lên. Cánh khuấy 3 có tác dụng tạo dòng đối lƣu của dung dịch trong thiết bị, do đó làm nhiệt độ dung dịch giảm đều vào nồng độ tăng đều vì vậy tinh thể tạo ra đều hơn. Thiết bị kết tinh chân không liên tục. Trong thiết bị này tinh thể cùng tuần hoàn với dung dịch cho đến khi kích thƣớc hạt đủ lớn và tới khi vận tốc lắng của hạt rắn thắng vận tốc tuần hoàn thì tinh thể lắng xuống. Vì thế ta có thể điều chỉnh kích thƣớc tinh thể bằng cách điều chỉnh vận tốc tuần hoàn dung dịch trong thiết bị nhờ điều chỉnh lƣu lƣợng của bơm. *Ƣu điểm: Năng suất cao, dễ điều chỉnh kích thƣớc hạt tinh thể. *Nhƣợc điểm: Thiết bị cồng kềnh và cấu tạo phức tạp. 9.4.3. Thiết bị kết tinh bốc hơi Sơ đồ cấu tạo: Gồm thiết bị cô đặc 1 và thiết bị kết tinh 2, cấu tạo thiết bị kết tinh tƣơng tự thiết bị kết tinh chân không làm viêc liên tục. Nguyên tắc làm việc: Dung dịch từ thùng chứa 5 đƣợc bơm tuần hoàn 4 đƣa vào thiết bị cô đặc 1 và đƣợc đun sôi nhờ hơi đốt, dung môi tách ra làm nồng độ dung dịch tăng lên rồi chảy sang thiết bị kết tinh.Tại thiết bị kết tinh dung môi tiếp tục tách ra bay lên ở điều kiện chân không đi sang thiết bị ngƣng tụ bazômét, còn dung dịch đƣợc chuyển động tuần hoàn nhờ cánh khuấy do đó làm nhiệt độ dung dịch giảm và nồng độ tăng đều tới nồng độ quá bão hòa về nồng độ, khi đó chất rắn hòa tan sẽ kết tinh thành tinh thể. Những hạt rắn nhỏ tạo thành sẽ cuốn theo chất lỏng chuyển động trong ống tuần hoàn trong đi lên còn đồng thời kích thƣớc những hạt rắn tăng dần lên, những hạt có kích thƣớc đủ lớn sẽ lắng xuống đáy thiết bị và đƣợc tháo xuống máy lọc ly tâm và tách ra đƣợc chất kết tinh và nƣớc cái. Nƣớc cái cái chảy xuống thùng chứa 5 và đƣợc bơm 4 tiếp tục đƣa lên thiết bị cô đặc. Để tăng tốc độ kết tinh ngƣời ta cho một phần dung dịch ở thùng kết tinh chảy theo ống tuần hoàn 6 về bơm 4 lên thiết bị cô đặc. *Ƣu điểm: Năng suất kết tinh lớn vì có thể tăng đƣợc tốc độ tuần hoàn của dung dịch giữa thiết bị kết tinh với thiết bị cô đặc. *Nhƣợc điểm:Thiết bị cồng kềnh 134
  31. 9.5. Tính toán quá trình kết tinh Tính toán quá trình kết tinh bao gồm thiết lập cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lƣợng của quá trình để xác định năng suất thiết bị (lƣợng tinh thể) và lƣợng nhiệt cần cung cấp hay cần lấy đi của quá trình. 9.5.1. Cân bằng vật liệu của quá trình kết tinh. Gọi: G1,G2,G3 - lƣợng dung dịch đầu, nƣớc cái và tinh thể, (kg) ; 135
  32. W - Lƣợng dung môi hay hơi, (kg); x1, x2, x3 - Nồng độ dung dịch ban đầu, nƣớc cái và tinh thể, % khối lƣợng. Trƣờng hợp tinh thể không ngậm nƣớc thì x3 =1. Trƣờng hợp tinh thể ngậm nƣớc thì ta xác định x3 nhƣ sau: M k x3 (9-1) M n Mk - khối lƣọng mol của tinh thể, kg/kmol ; Mn - khối lƣợng mol của tinh thể có ngậm nƣớc, kg /kmol ; Phƣơng trình cân bằng vật liệu của quá trình là: G1 = G2 +G3 + W (9-2) Nếu tính theo chất hòa tan thì phƣơng trình cân bằng vật liệụ là. G1 x1 = G2 x2 + G3 x3 (9-3) Giải kết hợp hai phƣơng trình (9-2) và (9-3) ta có lƣợng tinh thể thu đƣợc là: G (x x ) w.x G3 = 1 1 2 2 (9-4) x x 3 2 Khi tiến hành kết tinh không tách dung môi thì lƣợng tinh thể đƣợc xác định theo công thức sau đây: G1 x1 x2 w.x 2 G3 = (9-5) x3 x2 Trong những thiết bị kết tinh có tách dung môi (bay hơi tự nhiên, cô đặc) thì khi giải ta cho trƣớc lƣợng W hay G3 sau đó giải theo phƣơng trình (9-4). Trong thiết bị kết tinh chân không lƣợng W không thể chấp nhận tùy theo ý mà là phải giải đồng thời các phƣơng trình (9-2) (9-3) với phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng của quá trình. 9.5.2. Cân bằng nhiệt lƣợng của quá trình kết tinh. Đối vơí trƣờng hợp chung là kết tinh có làm lạnh dung dịch và tách dung môi ta có: lƣợng nhiệt vào: - Do dung dịch đầu G1C1t1 - Do kết tinh G3q3 Lƣợng nhiệt đi ra - Do nƣớc cái G2C2t2 - Do tinh thể G3C3t2 136
  33. - Do bay hơi W.i - Do chất làm lạnh lấy đi Q - Do mất ra xung quanh Qm Vậy phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng là : G1 C1 t1 + G3 q3 = G2 C2 t2 + G3 C3 t2 + W.i +Q +Qm (9-6) Trong đó, C1,C2,C3 – Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu, nƣớc cái và của tinh thể [J/kgđộ]. 0 t1- nhiệt độ của dung dịch vào , [ C ]; 0 t2 - nhiệt độ của tinh thể và nƣớc cái, [ C]; I - nhiệt lƣợng riêng của hơi dung môi, [J/kg ]; q3 - nhiệt kết tinh J/kg tinh thể. Theo Ghéc-sơ thì nhiệt kết tinh dƣợc xác định nhƣ sau. q=qC –qA -nqB (9-7) Trong đó n - số mol nƣớc có trong tinh thể trong một mol vật chất đƣợc kết tinh. qA, qB qC - nhiệt tạo thành (từ các nguyên tố) của chất kết tinh ở dạng hoà tan, của nƣớc trong tinh thể và của tinh thể ngậm nƣớc [J/kmol]. Nhiệt tỏa ra khi kết tinh do tạo thành tinh thể đƣợc tính theo công thức: G q Q = 3 3 [kca/kg ] (9-8) 2 M M—khối lƣợng mol của tinh thể. [ kg/kmol] Nếu ta coi hỗn hợp đầu nhƣ là hỗn hợp của nƣớc cái, tinh thể và dung môi bốc hơi thì ta có thể viết phƣơng trình đơn giản sau đây khi không kể đến mất mát nhiệt. G1 C1 t1+ G2 C2 t2 +G3 C3 t 2+W Cn t2 (9-9) Do đó G2 C2 t2 + G3 C3 t3 + Cn t2 (9-10) Cn –nhiệt dung riêng của dung môi ,[ J /kg độ.] Giải kết hợp phƣơng trình (11—10) với (11—6) ta có: G1 C1 (t1 –t2) +G3 q3 =W (i –Cn t2) +Q (9-11) G1 C1 (t1-t2) lƣợng nhiệt tỏa ra khi làm lạnh. W(i–Cn t2) –lƣợng nhiệt tiêu tốn để bốc hơi dung môi. Nếu kết tinh không tách dung môi (kết tinh có làm lạnh) nghĩa là W= 0, thì tất cả lƣợng nhiệt do dung dịch tỏa ra khi làm lạnh và nhiệt tỏa ra khi kết tinh đều đƣợc lấy đi bằng chất làm lạnh. Trong thiết bị kết tinh chân không Q= 0 và phƣơng trình (9-11) có dạng sau đây: 137
  34. G1 C1 (t1 – t2) + G3q3 +W(i- Cn t2) (9-12) nghĩa là lƣợng nhiệt do dung dịch tỏa ra nhiệt kết tinh đều dùng để làm bay hơi dung môi. Chú ý rằng nhiệt kết tinh q3 có thể có giá trị dƣơng hoặc âm. BÀI THÍ NGHIỆM KẾT TINH Mục đích thí nghiệm - Làm quen với thiết bị kết tinh, - Xách định hiệu suất kết tinh - Xác định nồng độ dung dịch trƣớc và sau khi kết tinh. Lý thuyết Quá trình kết tinh là quá trình tách chất tan ra khỏi dung dịch dung Cân bằng vật liệu của quá trình kết tinh. Gọi: G1,G2,G3 - lƣợng dung dịch đầu, nƣớc cái và tinh thể, [ kg ] W - Lƣợng dung môi hay hơi, [kg] x1, x2, x3 - Nồng độ dung dịch ban đầu, nƣớc cái và tinh thể, % khối lƣợng. Trƣờng hợp tinh thể không ngậm nƣớc thì x3 =1. Trƣờng hợp tinh thể ngậm nƣớc thì ta xác định x3 nhƣ sau: M k x3 = (1) M n Mk - khối lƣọng mol của tinh thể, kg/kmol ; Mn - khối lƣợng mol của tinh thể có ngậm nƣớc, [kg /kmol ] Phƣơng trình cân bằng vật liệu của quá trình là: G1 = G2 +G3 + W (2) Nếu tính theo chất hòa tan thì phƣơng trình cân bằng vật liệụ là. G1 x1 = G2 x2 + G3 x3 (3) Giải kết hợp hai phƣơng trình (2) và (3) ta có lƣợng tinh thể thu đƣợc là: G (x x ) w.x G3 = 1 1 2 2 (4) x x 3 2 Khi tiến hành kết tinh không tách dung môi thì lƣợng tinh thể đƣợc xác định theo công thức sau đây: G1 x1 x2 G3 = (5) x3 x2 Trong những thiết bị kết tinh có tách dung môi (cô đặc) thì khi tính ta cho trƣớc lƣợng W hay G3 sau đó giải theo phƣơng trình (4) 138
  35. Gọi G4 là lƣợng tinh thể thực tế tách ra (kg) vậy hiệu suất quá trình kết tinh đƣợc tình nhƣ sau : G 4 100 (%) (6) G3 Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm gốm có: - Thiết bị kết tinh chế tạo có dạng kiểu vỏ bọc - Đƣờng kính của vỏ ngoài 4 khoảng 500 mm. - Chiều cao vỏ bọc ngoài 4 khoảng 600 mm. - Chiều cao của vỏ trong 5 khoảng 800 mm. - Đƣờng kính của vỏ trong 5 khoảng 400 mm. - Nồi gia nhiệt cho dung dịch. - Bơm ly tâm. - Cánh khuấy. - Thiết bị lọc. - Thùnh chứa nƣớc làm lạnh. Trình tự thí nghiệm Kiểm tra toàn bộ các thiết bị, ta cho nƣớc vào khoảng 2/3 nồi đun, bật công tắc cho điện trở của nồi đun và khống chế nhiệt độ ở nhiệt độ khoảng 0 70 C, sau đó cho muối Na2SO4.10H2O vào nồi đun pha với nồng độ theo từng thí nghiệm. Thí nghiệm 1: Pha dung dịch Na2SO4.10H2O 30% khối lƣợng trong nồi đun và đóng van v1 mở van v2 hoàn toàn, rồi cho bơm 2 chạy cho tới khi Na2SO4.10H2O tan hoàn toàn. Sau đó mở van v1, đóng van v2 đƣa dung dịch vào khoảng 3/4 chiều cao thiết bị kết tinh 5 rồi tắt bơm 2. Đồng thời cho bơm 3 chạy đƣa nƣớc lạnh vào thiết bị để làm lạnh dung dịch, và cho cánh khuấy làm việc. Đợi thời gian làm lạnh khoảng 30 phút ta tháo hỗn hợp nƣớc cái và chất kết tinh qua máy lọc thu đƣợc chất rắn kết tinh và đem sấy khô, cân. Thí nghiệm 2: Pha dung dịch Na2SO4.10H2O 25% khối lƣợng trong nồi đun và đóng van v1 mở van v2 hoàn toàn, rồi tiến hành nhƣ thí nghiệm trên. 139
  36. Kết quả thí nghiệm Thí Nồng độ dung Khối lƣợng chất rắn (kg) Hiệu nghiệm dịch suất kết Vào Ra lƣợng chất rắn chất rắn thu tinh %KL %KL đƣa vào hòa đƣợc sau khi kết tan tinh 1 2 Trình tự tính toán - Tính lƣợng chất rắn tách ra khỏi dung dịch - Tính hiệu suất quá trình kết tinh Bàn luận Sau khi tính toán học viên tự đƣa ra những nhận xét, đánh giá và bàn luận về kết quả thí nghiệm. - Nguyên nhân gây ra sai số trong bài thí nghiệm, ảnh hƣởng của sai số đến kết quả tính toán và biện pháp khắc phục. - Đƣa ra một vài ứng dụng mô hình thí nghiệm trong thực tế. 140
  37. SƠ ĐỒ BÀI THÍ NGHIỆM KẾT TINH 6 GHI CHÚ: 1- Nồi gia nhiệt dung dịch 5 2- Bơm dung dịch V1 3- Bơm nƣớc lạnh V2 4- Vỏ bọc ngoài 5- Thùng kết tinh 6- Cánh khuấy 1 4 7- Thiết bị lọc 8- Thùng chứa nƣớc lạnh 2 V- Van 8 3 7 141
  38. BÀI TẬP MỞ RỘNG VÀ NÂNG CAO NÂNG CAO Bài tập 6-1: Một lò đốt ba lớp hình trụ, có đƣờng kính trong lò là 1m, lớp trong xây bằng gạch chịu lửa dày 25 cm, lớp giữa là bông thuỷ tinh dày 30 cm, lớp ngoài cùng băng thép dày 1cm, chiều dài tƣơng bằng 3 m. Biết nhiệt độ trong 0 lò t1=850 c, nhiệt độ không khí bên 0 ngoài lò băng t2= 30 C. Cho hệ só cấp nhiệt của không khí nóng và của không 2 khí bên ngoài lần lƣợt là 1=30J/m h 2 độ và 2=11J/m h độ. Tính: a) Lƣơng nhiệt tổn thất ra môi trƣờng? b) Nhiệt độ tT1, tT2, ta ? Bài tập 6-2: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruật gà với ống truyền nhiệt có đƣờng kính 100 2 mm dài 20 m đƣợc làm bằng đồng đỏ. Biết lƣu thể nóng đi trong ống truyền nhiệt là hơi nƣớc bão hoà có áp suất tuyệt đối bằng 2 at, nhiệt độ của lƣu thể nguội bên ngoài ống truyền nhiệt là 1080C, hệ số cấp nhiệt của hơi nƣớc bão hoà là 9800 W/m2 độ, hệ số cấp nhiệt của lƣu thể nguội là 350W/m2 độ. Tính: a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị? b)Lƣơng nhiệt truyền đi từ lƣu thể nóng tới lƣu thể nguội? Bài tập 6-3: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với số ống truyền nhiệt là 90 đƣờng kính 60 2 mm. Chiều dài ống dây 3 m, ống làm bằng đồng thau. Thiết bị dùng làm nguội dung dịch từ 1200C xuống 400C bằng nƣớc lạnh chảy ngƣợc chiều, nƣớc vào 200C và đi ra 350C. Biết hệ số cấp nhiệt của dung dịch là 240 J/m2h độ, hệ số cấp nhiệt của nƣớc lạnh là 150J/m2h độ. Xác định: a) Hệ số truyền nhiệt của thiết bị. b) Lƣợng nhiệt trao đổi giữa 2 lƣu thể. 142
  39. Bài tâp 6-4: Một ống truyền nhiệt có đƣờng kính 100 2 mm dài 40m đƣợc làm bằng đồng đỏ. Nhiệt độ 2 bên tƣờng lần lƣợt là 1150C và 450C. Tính lƣợng nhiệt dẫn qua tƣờng ống. Giải bài toán trong trƣờng hợp xem tƣờng ống là tƣờng phẳng. Bài tâp 6-5: Một ống dẫn hơi làm bằng thép không gỉ dài 35 m, đƣờng kính 51 2,5 mm đƣợc bọc bằng một lớp cách nhiệt dày 30 mm. Nhiệt độ bề mặt ngoài lớp cách nhiệt là 450C, bề mặt trong ống là 2000C. Xác định lƣợng nhiệt tổn thất của ống dẫn hơi. Cho hệ số dẫn nhiệt của chất cách nhiệt làm bằng sợi amiăng bằng 0,115 W/mđộ. Bài tâp 6-6: Ống truyền nhiệt có đƣờng kính 100 2 mm, làm bằng đồng thanh.Bên ngoài bọc lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 50 mm nhƣ Biết 0 0 nhiệt độ tT1 = 120 C và tT2 = 35 C. Tính lƣợng nhiệt tổn thất qua 1m chiều dài ống và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai tƣờng Bài tâp 6-7: Tìm nhiệt độ bề mặt trong của lớp vỏ nồi bằng inox dày 10 mm nếu nhƣ nhiệt độ mặt lớp bọc cách nhiệt ngoài của nồi là 400C. Chiều dày lớp bọc cách nhiệt là 300 mm. Nhiệt kế cắm sâu vào 80 mm kể từ bề mặt ngoài và chỉ 700C. Hệ số dẫn nhiệt của lớp bọc cách nhiệt 0,279 W/mđộ, của inox là 30 W/mđộ. Hình 6-21 Bài tâp 6-8: Thiết bị trao đổi nhiệt làm bằng thép không gỉ có chiều dày 1=5mm. Lớp cách nhiệt làm bằng sợi amiăng có chiều dày 2=50 mm, và hệ 2 2 số dẫn nhiệt là 0,1115 W/m độ. Cho 1 = 200 W/m độ ; 2 = 12 W/m độ. Nhiệt 0 độ chất lỏng bên trong thiết bị trao đổi nhiệt t1 = 80 C. Nhiệt độ không khí bên 0 ngoài t5 = 30 C Xác định nhiệt độ tổn thất ra môi trƣờng và nhiệt độ bên trong tT1 và bên ngoài tT2 của các mặt tƣờng của thiết bị trao đổi nhiệt và nhiệt độ tiếp xúc giữa hai lớp tƣờng. Bài tập 6-9 Cho thiết bị truyền nhiệt loại ống chùm dùng hơi nƣớc bão hòa có áp suất dƣ là 1 at, nhiệt độ là 119,6oC, để gia nhiệt cho dung dịch bên trong. Vỏ thiết bị đƣợc làm bằng thép dày 4 mm. Nhiệt độ không khí xung quanh là 300C. cho hệ số cấp nhiệt của không khí và của hơi nƣớc lần lƣợt là 16 J/m2h 143
  40. độ và 11500 J/m2h độ. Tính lƣợng nhiệt tổn thất và nhiệt độ hai bên bề mặt tƣờng của vỏ thiết bị. Bài tập 6-10: Cho thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc. Dùng hơi nƣớc bão hòa có áp suất dƣ là 2 at, nhiêt độ 132,9 oc, để gia nhiệt cho dung dịch bên trong. Vỏ bọc bên ngoài đƣợc làm bằng thép không gỉ dày 20 mm, diện tích của vỏ bọc ngoài của thiết bị là 12 m2. Nhiệt độ không khí xung quanh là 350C. Cho hệ số cấp nhiệt của không khí và của hơi nƣớc lần lƣợt là 16,5 W/m2độ, và 12000 W/m2độ. Tính:nhiệt tổn thất ra môi trƣờng và nhiệt độ hai bên bề mặt tƣờng của vỏ thiết bị Bài tập 7-1: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn ruột gà có đƣờng kính ống 80 25. Chiều dài ống bằng 30 m và làm bằng đồng thau. Hơi nƣớc bão hòa đi trong ống có áp suất tuyện đối 6 at để đun nóng cho dung dịch từ 300C đến 800C với năng suất 1500 kg/h. Cho hệ số cấp nhiệt của hơi nƣớc là 2 2 α1 1050 W/m độ, và hệ số cấp nhiệt của dung dịch là α2 200W/m độ. Xác định lƣợng nhiệt truyền đi từ hơi nƣớc cho dung dịch Bài tập 7-2: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có số ống là 100, đƣờng kính ống 100 2 chiều dài ống 3m. Cần làm lạnh dung dịch đi trong ống có nhiệt độ giảm từ 1200c xuống 600C. Nƣớc làm lạnh chảy ngƣợc chiều có nhiệt độ vào 200C và đi ra 450C, lƣợng nƣớc lạnh đi vào thiết bị 1,2 tấn/h. Cho nhiệt dung riêng của dung dịch và nƣớc lần lƣợt là 0,8J/kg độ và 1J/kg độ. Tổn thất nhiệt độ ra môi trƣờng 1000 J/h. Xác định: a)Lƣu lƣợng dung dịch vào thiết bị b)Hệ số truyền nhiệt của thiết bị Bài tập 7-3: Một thiết bị truyền nhiệt ống chùm dùng làm nguội khí Nitơ từ nhiệt độ 800C xuống 350C bằng nƣớc lạnh chảy ngƣợc chiều có nhiệt độ vào 220C và đi ra 320C. Năng suất ở diều kiện tiêu chuẩn là 1240m3/h. Khối lƣợng 3 riêng của khí Nitơ là 1,25Kg/m . nhiệt dung riêng của khí Nitơ là Cn=0,25 J/Kg độ. Hệ số truyền nhiệt của thiết bị K=60 J/m2h độ. X ác định: a)Lƣợng nhiệt truyền cho khí N2 b)Lƣợng nƣớc làm lạnh cần thiết c) Diện tích bề mặt truyền nhiệt b) Gn = 1743,8 kg/h 144
  41. c) F = 10,8 m2 Bài tập 7-4: Hỏi 5 tấn dung dịch clorua canxi đƣợc đun nóng lên đến nhiệt độ nào nếu nhƣ sau 3 h, lƣợng hơi nƣớc bão hòa có (Ptđ = 2 at) ẩn nhiệt ngƣng tụ bằng 527 J/kg, và tiêu hao là 300 kg. Tổn thất nhiệt của thiết bị ra môi trƣờng xung quanh trung bình là 600 J/h. Nhiệt độ ban đầu của dung dịch 200C. Nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch là 0,7 J/kg độ. Bài tập 7-5: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm dùng đun nóng một dung dịch đƣờng với năng suất 800 kg/h, từ nhiệt độ 300C đến 800C, lƣu thể nóng có nhiệt độ giảm từ 120 xuống 850C. Biết hệ số truyền nhiệt của thiết bị k= 30J/m2h độ, nhiệt dung riêng của dung dịch đƣờng và của lƣu thể nóng lần lƣợt là 480 kj/kg độ,310 kj/kgđộ. Tính: a) Suất lƣợng lƣu thể nóng vào thiết bị ? b) Diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị ? Bài tập 7-6: Một thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống dùng đun nóng một dung môi bằng hơi nƣớc bão hòa có nhiệt độ không đổi là 1000C. Hơi nƣớc có hàm nhiệt là 2677.103J/kg dung môi đƣợc đun nóng có lƣu lƣợng là 800kg/h từ 250C lên 700C, với nhiệt dung riêng của dung môi coi nhƣ không đổi và bằng 3200J/Kg độ. Nhiệt tổn thất bằng 5% tổng lƣợng nhiệt vào, cho hệ số truyền nhiệt là 570J/m2h độ. Tính: a) Lƣu lƣợng hơi đốt cần dùng b) Bề mặt truyền nhiệt cần thiết Bài tập 8-1: Một thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khí quyển có năng suất theo nhập liệu 3500 kg/h, nồng độ ban đầu là 18% khối lƣợng, sau khi cô đặc nồng độ tăng lên 46% khối lƣợng, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch trong thiết bị 1050 C, hơi đốt tiêu hao là 850 kg/h áp suất dƣ của hơi đốt là 2 kg/cm2. Bề mặt truyền nhiệt của phòng đốt có hệ số truyền nhiệt k = 370 W/m2.độ. Tổn thất nhiệt ra môi trƣờng xung quanh bằng không. Hãy xác định: a) Lƣơng nƣớc tách ra khỏi dung dịch? b) Diện tích truyền nhiệt của thiết bị? Bài tập 8-2: một thiết bị cô đặc có áp suất tuyệt đối trong phòng bốc là 0,5at. Biết lƣợng nƣớc lạnh đƣa vào thiết bị ngƣng tụ bazômét là 35m3/h. nƣớc vào nhiệt độ 250C và đi ra có nhiệt độ 400C. Dung dịch NaOH có nồng độ đầu 15%. Khối lƣợng sau khi cô đặc nồng độ tăng lên 35% khôí lƣợng. Xác định năng suất thiết bị cô đặc 145
  42. Bài tập 8-3: Một thiết bị cô đặc dung dịch với năng suất 1,5 tấn/h. Nồng độ dung dịch tăng từ 20% lên 45% khối lƣợng. Cô đặc ở áp suất khí quyển. Hơi đốt đƣa vào thiết bị có áp suất dƣ là 7at độ ẩm 5%. Trong phòng đốt có 60 ống truyền nhiệt, đƣờng kính ống 80 2 mm và chiều dài mỗi ống 4 m. Dung dịch vào có nhiệt độ 250C và sản phẩm ra có nhiệt độ là 900C. nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch 850c, nhiệt dung riêng trung bình của dung dịch là 75J/Kg độ. Xác định: a)Lƣợng hơi đốt sử dụng b)Hệ số truyền nhiệt của thiết bị Bài tập 8-4 Một thiết bị cô đặc 1 nồi làm việc liên tục dùng cô đặc dung dịch NaNO3 từ nồng độ 12% đến 4% khối lƣợng và năng suất theo vật liệu vào 5000Kg/h. dung dịch có nhiệt dung riêng 0,88 J/Kg độ. Dung dịch vào có nhiệt độ 340C và nhiệt độ dung dịch ra là 730C, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch là 700C. hơi đốt vào thiết bị có áp suất 4at, nhiệt độ 1430C và ẩn nhiệt r=511,1 J/Kg. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không với áp suất tuyệt đối là 0,2 at hàm nhiệt hơi thứ I=2609KJ/Kg. Cho nhiệt tổn thất Qtt=1500J/h, diện tích truyền nhiệt F=50m2 Tính: a)Lƣợng hơi thứ bay lên b)Lƣợng hơi đốt vào thiết bị c)T ính hệ số truyền nhiệt thiết bị Bài tập 8-5: Dung dịch xút nhập liệu vào thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất chân không bằng 0,6 at, nhiệt lƣợng riêng của hơi thứ là 629,2 J/kg. Với năng suất theo nhập liệu là.2500 kg/h dung dịch NaOH, nồng độ từ 8% lên 35% khối lƣợng.hơi đốt là hơi nƣớc bão hoà có áp suất tuyệt đối là 2 at, nhiệt độ của hơi đốt là 119,6 oC Biết rằng nhiệt độ của nhập liệu và sản phẩm là 250C và 850C. Ẩn nhiệt ngƣng tụ của hơi đốt là 2208 kj/kg, dung riêng của dung dịch đầu là 3,2 kJ/kg.độ. tổn thất nhiệt ra môi trƣờng xung quanh là 120 J, và hệ số truyền nhiệt K = 220 J/m2h độ, nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch trong thiết bị bằng 800C. Tính: a)Tính lƣợng hơi thứ tách ra khỏi dung dịch? b)Tính lƣợng hơi đốt cần thiết ? c)Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt? ĐÁP ÁN CÁC BÀI TẬP Bài tâp 6-1: 146
  43. Đs: q =69,73 W/m2 0 ta =119,98 C Bài tập:6-2: Đs: a) q= 1888,7)J/m2h) 0 o b) tT1 = 737,04 C ta = 170,4 C Bài tập;6-3: Đs:a) Nhiệt tổn thất q=18,59 W/m2 b)Tính ta, tb: 0 ta=89,97 C 0 tb 40,0019 C Bài 6-4: 2 Đs: a) Qtt= 689,97 (J/m h.độ) 0 o 0 b) tT1= 977 C, ta =657,6 C, tT2 =84,6 C Bài 6-5: Đs: k =11,42W/m2h.độ, q= 856,5 [W/m2 oC] Bài 6-6: Đs: a) Q = 30492 (J/h) 0 b) ta = 1002,34 C Bài tập 7-1: o Đs: Q25 c =m.c.t25 =104650000 [W] o Q50 c = m.c t50 =209300000 [W] Bài tập 7-2: Đs: Q =22640 [ kj] Bài tập 7-3: Đs: D =142,5 kg/h Bài tập 7-4: Đs: G = 1558,3 kg/h, k = 87,9 J/m2h độ Bài tập 7-5: Đs: a) G =2,849 kg/s, b) F = 17,6 m2 Bài tập 7-6: a) Gn = 10750 kg/h 147
  44. b) k = 223,9 J/m2h độ Bài tập 7-7: Đs: a) Gn = 9450 kg/h b)Q= 94500 J/h c) k = 92,6 J/m2h0C Bài 8-1: Đs: W=853,7 kg Bài 8-2: Đs: Xc = 27% [kối lƣợng] Bài 3: Đs: a) W, =1187,5 (kg/s) b)D= 1420,9 (kg/s) c) k = 548,7 [J/m2h.độ] ĐÁP ÁN CÁC BÀI TẬP NÂNG CAO Bài tập:6-1 Đs: a) Q = 1386,8 [J] b) Nhiệt độ tT1, tT2, ta 0 tT1 = 845,1 C 0 ta =810,5 C 0 tb=41,5 C 0 tT2 = 36,3 C Bài tập 6-2 đs: a) K=337,3 W/m2độ b) Q =kF t tb = 24062,9 [W] Bài tập 6-3 Đs: a) K= 92 J/m2h độ. b) Q=203111,4 (J/h) Bài tâp 6-4 Đs: Qtt = 165312 [kW] Bài tâp 6-5 Đs: 5033,4 [W] Bài tâp 6-6 Qtt = 18,5[ W], o ta= 119,98 C, Bài tâp 6-7 2 Đs: Qtt = 104,6 W/m , 148
  45. o ta= 152,4 C, o tT2 =152,43 C Bài tâp 6-8 2 Đs: Qtt = 93 W/m , o o TT1= 79,53 C ,ta =79,5 c o TT2= 37,79 C Bài tập 6-9 2 Đs: Qtt = 1432.5 J/m hđộ, o tT1 = 119,47 C, o tT2 =119,3 C Bài tập 6-10 Đs: Qtt = 18996,5 W, o tT1 = 132.78 C, o tT2 =130,9 C Bài tập 7-1 Đs: Q=129457,17 (J/h) Bài tập 7-2 Đs: a) G1= 645,83 kg/h b)K= 5,84 J/m2h0C. Bài tập 7-3 Đs: a) Q=1550.0,25(80-35)=17437,5(J/h) b) Gn = 1743,8 kg/h c) F = 10,8 m2 Bài tập 7-4 Đs: 64,6 oC Bài tập 7-5 Đs: a) G1= 1770,9 kg/h b) F = 32,18 m2 Bài tập 7-6 Đs: a) D = 55,73 kg/h, b) F = 1 m2 Bài tập 8-1 Đs: a. W =2130,4 kg/h b. F = 49,78m2 Bài tập 8-2 Đs: Gđ=1332 (kg/s) 149
  46. Bài tập 8-3 Đs: a) D=960,7(kg/s) b) K=95,62 J/m2h độ. Bài tập 8-4 Đs: a) W =3500 (kg/s) b) D = 4105 (kg/s) c) K = 547,8 J/m2h độ. Bài tập 8-5: Đs: a) W = 1928,5 kg/h, b) D =2207,2 kg/h, c) F = 133,64 m2 150
  47. PHẦN PHỤ LỤC Bảng 1: Các ký hiệu cơ bản THỨ KÝ HIỆU ĐẠI LƢỢNG ĐƠN VỊ GHI CHÚ TỰ Năng suất hay lƣu 1 Q m3/h Hay kg/h lƣợng 2 C Nồng độ dung dịch mol/l Hay %(KL),kg/l 3 d Đƣờng kính ống m Đƣờng kính thiết bị m 4 D Lƣu lƣợng hơi đốt Kg/s Kg/h 5 F bề mặt truyền nhiệt m2 6 Bề dày m 7 G Lƣu lƣợng khối Kg/s Kg/h 8 h Chiều cao M 9 H Chiều cao M 10 i enthanpy J/Kg (J /Kg) 11 R, r ẩn nhiệt J/Kg (J /Kg) 12 l Chiều dài M 13 m Khối lƣợng Kg 14 n Số ống truyền nhiệt 15 N Công suất KW 16 p áp suất atm,bar kg/cm2 17 Q Lƣợng nhiệt W, J 18 t Nhiệt độ 0C 19 c Nhiệt dung riêng j/kg.độ J/kg độ 20 v Vận tốc m/s 21 R Nhiệt trở lớp vật liệu m.độ/W 151
  48. THỨ KÝ HIỆU ĐẠI LƢỢNG ĐƠN VỊ GHI CHÚ TỰ 22 Hệ số cấp nhiệt W/ m2.độ J/m2h độ 23 K Hệ số truyền nhiệt W/m.m2độ J/m2h độ 24 Hệ số dẫn nhiệt W/m.độ J/mh độ 25 Khối lƣợng riêng Kg/m3 26 Thời gian s, h 27 W Lƣợng hơi thứ Kg/s Kg/h Bảng 2. Quan hệ giữa các đại lƣợng Năng lƣợng 1kal=427 kp/m=4185Nm 1Nm==0,239 cal 1 cal=4,1816 J 1J =4,186 kj =4186j 1J/m2h.độ = 1,1627 W/ m2 độ 1J/mh.độ = 1,1627 W/ m độ 1W/ m2.độ = 0,86 J/m2h độ 1W/ m.độ = 0,86 J/mh độ j/s =W Hệ số dẫn nhiệt 1J/mhđộ = 1,1627 W/m.độ Hệ số truyền nhiệt 1J/m2hđộ = 1,1627 W/m2.độ Áp suất at=735,6torr=10m=735,6mmHg=10000 kp/m2 1atm(vật lý)=760torr=1,033kp/cm2 2 2 Độ nhớt 1Ns/m =1kg/m=10p=1000cp=1,02kps/m 1 st (stokes)=1 cm2/s=100St 152
  49. Bảng 3: Hệ số dẫn nhiệt các của chất khí (J/m.h.độ ở p =1 at) Nhiệt độ, 0C Khí Đến 00C 500C 1000C 2000C Amoniac 0,018 0,022 0,027 - Etan 0,015 0,02 0,027 - Etylen 0,014 0,018 0,023 - Cacbondioxit 0,012 0,016 0,02 0,027 Cacbon mono oxit 0,019 0,021 - - Không khí 0,021 0,024 0,028 0,034 Metan 0,026 0,031 - - Oxy 0,021 0,025 0,028 0,035 Nitơ 0,02 0,023 0,027 0,033 Hơi nƣớc 0,014 0,017 0,021 0,028 hydrô 0,14 0,16 0,19 0,22 Bảng 4: Hệ số dẫn nhiệt của một số chất rắn từ 0 đến 1000C Khối lƣợng riêng hoặc Hệ số dẫn nhiệt Tên chất khối lƣợng của lớp hạt , J/m.h.độ kg/m3 Bê tông 2300 1,1 Gạch chịu lửa 1840 0,9 Thủy tinh 2500 0,6-0,7 Thủy tinh đục 200 0,03-0,06 Gỗ(dọc qua sợi) 600 0,33 Gỗ(ngang qua sợi) 600 0,12-0,15 Lớp gạch cách nhiệt 600 0,1-0,18 Magiee 85% sợi len 216 0,06 Mùn cƣa 230 0,06-0,08 Cát khô 1500 0,3-0,7 Sợi len 250 0,065 Xỉ 3000 0.6 Sợi bông 1380 0.21 Đất sét 220 0,055 Chất dẻovinyl 1380 0,14 Lông 300 0,04 153
  50. Khối lƣợng riêng hoặc Hệ số dẫn nhiệt Tên chất khối lƣợng của lớp hạt , J/m.h.độ kg/m3 Vữa xây 1700 0,06-0,07 Nhôm 2700 175 Chì 11400 30 Bạc 8000 55 Gang 7500 40-80 Đồng 8800 330 Sắt 8500 80 Thép 7850 40 Hợp kim 7900 15 Bảng 5:Tính chất vật lý của nƣớc ở áp suất thƣờng 1 2 3 4 5 6 7 8 , 2 3 6 t, i cp .10 , .10 , .10 , pr 0C 3 J/kg J/kgđộ J/mhđộ N.s m2/s kg/m m2 0 1000 0 1,01 47,4 1,792 1,79 13,7 10 1000 10,0 1,00 49,4 1,308 1,31 9,52 20 998 20,0 0,999 51,5 1,005 1,01 7,02 30 996 30,0 0,997 53,1 0,0087 0,91 5,42 40 922 40,0 0,997 54,5 0,0656 0,66 4,31 50 988 50,0 0,997 55,7 0,5494 0,556 3,54 60 983 60,0 0,998 56,7 0,4688 0,478 2,98 70 978 70,0 1,00 57,4 0,4061 0,415 2,55 80 972 80,0 1,00 58,0 0,03565 0,365 2,21 90 965 90,0 1,00 58,5 0,3165 0,326 1,95 154
  51. Bảng 6: Tính chất của hơi nƣớc bão hòa theo nhiệt độ Khối Hàm nhiệt, Áp suất Thể tích Nhiệt hóa Nhiệt lƣợng J/kg=4190J/kg at hay riêng hơi. độ, 0C riêng, kG/cm2 m3/kg lỏng hơi J/kg Kg/m3 1 2 3 4 5 6 7 0 0,0062 260,5 0,00484 0 595,0 595,0 5 0,0089 147,1 0,00680 5,0 597,3 592,3 10 0,0125 106,4 0,00940 10,0 599,6 589,6 15 0,0174 77,9 0,001283 15,0 602,0 587,0 20 0,0238 57,8 0,001729 20,0 604,3 584,3 25 0,0323 43,40 0,02304 25,0 606,6 581,6 30 0,0433 32,93 0,03036 30,0 608,9 578,9 35 0,0573 25,25 0,03960 35,0 611,2 576,2 40 0,0752 19,55 0,05114 40,0 613,5 573,5 45 0,0977 15,28 0,06543 45,0 615,7 570,7 50 0,1258 12,054 0,0830 50,0 618,0 568,0 55 0,1605 9,589 0,1043 55,0 620,2 565,2 60 0,2031 7,687 0,1301 60,0 622,5 562,5 65 0,2550 6,209 0,1611 65,0 624,7 559,7 70 0,3177 5,052 0,1979 70,0 626,8 556,8 75 0,393 4,139 0,2416 75,0 629,0 554,0 80 0,483 3,414 0,2929 80,0 631,1 551,2 85 0,590 2,832 0,3531 85,0 633,2 548,2 90 0,715 2,365 0,4229 90,0 635,3 545,3 95 0,862 1,985 0,5039 95,0 637,4 542,4 100 1,033 1,675 0,5970 100,0 639,4 539,4 105 1,232 1,421 0,7036 105,1 641,3 536,3 110 1,461 1,212 0,8254 110,1 643,3 533,1 115 1,724 1,038 0,9635 115,2 645,2 530,0 120 2,025 0,893 1,1199 120,3 647,0 526,7 125 2,367 0,7715 1,296 125,4 648,8 523,5 130 2,755 0,6693 1,494 130,5 650,6 520,1 135 2,192 0,5831 1,715 135,6 652,3 516,7 140 3,685 0,5096 1,962 140,7 653,9 513,2 155
  52. Khối Hàm nhiệt, Áp suất Thể tích Nhiệt hóa Nhiệt lƣợng J/kg=4190J/kg at hay riêng hơi. độ, 0C riêng, kG/cm2 m3/kg lỏng hơi J/kg Kg/m3 1 2 3 4 5 6 7 145 4,238 0,4469 2,238 145,9 655,5 509,6 150 4,885 0,3933 2,543 151,0 657,0 506,0 160 6,303 0,3075 3,252 156,2 659,9 498,5 170 8,080 0,2431 4,113 171,8 662,4 490,6 180 10,23 0,1944 5,145 182,3 664,6 482,3 190 12,80 0,1568 6,378 192,9 666,4 473,5 200 15,85 0,1276 7,840 203,5 667,7 464,2 210 19,55 0,1045 9,567 214,3 668,6 454,4 220 23,66 0,0862 11,600 225,1 669,0 443,9 230 28,53 0,07155 13,98 236,1 668,8 432,7 160 6,303 0,3075 3,252 156,2 659,9 498,5 170 8,080 0,2431 4,113 171,8 662,4 490,6 180 10,23 0,1944 5,145 182,3 664,6 482,3 190 12,80 0,1568 6,378 192,9 666,4 473,5 200 15,85 0,1276 7,840 203,5 667,7 464,2 210 19,55 0,1045 9,567 214,3 668,6 454,4 220 23,66 0,0862 11,600 225,1 669,0 443,9 230 28,53 0,07155 13,98 236,1 668,8 432,7 240 34,13 0,05967 16,76 247,1 668,0 420,8 250 40,55 0,04998 20,01 258,3 666,,4 408,1 260 47,85 0,04199 23,82 269,6 664,,2 394,5 270 56,11 0,03538 28,27 281,1 661,2 380,1 280 65,42 0,02988 33,47 292,7 657,3 364,6 290 75,88 0,02525 39,60 304,4 625,6 348,1 300 87,6 0,02131 46,93 316,6 646,8 330,2 310 100,7 0,01799 55,59 329,3 640,1 310,8 320 115,2 0,01516 65,95 343,0 632,5 289,5 330 131,3 0,01273 78,53 357,5 623,5 266,0 340 149,0 0,01064 93,98 373,3 613,5 240,2 350 168,6 0,00884 113,2 390,8 601,1 210,3 156
  53. Khối Hàm nhiệt, Áp suất Thể tích Nhiệt hóa Nhiệt lƣợng J/kg=4190J/kg at hay riêng hơi. độ, 0C riêng, kG/cm2 m3/kg lỏng hơi J/kg Kg/m3 1 2 3 4 5 6 7 360 190,3 0,00716 139,6 413,0 583,4 170,3 370 214,5 0,00585 171,0 415,0 549,8 0 374 225 0,000310 322,6 501,1 501,1 0 157
  54. Bảng 7: Tính chất của hơi nƣớc bão hòa theo áp suất Thể tích Hàm nhiệt, J/kg Nhiệt hóa Áp suất Nhiệt Khối lƣợng 0 riêng 3 hơi. at độ C riêng, Kg/m lỏng hơi m3/kg J/kg 1 2 3 4 5 6 7 0,01 6,6 131,60 0,00760 6,6 598,0 591,4 0,015 12,7 89,64 0,01116 12,7 600,9 588,2 0,02 17,1 68,27 0,01465 17,1 602,9 585,8 0,025 20,7 55,28 0,01809 20,7 604,6 583,9 0,03 23,7 46,53 0,02149 23,7 606,0 582,3 0,04 28,6 35,46 0,02820 28,6 608,2 579,6 0,05 32,5 28,73 0,03481 32,5 610,0 577,5 0,06 35,8 24,19 0,04133 35,8 611,5 575,8 0,08 41,1 18,45 0,05420 41,1 614,0 572,8 0,10 45,4 14,,96 0,06686 45,4 615,9 570,5 0,12 49,0 12,60 0,07937 49,0 617,6 568,5 0,15 53,6 10,22 0,09789 53,6 619,6 566,0 0,20 59,7 7,797 0,1283 59,7 622,3 562,7 0,30 68,7 5,331 0,1876 68,7 626,3 557,6 0,40 75,4 4,072 0,2456 75,4 629,2 553,8 0,50 80,9 3,304 0,3027 80,9 631,5 550,6 0,60 85,5 2,785 0,3590 85,5 633,4 548,0 0,70 89,3 2,411 0,4147 89,5 635,1 545,6 0,80 93,0 2,128 0,4699 93,0 636,5 543,6 0,90 96,2 1,906 0,5246 96,2 637,8 541,7 1,0 99,1 1,727 0,5790 99,1 639,0 539,9 1,2 104,2 1,457 0,6865 104,3 641,1 536,7 1,4 108,7 1,261 0,7931 108,9 642,8 533,9 1,6 112,7 1,113 0,898 112,9 644,3 531,4 1,8 116,3 0,997 1,003 116,6 645,7 529,1 2,0 119,6 0,903 1,107 119,9 646,9 527,0 3,0 132,9 0,6180 1,618 133,4 651,6 518,1 4,0 142,9 0,4718 2,120 143,7 654,9 511,1 5,0 151,1 0,3825 2,614 152,2 657,3 505,2 6,0 158,1 0,3222 3,104 159,4 659,3 499,9 158
  55. Thể tích Hàm nhiệt, J/kg Nhiệt hóa Áp suất Nhiệt Khối lƣợng 0 riêng 3 hơi. at độ C riêng, Kg/m lỏng hơi m3/kg J/kg 1 2 3 4 5 6 7 7,0 164,2 0,2785 3,591 165,7 660,9 49502 8,0 169,6 0,2454 4,075 171,4 662,3 490,9 9,0 174,5 0,2195 4,556 176,6 663,4 486,8 10 179,0 0,1985 5,037 181,3 664,4 483,1 11 183,2 00,1813 5,516 185,7 665,2 479,5 12 187,1 0,1668 5,996 189,8 665,9 476,1 13 190,7 00,1545 6,474 193,6 666,6 472,8 14 194,1 0,1438 6,952 197,3 667,0 469,7 15 197,4 0,1346 7,431 200,7 667,4 466,7 16 200,4 0,1264 7,909 204,0 667,8 463,8 17 203,4 0,1192 8,389 207,1 668,1 460,9 18 206,2 0,1128 8,868 210,1 668,3 458,2 19 208,8 0,1070 9,349 213,0 668,5 455,5 20 211,4 0,1017 9,83 215,8 668,7 452,9 30 232,8 0,06802 14,70 239,1 668,6 429,5 40 249,2 0,05069 19,73 257,4 666,6 409,2 50 262,7 0,04007 24,96 272,7 663,4 390,7 60 274,3 0,03289 30,41 286,1 659,5 373,5 70 284,5 0,02769 36,12 298,0 655,3 357,8 80 293,6 0,02374 42,13 308,8 650,6 341,8 90 301,9 0,02064 48,45 319,0 645,6 326,7 100 309,5 0,01815 55,11 328,7 640,5 311,8 120 323,1 0,01437 69,60 347,3 629,7 282,4 140 335,0 0,01164 85,91 365,3 618,6 253,3 160 345,7 0,00956 104,6 383,4 606,3 222,8 180 355,4 0,00782 128,0 401,9 592,6 190,7 200 364,2 0,00614 162,9 425,6 572,8 147,3 225 374,0 0,00310 322,6 501,1 501,1 0 159
  56. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, -Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học - Tập 1,2-Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1981. [2] Phạm Văn Bôn - Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học - Tập 5 QT&TB Truyền Nhiệt – NXB ĐH Quốc gia TPHCM, 2002 [3] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1,2.- Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 1978. [4] Những quá trình và thiết bị cơ bản của nghành công nghệ hóa học- NXB Giáo dục 1996 [5] Nguyễn Bin - Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm - tập1- NXB KHKT 1999 160