Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chương trình đào tạo kỹ sư Kỹ thuật Hóa học tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đồ án môn học "Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất" (mã học phần CH3440) là học phần kỹ thuật cốt lõi. Nhiệm vụ của đồ án là yêu cầu người học vận dụng kiến thức lý thuyết về truyền khối, truyền nhiệt, cơ học chất lưu và sức bền vật liệu để thực hiện tính toán, thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống thiết bị công nghệ đáp ứng các chỉ tiêu sản xuất thực tế.

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 nhằm làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể hoặc thu hồi dung môi ở dạng nguyên chất. Dung dịch Natri nitrat ($\text{NaNO}_3$ - còn gọi là diêm tiêu Chile) là hợp chất muối ion vô cơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp:

  • Nông nghiệp: Làm nguyên liệu phối trộn phân bón cung cấp nitơ dễ hấp thụ cho cây trồng.
  • Công nghiệp vật liệu và kính: Ngâm xử lý bề mặt để sản xuất kính cường lực, tăng khả năng chống co giãn và uốn cong khi chịu nhiệt độ thay đổi.
  • Công nghiệp thực phẩm: Sử dụng làm phụ gia bảo quản và ổn định màu đỏ tự nhiên trong chế biến thịt (xúc xích, giăm bông, thịt nguội).
  • Y dược và quốc phòng: Thành phần kiểm soát trong dược phẩm (thuốc nhỏ mắt) và làm chất oxy hóa trong nhiên liệu đẩy tên lửa, pháo hoa, bom khói do có tính ổn định cao và giá thành thấp.

Đề tài đặt ra nhiệm vụ tính toán và thiết kế kỹ thuật hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục, sử dụng thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài để cô đặc dung dịch $\text{NaNO}_3$ với các thông số thiết kế ban đầu:

  1. Năng suất đầu vào ($G_đ$): $7500 \text{ kg/h}$.
  2. Nồng độ đầu của dung dịch ($x_đ$): $4%$ khối lượng.
  3. Nồng độ sản phẩm đầu ra ($x_c$): $23%$ khối lượng.
  4. Áp suất hơi đốt sơ cấp cấp vào nồi 1 ($P_1$): $5,2 \text{ at}$.
  5. Áp suất làm việc tại thiết bị ngưng tụ chân không ($P_{ng}$): $0,2 \text{ at}$.
  6. Chiều cao ống gia nhiệt ($h$): $5 \text{ m}$.

Đối tượng nghiên cứu là hệ dung dịch $\text{NaNO}_3$ - nước và dây chuyền thiết bị cô đặc hai nồi buồng đốt ngoài. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng toàn hệ thống; xác định thông số động học truyền nhiệt và kích thước bề mặt truyền nhiệt của thiết bị chính; tính toán thiết kế cơ khí cho thân vỏ, buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp và các chi tiết đỡ; cùng với tính chọn 03 thiết bị phụ trợ chính (thiết bị ngưng tụ baromet, bơm chân không và thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu thiết kế được xây dựng dựa trên lý thuyết truyền nhiệt - truyền khối trong công nghệ hóa học, bao gồm:

  • Phương trình cân bằng vật chất tổng quát và từng cấu tử: Xác định lượng hơi thứ bốc ra và nồng độ dung dịch biến thiên qua các nồi.
  • Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Thiết lập hệ phương trình năng lượng để tìm lượng hơi đốt sơ cấp $D$ và lượng hơi thứ $W_i$ sinh ra tại mỗi nồi, có tính đến tổn thất nhiệt lượng ra môi trường xung quanh ($Q_m = 0,05 \cdot Q_{cấp}$).
  • Mô hình tổn thất nhiệt độ:
    • Tổn thất do nồng độ ($\Delta_i'$): Tính toán theo phương pháp và công thức Tysenko dựa trên độ tăng điểm sôi của dung dịch ở áp suất khí quyển và ẩn nhiệt hóa hơi.
    • Tổn thất do áp suất thủy tĩnh tăng cao ($\Delta_i''$): Tính toán theo áp suất trung bình tại lớp giữa của khối chất lỏng sôi dọc theo chiều cao ống truyền nhiệt ($h = 5 \text{ m}$, mức chất lỏng $h_1 = 0,5 \text{ m}$).
    • Tổn thất do trở lực đường ống dẫn hơi thứ ($\Delta_i'''$): Quy chuẩn $\Delta_1''' = \Delta_2''' = 1^\circ\text{C}$.
  • Cơ chế truyền nhiệt qua vách kim loại nhiều lớp: Tính toán hệ số cấp nhiệt ngưng tụ hơi $\alpha_1$ theo mô hình màng chảy dòng ngoài ống thẳng đứng, hệ số cấp nhiệt sôi $\alpha_2$ cho dung dịch sôi trong ống truyền nhiệt (kèm hệ số hiệu chỉnh tính chất nhiệt lý $\Psi$), và xác định hệ số truyền nhiệt tổng quát $K$.

Phương pháp tính toán và xử lý số liệu

  • Phương pháp lặp kỹ thuật: Giả thiết tỷ lệ phân phối hơi thứ ban đầu ($W_2 / W_1 = 1,03$) và phân bố chênh lệch áp suất ($\Delta P_1 / \Delta P_2 = 2,55$), sau đó giải hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng và kiểm tra độ lệch tương đối. Sai số cho phép đối với phân phối hơi thứ và nhiệt tải riêng được kiểm soát dưới $5%$.
  • Phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích: Phân phối $\Delta T_i$ theo nguyên tắc tối ưu hóa sao cho tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt của các nồi bằng nhau và đạt giá trị nhỏ nhất.
  • Phương pháp nội suy và chuyển đổi độ nhớt Pavlov: Xác định độ nhớt động lực học của dung dịch $\text{NaNO}_3$ ở các nhiệt độ sôi và nồng độ khác nhau thông qua đối chiếu chất lỏng tiêu chuẩn (nước).
  • Nguồn dữ liệu tra cứu: Toàn bộ thông số nhiệt vật lý (khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt dung riêng, hệ số dẫn nhiệt, ẩn nhiệt hóa hơi, áp suất hơi bão hòa) được tra cứu từ bộ tài liệu "Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất" (Tập 1 và Tập 2).

Thiết kế và tính toán kỹ thuật

Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Quy trình vận hành công nghệ được thiết kế theo nguyên lý xuôi chiều liên tục:

  1. Dung dịch ban đầu ($\text{NaNO}_3$ $4%$) từ thùng chứa được bơm hút đẩy lên thùng cao vị để ổn định áp lực dòng chảy.
  2. Dung dịch đi qua lưu lượng kế vào thiết bị trao đổi nhiệt sơ bộ (đun nóng bằng hơi nước đến nhiệt độ sôi) rồi nạp vào nồi cô đặc 1.
  3. Tại nồi cô đặc 1, dung dịch nhận nhiệt từ hơi đốt sơ cấp ($P_1 = 5,2 \text{ at}$) qua chùm ống truyền nhiệt của buồng đốt ngoài, dung môi nước bốc hơi tạo thành hơi thứ. Hơi thứ đi qua bộ phận thu hồi bọt để thu hồi dung dịch bị cuốn theo trước khi dẫn sang làm hơi đốt cho nồi 2.
  4. Do có sự chênh lệch áp suất làm việc giữa nồi 1 ($1,67 \text{ at}$) và nồi 2 ($0,21 \text{ at}$), dung dịch tự động chảy từ đáy nồi 1 sang nồi 2 mà không cần bơm trung gian. Tại nồi 2, do nhiệt độ sôi thấp hơn, dung dịch tiếp tục tự bốc hơi một phần và đạt nồng độ cuối $23%$, sau đó được xả vào thùng chứa sản phẩm.
  5. Hơi thứ từ nồi 2 được dẫn vào thiết bị ngưng tụ baromet kiểu trực tiếp xuôi chiều để ngưng tụ thành lỏng nhờ dòng nước lạnh phun từ trên xuống; khí không ngưng được dẫn qua bộ tách bọt và hút ra ngoài bằng bơm chân không nhằm duy trì áp suất chân không $0,2 \text{ at}$.

Tổng hợp thông số kỹ thuật và động học truyền nhiệt

Đại lượng / Thông số Ký hiệu (Đơn vị) Nồi 1 Nồi 2
Nồng độ dung dịch $x$ ($%$) $6,74$ $23,00$
Áp suất hơi đốt $P_{hđ}$ ($\text{at}$) $5,20$ $1,61$
Nhiệt độ hơi đốt $T$ ($^\circ\text{C}$) $152,50$ $112,88$
Áp suất hơi thứ tại mặt thoáng $P'$ ($\text{at}$) $1,67$ $0,21$
Nhiệt độ hơi thứ $t'$ ($^\circ\text{C}$) $113,88$ $60,70$
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ $\Delta'$ ($^\circ\text{C}$) $0,83$ $2,55$
Tổn thất do áp suất thủy tĩnh $\Delta''$ ($^\circ\text{C}$) $2,75$ $13,36$
Tổn thất do trở lực đường ống $\Delta'''$ ($^\circ\text{C}$) $1,00$ $1,00$
Nhiệt độ sôi của dung dịch $t_s$ ($^\circ\text{C}$) $117,46$ $76,63$
Hiệu số nhiệt độ hữu ích $\Delta T$ ($^\circ\text{C}$) $35,04$ $36,25$
Lượng hơi thứ bốc ra thực tế $W$ ($\text{kg/h}$) $3066,78$ $3128,87$
Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ $\alpha_1$ ($\text{W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$) $6663,40$ $6680,10$
Hệ số hiệu chỉnh nhiệt lý $\Psi$ $0,72$ $0,68$
Hệ số cấp nhiệt sôi $\alpha_2$ ($\text{W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$) $2981,35$ -
Nhiệt lượng tiêu tốn $Q$ ($\text{W}$) $1981900,69$ $1896719,31$
Hệ số truyền nhiệt $K$ ($\text{W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$) $896,94$ $815,65$

Nội dung chính theo từng chương

Phần I. Tổng quan về quá trình cô đặc

  • Trình bày bản chất vật lý của quá trình cô đặc, phân biệt quá trình cô đặc với chưng cất dựa trên đặc tính bay hơi của chất tan và dung môi.
  • Phân loại các hệ thống cô đặc theo chế độ tuần hoàn (tuần hoàn tự nhiên ống trung tâm, buồng đốt treo, buồng đốt ngoài; tuần hoàn cưỡng bức; cô đặc màng), theo áp suất vận hành (chân không, áp suất thường, áp suất dư), và theo kiểu bề mặt đun nóng.
  • Tổng quan về $\text{NaNO}_3$: cấu trúc phân tử, khối lượng mol ($84,9947 \text{ g/mol}$), khối lượng riêng ($2,257 \text{ g/cm}^3$ ở $16^\circ\text{C}$), điểm nóng chảy ($308^\circ\text{C}$), nhiệt độ phân hủy ($380^\circ\text{C}$), độ tan trong nước ($730 \text{ g/L}$ ở $0^\circ\text{C}$), các phương pháp điều chế hóa học và ứng dụng công nghiệp.
  • Giới thiệu chi tiết dây chuyền công nghệ cô đặc hai nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài kèm sơ đồ nguyên lý.

Phần II. Tính toán công nghệ

  • Cân bằng vật chất: Tính toán tổng lượng hơi thứ bốc ra từ toàn hệ thống đạt $W = 6195,65 \text{ kg/h}$. Xác định nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1 là $x_1 = 6,74%$ và nồi 2 đạt đúng yêu cầu $x_2 = 23%$.
  • Cân bằng áp suất và nhiệt độ: Thiết lập chênh lệch áp suất chung $\Delta P = 5,0 \text{ at}$. Xác định áp suất và nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ tương ứng từng nồi.
  • Tính toán các tổn thất nhiệt độ: Tổng tổn thất nhiệt độ của hệ thống là $\sum \Delta_i = 21,51^\circ\text{C}$; hiệu số nhiệt độ hữu ích chung của hệ thống đạt $\Delta t_{hi} = 71,29^\circ\text{C}$.
  • Cân bằng nhiệt lượng: Thiết lập hệ phương trình cân bằng năng lượng xác định lượng hơi đốt sơ cấp $D = 3377,28 \text{ kg/h}$, lượng hơi thứ thực tế bốc ra ở nồi 1 ($3066,78 \text{ kg/h}$) và nồi 2 ($3128,87 \text{ kg/h}$). Tỷ lệ phân phối $W_2 / W_1 = 1,02$, kiểm tra sai số đạt $0,48% < 5%$.
  • Tính toán truyền nhiệt: Xác định chiều dày vách ống truyền nhiệt $\delta = 2 \text{ mm}$ bằng thép không gỉ X18H10T có $\lambda = 16,3 \text{ W/m}\cdot^\circ\text{C}$, nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch $r_1 = 0,000387 \text{ m}^2\cdot^\circ\text{C/W}$ và phía hơi nước $r_2 = 0,000232 \text{ m}^2\cdot^\circ\text{C/W}$. Tính toán hệ số cấp nhiệt $\alpha_1, \alpha_2$, nhiệt tải riêng $q_1, q_2$ (sai số $\epsilon_2 = 0,29% < 5%$), hệ số truyền nhiệt $K_1 = 896,94 \text{ W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$ và $K_2 = 815,65 \text{ W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$.

Phần III. Tính toán thiết bị phụ

  • Thiết bị ngưng tụ Baromet: Tính toán lượng nước làm lạnh cần thiết $G_n$ để ngưng tụ hoàn toàn lượng hơi thứ ra khỏi nồi 2; xác định đường kính trong $D$, kích thước các tấm ngăn bán nguyệt tạo màng nước, diện tích bề mặt các lỗ trên mặt cắt ngang, chiều cao toàn phần của tháp ngưng tụ và đường kính/chiều cao ống Baromet tự chảy.
  • Hệ thống tạo chân không: Xác định lượng hơi và khí không ngưng còn lại để tính chọn công suất và thông số làm việc của bơm chân không.
  • Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Tính toán lượng nhiệt trao đổi $Q$, hiệu số nhiệt độ hữu ích, hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía dung dịch chảy xoáy trong ống để xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt sơ bộ trước khi nạp liệu vào nồi 1.

Phần IV. Tính toán cơ khí

  • Buồng đốt: Tính toán số lượng ống truyền nhiệt bố trí trong chùm ống, xác định đường kính trong buồng đốt, chiều dày vỏ phòng đốt chịu áp lực, chiều dày lưới đỡ ống (mặt sàng), chiều dày đáy lồi phòng đốt; tra chọn bích tiêu chuẩn ghép thân với đáy và tính toán số lượng bulông ghép nối.
  • Buồng bốc hơi: Xác định thể tích không gian bốc hơi đảm bảo tách bọt, tính toán chiều cao và đường kính trong buồng bốc, chiều dày thân vỏ buồng bốc chịu áp suất chân không/áp suất dư, chiều dày nắp buồng bốc và kết cấu bích ghép nắp.
  • Các chi tiết phụ trợ cơ khí: Tính đường kính các ống nối dẫn hơi đốt, hơi thứ, dung dịch vào/ra và cửa tháo nước ngưng/khí không ngưng; tính chọn kết cấu tai treo và chân đỡ chịu tải trọng tĩnh và động của toàn bộ thiết bị; chọn kích thước kính quan sát mức dung dịch; tính chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt bảo ôn bên ngoài.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

  • Xác lập được bộ thông số công nghệ hoàn chỉnh cho hệ thống cô đặc dung dịch $\text{NaNO}_3$ quy mô $7500 \text{ kg/h}$ từ $4%$ lên $23%$.
  • Tổng lượng hơi thứ bốc tách khỏi dung dịch đạt $6195,65 \text{ kg/h}$, lượng hơi đốt tiêu tốn ở nồi 1 là $3377,28 \text{ kg/h}$. Tỷ số hơi thứ trên hơi đốt đạt gần $1,83 \text{ kg hơi thứ/kg hơi đốt}$, phản ánh hiệu quả tiết kiệm năng lượng của hệ hai nồi so với hệ cô đặc một nồi.
  • Xác định chính xác các giá trị tổn thất nhiệt độ tổng cộng của hệ thống ($\sum \Delta_i = 21,51^\circ\text{C}$), trong đó tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi 2 tăng cao ($\Delta_2' = 2,55^\circ\text{C}$) và tổn thất thủy tĩnh nồi 2 là $13,36^\circ\text{C}$ do làm việc trong điều kiện chân không sâu ($0,2 \text{ at}$).
  • Hệ số truyền nhiệt tính toán đạt $K_1 = 896,94 \text{ W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$ và $K_2 = 815,65 \text{ W/m}^2\cdot^\circ\text{C}$. Độ chênh lệch nhiệt tải riêng và cân bằng nhiệt lượng giữa các bước lặp đều khống chế trong ngưỡng sai số cho phép ($0,29%$ và $0,48%$, đều nhỏ hơn giới hạn $5%$).

Giải pháp kỹ thuật được đề xuất

  • Sử dụng thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài: Cho phép tăng tốc độ tuần hoàn tự nhiên của dung dịch, hạn chế tình trạng bám cặn $\text{NaNO}_3$ trên bề mặt truyền nhiệt và tạo điều kiện thuận lợi cho công tác cọ rửa, bảo dưỡng, thay thế ống truyền nhiệt mà không làm ảnh hưởng đến buồng bốc.
  • Vận hành xuôi chiều liên tục: Tận dụng độ giảm áp tự nhiên giữa nồi 1 ($1,67 \text{ at}$) và nồi 2 ($0,21 \text{ at}$) để dung dịch tự di chuyển giữa các nồi, đồng thời đưa dung dịch có nồng độ thấp vào nồi 1 (nhiệt độ cao) và dung dịch nồng độ cao ở nồi 2 (nhiệt độ sôi thấp), giúp hạn chế sự suy giảm hệ số truyền nhiệt do độ nhớt tăng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Giới hạn số liệu giả thiết định mức: Các thông số tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống dẫn hơi thứ giữa các nồi được lấy cố định theo định mức kinh nghiệm ($\Delta_1''' = \Delta_2''' = 1^\circ\text{C}$), và tổn thất nhiệt ra môi trường được gán định mức bằng $5%$ nhiệt cấp ($Q_m = 0,05 \cdot Q_{cấp}$) mà chưa qua đo đạc thực nghiệm trên hệ module cụ thể.
  • Phạm vi tính toán cơ khí và động học lưu chất: Đồ án tập trung vào tính toán truyền nhiệt và thiết kế tĩnh theo quy phạm Sổ tay Quá trình - Thiết bị; chưa thực hiện mô phỏng số động lực học dòng chảy (CFD) để đánh giá chi tiết phân bố vận tốc màng lỏng và bọt khí trong buồng bốc cũng như chưa tích hợp hệ thống điều khiển tự động hóa quá trình (vòng lặp PID kiểm soát nồng độ, mức chất lỏng và áp suất).
  • Hướng phát triển: Mở rộng nghiên cứu tối ưu hóa số nồi cô đặc (khảo sát kinh tế - kỹ thuật cho hệ 3 hoặc 4 nồi), bổ sung bài toán tự động hóa điều khiển cấp liệu liên tục và mô phỏng tối ưu hóa chiều dày lớp cách nhiệt nhằm giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật phù hợp cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa dược và Kỹ thuật Môi trường: Tham khảo phương pháp luận, trình tự các bước tính toán và quy chuẩn trình bày đồ án môn học Quá trình và Thiết bị (CH3440) hoặc đồ án tốt nghiệp chuyên ngành thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt - cô đặc.
  • Kỹ sư công nghệ và thiết kế thiết bị: Tham khảo các bảng tra cứu nhiệt vật lý của hệ dung dịch $\text{NaNO}_3$, quy trình kiểm tra sai số phân phối áp suất/nhiệt tải, phương pháp xác định hệ số cấp nhiệt $\alpha_2$ cho dung dịch sôi phức tạp bằng phương pháp Pavlov và các công thức thiết kế cơ khí cho buồng đốt ngoài, buồng bốc và thiết bị ngưng tụ Baromet.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống lại lựa chọn sơ đồ cô đặc xuôi chiều thay vì ngược chiều?

Trong sơ đồ xuôi chiều, áp suất ở nồi sau thấp hơn nồi trước ($P_1 = 1,67 \text{ at} > P_2 = 0,21 \text{ at}$), dung dịch tự động chảy từ nồi 1 sang nồi 2 mà không cần trang bị bơm chuyển dung dịch trung gian. Đồng thời, dung dịch có nồng độ ban đầu thấp ($4%$) đi vào nồi 1 nơi có nhiệt độ cao ($117,46^\circ\text{C}$), còn dung dịch nồng độ cao ($23%$) nằm ở nồi 2 nơi có nhiệt độ sôi thấp ($76,63^\circ\text{C}$), giúp dung dịch tự bốc hơi thêm một phần nhờ nhiệt lượng dư (trình tự bốc hơi) và kiểm soát an toàn nhiệt cho dung dịch.

2. Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi toàn hệ thống được tính toán như thế nào và giá trị bằng bao nhiêu?

Tổng lượng hơi thứ được xác định theo phương trình cân bằng vật chất: $$W = G_đ \cdot \frac{x_c - x_đ}{x_c} = 7500 \cdot \frac{23 - 4}{23} = 6195,65 \text{ kg/h}$$ Lượng hơi thứ này được phân phối qua tính toán cân bằng nhiệt lượng giữa hai nồi lần lượt là $W_1 = 3066,78 \text{ kg/h}$ ở nồi 1 và $W_2 = 3128,87 \text{ kg/h}$ ở nồi 2, đạt tỷ lệ $W_2 / W_1 = 1,02$ với sai số kiểm tra là $0,48%$ (nhỏ hơn giới hạn cho phép $5%$).

3. Tổn thất nhiệt độ của hệ thống gồm những thành phần nào và tổng giá trị là bao nhiêu?

Tổng tổn thất nhiệt độ của toàn hệ thống là $\sum \Delta_i = 21,51^\circ\text{C}$, bao gồm ba thành phần:

  • Tổn thất do nồng độ ($\Delta_i'$): Nồi 1 là $0,83^\circ\text{C}$; Nồi 2 là $2,55^\circ\text{C}$ (tính theo công thức Tysenko).
  • Tổn thất do áp suất thủy tĩnh tăng cao ($\Delta_i''$): Nồi 1 là $2,75^\circ\text{C}$; Nồi 2 là $13,36^\circ\text{C}$ (tính ở tâm ống gia nhiệt $h=5\text{ m}$).
  • Tổn thất do trở lực đường ống hơi thứ ($\Delta_i'''$): Mỗi nồi là $1,00^\circ\text{C}$.

4. Ống truyền nhiệt được lựa chọn bằng vật liệu gì và có kích thước như thế nào?

Ống truyền nhiệt trong chùm ống buồng đốt được chế tạo bằng thép không gỉ $X18H10T$, có hệ số dẫn nhiệt $\lambda = 16,3 \text{ W/m}\cdot^\circ\text{C}$, chiều dày thành ống $\delta = 2 \text{ mm}$ và chiều cao ống $h = 5 \text{ m}$. Vật liệu này đảm bảo khả năng chịu ăn mòn hóa học cao của môi trường dung dịch muối nitrat nóng và chịu được áp lực làm việc của hơi đốt ($5,2 \text{ at}$).

5. Vai trò của thiết bị ngưng tụ Baromet và bơm chân không trong dây chuyền là gì?

Thiết bị ngưng tụ Baromet kết hợp với dòng nước lạnh tưới xuôi chiều có nhiệm vụ ngưng tụ toàn bộ lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 2 ($3128,87 \text{ kg/h}$) thành nước lỏng tự chảy ra ngoài qua ống Baromet. Bơm chân không được nối sau thiết bị ngưng tụ và bộ tách bọt để liên tục hút toàn bộ lượng khí không ngưng ra ngoài, duy trì độ chân không ổn định ở mức áp suất tuyệt đối $0,2 \text{ at}$ cho buồng bốc nồi 2.

Kết luận

Bản đồ án môn học đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài làm việc liên tục cho dung dịch $\text{NaNO}_3$ với năng suất $7500 \text{ kg/h}$. Toàn bộ các bước cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, xác định kích thước truyền nhiệt và tính toán bền cơ khí cho các bộ phận thiết bị chính cùng thiết bị phụ trợ đều được thực hiện nhất quán, đạt độ chính xác cao với sai số kiểm tra dưới $5%$. Kết quả thiết kế cung cấp đầy đủ cơ sở khoa học và dữ liệu kỹ thuật tin cậy phục vụ chế tạo và vận hành thiết bị cô đặc trong công nghệ hóa chất.