Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, 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 nguyên chất. Canxi Clorua ($CaCl_2$) là hợp chất ion có tính hút ẩm mạnh, tỏa nhiệt lớn khi hòa tan, đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực: làm tác nhân sấy khí, chất làm tan băng, phụ gia bê tông, phụ gia thực phẩm, chất điện giải và dược phẩm điều trị giảm canxi máu. Tuy nhiên, dung dịch $CaCl_2$ có đặc tính dễ đóng cặn, gây ăn mòn thiết bị và độ nhớt tăng nhanh theo nồng độ, đòi hỏi giải pháp công nghệ và kết cấu thiết bị phù hợp.

Đồ án môn học "Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất & Thực phẩm" (mã học phần CH3440) của tác giả Phạm Sỹ Nguyên, do TS. Cao Thị Mai Duyên hướng dẫn tại Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, thực hiện nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục có ống tuần hoàn trung tâm để cô đặc dung dịch $CaCl_2$.

Nhiệm vụ thiết kế được xác định theo các nội dung cụ thể sau:

  1. Phần mở đầu và tổng quan lý thuyết về quá trình cô đặc và dung dịch Canxi Clorua.
  2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ (bản vẽ kỹ thuật khổ A3).
  3. Tính toán công nghệ và kỹ thuật thiết bị chính (cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng, truyền nhiệt).
  4. Tính toán cơ khí thiết bị chính (độ bền thân, đáy, nắp, vỉ ống, bích ghép nối, tai treo, lớp cách nhiệt).
  5. Tính toán và lựa chọn 03 thiết bị phụ trong dây chuyền công nghệ (thiết bị ngưng tụ Baromet, bơm chân không, thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu).
  6. Lập danh mục tài liệu tham khảo và hoàn thành bản vẽ lắp thiết bị chính (khổ A1).

Phạm vi và thông số ban đầu của hệ thống thiết kế bao gồm:

  • Đối tượng xử lý: Dung dịch Canxi Clorua ($CaCl_2$).
  • Năng suất nhập liệu: $G_đ = 12.600\text{ kg/h}$ ($3,5\text{ kg/s}$).
  • Nồng độ dung dịch ban đầu: $x_đ = 7%$ (khối lượng).
  • Nồng độ dung dịch sản phẩm: $x_c = 23%$ (khối lượng).
  • Áp suất hơi đốt sơ cấp đi vào nồi 1: $P_1 = 10\text{ at}$.
  • Áp suất làm việc tại thiết bị ngưng tụ chân không: $P_{ng} = 0,25\text{ at}$.
  • Chiều cao ống truyền nhiệt: $H = 4\text{ m}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên lý thuyết truyền nhiệt và biến đổi pha trong công nghệ hóa chất, kết hợp các phương trình chuẩn tắc về cơ học bình chịu áp lực:

  • Nguyên lý cô đặc nhiều nồi xuôi chiều: Lợi dụng hơi thứ sinh ra từ nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau nhằm tiết kiệm năng lượng. Dung dịch tự chảy giữa các nồi nhờ chênh lệch áp suất giảm dần ($P_1 > P_2 > P_{ng}$), nhiệt độ sôi nồi sau thấp hơn nồi trước giúp dung dịch tự bốc hơi thêm một phần khi đi vào nồi tiếp theo.
  • Mô hình thiết bị có ống tuần hoàn trung tâm: Bố trí ống tuần hoàn lớn ở tâm chùm ống truyền nhiệt nhằm tạo vòng tuần hoàn tự nhiên nhờ sự chênh lệch khối lượng riêng giữa khối chất lỏng sôi sủi bọt trong các ống nhỏ và khối chất lỏng ít sôi trong lòng ống trung tâm.
  • Công thức Tysenco: Xác định tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ chất tan ($\Delta'$).
  • Công thức Pavalov: Tính toán độ nhớt dung dịch $CaCl_2$ ở các nhiệt độ sôi khác nhau qua môi chất chuẩn (nước và anilin).
  • Quy chuẩn độ bền cơ khí: Áp dụng hệ thống tiêu chuẩn thiết kế thiết bị hóa chất vỏ mỏng chịu áp lực trong và kiểm tra ứng suất thủy lực theo tiêu chuẩn Sổ tay Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hóa chất (Tập 1 và Tập 2).

Phương pháp thực hiện xuyên suốt đồ án là phương pháp tính toán lặp kỹ thuật hóa học:

  • Thiết lập hệ phương trình cân bằng vật chất để xác định lượng hơi thứ tổng và lượng hơi thứ từng nồi.
  • Thiết lập hệ phương trình cân bằng nhiệt lượng đồng thời giải tìm lượng hơi đốt và lượng hơi thứ thực tế bốc ra.
  • Phương pháp phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích theo điều kiện diện tích bề mặt truyền nhiệt giữa hai nồi bằng nhau ($F_1 = F_2$).
  • Đánh giá độ hội tụ sai số tính toán: sai số cân bằng nhiệt lượng yêu cầu $< 5%$, sai số nhiệt tải riêng $< 5%$, sai số phân phối nhiệt độ hữu ích $< 10%$.
  • Dữ liệu tra cứu và nội suy nhiệt động: Tra cứu từ Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất Tập 1, Tập 2 (các bảng tính chất hơi nước bão hòa, bảng độ nhớt, nhiệt dung riêng, khối lượng riêng của dung dịch $CaCl_2$ và thép hợp kim OX21H5T).

Nội dung chính theo từng chương

Phần I: Cơ sở lý thuyết và tổng quan

Chương này phân tích tổng quan bản chất vật lý của quá trình cô đặc, ưu nhược điểm của hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều và kết cấu ống tuần hoàn trung tâm. Thiết bị ống tuần hoàn trung tâm có ưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, cạo cặn nhưng nhược điểm là tốc độ tuần hoàn và hệ số truyền nhiệt ở mức trung bình. Tác giả tổng hợp chi tiết tính chất lý hóa của $CaCl_2$ (khối lượng mol $110,99\text{ g/mol}$, khối lượng riêng $2,15\text{ g/cm}^3$, nhiệt độ nóng chảy $772\text{--}782^\circ\text{C}$), tính chất ăn mòn kim loại và tính tạo cặn.

Sơ đồ công nghệ được thuyết minh rõ ràng: Hỗn hợp đầu $CaCl_2\text{ }7%$ từ bể chứa được bơm lên thùng cao vị (có đường chảy tràn hồi lưu), qua lưu lượng kế vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ đến nhiệt độ sôi rồi cấp vào nồi 1. Nồi 1 nhận hơi đốt sơ cấp $10\text{ at}$. Hơi thứ nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2; dung dịch sau nồi 1 tự chảy sang nồi 2 nhờ chênh áp. Dung dịch đạt nồng độ $23%$ tháo ra ở đáy nồi 2 qua bơm vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ nồi 2 vào thiết bị ngưng tụ Baromet, khí không ngưng qua bình tách giọt xyclon rồi được bơm chân không hút ra ngoài.

Phần II: Tính toán công nghệ

Phần tính toán công nghệ triển khai chi tiết các bước xác định thông số nhiệt động và bề mặt truyền nhiệt của hai nồi:

  • Lượng hơi thứ bốc ra: Tổng lượng hơi thứ bốc ra từ toàn hệ thống là $W = 8.765\text{ kg/h}$. Phân bố sơ bộ giả thiết theo tỷ lệ $W_2 = 1,1 W_1$ cho kết quả $W_1 = 4.174\text{ kg/h}$ và $W_2 = 4.591\text{ kg/h}$. Nồng độ dung dịch sau nồi 1 đạt $x_1 = 10,5%$, sau nồi 2 đạt $x_2 = 23%$.
  • Áp suất và nhiệt độ hơi: Hiệu số áp suất toàn hệ thống $\Delta P = 9,75\text{ at}$. Phân bố áp suất hơi đốt theo tỷ lệ $\Delta P_1 : \Delta P_2 = 2,8 : 1$. Thông số nhiệt động xác định được thể hiện qua bảng sau:
Thông số Nồi 1 Nồi 2
Áp suất hơi đốt ($P$) $10,0\text{ at}$ $2,82\text{ at}$
Nhiệt độ hơi đốt ($T$) $179,0^\circ\text{C}$ $130,5^\circ\text{C}$
Nhiệt lượng riêng hơi đốt ($i$) $2.784 \times 10^3\text{ J/kg}$ $2.726 \times 10^3\text{ J/kg}$
Nhiệt hóa hơi ($r$) $2.024 \times 10^3\text{ J/kg}$ $2.178 \times 10^3\text{ J/kg}$
Nhiệt độ hơi thứ ($t'$) $131,5^\circ\text{C}$ $65,2^\circ\text{C}$
Áp suất hơi thứ ($P'$) $2,89\text{ at}$ $0,26\text{ at}$
Nhiệt lượng riêng hơi thứ ($i'$) $2.728 \times 10^3\text{ J/kg}$ $2.618 \times 10^3\text{ J/kg}$
  • Tổn thất nhiệt độ và hiệu số nhiệt độ hữu ích:
    • Tổn thất do áp suất thủy tĩnh: $\Delta''_1 = 1,7^\circ\text{C}$; $\Delta''_2 = 10,7^\circ\text{C}$.
    • Tổn thất do nồng độ chất tan: $\Delta'_1 = 1,9^\circ\text{C}$; $\Delta'_2 = 4,74^\circ\text{C}$.
    • Tổn thất do trở lực đường ống: $\Delta'''_1 = \Delta'''_2 = 1,0^\circ\text{C}$.
    • Nhiệt độ sôi của dung dịch: $t_{s1} = 135,1^\circ\text{C}$; $t_{s2} = 80,64^\circ\text{C}$.
    • Hiệu số nhiệt độ hữu ích: $\Delta T_1 = 43,9^\circ\text{C}$; $\Delta T_2 = 49,86^\circ\text{C}$ (Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích $\sum \Delta T = 93,76^\circ\text{C}$).
  • Cân bằng nhiệt lượng: Lượng hơi đốt tiêu tốn ở nồi 1 là $D = 4.733,74\text{ kg/h}$. Lượng hơi thứ tính toán lại qua phương trình cân bằng nhiệt lượng: $W_1 = 4.222\text{ kg/h}$ (sai số $1,15%$), $W_2 = 4.543\text{ kg/h}$ (sai số $1,05%$), đều đạt sai số cho phép $< 5%$.
  • Hệ số truyền nhiệt và bề mặt truyền nhiệt:
    • Nồi 1: $\alpha_{11} = 8.065,81\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$, $\alpha_{21} = 3.548,44\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$, nhiệt tải riêng trung bình $q_{tb1} = 26.049,09\text{ W/m}^2$, hệ số truyền nhiệt $K_1 = 593,37\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$.
    • Nồi 2: $\alpha_{12} = 7.652,3\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$, $\alpha_{22} = 2.645,4\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$, nhiệt tải riêng trung bình $q_{tb2} = 27.486,31\text{ W/m}^2$, hệ số truyền nhiệt $K_2 = 551,27\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$.
    • Bề mặt truyền nhiệt tính toán cho hai nồi đồng nhất: $F_1 = F_2 = 96,7\text{ m}^2$.

Phần III: Tính toán cơ khí thiết bị chính

Tác giả tính toán kích thước kết cấu chi tiết và kiểm tra bền cho nồi cô đặc:

  • Buồng đốt:
    • Ống truyền nhiệt: Chọn ống thép kích thước $\phi 38 \times 2\text{ mm}$ (đường kính ngoài $d_n = 38\text{ mm}$, đường kính trong $d_{tr} = 34\text{ mm}$, chiều dài $H = 4\text{ m}$). Tổng số ống tính toán theo diện tích truyền nhiệt $F = 96,7\text{ m}^2$ quy chuẩn là $n = 241\text{ ống}$. Bố trí theo hình lục giác đều với bước ống $t = 60\text{ mm}$.
    • Ống tuần hoàn trung tâm: Chiếm $20%$ tiết diện chùm ống truyền nhiệt, đường kính chọn theo tiêu chuẩn $d_{th} = 299\text{ mm}$ (thay thế 37 ống truyền nhiệt ở tâm, bổ sung thêm 24 ống ở các viên phân để đảm bảo diện tích $F_t = 102,97\text{ m}^2$).
    • Đường kính trong buồng đốt: $D_{tr} = 1.200\text{ mm}$ ($1,2\text{ m}$).
    • Chiều dày thân buồng đốt: Chọn vật liệu thép không gỉ OX21H5T. Bề dày tính toán cộng đại lượng ăn mòn $C = 1,22\text{ mm}$ cho kết quả quy chuẩn $S = 4\text{ mm}$. Thử nghiệm kiểm tra ứng suất kéo khi thử áp lực thủy lực $\sigma = 254,02 \times 10^6\text{ N/m}^2 \le [\sigma_k]$ đạt tiêu chuẩn an toàn.
    • Chiều dày lưới đỡ ống (vỉ ống): Tính theo điều kiện giữ chặt ống và bền uốn, chọn $S_{vỉ} = 12\text{ mm}$.
    • Đáy phòng đốt: Chọn đáy elip có gờ bằng thép OX21H5T, chiều cao gờ lồi $h_b = 300\text{ mm}$, chiều dày quy chuẩn $S_{đáy} = 5\text{ mm}$.
  • Buồng bốc hơi:
    • Thể tích khoảng không gian hơi: $V = 1,9\text{ m}^3$, chiều cao buồng bốc chọn $H_{bb} = 2,5\text{ m}$.
    • Đường kính trong buồng bốc: Quy chuẩn $D_{trbb} = 1.400\text{ mm}$ ($1,4\text{ m}$).
    • Chiều dày thân buồng bốc: $S = 5\text{ mm}$.
    • Nắp buồng bốc hơi: Dạng elip có gờ $h_b = 350\text{ mm}$, chiều dày $S = 5\text{ mm}$, có cửa tháo hơi thứ đường kính $d_{tr} = 250\text{ mm}$.
  • Chi tiết phụ trợ: Tính chọn bích thép liền ghép nối thân - đáy - nắp, tính đường kính các ống dẫn dung dịch/hơi, tính toán 4 tai treo chịu tải trọng khi thử thủy lực, chọn kính quan sát và tính lớp vật liệu cách nhiệt bên ngoài vỏ.

Phần IV & V: Tính toán thiết bị phụ

Đồ án tính toán chi tiết 3 thiết bị phụ trợ phục vụ dây chuyền:

  • Thiết bị ngưng tụ Baromet: Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều có vách ngăn hình bán nguyệt. Xác định lượng nước lạnh cần tưới $G_n$, đường kính trong tháp ngưng tụ $D$, kích thước tấm ngăn, diện tích lỗ xuyên tâm, chiều cao hữu ích của tháp và kích thước ống chảy chân Baromet.
  • Bơm chân không: Tính toán lưu lượng khí không ngưng và thể tích hút ở áp suất $0,25\text{ at}$ để chọn công suất bơm chân không phù hợp.
  • Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm dùng hơi nước bão hòa gia nhiệt dung dịch từ nhiệt độ ban đầu lên nhiệt độ sôi $132,7^\circ\text{C}$ trước khi nạp vào nồi 1. Tính toán lượng nhiệt trao đổi $Q$, hiệu số nhiệt độ hữu ích, hệ số cấp nhiệt hai phía, diện tích truyền nhiệt, số lượng ống truyền nhiệt và phân chia ngăn dòng chảy xoáy.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Bảng thông số công nghệ và kết cấu hệ thống cô đặc

Hạng mục thiết kế Nồi 1 Nồi 2
Năng suất dung dịch vào $12.600\text{ kg/h}$ $8.426\text{ kg/h}$
Nồng độ dung dịch ($x$) $7,0% \rightarrow 10,5%$ $10,5% \rightarrow 23,0%$
Lượng hơi thứ bốc ra ($W$) $4.222\text{ kg/h}$ $4.543\text{ kg/h}$
Áp suất làm việc buồng đốt $10,0\text{ at}$ $2,82\text{ at}$
Áp suất làm việc buồng bốc $2,89\text{ at}$ $0,26\text{ at}$
Nhiệt độ sôi của dung dịch $135,1^\circ\text{C}$ $80,64^\circ\text{C}$
Hệ số truyền nhiệt ($K$) $593,37\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$ $551,27\text{ W/m}^2\cdot\text{độ}$
Diện tích truyền nhiệt tính toán ($F$) $96,7\text{ m}^2$ $96,7\text{ m}^2$
Số ống truyền nhiệt ($\phi 38 \times 2\text{ mm}$, dài $4\text{ m}$) $241\text{ ống}$ $241\text{ ống}$
Đường kính ống tuần hoàn trung tâm $299\text{ mm}$ $299\text{ mm}$
Đường kính trong buồng đốt ($D_{tr}$) $1.200\text{ mm}$ $1.200\text{ mm}$
Chiều dày thân buồng đốt ($S$) $4\text{ mm}$ $4\text{ mm}$
Chiều dày vỉ đỡ ống ($S_{vỉ}$) $12\text{ mm}$ $12\text{ mm}$
Đường kính trong buồng bốc ($D_{trbb}$) $1.400\text{ mm}$ $1.400\text{ mm}$
Chiều cao buồng bốc hơi ($H_{bb}$) $2.500\text{ mm}$ $2.500\text{ mm}$
Chiều dày vỏ buồng bốc ($S_{bb}$) $5\text{ mm}$ $5\text{ mm}$
Vật liệu chế tạo thân, nắp, đáy Thép OX21H5T Thép OX21H5T

Quy trình kiểm tra an toàn cơ khí

Vật liệu được lựa chọn cho toàn bộ thân thiết bị tiếp xúc dung dịch $CaCl_2$ là thép không gỉ OX21H5T có giới hạn bền kéo $\sigma_k = 650 \times 10^6\text{ N/m}^2$ và giới hạn chảy $\sigma_c = 400 \times 10^6\text{ N/m}^2$. Tất cả các chiều dày thân trụ ($4\text{ mm}$ buồng đốt, $5\text{ mm}$ buồng bốc), đáy và nắp elip ($5\text{ mm}$), vỉ ống ($12\text{ mm}$) đều được kiểm toán ứng suất bền uốn và ứng suất thủy lực ở áp lực thử $P_0 = 1,47 \times 10^6\text{ N/m}^2$, đảm bảo hệ số an toàn $n_k = 2,6$ và $n_c = 1,5$.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn bộ hồ sơ thuyết minh tính toán kỹ thuật và bản vẽ thiết kế cho hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều dung dịch Canxi Clorua với các kết quả định lượng cụ thể:

  • Xác định chính xác lượng tiêu hao hơi đốt sơ cấp là $4.733,74\text{ kg/h}$ để xử lý $12.600\text{ kg/h}$ dung dịch $CaCl_2$ từ $7%$ lên $23%$, tách thành công $8.765\text{ kg/h}$ hơi nước.
  • Giải quyết bài toán phân phối nhiệt độ hữu ích đạt điều kiện cân bằng diện tích truyền nhiệt $F_1 = F_2 = 96,7\text{ m}^2$, tạo thuận lợi tối đa cho việc tiêu chuẩn hóa chế tạo và gia công thiết bị chính.
  • Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm đường kính $D_{tr} = 1.200\text{ mm}$, buồng bốc $D_{trbb} = 1.400\text{ mm}$, tổng số 241 ống truyền nhiệt $\phi 38 \times 2\text{ mm}$ dài $4\text{ m}$, ống tuần hoàn $\phi 299\text{ mm}$.
  • Hoàn thiện tính toán đồng bộ cụm thiết bị phụ trợ (thiết bị ngưng tụ Baromet, bơm hút chân không và thiết bị gia nhiệt sơ bộ dạng ống chùm), hình thành một dây chuyền công nghệ hoạt động liên tục và ổn định.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và nội dung thuyết minh được trình bày, đồ án có các điểm giới hạn kỹ thuật:

  • Tính toán công nghệ sử dụng hệ số giả thiết phân bố lượng hơi thứ ban đầu ($W_2 = 1,1 W_1$) và giả thiết tỷ lệ chênh áp ($\Delta P_1 : \Delta P_2 = 2,8 : 1$); dù sai số lặp đạt yêu cầu ($< 5%$), quá trình vận hành thực tế có thể dao động tùy thuộc vào mức độ bám cặn nhiệt trở của muối canxi trên bề mặt ống truyền nhiệt.
  • Đồ án chọn mức tổn thất nhiệt ra môi trường cố định bằng $5%$ nhiệt lượng bốc hơi của từng nồi theo kinh nghiệm thiết kế chuẩn mà chưa khảo sát truyền nhiệt thực nghiệm theo điều kiện thời tiết thực tế.
  • Hướng mở rộng cho đề tài bao gồm: Nghiên cứu nâng số nồi cô đặc lên 3 hoặc 4 nồi để tăng hiệu quả tiết kiệm hơi đốt; tích hợp hệ thống tự động hóa đo lường và điều khiển liên tục nồng độ sản phẩm, lưu lượng nhập liệu và áp suất buồng chân không; nghiên cứu bổ sung chất ức chế ăn mòn hoặc vật liệu phủ composite chống cặn bám trong ống truyền nhiệt.

Giá trị tham khảo

Bản thuyết minh đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp và hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Thực phẩm, Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất chuẩn bị làm đồ án môn học (CH3440) hoặc khóa luận tốt nghiệp kỹ sư.
  • Kỹ sư thiết kế công nghệ và thiết bị công nghiệp hóa chất trong việc tra cứu trình tự tính lặp cân bằng nhiệt - vật chất cho hệ thống cô đặc nhiều nồi.
  • Tham khảo chuyên sâu phương pháp bố trí lưới ống hình lục giác đều, kỹ thuật ghép nối ống tuần hoàn trung tâm và phương pháp xác định kích thước buồng bốc hơi chống cuốn giọt lỏng.

Câu hỏi thường gặp

1. Năng suất xử lý và chế độ nồng độ của hệ thống cô đặc được thiết kế là bao nhiêu?
Hệ thống được thiết kế với năng suất nhập liệu $12.600\text{ kg/h}$ ($3,5\text{ kg/s}$) dung dịch Canxi Clorua ($CaCl_2$) ở nồng độ ban đầu $x_đ = 7%$ khối lượng, cô đặc liên tục đến nồng độ sản phẩm cuối $x_c = 23%$ khối lượng.

2. Tổng lượng hơi thứ bốc ra và lượng hơi đốt sơ cấp tiêu tốn là bao nhiêu?
Tổng lượng hơi thứ tách ra khỏi toàn bộ hệ thống là $W = 8.765\text{ kg/h}$ (nồi 1 bốc hơi $4.222\text{ kg/h}$, nồi 2 bốc hơi $4.543\text{ kg/h}$). Lượng hơi đốt sơ cấp ($10\text{ at}$) tiêu tốn tại buồng đốt nồi 1 là $D = 4.733,74\text{ kg/h}$.

3. Kích thước và số lượng ống truyền nhiệt trong buồng đốt của mỗi nồi là bao nhiêu?
Mỗi nồi sử dụng 241 ống truyền nhiệt bằng thép OX21H5T kích thước $\phi 38 \times 2\text{ mm}$ (đường kính ngoài $38\text{ mm}$, dày $2\text{ mm}$), chiều dài $H = 4\text{ m}$, bố trí theo hình lục giác đều với bước ống $t = 60\text{ mm}$, kết hợp một ống tuần hoàn trung tâm đường kính $d_{th} = 299\text{ mm}$. Diện tích bề mặt truyền nhiệt mỗi nồi là $F = 96,7\text{ m}^2$.

4. Thân buồng đốt và buồng bốc hơi được chế tạo bằng vật liệu gì và có kích thước thế nào?
Cả hai buồng đều sử dụng thép không gỉ OX21H5T. Buồng đốt có đường kính trong $D_{tr} = 1.200\text{ mm}$, chiều dày vỏ $S = 4\text{ mm}$, vỉ đỡ ống dày $12\text{ mm}$. Buồng bốc hơi có đường kính trong $D_{trbb} = 1.400\text{ mm}$, chiều cao $H_{bb} = 2,5\text{ m}$, thể tích không gian hơi $V = 1,9\text{ m}^3$ và chiều dày vỏ $S = 5\text{ mm}$.

5. Vì sao diện tích bề mặt truyền nhiệt của hai nồi lại được tính toán bằng nhau?
Việc phân phối hiệu số nhiệt độ hữu ích ($\Delta T_1 = 43,9^\circ\text{C}$, $\Delta T_2 = 49,86^\circ\text{C}$) theo điều kiện bề mặt truyền nhiệt bằng nhau ($F_1 = F_2 = 96,7\text{ m}^2$) nhằm mục đích đồng bộ hóa cấu tạo cơ khí giữa hai nồi, giúp việc gia công chế tạo, lắp ráp, dự phòng phụ tùng và bảo trì hệ thống trong thực tế trở nên dễ dàng và tiết kiệm chi phí nhất.

Kết luận

Đồ án môn học của tác giả Phạm Sỹ Nguyên đã giải quyết đầy đủ và chính xác bài toán tính toán thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều làm việc liên tục cho dung dịch Canxi Clorua năng suất $12.600\text{ kg/h}$. Các kết quả tính toán nhiệt động học, truyền nhiệt và kiểm nghiệm cơ khí cho thiết bị chính buồng đốt đường kính $1.200\text{ mm}$, buồng bốc đường kính $1.400\text{ mm}$ cùng 3 thiết bị phụ trợ đều đạt độ tin cậy theo quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành. Bản thuyết minh là tài liệu tổng hợp mẫu mực về phương pháp luận và trình tự thiết kế hệ thống thiết bị truyền nhiệt trong công nghệ hóa chất.