Cô Đặc
I – Những khái niệm cơ bản:
Quá trình bay hơi thường dùng để:
– làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch (làm đậm đặc);
– tách các chất hòa tan ở dạng rắn (kết tinh);
– tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất);
– lấy nhiệt từ môi trường lạnh khi thay đổi trạng thái của tác nhân làm
lạnh…
Từ thể lỏng chuyển thành hơi có thể có hai trạng thái: bay hơi hoặc sôi.
Khi bay hơi nhiệt độ của dung dịch thấp hơn nhiệt độ sôi, áp suất của dung
môi trên mặt dung dịch lớn hơn áp suất riêng phần của nó ở khoảng trống
trên mặt thoáng của dung dịch, nhưng nhỏ hơn áp suất chung. Trạng thái bay
hơi có thể xảy ra ở các nhiệt độ khác nhau và nhiệt độ càng tăng khi tốc độ
bay hơi càng lớn, còn sự bốc hơi ở trạng thái sôi xảy ra ở cả trong dung dịch
(tạo thành bọt) khi áp suất hơi của dung môi bằng áp suất chung trên mặt
thoáng, trạng thái sôi chỉ có ở nhiệt độ xác định ứng với áp suất chung và
nồng độ của dung dịch đã cho.
Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung
dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là
dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong
dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác
với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp
cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ,
hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng
hơi thứ đung nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi
phụ. Truyền nhiệt trong quá trình cô dặc có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, khi
truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn
truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi nước bão hòa để đốt nóng.
1.Bản chất vật lý của quá trình bốc hơi.
Qúa trình bốc hơi theo thuyết động học phân tử giải thích như sau: Các

phân tử của chất lỏng nằm gần mặt thoáng có chuyển động vì nhiệt, ở thời
điểm nào đó tốc độ chuyển động của phân tử vượt quá tốc độ giới hạn sẽ
thoát khỏi bề mặt chất lỏng trở thành trạng thái tự do (hơi). Khi bay hơi các
phân tử cần khắc phục lực liên kết ở trạng thía lỏng và trở lực của áp suất
bên ngoài khi đó phân tử bay hơi cần phải thu nhiệt bên ngoài, lượng nhiệt
lấy đi trong quá trình bay hơi ở nhiệt độ xác định của một đơn vị khối lượng
chất lỏng gọi là ẩn nhiệt bay hơi. Khi nhiệt độ tăng ẩn nhiệt bay hơi giảm, ở
nhiệt độ tới hạn ẩn nhiệt bay hơi bằng không.
Khi sôi chất lỏng bốc hơi không những ở trên mặt thoáng của chất lỏng
mà phần chủ yếu là ở các bọt hơi được tạo thành trong chất lỏng. Các bọt
hơi là những tâm tạo thành hơi, trong quá trình bốc hơi các bọt hơi tăng dần
kích thước và nhờ lực đẩy Acsimet nó sẽ bị đẩy lên mặt thoáng, đồng thời
các bọt khác lại được tạo thành, kết qủa là hơi được chuyển liên tục từ bên
trong lớp chất lỏng lên mặt thoáng.
Các bọt hơi tạo thành do trong chất lỏng có một số khí hòa tan, khi đun
nóng các khí thoát ra tạo thành nhiều bọt, từ các bọt này chất lỏng sẽ bay
hơi, hiện tượng này thường có ở giai đoạn đầu của quá trình sôi. Mặt khác
các bọt được tạo thành từ các đầu nhám của bề mặt truyền nhiệt.
Điều kiện để tạo thành bot hơi là áp suất hơi trong bọt phải bằng áp
suất của chất lỏng xung quanh. Ở điều kiện này chất lỏng sẽ bay hơi mạnh,
mặc dù lượng nhiệt cung cấp từ ngoài vào cho chất lỏng tương đối lớn
nhưng nhiệt độ của nó cũng không tăng.
Đôi khi chất lỏng sôi ở trạng thái quá nhiệt (hiện tượng này xảy ra ở
giai đoạn đầu của quá trình sôi) do chất lỏng không chứa khí hòa tan, khi đó
áp suất hơi bên trong bọt p
1
phải bằng áp suất p
0
của chất lỏng bên ngoài
cộng thêm áp suất p

’
để thắng trở lực do sức căng bề mặt giữa hơi và lỏng,
áp suất này bằng p
’
=
ρ
σ
2
(ở đây
σ
- sức căng bề mặt;
ρ
- bán kính của
bọt)
Nghĩa là
p
1
= p
0
+ p
’
vì p = f(t) cho nên muốn áp suất trong bọt bằng p
1
chất lỏng cần phải quá
nhiệt một đại lượng
∆
t = t
1
– t
0

(ở đây t
0
- nhiệt độ sôi ứng với p
0
; t
1
- nhiệt
độ sôi ứng với nhiệt độ quá nhiệt).
2.Một số tính chất của dung dịnh.
a) Nhiệt hòa tan: khi hòa tan chất rắn vào một dung môi nào đó thì một
mặt dung môi sẽ lạnh đi vì khi hòa tan chất rắn cần thu nhiệt để phá vỡ mạng
lưới tinh thể (nhiệt nóng chảy), mặt khác chất hòa tan sẽ có tác dụng hóa học
với dung môi tạo thành solvat (khi hòa tan trong nước gọi là hyđrát) khi đó
sẽ tỏa nhiệt. Nhiệt hòa tan là tổng nhiệt nóng chảy và nhiệt sovat, trị số của
nhiệt hòa tan dương (tỏa nhiệt) hoặc âm (thu nhiệt) phụ tthuộc vào tinh chất
của chất hòa tan, dung môi và nồng độ chất hòa tan. Nhiệt tích phân của quá
trình hòa tan là lượng nhiệt (dương hoặc âm) của 1kg chất rắn khi hòa tan
trong một lượng dung môi rất lớn nghĩa là nếu ta tiếp tục thêm dung môi vào
thì thực tế không có hiệu ứng nhiệt nữa. Các chất dễ tạo thành sovat thì nhiệt
hòa dương, còn những chất không tạo solvat nhiệt hòa tan âm.
b) Nhiệt độ sôi của dung dịch: nhiệt độ sôi của dung dịch có tính chất
quan trọng khi tính toán và thiết kế thiết bị cô đặc vì từ nhiệt độ sôi của dung
dịch ta sẽ chọn chất tải nhiệt để đốt nóng cũng như các chế độ làm việc của
thiết bị. Hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và dung dịch là một trong những
yếu tố xác định bề mặt truyền nhiệt của thiết bị.
Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và
chất hòa tan, khi nồng độ tăng thì nhiệt độ sôi tăng. Nhiệt độ sôi của dung
dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở cùng áp suất, điều này có thể
giải thích theo định luật Raun:
N

n
P
PP
s
s
=
−
Ở đây P
s
– áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất
P – áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt dung dịch
n – số mol của chất hòa tan;
N – số mol của dung môi.
Từ biểu thức trên ta thấy P
s
> P nghĩa là áp suất hơi bão hòa của dung
môi trên mặt dung môi nguyên chất luôn luôn lớn hơn áp suất hơi bão hòa
của dung môi trên mặt dung dịch khi có nhiệt độ như nhau, cũng từ biểu
thức này ta thấy khi tăn gn (tăng nồng độ của dung dịch) thì P sẽ giảm. Hiệu
số P
s
– P =
∆
P gọi là độ giảm áp suất của dung môi trên dung dịch. Nếu ở
nhiệt độ như nhau áp suất của dung môi trên dung dịch luôn nhỏ hơn áp suất
của dùng môi trên dung môi nguyên chất thì ngược lại khi có cùng áp suất
bên ngoài như nhau nhiệt độ sôi cả dung dịch sẽ luôn luôn lớn hơn nhiệt độ
sôi của dung môi nguyên chất. Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và
dung môi nguyên chất
t – t

s
=
∆
’

∆
’
là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất,
∆
’
cũng phụ thuộc nồng độ, nồng độ tăng thì
∆
’
cũng tăng. Đại lượng này gọi là
tổn thất nhiệt độ do nồng độ. Trị số của
∆
’
phụ thuộc vào chất hòa tan.
Khi tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở áp suất khác ta ứng dụng quy
tắc Babô, theo quy tắc này: độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của
dung môi trên dung dịch ở nồng độ đã cho là một đại lượng không đổi
không phụ thuộc vào nhiệt độ sôi. Nghĩa là:
s
s
P
PP −
= hằng số
do đó
s
P

P
= hằng số
Từ biểu thức này ta biết nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồng độ đã cho ứng với
áp suất nào đó thì ta có thể xác định được nhiệt độ sôi ở các áp suất khác.
Nhiệt độ sôi của dung dịch cũng phụ thuộc vào độ sâu, trên mặt thoáng
nhiệt độ sôi thấp nhất, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng. Ví dụ nước
đun sôi trong ống đứng ở áp suất thường, trên miệng ống sôi ở 100
0
C, ở sâu
4m sôi ở 108,7
0
C nguyên nhân của nhiệt độ sôi khác nhaủơ trên mặt thoáng
và ở dưới của chất lỏng là do có thêm áp suất thủy tĩnh của chất lỏng. Hiệu
số giữa nhiệt độ sôi trên mặt thoáng t
p
và ở lớp dưới t
(p +
∆
p)
gọi là tổn thất
nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh
t
(p +
∆
p)
– t
p
=
∆
’’


ở đây: t
(p +
∆
p)
– nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với p +
∆
p
t
p
– nhiệt độ của dung dịch ứng với ứng với áp suất p trên mặt
thoáng. Áp suất thủy tĩnh trong tính toán ta lấy trị số trung bình:
∆
p =
'
ρ
.gh [N/m
2
];
ở đây
'
ρ
– khối lượng riêng của dung dịch ở dạng bọt, kg/m
3
Trong tính toán gần đúng có thể lấy
2
'
ρ
ρ
=

ρ
– khối lượng riêng của dung dịch, kg/m
3
;
g – gia tốc trọng trường, m/s
2
;
h – độ sâu kể từ mặt thoáng đến giữa ống truyền nhiệt, m;
Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh cũng như tổn thất nhiệt độ do
nồng độ làm giảm hiệu số nhiệt độ giữa chất tải nhiệt và nhiệt độ sôi của
dung dịch, làm tăng bề mặt truyền nhiệt của thiết bị nhưng ở đây lượng nhiệt
cung cấp để đun quá nhiệt dung dịch không bị mất, vì khi đi lên trên áp suất
giảm nó sẽ cung cấp cho môi trường xung quanh phần nhiệt quá nhiệt.
c) Sự thay đổi tính chất của dung dịch khi cô đặc: Khi dung dịch bay
hơi nồng độ chất hòa tan sẽ tăng, do đó tính chất của dung dịch sẽ thay đổi,
nó có thể ảnh hưởng đến quá trình tính toán, cấu tạo và vận hành của thiết bị
cô đặc. Tính chất của dung dịch thay đổi theo thời gian cô đặc và nồng độ
của dung dịch ở áp suất không đổi biểu thị bằng đồ thị hình 9-4. Trên hình
(9-4a) biểu thị nồng độ thay đổi theo thời gian
τ
từ x
đ
đến x
c
, lúc đầu tăng
nhanh sau chậm dần.

λ

α

2

c
ν


ρ
'
∆


τ
I 0 II I 0 II
H ình 9-4. Sự thay đổi tính chất của dung dịch theo thời gian:
I – miền chưa bão hòa; II – miền bão hòa.
Khi nồng độ tăng, hệ số dẫn nhiệt λ, nhiệt dung riêng c, hệ số cấp nhiệt α
2
phía dung dịch sẽ giảm, ngược lại khối lượng riêng ρ, độ nhớt ν tổn thất do
nồng độ
'
∆
sẽ tăng, các các tính chất này thể hiện trên đồ thị hình (9-4b),
đồng thời khi tăng nồng độ sẽ tăng điều kiện tạo thành cặn bám trên bề mặt
truyền nhiệt, những tính chất đó làm giảm khả năng truyền nhiệt của thiết bị.
Khi cô đặc các dung dịch kết tinh, đến thời gian τ
0
nào đó dung dịch sẽ bão
hòa, nếu tiếp tục cho bốc hơithì chất hòa tan sẽ tách ra ở dạng rắn (kết tinh),
nồng độ của dung dịch sẽ không thay đổi, càng về sau lượng tinh thể càng
tăng. Nồng độ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ sôi của dung dịch, khi nhiệt độ sôi

tăng thì nồng độ bão hòa tăng, giới hạn thay đổi thể hiện trên khu gạch chéo
trên hình (9-4a). Ở miềnquá bão hòa II, đường nồng độ có hai nhánh, nhánh
trên là nồng độ tính theo toàn bộ khối lượng chất hòa tan, còn nhánh dưới là
nồng độ của nước cái. Độ nhớt của dung dịch ở miền quá bão hòa cũng có
hai nhánh (hình 9-4b), nhánh trên là độ nhót của huyền phù còn nhánh dưới
là nước cái.
Đối với các dung dịch không kết tinh hoặc có chất không kết tinh thì
không có phần miền II.
Đối với các dung dịch có miền II người ta thường ứng dụng cô đặc
chân không.
3. Các phương pháp cô đặc.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi
làm việc gián đọan hoặc liên tục. Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào
thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá
trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng độ dung dịch
trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ láy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới
để cô.
Khi cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi dung dịch và hơi
đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Quá trình cô đặc có
thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc
ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc
ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất
thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng
giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể
giảm được bề mặt truyền nhiệt.
Cô đặc chân không có thể dùng hơi đốt ở áp suất thấp, điều đó rất có lợi
khi ta dùng hơi thải của các quá trình sản xuất khác.
Cô đặc chân không cho phép ta cô đặc những dung dịch ở nhiệt độ sôi
cao (ở áp suất thường) có thể sinh ra những phản ứng phụ không cần thiết
(oxy hóa, nhựa hóa, đường hóa …). Mặt khác do nhiệt độ sôi của dung dịch

thấp thì tổn thất nhiệt ra môi trường chung quanh sẽ nhỏ hơn khi cô đặc ở áp
suất thường.
4 – Cô đặc nhiều nồi.
Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có
ý nghĩa kinh tế caovề sử dụng nhiệt.
Ngưyên tắc cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau:
Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa
vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai được đưa vào đun nồi thứ ba,…hơi
thứ ở nồi cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ (xem hình 9-8). Dung dịch đi
vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng
độ tăng dần lên.
Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch
nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp
suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi nghĩa là áp suất làm việc trong các
nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông
thường thì nồi đầu làm việc ở áp suất dư còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp
hơn áp suất khí quyển (chân không).
Cô đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một
nồi, vì nếu ta giả thiết rằng cứ 1kg hơi đưa vào đốt nóng thì được 1kg hơi
thứ, như vậy 1kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi số kg hơi thứ tương
đương với số nồi trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, hay nói cách khác là
lượng hơi đốt dùng để làm bốc 1kg hơi thứ tỷ lệ nghịch với số nồi. Ví dụ khi
cô đặc hai nồi: 1kg hơi đốt vào nồi đầu làm bốc hơi 1kg hơi thứ trong nồi
đầu, 1kg hơi thứ này đưa vào đốt nóng nồi sau cũng bốc hơi 1kg hơi thứ
nữa, như vậy đối với hai nồi ta được 2kg hơi thứ và lượng hơi đốt tính theo
1kg hơi thứ la
5,0
2
1
=

kg.
Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi.
Hệ thống cô đặc nhiều nồi làm việc xuôi chiều, ngược chiều và song
song
Trên hình 9-8 là sơ đồ cô đặc ba nồi xuôi chiều.
Dung dịch đi vào nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 nồi 3 nhờ chênh lệch
áp suất trong các nồi. Còn hơi đốt đi vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng
dung dịch ở nồi 1, hơi thứ của nồi 1 đi vào phòng đốt của nồi 2, hơi thứ nồi
2 đi vào phòng đốt nồi 3 và hơi thứ nồi 3 đi vào thiết bị ngưng tụ 4.
Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng phổ biến hơn cả, loại
này có ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ
chênh lệch áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau
do đó dung dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt
độ sôi, kết quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc
hơi thêm một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch
đi vào nồi đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do đó cần phải tốn thêm một
lượng hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch
trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước
ngưng tụ.
Khuyết điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi
sau thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt
của dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu
đến nồi cuối.
II – Giới thiệu chung về NaOH.
Các hiđroxit MOH là chất rắn màu trắng, nóng chảy ở nhiệt độ tương
đối thấp tạo nên chất lỏng linh động và trong suốt.
Ở trạng thái nóng chảy, chúng ăn mòn thủy tinh, sứ và (khi có mặt
không khí) cả platin cho nên để nấu chảy chúng, cần phải dùng các dụng cụ
bằng sắt, niken hoặc bạc.
Tất cả hiđroxit đều hút ẩm mạnh. Khi để trong không khí, thọat đầu

chúng bị ướt và sau một thời gian có thể tan thành dung dịch.
Quá trình hòa tan phát ra những lượng nhiệt lớn, vào khoảng 40kJ/mol.
Theo nguyên lý Lơ Satơliê, độ tan của chúng phải giảm xuống khi nhiệt độ
tăng lên. Nhưng thực tế độ tan của NaOH vẫn tăng theo nhiệt độ.
Hiđroxit MOH cũng dễ tan trong rượu metylic, rượu etylic.
Ở nhiệt độ cao hơn, KOH có kiến trúc lập phương kiểu muối ăn, còn
LiOH có kiến trúc lớp.
Ở trạng thái rắn cũng như trạng thái dung dịch các hiđroxit MOH đều
gồm hoàn toàn các ion.
Là chất kiềm mạnh, các hiđroxit MOH tương tác dễ dàng với các oxit
axit và axit tạo nên muối.
Natri hiđroxit là chất rắn không trong suốt, có màu trắng, hút ẩm rất
mạnh. Nó tan dễ dàng trong nước và rượu. Quá trình tan trong nước phát
nhiệt nhiều. Người ta biết được một số hiđrat của nó như NaOH.H
2
O,
NaOH.3H
2
O và NaOH.2H
2
O. Nước trong các hiđrat đó chỉ mất hoàn toàn
khi chúng nóng chảy. Nó được dùng để sản xuất xenlulozơ từ gỗ, sản xuất
xà phòng, giấy và tơ nhân tạo, tinh chế dầu thực vật và các sản phẩm chưng
cất dầu mỏ, chế phẩm nhuộm và dược phẩm, làm khô các khí và là thuốc thử
rất thông dụng trong phòng thí nghiệm hóa học.
Trước kia trong công nghiệp, người ta điều chế NaOH bằng cách cho
canxi hiđroxit tác dụng với dung dịch natri cacbonat loãng và nóng:
Ca(OH)
2
+ Na

2
CO
3
= 2NaOH + CaCO
3
Ngày nay người ta dùng phương pháp hiện đại là điện phân dung dịch
NaCl bão hòa:
2NaCl + 2H
2
O
dòng điện
Cl
2
+ H
2
+ 2NaOH
Cân bằng vật chất
Những công thức tính
1. Lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dung
dịch thay đổi từ x
đ
đến x
c
:
W = G
đ
(1 - x
đ
/x
c

), kg/s;
trong đó G
đ
- lượng dung dịch đầu, kg/s; x
đ
, x
c
- nồng độ đầu và nồng độ
cuối của dung dịch, % khối lượng.
2. Nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi:
1
1
WG
xG
B
d
dd
−
⋅
=
, % khối lượng;
)W(
21
1
2
WG
xG
B
d
+−

⋅
=
, % khối lượng;
)21
(
nd
dd
n
WWWG
xG
B
+++−
⋅
=
, % khối lượng;
trong đó B
1
, B
2
, …, B
n
- nồng độ cuối của dung dịch trong các % khối lượng;
W
1
, W
2
, … , W
n
- lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi kg/s; x
đ

- nồng độ đầu của
dung dịch, % khối lượng; G
đ
- lượng dung dịch đầu, kg/s;
3. Tính tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ ở áp suất khác có thể dùng quy tắc
Babô. Theo quy tắc Babô thì quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa của dung môi
trên dung dịch loãng p với áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất p
0
ở cùng nhiệt độ là không đổi và đối với dung dịch có nồng độ nhất định
quan hệ đó không phụ thuộc nhiệt độ sôi.
(p/p
0
)
t
= const
4. Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh
∆
’’
(tổn
thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):
Áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
g
h
hPP
ddstb
⋅++=
ρ
)
2
(

2
10
, N/m
2
;
trong đó P
0
– áp suấthơi thứ trên mặt thoáng dung dịch, N/m
2
; h
1
- chiều cao
của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của
dung dịch, m; h
2
- chiều cao ống truyền nhiệt, m;
dds
ρ
- khối lượng riêng của
dung dịch khi sôi, kg/m
3
; g – gia tốc trọng trường, m/s
2
.
Vậy ta có:
∆
’’
= t
tb
– t

0
, độ;
ở đây t
tb
- nhiệt độ sôi ứng với áp suất p
tb
,
0
C; t
0
- nhiệt độ sôi ứng với áp suất
p
0
,
0
C.
5. Tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực trong các ống dẫn gây nên:
∆
’’’
= t
1
– t
0
, độ;
Thường đối với mỗi nồi
∆
’’’
= 1 – 1,5
0
C, do đó trong tính toán để đơn

giản ta có thể tự chọn trong khoảng này.
6. Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc được xác định như sau:
∑
∆−∆=∆
chhl
tt
, độ;
trong đó
ch
t∆
- hiệu số nhiệt độ chung, nghĩa là hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt
của nồi I và nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ:
ngtch
ttt −=∆
, độ;
ở đây t - nhiệt độ hơi thứ của nồi I,
0
C; t
ngt
- nhiệt độ của hơi thứ ở thiết bị
ngưng tụ,
0
C;
∑
∆
- tổng tổn thất nhiệt độ,
0
C.

∑ ∑ ∑ ∑

∆+∆+∆=∆
''''''
,
0
C.
Cân bằng nhiệt lượng
- Hệ số cấp nhiệt tính theo công thức Nuxen:
4
32
4
32
04,2115,1
tH
r
tH
gr
∆
=
∆
=
µ
λρ
µ
λρ
α
, [W/m
2
độ]; (1)
trong đó: r - nhiệt ngưng tụ của hơi, J/kg;
ρ

- khối lượng riêng của nươvs ngưng, kg/m
3
;
λ
- độ dẫn nhiệt của nước ngưng, W/m độ;
µ
- độ nhớt của nước ngưng, Ns/m
2
;
t
∆
- hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ và nhiệt độ thành
(
τ
ttt
bh
−=∆
);
H - chiều cao ống đứng hoặc trường, m.
Đại lượng r phải lấy ở nhiệt độ hơi ngưng tụ t
bh
, còn λ, µ và ρ lấy ở
nhiệt độ trung bình của màng trước ngưng:
2
bh
m
tt
t
+
=

τ
trong đó: t
τ
- nhiệt độ thành ở phía. Công thức (1) khi áp dụng để tính cho
hơi nước ngưng tụ có thể rút gọn như như:
25,0
042,2






∆
=
tH
r
A
α
, [W/m
2
độ];
trong đó:
A =
4
32
µ
λρ
Đối với nước hệ số A có trị số phụ thuộc vào nhệit độ màng t
m

như sau:
T
m
,
0
C: 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
A : 104 120 139 155 169 173 188 184 197 199 199
-Hệ số cấp nhiệt:
33,250,0
3,45 tp
n
∆=
α
, [W
2
độ];
trong đó: p – áp suất làm việc, t;
t
∆
= t
τ
- t : hiệu số nhiệt độ giữa thành và chất lỏng sôi;
q - nhiệt tải riêng, W/m
2
;
Hệ số cấp nhiệt của các chất lỏng bất kỳ khác và của dung dịch chưa có
công thức tính toán thật đơn giản và chính xác.
Khi cần tính toán gần đúng cho dung dịch hoặc một chất lỏng bất kỳ, ta
có thể tính theo hệ số cấp nhiệt
n

α
của nước rồi nhân thêm hệ điều chỉnh ψ:
n
αψα
.=
Hệ số ψ đối với dung dịch và chất lỏng bất kỳ bao giờ cũng nhỏ hơn 1
và có thể tính theo công thức:
435,0
2565,0









































=
dd
n
n
dd
n
dd
n
dd
C
C

µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
ψ
trong đó:
λ, ρ, C, µ - độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ
nhớt tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch (phải lấy cùnh một hệ đơn
vị.)
chỉ số dd – là dung dịch.
chỉ số n – là của nước.
- Công thức Pavơlôp được biểu diễn bằng hệ thức sau:
.
21
21
constK
tt
==
−
−
θθ
Trong đó t
1
, t
2
là nhiệt độ mà tại đó chất lỏng A có độ nhớt tương ứng
µ
1

và µ
2
; θ
1
,θ
2
là nhiệt độ của chất lỏng tiêu chuẩn có cùng giá trị độ nhớt
bằng µ
1
và µ
2
.
Muốn tìm độ nhớt µ
3
ở nhiệt độ t
3
nào đó ta thay giá trị t
3
vào phương
trình trên, tìm được nhiệt độ θ
3
của nước:
2
23
3
23
23
θθ
θθ
+

−
=→=
−
−
K
tt
K
tt
sau đó từ trị số θ
3
tra bảng độ nhớt của chất lỏng tiêu chuẩn là µ
3
, đó cũng
chính là độ nhớt của chất lỏng A tại nhiệt độ t
3
cần tìm.
-Phân bố nhiệt độ hữu ích trong các nồi đảm bảo bề mặt đun nóng bằng
nhau: trong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi tỉ lệ bậc
nhất với tỉ số Q/K của các nồi tương ứng:
∑
=
=
∆=∆
ni
i
i
i
ii
hihii
K

Q
KQ
tt
1
/
.
, độ;
trong đó Q
i
- lượng nhiệt cung cấp, W; K
i
- hệ số truyền nhiệt, W/m
2
. độ; i -
số thứ tự của nồi; n - số nồi.
III – Ngưng tụ.
Ngưng tụ là quá trình chuyển hơi hoặc khí sang trạng thái lỏng bằng hai
cách:
– Làm nguội hơi (hoặc khí);
– Nén và làm nguội hơi (khí) đồng thời.
Ở đây chủ yếu ta chỉ xét quá trình ngưng tụ bằng cách làm nguội hơi
hoặc khí và dùng nước hoặc không khí lạnh để làm nguôiị.
Dùng nước để lấy nhiệt cho hơi ngưng tụ có thể tiến hành theo hai
phương pháp:
– Ngưng tụ gián tiếp, hay còn gọi là ngưng tụ bề mặt, tức là quá trình
tiến hành trong các thiết bị trao đổi nhiệt có tường ngăn cách giữa hơi và
nước. Hơi được ngưng tụ lại trên bề mặt trao đổi nhiệt.
– Ngưng tụ trực tiếp, hay còn gọi là ngưng tụ hỗn hợp, tức là quá trình
tiến hành bằng cách cho hơi và nước tiếp xúc trực tiếp với nhau. Hơi cấp ẩn
nhiệt ngưng tụ cho nước và ngưng tụ lại, nước lấy nhiệt của hơi và nóng lên,

cuối cùng tạo thành một hỗn hợp chất lỏng đã ngưng tụ và nước.
* Ngưng tụ trực tiếp.
Nguyên tắc làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là cho
phun nước vào trong hơi, hơi tỏa ẩn nhiệt đun nóng nước và ngưng tụ lại. Do
đó thiết bị ngưng tụ trực tiếp chỉ để ngưng tụ hơi nước hoặc hơi của các chất
lỏng không có giá trị hoặc không tan trong nước, vì chất lỏng đã ngưng tụ sẽ
trộn lẫn với nước làm nguội.
Khi làm việc, giữa hơi và nước cần phải có bề mặt tiếp xúc lớn thì hiệu
qủa ngưng mới cao. Vì thế nên thờng người ta cho phun nước qua những vòi
phun hoặc cho chảy qua nhiều tấm ngăn nằm ngang có lỗ nhỏ.
Thiết bị ngưng tụ trực tiếp được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
hóa học vì có ưu điểm là năng suất cao, cấu tạo đơn giản và dễ dàng chống
ăn mòn.
Tùy theo cách làm việc của thiết bị mà người ta chia ra hai loại: thiâte
bị loại ướt và loại khô. Đặc điểm khác nhau giữa hai loại này như sau:
- Trong thiết bị lọai ướt, chất lỏng ngưng tụ, nước làm nguội và khí
không ngưng được dqẫn ra cùng một đường bằng một bơm  không khí –
ướt ».
- Trong thiết bị loại khô, nước ngưng tụ và nước làm nguội được dẫn đi
chung một đường, còn khí không ngưng được hút ra theo một đường khác.
Ngoài ra, người ta còn dựa vào hướng chuyển động của hơi nước phân
ra thiết bị ngược chiều và xuôi chiều, hoặc dựa theo chiều cao của thiết bị
mà gọi là thiết bị ngưng tụ loại thấp và loại cao.
Thiết bị ngưng tụ trực tiếp, loại khô.
Trên hình 8-24 mô tả sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị ngưng tụ
barômét ngược chiều, loại khô. Thiết bị gồm thân 1 có gắn những tấm ngăn
hình bán nguyệt 4 có lỗ nhỏ và ống barômét 3 tháo nước và chất lỏng đã
ngưng tụ ra ngoài. Hơi vào thiết bị ngưng tụ, đi từ dưới lên, nước chảy từ
trên xuống, chảy tràn qua tấm ngăn và đồng thời một phần chui qua các lỗ
của tấm ngăn. Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ chảy

xuống ống barômét, khí không ngưng đi lên qua ống 5 sang thiết bị thu hồi
bọt 2. Tác dụng của thiết bị thu hồi bọt là để giữ lại những hạt nước đã bị khí
không ngưng cuốn theo. Những hạt nước này lắng lại trong thiết bị 2 và tập
trung chảy sang ống barômét. Khí không ngưng (hoặc không khí) được hút
ra qua phía trên bằng bơm chân không.
Các tấm ngăn của thiết bị ngưng tụ barômét có thể là hình vành khăn
hoặc hình viên phấn. Nhưng thường là loại hình viên phấn được dùng nhiều
hơn vì lắp nó đơn giản, không cần ống trung tâm.
Ống barômétthường cao khoảng 11m để khi độ chân không trong thiết
bị có tăng thì nước vẫn không bị dâng lên ngập thiết bị.
Loại này có ưu điểm là nước tự chảy ra được không cần bơm nên ít tốn
năng lượng, năng suất lớn. Trong công nghiệp hóa chất, thiết bị ngưng tụ
barômét ngược chiều, loại khô, thường được dùng trong hệ thống thiết bị cô
đặc nhiều nồi, đặt ở cuối hệ thống vì các nồi cuối làm việc trong chân không.