BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT LẠNH

Báo cáo môn Kỹ thuật lạnh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN - - BÀI TẬP LỚN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU THIẾT BỊ NGƯNG TỤ, THIẾT BỊ BAY HƠI VÀ TÍNH TỐN CHU TRÌNH, CHỌN MÁY NÉN Giáo viên hướng dẫn : Ths.Nguyễn Đức Nam Sinh viên thực : Trần Quốc Khánh Lớp : KTN1 – K14 Mã sinh viên 2019603542 HÀ NỘI - 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HỊA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT LẠNH Số : 99 Họ tên sinh viên: Trần Quốc Khánh Mã sinh viên: 2019603542 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đức Nam NỘI DUNG Tìm hiểu thiết bị bay hệ thống lạnh? Tìm hiểu thiết bị ngưng tụ hệ thống lạnh Hệ thống lạnh sử dụng chu trình cấp mơi chất lạnh R717; có lạnh 50℃, nhiệt 0℃, suất lạnh yêu cầu  = 400 kW, nhiệt độ ngưng tụ 55℃, nhiệt độ bay  = -5 ℃ a Tính tốn chu trình b Tính chọn máy nén Sản phẩm nộp: 01 in bìa mềm, khổ giấy A4 01 slide thuyết trình Ngày hồn thành: GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ths.Nguyễn Đức Nam MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU THIẾT BỊ BAY HƠI Khái niệm thiết bị bay Phân loại thiết bị bay 1.1 THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH CHẤT LỎNG 1.1.1 Thiết bị bay ống vỏ amoniac kiểu ngập 1.1.2 Bình bay ống vỏ freon 1.1.3 Thiết bị bay kiểu panen 1.1.4 Dàn bay kiểu “xương cá” 10 1.1.5 Dàn lạnh 11 1.2 THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHƠNG KHÍ 13 1.2.1 Thiết bị bay làm lạnh khơng khí kiểu khơ 13 1.2.2 Thiết bị làm lạnh khơng khí kiểu ướt 14 1.2.3 Thiết bị làm lạnh khơng khí kiểu hỗn hợp .14 1.2.4 Dàn làm lạnh khơng khí nước nước muối 15 1.3 TÍNH TỐN THIẾT BỊ BAY HƠI 16 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 17 Khái niệm thiết bị ngưng tụ 17 Phân loại thiết bị ngưng tụ 17 2.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG NƯỚC 19 2.1.1 Bình ngưng ống vỏ nằm ngang 19 2.1.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng 21 2.1.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử kiểu ống lồng 22 2.1.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu panen 24 2.2 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG NƯỚC VÀ KHƠNG KHÍ 25 2.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới 25 2.2.2 Tháp ngưng tụ 26 2.3 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ 28 2.4 TÍNH TỐN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 29 TÍNH TỐN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 31 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC 37 LỜI NĨI ĐẦU Cùng với cơng đổi cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước kỹ thuật lạnh phát triển phát triển mạnh mẽ Việt Nam Tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy điều hòa nhiệt độ trở nên quen thuộc đời sống hàng ngày Các máy thiết bị lạnh công nghiệp phục vụ ngành chế biến thực phẩm, bia, rượu, sợi dệt, in ấn, thuốc lá, điện tử, vi điện tử, thông tin, viễn thông, bưu chính, y tế, du lịch,… phát huy tác dụng thúc đẩy mạnh mẽ kinh tế lên Trong hệ thống lạnh thơng thường (có máy nén) thiết bị trao đổi nhiệt chiếm tỷ lệ lớn : 52 đến 68% khối lượng 45 đến 62% thể tích tồn hệ thống lạnh Hai thiết bị trao đổi nhiệt quan trọng thiết bị ngưng tụ thiết bị bay phần tử hệ thống lạnh Ngồi cịn có thiết bị khác thực trình trao đổi nhiệt khác để nâng cao hiệu hoạt động hệ thống thiết bị lạnh, thiết bị hồi nhiệt, bình trung gian số bình tách dầu Nội dung báo cáo gồm nội dung chính: Tìm hiểu thiết bị bay hệ thống lạnh; Tìm hiểu thiết bị ngưng tụ hệ thống lạnh; Tính tốn chu trình tính chọn máy nén Bài báo cáo chắn khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp để báo cáo hồn thiện Xin trân trọng cảm ơn Sinh viên thực THIẾT BỊ BAY HƠI Khái niệm thiết bị bay Thiết bị bay thiết bị trao đổi nhiệt, thực trao đổi nhiệt môi chất lạnh sôi áp suất thấp đối tượng cần làm lạnh áp suất thấp Thiết bị bay thiết bị quan trọng hệ thống lạnh Quá trình làm việc thiết bị bay ảnh hưởng đến thời gian hiệu làm lạnh Thiết bị bay phải đảm bảo khả trao đổi nhiệt phù hợp, điều có nghĩa phải có suất lạnh đảm bảo theo thiết kế ban đầu hay nói cách khác có đủ diện tích trao đổi nhiệt tối thiểu cần thiết  Tuần hồn khơng khí tốt Chịu áp suất tốt  Khơng bị ăn mịn tác động tự nhiên  Công nghệ chế tạo dễ dàng, vệ sinh, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng… Phân loại thiết bị bay Thiết bị bay làm lạnh chất tải lạnh lỏng Thiết bị bay làm lạnh khơng khí Theo môi trường làm lạnh Thiết bị bay Theo mức chiếm chỗ môi chất lạnh TBBH kiểu ngập: môi chất lỏng bao phủ TtoBàBn Hbộkbiểềumkặhtông ngập: môi chất lạnh bao phủ phần b mặt trao đổi nhiệt trao đổi nhiệt 1.1 THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH CHẤT LỎNG 1.1.1 Thiết bị bay ống vỏ amoniac kiểu ngập a) Cấu tạo Hình Bình bay  - nắp bình; - thân bình; - tách lỏng; - ống 3 ra; - chắn lỏng; - ống TĐN; - ống lỏng ra; - ống lỏng vào; - chân bình; 10 - rốn bình; 11 - ống nối van phao; 12 – ống xả dầu b) Nguyên lý làm việc Lỏng mơi chất tiết lưu vào bình, ngập đầy bên ống trao đổi nhiệt, nhận nhiệt chất lỏng cần làm lạnh chuyển động cưỡng bên ống sơi, hóa Hơi trước khỏi bình bay qua phận tách lỏng (3), lỏng tách khỏi dòng sau chảy trở lại bình, cịn sau lỏng tách lỏng tách thành bão hòa khơ theo đường số (4) ngồi Các ống bình bay  c) ống thép nhẵn Ưu điểm, nhược điểm Ưu điểm: - Có hệ số truyền nhiệt cao, thiết bị gọn nhẹ, chế tạo, vận hành, lắp đặt, bảo dưỡng vệ sinh sửa chữa dễ dàng, suất lạnh lớn Nhược điểm: - Lượng môi chất nạp vào hệ thống lớn nên sử dụng cho loại môi chất lạnh rẻ tiền dễ kiếm 3 1.1.2 Bình bay ống vỏ freon a) Cấu tạo Để khắc phục nhược điểm lượng nạp mơi chất q lớn, bình bay ống freon người ta bố trí cho mơi chất lạnh sôi ống, nên ống trao đổi nhiệt thường có dạng chữ U Hình Bình bay freon a) Mơi chất sơi ngồi ống: 1: ống phân phối lỏng 4: van an toàn 7: ống thủy 2: chất tải lạnh vào 5: 3: chất tải lạnh 6: áp kế b) Môi chất sôi ống dạng chữ U c) Tiết diện ống có cánh gồm lớp: lớp ống đồng niken, nhôm Để kéo dài đường môi chất lạnh tăng cường trao đổi nhiệt người ta tạo đường zíc zắc chất tải lạnh bình, tốc độ khoảng  = 0,3 ÷ 0,8 / Khơng có khác ngun lí làm việc bình bay ống vỏ kiểu ngập amoniac loại dùng môi chất freon Sự khác kết cấu bề mặt truyền nhiệt, vật liệu sử dụng kích thước phận c) Ưu điểm, nhược điểm Ưu điểm: - Giảm lượng môi chất lạnh xuống đáng kể; - Tránh dược cố đóng băng gây nứt ống Nhược điểm: - Kiểu mơi chất sơi ống khó vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt phía chất tải lạnh; - Đối với loại này, khơng thể dùng phương pháp khí để vệ sinh, phương pháp lại sục rửa hóa chất 1.1.3 Thiết bị bay kiểu panen a) Cấu tạo Hình Thiết bị bay kiểu panen 1- Bình giữ mức-tách lỏng; 2- Hơi máy nén; 3- ống góp hơi; 4- Góp lỏng vào; 5- Lỏng vào; 6- Xả tràn nước muối; 7- Xả nước muối ; 8- Xả cạn; 9- Nền cách nhiệt; 10- Xả dầu; 11- Van an toàn Hai ống góp lớn nằm phía phía nối hai ống góp ống trao đổi nhiệt dạng ống trơn thẳng đứng Môi chất chuyển động sôi ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động ngang qua ống Các dàn lạnh panel cấp dịch theo kiểu ngập lỏng nhờ bình giữ mức-tách lỏng Mơi chất lạnh vào ống góp ống góp c) Ưu điểm, nhươc điểm: Ưu điểm: - Chất tải lạnh lỏng hạ xuống gần tới điểm đóng băng; - Hệ số truyền nhiệt amoniac đạt 2500 / ÷ 3400 /  R22 đạt 1500 / ÷ 3000 / 2 làm lạnh nước Lượng nạp mơi chất ngày dùng phổ biến Nhược điểm: - Quãng đường dịng mơi chất ống trao đổi nhiệt ngắn kích thước tương đối cồng kênh 1.1.4 Dàn bay kiểu “xương cá” Dàn lạnh xương cá sử dụng phổ biến hệ thống lạnh nước nước muối, ví dụ hệ thống máy đá a) Cấu tạo 1: Ống góp ngang 2: Ống góp ngang 3: Ống trao đổi nhiệt 4: Ống góp dọc 5: Ống góp dọc Hình Dàn bay kiểu “xương cá” b) Nguyên lí làm việc Nước từ thiết bị cấp nước chảy xuống thành màng bao quanh ống, nhận nhiệt nóng lên bay phần vào khơng khí Nước nóng rơi xuống máng hứng tháo bớt để bổ sung nước vào, hạ nhiệt độ nước trước bơm trở lại để thực hiên trình tưới xối tiếp tục Hình 18 Sơ đồ nguyên lí thiết bị bay kiểu tưới c) Ưu điểm nhược điểm Ưu điểm: - Đơn giản, chắn, dễ chế tạo có khả sử dụng nước bẩn bề mặt ngồi ống tương đói dễ làm sạch; - Sử dụng nơi có nguồn nước chất lượng, điều kiện gia công chế tạo khí hạn chế, hệ thống lạnh cơng suất nhỏ trung bình; Nhược điểm: - Kồng kềnh, độ ăn mịn thiết bị tăng điều kiện khơng khí nước chất lượng thấp chế độ làm việc phụ thuộc vào điều kiện khí tượng thời gian nước 2.2.2 Tháp ngưng tụ a) Cấu tạo Tháp ngưng tụ (thiết bị bay ngưng tụ kiểu bay hơi) không khí chuyển động cưỡng nhờ bố trí quạt hút hay quạt đẩy Hình 19 Thiết bị ngưng tụ bay – ống trao đổi nhiệt ; – dàn phun nước ; – lồng quạt ; – mô tơ quạt ; – chắn nước ; - ống gas vào ; – ống góp ; – ống cân ; – đồng hồ áp suất ; 10 – ống lỏng ; 11 – bơm nước ; 12 – máng hứng nước ; 13 – xả đáy bể nước ; 14 – xả tràn b) Ngun lí làm việc Hơi mơi chất ống xoắn trao đổi nhiệt (1) truyền nhiệt cho nước chảy thành màng ống thiết bị phân phối nước (2) đặt phía phun xuống nước nóng lên bay phần Nước gặp gió hút lên qua cửa gió nhờ quạt hút dặt phía thiết bị gió làm mát thiết bị gió làm mát rơi xuống đáy lại bơm nước (11) bơm lên mũi phun Nước bổ sung vào qua ống với số lượng lượng nước bay nước bị gió theo Nhờ chắn nước (5) mà lượng nước tổn thất gió theo c) Ưu điểm nhược điểm: Ưu điểm: - Tiết kiệm nước bổ sung, thiết bị tương đối đơn giản, dễ chế tạo, lại đạt hiệu truyền nhiệt cao; - Mật độ dòng nhiệt vào khoảng 1400 ÷ 1900 /  = 450 / ÷ 600 / chất làm mát ∆  2 , hệ số truyền nhiệt  , độ chênh lệch trung bình mơi chất =2÷3 Nhược điểm: - Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng nới đặt thay đổi theo mùa năm 2.3 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG KHƠNG KHÍ a) Cấu tạo Đây kiểu dàn ngưng tụ: Hơi môi chất ống xoắn tỏa nhiệt cho không khí bên ngồi để ngưng thành lỏng Sự chuyển động khơng khí nhờ quạt (đối lưu cương bức) tự (đối lưu tự nhiên) * Dàn ngưng đối lưu tự nhiên Các thiết bị thường dùng máy lạnh gia đình thường đưuọc chế tạo theo dạng chính: kiểu ống – nhơm, kiểu ống có cánh dây thép, kiểu panen ống Hình 20 Dàn ngưng tụ khơng khí đối lưu tự nhiên * Dàn ngưng đối lưu cưỡng Dàn ngưng tụ khơng khí cưỡng gồm ống xoắn có cánh xếp nhiều dãy dùng quạt để tạo chuyển động khơng khí Nó gồm ống thẳng chữ U nối thông với nhau, dàn có hai hay nhiều dây nối song song qua ống góp Vật liệu thơng thường ông thép hay đồng, cánh thép nhơm Hình 21 Dàn ngưng tự đối lưu cưỡng – ống xoắn có cánh ; – vỏ ; – ống khuếch tán ; – ống góp vào ; – ống góp lỏng b) Ưu điểm nhược điểm Ưu điểm: - Khơng dùng nước làm mát bình ngưng phù hợp cho nơi thiếu nước; - Không phải dùng máy bơm tháp giải nhiệt vừa tốn kém, chiếm diện tích dễ gây gây ẩm ướt; - Bề mặt trao đổi nhiệt bị bám bẩn Nhược điểm: - Chịu ảnh hưởng mạnh vào điều kiện khí hậu, trời nóng, đặc biệt đặt tầng thượng chịu xạ nhiệt trực tiếp mặt trời; - Phụ tải nhiệt khoảng 140 / ÷ 230 / 2, hệ số truyền nhiệt cỡ 23 ÷ 5/ 55 / /2 độ chênh nhiệt độ cỡ ÷ 15 Khi làm mát dàn ngưng đối lưu tự nhiên, cường độ tỏa nhiệt thấp nữa; - 2.4 Gây ồn vận hành quạt TÍNH TỐN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Mục đích chủ yếu tính tốn thiết bị ngưng tụ xác định diện tích trao đổi nhiệt , 2 theo kiện cho là: - Phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ  , W - Nhiệt độ nước làm mát vào  , 2, ℃ nhiệt độ khơng khí vào - Xác định lượng nước tiêu tốn , 3/ℎ lưu lượng cần thiết quạt làm mát,  3/ℎ - Chọn kiểm tra bơm, quạt dùng cho thiết bị ngưng tụ Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt xác định theo biểu thức: Qk F= Qk , m qkf = Δ   – phụ tải nhiệt yêu cầu thiết bị ngưng tụ, W;  – Hệ số truyền nhiệt, /2 ; Δ  -Độ chênh nhiệt độ trung bình lơgarit, ;    – Mật độ dòng nhiệt thiết bị ngưng tụ, /2 a Xác định hệ số truyền nhiệt k Hệ số truyền nhiệt k xác định theo kinh nghiệm theo bảng đây: STT Kiểu thiết bị ngưng tụ - Bình ngưng ống chùm nằm ngang NH3 - Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng NH3 - Bình ngưng nằm ngang frêôn - Dàn ngưng kiểu tưới - Dàn ngưng tụ bay - Dàn ngưng khơng khí qkf k W/m W/m2 K 700 ÷ 1000 3500÷4500 800 4200 700 3600 700 ÷ 930 3500÷4650 500 ÷ 700 1500÷2100 30 240÷300 Δ ℃ 5÷6 5÷6 5÷6 5÷6 8÷10 Bảng Hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm k thiết bị ngưng tụ Do bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ khác nên công thức xác định hệ số truyền nhiệt khác Các trường hợp thường gặp vách trụ, vách phẳng, vách trụ có cánh b Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit ∆  = ∆ − ∆  ∆   n ∆ =  −  Biến thiên nhiệt độ thiết bị ngưng tụ ∆ =  − 2 c Xác định lưu lượng chất lỏng khơng khí giải nhiệt * Lưu lượng nước Lưu lượng chất lỏng làm lạnh thiết bị ngưng tụ xác định theo công thức sau: G= Qk     ∆    – Khối lượng riêng nước,  ∕ 3;   – Nhiệt dung riêng nước, ⁄ ; , kg/s ∆ – Độ chệnh nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ, ℃, lấy ∆ = ÷ 6℃ * Lưu lượng khơng khí Lưu lượng khơng khí làm lạnh xác định theo cơng thức sau: Gkk =  Qk  ,  ∕  – Nhiệt dung riêng khơng khí,  = 1,0 ⁄ ;  – Khối lượng riêng khơng khí,  ∕ 3,  = 1,15 ÷ 1,2  ∕ 3; ∆ – Độ chênh nhiệt độ khơng khí vào thiết bị bay hơi, ℃ TÍNH TỐN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN Đề bài: Hệ thống lạnh sử dụng chu trình cấp mơi chất lạnh R717; có q lạnh 50℃, q nhiệt 0℃, suất lạnh yêu cầu  = 400 kW, nhiệt độ ngưng tụ 55℃, nhiệt độ bay  a Tính tốn chu trình b Tính chọn máy nén  = -5 ℃ Báo cáo môn Kỹ thuật lạnh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 1’ 3’ p, [bar] 3,52 3,52 23,46 23,46 23,46 3,52 t, ℃ -5 142 55 50 -5 h, [kJ/kg] 1457 1467 1758 459 437 437 v, [m3/kg] _ 0,352 _ _ _ _ a) Tính tốn chu trình Cơng thức Thay số Đáp số Thứ nguyên π pk / p0 23,46 / 3,52 6,67 q0 ℎ1 − ℎ4 1457 - 437 1020 kJ/kg qk ℎ2 −ℎ3 1758 - 459 1299 kJ/kg qv q0 / v1 1020 / 0,352 2897,72 kJ/kg qql ℎ3 ' −ℎ 459 - 437 22 kJ/kg l ℎ2 −ℎ1 1758 - 1467 291 kJ/kg m Q0 / q0 400 / 1020 0,392 kg/s Qk qk.m 1299 0,392 509,2 kW L m.l 0,392 291 114,072 kW ε q0 / l 1020 / 291 3,505 qqn ℎ1 −ℎ1 ' 1467 - 1457 10 ' ' kJ/kg b/ Tính chọn máy nén V¿ Công thức Thay số Đáp số Thứ nguyên m.v1 0,392 0,352 0,137 m3/ s λ V tt 0,59 λ.V¿ 0.59 0,137 0,08083 ηi 0,81 ηe 0,73 ηtd 0,95 ηel 0.90 m3/ s Ns m.l 0,392 291 114,072 kW Ne N s /ηe 114,072 / 0,73 156,26 kW Nel N s /(ηtd ηel) 156,26 / (0,95 0,90) 182,76 kW Công suất động thực chọn phải lớn cơng suất tính tốn từ 1,1 lần trở lên - Chọn máy nén :  ,  ,   thông số KẾT LUẬN Trên toàn tìm hiểu thiết bị trao đổi nhiệt: thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, cấu tạo, nguyên lí làm việc, ưu nhược điểm thiết bị; cách tính chu trình, cách tính chọn máy nén,… Trong báo cáo mình, em cố gắng để viết báo cáo tiếp thu tìm tịi học hỏi cịn hạn chế chun mơn kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp giúp dỡ thầy để em hoàn thành tốt tạo cho em hành trang kinh nghiệm Để hoàn thành báo cáo này, em xin chân thành cảm ơn thầy cô ngành Công nghệ kỹ thuật nhiệt, đặc biệt Ths Nguyễn Đức Nam tạo điều kiện hướng dẫn tận tình để em hồn thành tốt báo cáo Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Trần Quốc Khánh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LỢI ; PGS TS PHẠM VĂN TÙY : Kỹ thuật lạnh sở - Nhà xuất giáo dục Việt Nam – 2013 [2] PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LỢI ; PGS TS PHẠM VĂN TÙY : Máy thiết bị lạnh - Nhà xuất giáo dục Việt Nam – 2014 [3] PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LỢI: Giáo trình kỹ thuật lạnh (cơ sở ứng dụng) – Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội [4] PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LỢI: Bài tập kính tốn kỹ thuật lạnh (cơ sở ứng dụng) – Nhà xuất Bách Khoa – Hà Nội – 2013 [5] PGS TS BÙI HẢI ; TS DƯƠNG ĐỨC HỒNG ; TS HÀ MẠNH THƯ: Thiết bị trao đổi nhiệt – NXB Khoa học Kỹ thuật – 2000 PHỤ LỤC Hệ só cấp  phụ thuộc vào tỷ số nén  Sự phụ thuộc �� vào tỷ số áp suất /� � NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ GIÁO VIÊN