Untitled ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ CĐCĐ ngày tháng năm 20 của Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp)[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 20… Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) MÔN HỌC: CÔNG NGHỆ LẠNH THỰC PHẨM NGÀNH, NGHỀ: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình đƣợc biên soạn theo hƣớng tích hợp kiến thức kỹ cần có nghề cơng nghệ thực phẩm Giáo trình cập nhật kiến thức tổng quát cân vật chất cân lƣợng chế biến thực phẩm Để hồn thiện giáo trình tơi nhận đƣợc ý kiến đóng góp cán kỹ thuật, công ty doanh nghiệp, quý thầy cô Lãnh đạo Trƣờng Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp Tôi xin gởi lời cảm ơn đến cán kỹ thuật, công ty doanh nghiệp, Lãnh đạo Trƣờng q thầy tham gia đóng góp ý kiến để giúp tơi hồn thành giáo trình Trong q trình biên soạn chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, hỗ trợ từ cán kỹ thuật, cơng ty doanh nghiệp, đồng nghiệp để giáo trình đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Đồng Tháp, ngày 15 tháng năm 2017 Chủ biên Nguyễn Tố Mai MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN Chƣơng 1: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH KỸ THUẬT LẠNH 1.1 Lịch sử hình thành Phát triển ngành Kỹ thuật lạnh 1.2 Ý nghĩa ngành công nghệ lạnh 1.3 Phân loại máy lạnh 1.3.1 Phân loại máy lạnh theo q trình biến đổi vật lý mơi chất 1.3.2 Phân loại máy lạnh theo dạng lƣợng cấp cho chu trình 1.3.3 Phân loại máy lạnh theo suất lạnh 1.3.4 Phân loại máy lạnh theo nhiệt độ làm lạnh 1.3.5 Phân loại máy lạnh theo chu trình nhiệt động 1.3.6 Phân loại máy lạnh theo tính sử dụng 1.3.7 Phân loại máy lạnh theo môi chất lạnh sử dụng Chƣơng 2: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI CẤP 2.1 Chu trình Carnot ngƣợc chiều: 2.2 Chu trình Khơ 10 2.3 Chu trình lạnh, nhiệt 11 2.4 Chu trình hồi nhiệt 11 Chƣơng 3: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI VÀ NHIỀU CẤP 13 3.1 Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian phần 13 3.2 Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian phần có hồi nhiệt 14 3.3 Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian toàn phần 15 Chƣơng 4: MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH 16 4.1 Môi chất lạnh 16 4.1.1 Các yêu cầu môi chất lạnh 16 4.1.2 Môi chất amoniac (NH3 – R717) 17 4.1.3 Môi chất Freon 18 4.2 Chất tải lạnh 21 4.2.1 Các yêu cầu chất tải lạnh 21 4.2.2 Phân loại 21 4.2.3 Chất tải lạnh khơng khí 22 4.2.4 Chất tải lạnh nƣớc muối NaCl 22 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: Công nghệ lạnh thực phẩm Mã môn học: CCN406 Thời gian thực môn học: 36 (Lý thuyết: 22 giờ; Thực hành: 12; Kiểm tra: 02 giờ) I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí mơn học: Là mơn chun ngành cho ngƣời học trình độ cao đẳng Cơng nghệ thực phẩm - Tính chất mơn học: Là mơn học chuyên ngành bắt buộc - Ý nghĩa: Công nghệ lạnh thực phẩm môn chuyên ngành nghiên cứu lĩnh vực nhƣ: Chu trình máy lạnh nén hơi, thiết bị lạnh, môi chất lạnh, kho lạnh đông,… II Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Sinh viên đƣợc lĩnh hội đƣợc kiến thức máy thiết bị lạnh + Các hệ thống lạnh + Kỹ thuật làm lạnh thực phẩm - Kỹ năng: Hiểu biết vận dụng đƣơc kiến thức lĩnh hội đƣợc áp dụng vào thực tế - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Có khả làm việc độc lập, làm việc nhóm, có ý thức tổ chức kỷ luật cao III Nội dung môn học : Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian Lý Thực thuyết hành Bài tập Số TT Tên chƣơng mục Tổng số Chƣơng 1: Lịch sử hình thành Phát triển ngành Kỹ thuật lạnh Chƣơng Chu trình máy lạnh nén cấp 13 6 Chƣơng Chu trình máy lạnh nén cấp 12 6 Chƣơng Môi chất lạnh chất tải lạnh Kiểm tra* (LT TH) 1 Chƣơng 1: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH KỸ THUẬT LẠNH 1.1 Lịch sử hình thành Phát triển ngành Kỹ thuật lạnh Từ xa xƣa loài ngƣời biết sử dụng lạnh đời sống: để làm nguội vật nóng ngƣời ta đƣa tiếp xúc với vật lạnh Ở nơi mùa đông có băng tuyết vào mùa đơng ngƣời ta sản xuất nƣớc đá ngồi trời, sau đƣa nƣớc đá vào hầm tích trữ lại, vào mùa hè ngƣời ta sử dụng lƣợng lạnh nƣớc đá nhả để bảo quản rau quả, thịt cá thu hoạch đƣợc để dành cho mùa đông Ở kỷ 17 nhà vật lý ngƣời Anh Bôi nhà vật lý ngƣời Đức Gerike phát hiện: áp suất chân không nhiệt độ bay nƣớc thấp áp suất khí Trên sở năm 1810 nhà bác học ngƣời Anh chế tạo máy lạnh sản xuất nƣớc đá Năm 1834 bác sỹ Perkin ngƣời Anh đƣa máy lạnh dùng môi chất êtylen C2H2 vào ứng dụng Khi nhà bác học viện hàn lâm Pháp trình bày phƣơng pháp bảo quản thịt làm lạnh cơng nghệ lạnh thực phát triển Các môi chất lạnh ban đầu đƣợc sử dụng khơng khí, êtylen C2H2, ôxit cacbon CO2, ôxít sulfuric SO2, peôxit nitơ NO2 Về sau mơi chất lạnh tìm đƣợc amoniac NH3 Những năm 30 40 kỷ 20 ngƣời ta tìm freon, dẫn xuất từ dãy hydro cacbon no Năm 1862 máy lạnh hấp thụ đời Năm 1874 kỹ sƣ Linde ngƣời Đức chế tạo máy nén lạnh tƣơng đối hoàn chỉnh Sang kỷ 20 sở nhiệt động máy lạnh tƣơng đối hoàn thiện Máy lạnh hiệu ứng Peltie, hiệu ứng từ trƣờng đời Công chạy đua làm lạnh K tiếp diễn 1.2 Ý nghĩa ngành công nghệ lạnh Kỹ thuật lạnh đƣợc ứng dụng nhiều ngành: Trong công nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; sản xuất sữa, bia, nƣớc ngọt, đồ hộp Nƣớc đá dùng rộng rãi ăn uống, bảo quản sơ cá đánh bắt biển Trong công nghiệp: ngành luyện kim hóa lỏng khơng khí thu ơxy cấp cho lị luyện gang (36÷ 38% ơxy), lị luyện thép hàn cắt kim loại (tới 96 ÷ 99% ơxy); hóa lỏng chƣng cất khơng khí thu đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe - để nạp vào bóng đèn điện Sử dụng lạnh cryo siêu dẫn Trong nơng nghiệp: hóa lỏng khơng khí thu nitơ làm phân đạm Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản phôi, dùng lạnh mổ xẻ để giảm bớt chảy máu Trong quốc phịng: dùng ơxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ Trƣớc tên lửa khai hỏa ngƣời ta cho ơxy lỏng có nhiệt độ dạng khí -180oC khỏi bình chứa nên ta thấy phần ống phóng có băng nƣớc ngƣng tụ mù mịt, sau giây thấy lửa ra, tên lửa bay phần đóng băng Điều hịa khơng khí cho nhà ở, nhà cơng cộng, xí nghiệp công nghiệp, phƣơng tiện giao thông Ngày ngƣời ta chế tạo đƣợc nhiều loại máy nén khác có cơng suất lạnh cho máy nén tới 1000MCal/h với môtơ điện tới 400kW 1.3 Phân loại máy lạnh 1.3.1 Phân loại máy lạnh theo trình biến đổi vật lý môi chất Máy lạnh sử dụng mơi chất có biến đổi pha chu trình làm việc: môi chất từ pha chuyển sang pha lỏng ngƣợc lại nhƣ máy lạnh nén hơi, máy lạnh ejector, máy lạnh hấp thụ Máy lạnh sử dụng môi chất khơng khí, khơng khí dãn nở sinh ngoại cơng có ích nhƣ máy lạnh cryo Máy lạnh sử dụng mơi chất khơng khí, khơng khí dãn nở khơng sinh ngoại cơng có ích nhƣ ống xoáy Máy lạnh sử dụng hiệu ứng Pentier: khơng có mơi chất 1.3.2 Phân loại máy lạnh theo dạng lƣợng cấp cho chu trình Máy lạnh sử dụng nhƣ máy nén lạnh (máy nén piston, máy nén ly tâm, máy nén roto, máy nén trục vít) Máy lạnh sử dụng nhiệt nhƣ máy lạnh ejector, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh có máy nén hoạt động nhờ turbine nƣớc động đốt Máy lạnh sử dụng trực tiếp điện nhƣ máy lạnh sử dụng hiệu ứng Pentier, máy lạnh dùng từ trƣờng 1.3.3 Phân loại máy lạnh theo suất lạnh Máy lạnh công suất nhỏ: suất lạnh Qo ≤15kW Máy lạnh công suất vừa: suất lạnh 15kW < Qo ≤ 120kW Máy lạnh công suất lớn: suất lạnh Qo >120kW 1.3.4 Phân loại máy lạnh theo nhiệt độ làm lạnh Máy lạnh cryo: T ≤ 120K Máy lạnh thông thƣờng: T >120K Máy lạnh nhiệt độ thấp: to ≤ -30oC; Máy lạnh nhiệt độ trung bình: to = -30 ÷ -10oC; Máy lạnh nhiệt độ cao: to = -10 ÷ +20oC; 1.3.5 Phân loại máy lạnh theo chu trình nhiệt động Máy lạnh cấp Máy lạnh cấp Máy lạnh nhiều cấp Máy lạnh ghép tầng 1.3.6 Phân loại máy lạnh theo tính sử dụng Máy lạnh chuyên dụng Máy lạnh đa dụng 1.3.7 Phân loại máy lạnh theo môi chất lạnh sử dụng Máy lạnh amôniăc Máy lạnh freon Máy lạnh propan Máy lạnh etan Máy lạnh khơng khí Chƣơng 2: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI CẤP 2.1 Chu trình Carnot ngƣợc chiều: Chu trình ngƣợc Carnot chu trình ngƣợc đƣợc thực trình đẳng nhiệt trình đẳng entropy Chu trình ngƣợc Carnot chu trình ngƣợc lý tƣởng, trình thuận nghịch, nhiệtlƣợng qo đƣợc lấy nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lƣợng qk nhả cho nguồn nóng có nhiệt độ tk, để thực chu trình ta tốn cơng l Hình 2.1: Sơ đồ chu trình Carnot ngƣợc chiều Quá trình hoạt động ẩm chu trình nhƣ sau: • 1-2: MN hút ẩm có áp suất PO nén lên áp suất Pk làm cho ẩm chuyển thành bão hịa (2) Q trình nén đoạn nhiệt ∆s=0 • 2-3: bão hịa có áp suất Pk vào thiết bị ngƣng tu ngƣng tụ đẳng nhiệt chuyển thành trạng thái lỏng bảo hịa • 3-4: lỏng bão hịa sau đƣợc dãn nở đoạn nhiệt (s3=s4) có sinh cơng máy dãn nở chuyển thành trạng thái vùng ẩm có tO, PO • 4-1: mơi chất vào thiết bị bay hóa đẳng nhiệt đó, hấp thụ nhiệt lƣợng làm lạnh mơi trƣờng xung quanh (t1=t4=tO) Ƣu điểm: • Hiệu suất exergy hệ số lạnh lớn Khuyết điểm: • Q trình làm việc vùng ẩm vùng lạnh MN gây tƣợng va đập thủy lực • Máy dãn nở phức tạp, cồng kềnh chi phí cao Trong thực tế trình trao đổi nhiệt đẳng nhiệt với nhiệt độ môi chất nhiệt độ nguồn nhiệt không thực đƣợc Muốn trao đổi nhiệt cho nhiệt độ môi chất phải khác nhiệt độ nguồn nhiệt Ở chu trình thực tế trình nhận nhiệt đẳng áp (đẳng nhiệt vùng pha bão hịa ẩm) Các q trình thực tế khơng thuận nghịch, làm giảm hệ số làm lạnh 2.2 Chu trình Khơ Hình 2.2: Sơ đồ chu trình khơ 2’ Hình 2.3: Giản đồ P-h chu trình khơ Q trình hoạt động chu trình nhƣ sau: • 1-2: nén đoạn nhiệt (s1=s2) từ PO đến Pk 10 • 2-2’: làm mát nhiệt đến trạng thái bão hịa khơ, nhiệt độ ngƣng tụ tk áp suất Pk Quá trình xảy thiết bị ngƣng tụ • 2’-3: Ngƣng tụ đẳng nhiệt t2’=t3=tk thải nhiệt môi trƣờng làm mát thiết bị ngƣng tụ • 3-4: tiết lƣu mơi chất lỏng từ Pk đến PO, h3=h4 • 4-1: bay đẳng nhiệt môi chất TBBH t4=t1=tO Ƣu điểm: Tránh gây va đập thủy lực lên máy nén nên làm giảm hao mòn máy nén Khuyết điểm: Hệ số làm lạnh ε nhỏ chu trình Carnot song máy nén chạy hành trình khơ 2.3 Chu trình q lạnh, q nhiệt Định nghĩa: • Chu trình đƣợc gọi nhiệt nhiệt độ môi chất hút máy nén cao nhiệt độ bão hòa tO • Chu trình đƣợc gọi q lạnh nhiệt độ môi chất lỏng trƣớc qua thiết bị tiết lƣu thấp nhiệt độ ngƣng tụ Các ngun nhân q lạnh, q nhiệt • Có bố trí thiết bị lạnh lỏng sau thiết bị ngƣng tụ • TBNT thiết bị trao đổi nhiệt ngƣợc dòng nên môi chất sau ngƣng tụ đƣợc làm lạnh đến nhiệt độ thấp nhiệt độ ngƣng tụ • Môi chất lỏng đƣợc lạnh thiết bị ngƣng tụ hay đoạn đƣờng ống từ thiết bị ngƣng tụ đến thiết bị tiết lƣu • Sử dụng van TL nhiệt nhằm đảm bảo độ nhiệt môi chất khỏi thiết bị bay với mục đích tránh va đập thủy lực cho máy nén • Do tải nhiệt QO lớn thiếu mơi chất TBBH • Do trao đổi nhiệt đƣờng ống từ TBBH đến MN 2.4 Chu trình hồi nhiệt Chu trình hồi nhiệt chu trình máy lạnh có trao đổi nhiệt mơi chất lỏng (nóng) trƣớc vào van tiết lƣu môi chất (lạnh) trƣớc vào máy nén Quá trình trao đổi nhiệt xảy thiết bị hồi nhiệt 11 Hình 2.4: Máy lạnh cấp thực chu trình hồi nhiệt Thiết bị hồi nhiệt gọn nhẹ môi chất đƣợc lạnh mà không cần nguồn nƣớc làm mát bên ngồi Chu trình hồi nhiệt sử dụng cho mơi chất freon độ q nhiệt lớn, không phù hợp cho môi chất NH3 12 Chƣơng 3: CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI VÀ NHIỀU CẤP Đối với nhu cầu lạnh nhiệt độ thấp hay thấp, máy nén cấp cần phải: ˗ Tạo trì áp suất PO thấp thiết bị bay ˗ Tỷ số nén = Pk/PO tăng cao vƣợt trị số ˗ Tỷ số nén tăng cao làm giảm hệ số cấp máy nén, làm giảm lƣu lƣợng khối lƣợng dịng mơi chất qua máy nén, tức làm giảm công suất lạnh máy lạnh ˗ Nhiệt độ môi chất cuối tầm nén tăng cao có nguy vƣợt giới hạn an tồn cho phép Do máy nén nhiều cấp đời nhầm giải nhu cầu làm lạnh nhiệt độ thấp việc bảo quản thực phẩm 3.1 Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian phần Hình 3.1: Máy lạnh hai cấp khơng trích trung gian, làm mát trung gian khơng hồn tồn MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị ngƣng tụ; VTL: van tiết lƣu; TBBH: thiết bị bay Hơi môi chất với thông số trạng thái po, t1 đƣợc máy nén thấp áp NTA (Hình 4.3) nén đoạn nhiệt đến áp suất ptg, t2 Hơi môi chất đƣợc đƣa vào thiết bị làm mát trung gian, môi chất nhả nhiệt cho mơi trƣờng làm mát theo q trình – Đây q trình làm mát khơng hồn tồn, điểm vùng nhiệt; ta lấy t3 = t5 Sau thiết bị làm mát 13 trung gian trung áp đƣợc đƣa vào máy nén áp cao NAC đƣợc nén đọan nhiệt đến áp suất pk, t4 Sau nén cao áp môi chất đƣợc đƣa đến thiết bị ngƣng tụ ngƣng tụ thành lỏng hoàn toàn ứng với thông số trạng thái điểm Lỏng sau thiết bị ngƣng tụ đƣợc đƣa đến van tiết lƣu tiết lƣu từ pk xuống po ứng với thông số trạng thái điểm vào thiết bị bay nhận nhiệt trở thông số trạng thái điểm 3.2 Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian phần có hồi nhiệt Hình 3.2: Máy lạnh cấp nén cấp, làm mát trung gian khơng hồn tồn, có tiết lƣu MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị ngƣng tụ; VTL1: van tiết lƣu 1; VTL2: van tiết lƣu 2; TBBH: thiết bị bay Chu trình: môi chất qua máy nén thấp áp máy nén áp cao khơng có trích phần trung gian, tạo sau tiết lƣu TL1 Hơi môi chất với áp suất po, nhiệt độ T1 đƣợc nén máy nén thấp áp đến áp suất trung gian pTG Tiếp theo đƣợc làm mát đến điểm thiết bị làm mát trung gian Sau khỏi thiết bị làm mát trung gian môi chất đƣợc hỗn hợp với buồng bão hịa khơ sau van tiết lƣu TL1 ứng với thơng số trạng thái 10 tạo thành hỗn hợp có thơng số trạng thái Máy nén cao áp nén đến áp suất pk ứng với điểm Hơi cao áp đƣợc đƣa vào ngƣng ngƣng tụ đến điểm Lỏng tiết lƣu qua tiết lƣu đến trạng thái Phần sinh sau van tiết lƣu TL1 với trạng thái 10 đƣợc đƣa trở lại đầu hút máy nén áp cao; phần lỏng với trạng thái tiếp qua van tiết lƣu TL2 vào thiết bị bay nhận nhiệt qo đến thông số trạng thái đầu hút máy nén thấp áp 14 3.3 Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian tồn phần Hình 3.3: Chu trình máy lạnh nén cấp, tiết lƣu làm mát trung gian toàn phần MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBNT: thiết bị ngƣng tụ; VTL1: van tiết lƣu 1; VTL2: van tiết lƣu 2; TBBH: thiết bị bay Chu trình: Hơi môi chất sau thiết bị bay với thông số trạng thái (po, t1) đƣợc máy nén thấp áp NTA (Hình 4.5) nén đoạn nhiệt đến trạng thái với áp suất ptg đƣa sang bình trung gian, làm mát đẳng áp, làm mát hoàn toàn đến trạng thái nhờ phần lỏng bay bình trung gian Hơi bảo hịa khơ vào máy nén cao áp NCA, nén tới pk theo trình 34 tới thiết bị ngƣng tụ, ngƣng tụ đẳng áp, nhả nhiệt qk theo trình 45 Lỏng cao áp qua van tiết lƣu TL1, tiết lƣu theo trình 56 đến ptg vào bình trung gian Tại bình trung gian phần sinh sau van tiết lƣu TL1 đƣợc đƣa đầu hút máy nén cao áp, phần lỏng bay để làm mát hoàn toàn kg qua nhiệt trung áp, phần lỏng lại (1 kg) đƣợc đƣa đến van tiết lƣu TL2 tiết lƣu theo trình 78 đến đến áp suất po đƣa vào thiết bị bay nhận nhiệt qo theo trình 81 trở máy nén thấp áp NTA 15 Chƣơng 4: MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH 4.1 Môi chất lạnh 4.1.1 Các yêu cầu môi chất lạnh a) Các yêu cầu nhiệt động với môi chất lạnh ˗ Nhiệt độ sơi áp suất khí phải thấp: tránh cho thiết bị bay khỏi phải làm việc với áp suất chân không ˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ phải thấp, song phải cao áp suất khí quyển: giảm chiều dày thiết bị, đƣờng ống hệ thống lạnh ˗ Nhiệt độ tới hạn phải cao: tăng dải làm việc cho máy lạnh ˗ Nhiệt độ điểm pha phải thấp: tăng dải làm việc cho máy lạnh ˗ Nhiệt ẩn hóa lớn: lƣợng mơi chất tuần hồn hệ thống nhỏ ˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp phải lớn: đƣờng đẳng áp nằm ngang chu trình gần chu trình ngƣợc Carnot ˗ Độ nhớt vừa phải: độ nhớt lớn làm tăng cơng tiêu tốn vơ ích cho ma sát, độ nhớt nhỏ mơi chất dễ rò rỉ qua khe hở b) Các yêu cầu hóa học với mơi chất lạnh ˗ Khơng gây cháy ˗ Không gây nổ ˗ Không phản ứng với dầu bơi trơn ˗ Khơng phản ứng hóa học, khơng ăn mịn kim loại máy móc, đƣờng ống hệ thống lạnh ˗ Hòa tan đƣợc nƣớc: để tránh gây tắc van tiết lƣu mơi chất có lẫn nƣớc ˗ Khi rò rỉ dễ phát (bằng mùi, màu, thị, độ dẫn điện) ˗ Khi rị rỉ khơng làm hỏng sản phẩm cần bảo quản lạnh c) Các yêu cầu kinh tế Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo d) Các yêu cầu môi trƣờng Không gây ô nhiễm môi trƣờng Trong thực tế mơi chất đáp ứng đƣợc tất u cầu kể Vì chọn mơi chất phải dựa vaò yêu cầu thực tế quan trọng nhất, bỏ qua yêu cầu lại Ngày môi chất thông dụng amôniăc NH3 freon 16 4.1.2 Môi chất amoniac (NH3 – R717) Amoniac mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động cao so với tất môi chất đƣợc sử dụng kỹ thuật lạnh: điều kiện làm việc NH3 có hệ số làm lạnh ε cao Dođó NH3 đƣợc sử dụng rộng rãi máy nén lạnh cấp a) Các tính chất nhiệt động ˗ Nhiệt độ sôi áp suất khí thấp: p = kgf/cm2; t = -33,4oC ˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 16 at ˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 132,4oC; pth = 115,2 at ˗ Nhiệt độ đông đặc điểm pha thấp: tđđ = -77,7oC ˗ Nhiệt ẩn hóa lớn, lớn mơi chất lạnh, ví dụ -15oC r = 1312kJ/kg ˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải ˗ Độ nhớt vừa phải, lớn độ nhớt nƣớc b) Các tính chất hóa học ˗ Gây cháy nồng độ ζ25% khơng khí có mồi lửa, lửa có màu vàng ˗ Gây nổ nồng độ ζ = 16 ÷ 25% khơng khí có mồi lửa ˗ Dầu bơi trơn chun dụng; khối lƣợng riêng dầu cao khối lƣợng riêng lỏng amơniăc (Ví dụ -15oC lỏng R717 có khối lƣợng riêng 658,63kg/m3), khơng hồ tan dầu bơi trơn ˗ Khơng ăn mịn kim loại đen; ăn mịn kim loại màu có nƣớc, đặc biệt nhơm đồng, ngoại trừ hợp kim đồng có chứa phốt số hợp kim nhơm đặc biệt ˗ Hịa tan đƣợc nƣớc với tỷ lệ, pha, tách nƣớc khỏi amơniăc biện pháp đặc biệt ˗ Khi rị rỉ dễ phát hiện: có mùi khai đặc biệt ˗ Khi rò rỉ làm hỏng sản phẩm cần bảo quản lạnh c) Các tính chất sinh lý Độc hại bảng (bảng KCN, SO2, HCl, HF, NO2 ; khơng khí thuộc bảng 6); nồng độ 1% khơng khí gây ngất sau phút d) Các tính chất kinh tế Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo 17 e) Các tính chất mơi trƣờng Khơng gây nhiễm mơi trƣờng, rị rỉ gây hại tức thì, lâu dài phân đạm cho 4.1.3 Môi chất Freon Freon sản phẩm hình thành từ dãy hydro carbon no CnH2n+2 cách thay nguyên tử hydro nguyên tử flo F, clo Cl, brom Br Mã hóa freon nhƣ sau: Số nguyên tử Cl đƣợc tính theo cơng thức: q= (2n+2)-(m+p+k) n=1 n-1=0 ký hiệu ngƣời ta bỏ số đi, cịn R(m+1)pBrk a) R12 (CF2Cl2 Diclodiflometan) R12 mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động cao, thua NH3 ít, dùng rộng rãi cho máy lạnh cấp, bị hạn chế tiến tới cấm sử dụng thành phần hóa học có Cl phá hủy tầng ozon rị rỉ Các tính chất R12: ˗ Nhiệt độ sơi áp suất khí thấp: p = kgf/cm2; t = -29,8oC ˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 9,5 at ˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 112,04oC; pth = 41,96 at ˗ Nhiệt độ đông đặc điểm pha thấp: tđđ = -155oC ˗ Nhiệt ẩn hóa tƣơng đối lớn, ví dụ -15oC r = 159.55kJ/kg ˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải ˗ Độ nhớt nhỏ, nhỏ khơng khí nên R12 rị rỉ qua khe hở mà khơng khí không qua đƣợc, độ nhớt R12 lớn nitơ chút nên thử kín phải dùng nitơ khơ ˗ Không gây cháy ˗ Không gây nổ; nhiên nhiệt độ t > 450oC R12 phân hủy thành chất độc hại nhƣ HCl, HF (độc hại bảng 1) Do nghiêm cấm vật có nhiệt độ bề mặt 400oC phòng máy ˗ Dầu bôi trơn chuyên dụng; khối lƣợng riêng dầu nhỏ khối lƣợng riêng lỏng R12 (Ví dụ -15oC lỏng R12 có khối lƣợng riêng 1443,83kg/m3), độ hịa tan dầu bơi trơn phụ thuộc vào nhiệt độ bão hịa mơi chất R12: nhiệt độ t < 45oC hỗn hợp lỏng chia làm lớp, lớp dầu, lớp dƣới hỗn hợp dầu R12 ˗ Khơng ăn mịn kim loại; R12 mơi chất bền vững mặt hóa học 18 ˗ Khơng hòa tan đƣợc nƣớc, lƣợng nƣớc hòa tan tối đa 0,0006% khối lƣợng, cho phép làm việc 0,0004%; tách nƣớc khỏi R12 chất hút ẩm thơng dụng ˗ Khi rị rỉ khó phát hiện: R12 khơng màu, có mùi thơm nhẹ, khơng vị ˗ Khi rị rỉ khơng làm hỏng sản phẩm cần bảo quản lạnh ˗ Nồng độ 30% khơng khí gây váng vất khó thở thiếu ôxy (Nồng độ thể tích ôxy lúc không khí cịn 14%) ˗ Tƣơng đối rẻ tiền, dễ kiếm, dễ chế tạo ˗ Gây ô nhiễm môi trƣờng: rị rỉ R12 bay dần lên tầng thƣợng lƣu khí quyển, gây hiệu ứng lồng kính, có thành phần Cl nên R12 phá hoại, làm thủng tầng ozon b) R22(CHF2Cl Monoclodiflometan) R22 mơi chất có độ hồn thiện nhiệt động cao, xếp sau NH3, dùng rộng rãi cho máy lạnh cấp, bị hạn chế tiến tới cấm sử dụng thành phần hóa học có Cl phá hủy tầng ozon rị rỉ Các tính chất R22: ˗ Nhiệt độ sơi áp suất khí thấp: p = kgf/cm2; t = -40,8oC ˗ Ở nhiệt độ môi trƣờng áp suất ngƣng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 15 at ˗ Nhiệt độ tới hạn tƣơng đối cao: tth = 96oC; pth = 50,33 at ˗ Nhiệt độ đông đặc điểm pha thấp: tđđ = -160oC ˗ Nhiệt ẩn hóa tƣơng đối lớn, ví dụ -15oC r = 217kJ/kg ˗ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải ˗ Độ nhớt nhỏ, nhỏ khơng khí nên R22 rị rỉ qua khe hở mà khơng khí khơng qua đƣợc, độ nhớt R22 lớn nitơ chút nên thử kín phải dùng nitơ khơ ˗ Khơng gây cháy ˗ Không gây nổ; nhiên nhiệt độ t>450oC R22 phân hủy thành chất độc hại nhƣ HCl, HF (độc hại bảng 1) Do nghiêm cấm vật có nhiệt độ bề mặt 400oC phòng máy dầu nhỏ khối lƣợng riêng ˗ Dầu bôi trơn chuyên dụng; khối lƣợng riêng o lỏng R22 (Ví dụ -15 C lỏng R22 có khối lƣợng riêng 1335kg/m3), độ hịa tan dầu bơi trơn phụ thuộc vào nhiệt độ bão hịa môi chất R22: nhiệt độ t120kW 1.3.4 Phân loại máy lạnh theo... nhiệt độ làm lạnh Máy lạnh cryo: T ≤ 120K Máy lạnh thông thƣờng: T >120K Máy lạnh nhiệt độ thấp: to ≤ -3 0oC; Máy lạnh nhiệt độ trung bình: to = -3 0 ÷ -1 0oC; Máy lạnh nhiệt độ cao: to = -1 0 ÷ +20oC;