BÀI tập lớn đề tài tìm HIỂU THIẾT bị NGƯNG tụ, THIẾT bị BAY hơi và TÍNH TOÁN CHU TRÌNH, CHỌN máy nén

THIẾT BỊ BAY HƠI

THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH CHẤT LỎNG

1 - nắp bình; 2 - thân bình; 3 - tách lỏng; 4 - ống 𝑁𝐻 3 ra; 5 - tấm chắn lỏng; 6 - ống TĐN;

7 - ống lỏng ra; 8 - ống lỏng vào; 9 - chân bình; 10 - rốn bình; 11 - ống nối van phao;

12 – ống xả dầu b) Nguyên lý làm việc

Lỏng môi chất được tiết lưu vào bình, làm đầy bên ngoài các ống trao đổi nhiệt, nơi nhận nhiệt từ chất lỏng cần làm lạnh đang chuyển động cưỡng bức bên trong ống sôi và hóa hơi Trước khi ra khỏi bình, hơi sẽ đi qua bộ phận tách lỏng, nơi lỏng được tách ra khỏi dòng hơi và chảy trở lại bình Hơi sau khi tách lỏng sẽ trở thành hơi bão hòa khô và được dẫn ra ngoài qua đường số 4.

Các ống trong bình bay hơi 𝑁𝐻 3 là ống thép nhẵn. c) 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, năng suất lạnh lớn.

- Lượng môi chất nạp vào hệ thống quá lớn nên chỉ sử dụng được cho loại môi chất lạnh rẻ tiền dễ kiếm như 𝑁𝐻 3

Báo cáo môn Kỹ thuật Trường Đại học Công nghiệp Hà

1.1.2 Bình bay hơi ống vỏ freon a) Cấu tạo Để khắc phục nhược điểm là lượng nạp môi chất quá lớn, đối với bình bay hơi ống về freon người ta bố trí cho môi chất lạnh sôi trong ống, nên ống trao đổi nhiệt thường có dạng chữ U.

Hình 2 Bình bay hơi freon a) Môi chất sôi ngoài ống:

1: ống phân phối lỏng 4: van an toàn 7: ống thủy 2: chất tải lạnh vào 5: hơi ra

3: chất tải lạnh ra 6: áp kế b) Môi chất sôi trong ống dạng chữ U c) Tiết diện ống có cánh trong gồm 2 lớp: lớp ngoài là ống đồng niken, trong là nhôm Để kéo dài đường đi của môi chất lạnh và tăng cường trao đổi nhiệt người ta tạo đường đi zíc zắc của chất tải lạnh trong bình, tốc độ khoảng 𝜔 = 0,3 ÷ 0,8 𝑚/𝑠

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngừng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp là yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống lạnh Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của thiết bị ngừng tụ và thiết bị bay hơi giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Nghiên cứu này không chỉ cung cấp kiến thức lý thuyết mà còn áp dụng vào thực tiễn, góp phần nâng cao hiệu quả công việc trong ngành công nghiệp lạnh.

Trường Đại học Công nghiệp Hà

Báo cáo môn Kỹ thuật

Bình bay hơi ống vỏ kiểu ngập amoniac và loại sử dụng môi chất freon hoạt động theo nguyên lý giống nhau, tuy nhiên, sự khác biệt nằm ở cấu trúc bề mặt truyền nhiệt, vật liệu chế tạo và kích thước các bộ phận Ưu điểm của mỗi loại bình bay hơi cũng có những điểm mạnh và yếu riêng biệt.

- Giảm lượng môi chất lạnh xuống đáng kể;

- Tránh dược sự cố đóng băng gây nứt ống.

- Kiểu môi chất sôi trong ống rất khó vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt phía chất tải lạnh;

- Đối với loại này, không thể dùng phương pháp cơ khí để vệ sinh, phương pháp duy nhất còn lại là sục rửa bằng hóa chất.

1.1.3 Thiết bị bay hơi kiểu panen a) Cấu tạo

Hình 3 minh họa thiết bị bay hơi kiểu panen, bao gồm các thành phần quan trọng như bình giữ mức-tách lỏng, ống góp hơi và các van xả nước muối Thiết bị này có chức năng chuyển đổi chất lỏng thành hơi, với hơi được dẫn về máy nén Các phần khác như xả tràn nước muối, xả cạn và xả dầu cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành Hệ thống được thiết kế với nền cách nhiệt nhằm đảm bảo hiệu suất tối ưu và an toàn cho thiết bị.

Hai ống góp lớn nằm ở phía trên và phía dưới, kết nối với các ống trao đổi nhiệt dạng ống trơn thẳng đứng Môi chất di chuyển và sôi trong các ống, trong khi chất lỏng cần làm lạnh di chuyển ngang qua ống Các dàn lạnh panel được cấp dịch theo kiểu ngập lỏng nhờ vào bình giữ mức-tách lỏng, với môi chất lạnh đi vào ống góp dưới và ra ống góp trên Ưu điểm của hệ thống này bao gồm hiệu suất làm lạnh cao và khả năng hoạt động ổn định.

- Chất tải lạnh lỏng có thể được hạ xuống rất gần tới điểm đóng băng;

Hệ số truyền nhiệt của amoniac có thể đạt từ 2500 đến 3400 𝑊/𝑚²𝐾, trong khi đó R22 đạt từ 1500 đến 3000 𝑊/𝑚²𝐾 khi làm lạnh nước Sự tiêu thụ môi chất thấp khiến amoniac ngày càng được sử dụng phổ biến trong các hệ thống làm lạnh.

- Quãng đường đi của dòng môi chất trong các ống trao đổi nhiệt khá ngắn và kích thước tương đối cồng kênh.

1.1.4 Dàn bay hơi kiểu “xương cá”

Dàn lạnh xương cá được sử dụng phổ biến trong hệ thống lạnh nước hoặc nước muối, ví dụ như hệ thống máy đá cây. a) Cấu tạo

1: Ống góp ngang trên 2: Ống góp ngang dưới 3: Ống trao đổi nhiệt 4: Ống góp dọc trên 5: Ống góp dọc dưới

Hình 4 Dàn bay hơi kiểu “xương cá”

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình chọn máy nén Nghiên cứu này sẽ giúp hiểu rõ hơn về các thiết bị trong hệ thống lạnh, cũng như cách lựa chọn máy nén phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Trường Đại học Công nghiệp Hà có các ống trao đổi nhiệt được thiết kế uốn cong hình xương cá, giúp tăng đáng kể chiều dài của mỗi ống Dàn lạnh xương cá bao gồm nhiều cụm, mỗi cụm có một ống góp trên và một ống góp dưới, cùng với hệ thống dãy ống trao đổi nhiệt nối giữa các ống Các ống này được làm từ thép chịu lực, có dạng trơn và không cánh.

Môi chất lỏng được tiết lưu vào ống góp ngang dưới số (2), sau đó di chuyển vào các ống góp dọc và ngập khoảng 2/3 ống trao đổi nhiệt, nơi nó nhận nhiệt từ đối tượng cần làm lạnh và diễn ra quá trình sôi hóa hơi Cuối cùng, hơi sẽ theo ống góp trên số (1) đi ra ngoài Ưu điểm của hệ thống này là hiệu suất làm lạnh cao và khả năng tiết kiệm năng lượng.

- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo;

- Dễ vệ sinh về phía chất môi trường lạnh;

- Tránh được sự cố đóng băng gây nứt ống.

- Do dùng chủ yếu cho bể nước muối hở nên dễ bị ăn mòn gây rò rỉ môi chất;

- Mật độ dòng nhiệt không quá lớn nên tiêu hao nhiều kim loại, thiết bị cồng kềnh.

Trong ngành công nghiệp, ngoài các dàn lạnh thông thường, dàn bay hơi kiểu tấm bản được sử dụng để làm lạnh nhanh các chất lỏng Chẳng hạn, thiết bị này giúp hạ nhanh nhiệt độ của dịch đường và glycol trong sản xuất bia, cũng như sản xuất nước lạnh trong các nhà máy chế biến thực phẩm.

Báo cáo môn Kỹ thuật Trường Đại học Công nghiệp Hà a) Cấu tạo

Hình 5 Phối cảnh dàn bay hơi kiểu tấm để làm lạnh chất lỏng

Dàn lạnh kiểu tấm bản có cấu tạo tương tự như dàn ngưng tấm bản, bao gồm các tấm trao đổi nhiệt phẳng với thiết kế dập sóng, được kết nối bằng đệm kín Hai đầu của dàn lạnh được trang bị các tấm khung chắc chắn, được gia cố bằng thanh giằng và bulong Môi chất và chất tải lạnh di chuyển ngược chiều và xen kẽ nhau, tạo ra tổng diện tích trao đổi nhiệt lớn.

Quá trình trao đổi nhiệt giữa hai môi chất diễn ra qua vách mỏng, giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt Các lớp chất tải lạnh mỏng cũng góp phần làm cho quá trình này diễn ra nhanh chóng.

Môi chất lỏng được tiết lưu vào bình và đi vào các ống trao đổi nhiệt, nơi nó hấp thụ nhiệt từ môi chất lỏng cần làm lạnh, sau đó chuyển động bên ngoài ống sôi và hóa hơi Hơi môi chất sẽ được dẫn ra ngoài qua đường môi chất Ưu điểm của hệ thống này là hiệu suất làm lạnh cao và khả năng tiết kiệm năng lượng.

- Thời gian làm lạnh rất nhanh, khối lượng môi chất lạnh cần thiết nhỏ;

- Mật độ dòng nhiệt tương đối lớn nên tiêu hao ít kim loại, thiết bị chắn chắn gọn nhẹ.

THIẾT BỊ BAY HƠI LÀM LẠNH KHÔNG KHÍ

Các thiết bị bay hơi dùng để làm lạnh không khí gồm 3 nhóm: thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô, kiểu ướt và kiểu hỗn hợp.

1.2.1 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí kiểu khô

Thiết bị này là loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, hoạt động với không khí lưu động bên ngoài chùm ống có cánh, truyền nhiệt cho môi chất sôi trong ống Đây là thiết bị bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp phổ biến nhất hiện nay Nếu không khí được làm lạnh nhờ truyền nhiệt từ nước hoặc chất tải lạnh lỏng trong ống, thiết bị sẽ được gọi là dàn lạnh không khí gián tiếp Cả hai loại thiết bị thường được chế tạo dưới dạng ống chùm, ống thẳng hoặc ống xoắn có cánh đặt trong vỏ.

Trong các thiết bị này, không khí được di chuyển cưỡng bức nhờ quạt, giúp hút không khí tuần hoàn và không khí bổ sung, sau đó đẩy qua dàn lạnh.

Hình 6 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí kiểu khô bay hơi trực tiếp bằng nưóc lạnh hoặc chất tải

Báo cáo môn Kỹ thuật Trường Đại học Công nghiệp Hà lạnh

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình chọn máy nén Nghiên cứu này sẽ giúp hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các thiết bị trong hệ thống lạnh Việc lựa chọn máy nén phù hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Thông qua việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị, bài viết sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình thiết kế và vận hành hệ thống lạnh hiệu quả.

Trường Đại học Công nghiệp Hà Báo cáo môn Kỹ thuật h

Thiết bị làm lạnh bay hơi không khí kiểu khô trực tiếp được ứng dụng phổ biến trong kho lạnh và hệ thống điều hòa không khí cục bộ, đặc biệt là cho các thiết bị xử lý không khí có công suất nhỏ.

1.2.2 Thiết bị làm lạnh không khí kiểu ướt

Trong các thiết bị bay hơi làm lạnh không khí kiểu ướt, không khí được làm lạnh thông qua việc tiếp xúc trực tiếp với nước hoặc nước muối lạnh được phun ra từ các vòi phun hoặc lỗ tưới nước.

Hình 7 Thiết bị làm lạnh không khí kiểu ướt

1 - máng chắn nước; 2 – buồng phun; 3 – quạt gió; 4 – động cơ; 5 – cửa gió lạnh;

6 – van phao đường nước bổ sung; 7 – đáy nước; 8 – ống xả đáy; 9 - ống dẫn nước lạnh; 10 – ống xả tràn; 11 – vòi phun nước

Thiết bị này được ứng dụng phổ biến trong hệ thống điều hòa không khí, giúp điều chỉnh cả dàn lạnh và nhiệt độ không khí Ưu điểm nổi bật của nó là khả năng thực hiện quá trình trao đổi nhiệt hiệu quả ở mức chênh lệch nhiệt độ nhỏ giữa không khí và chất tải lạnh, từ đó nâng cao hiệu suất làm lạnh Điều này không chỉ giúp hạ nhiệt độ không khí xuống mức thấp hơn mà còn cho phép điều chỉnh độ ẩm theo yêu cầu.

1.2.3 Thiết bị làm lạnh không khí kiểu hỗn

Trong thiết bị làm lạnh không khí kiểu hỗn hợp, quá trình làm lạnh diễn ra khi chất tải lạnh lỏng được phun trực tiếp vào luồng không khí Đồng thời, có sự trao đổi nhiệt hiệu quả với chất tải lỏng trong ống của bộ phận trao đổi nhiệt bề mặt, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm lạnh.

Nguyên lý hoạt động của thiết bị là không khí trong phòng được hút vào qua cửa gió, sau đó tiếp xúc với dàn lạnh, nơi nhiệt độ được truyền cho môi chất sôi trong ống hoặc nước muối Quá trình này giúp hạ nhiệt độ không khí, và sau đó không khí tiếp tục được làm lạnh nhờ tiếp xúc trực tiếp với nước lạnh phun từ ống.

Hình 8 Thiết bị kiểu hỗn hợp

1 – không khí lạnh; 2 – quạt gió; 3 – chắn nước; 4 – dàn phun nước; 5 – dàn bay hơi;

6 – không khí tuần hoàn; 7 – bể chứa nước 4

Báo cáo môn Kỹ thuật Nước bay theo bị các tấm chắn nước 3 giữ lại, còn không khí lạnh được thổi vào phòng.

1.2.4 Dàn làm lạnh bằng không khí bằng nước và nước muối

Các chất tải lạnh lưu động trong ống trao đổi nhiệt dạng ống xoắn hoặc ống thẳng có ống góp ở hai đầu Việc sử dụng ống thẳng với ống góp giúp dẫn hơi ra nhanh chóng khỏi ống trao đổi nhiệt, từ đó tăng cường công suất và hiệu quả truyền nhiệt Để nâng cao khả năng truyền nhiệt, các ống thường được thiết kế với cánh ngoài.

Hình 9 Bộ lạnh amoniac một hàng ống có cánh treo tường

1 – ống nối ; 3, 5 – giá treo ; 2, 6 - ống góp ; 4 – ống có cánh

Nước là chất tải lạnh phổ biến trong các hệ thống điều hòa nhiệt độ nhờ khả năng truyền nhiệt hiệu quả ở nhiệt độ thấp và dễ dàng làm lạnh, làm khô không khí Tuy nhiên, nước cũng dễ gây ăn mòn và bám bẩn, vì vậy các dàn lạnh nước muối thường được thiết kế với cánh thưa để giảm thiểu tình trạng tuyết bám trên bề mặt ống, nhằm tối ưu hóa khả năng truyền nhiệt.

Bộ lạnh có cánh còn có tác dụng giảm tiêu hao kim loại do giảm số lượng ống, đồng thời cũng làm cho thiết bị nhỏ gọn hơn.

Hình 10 Dàn lạnh không khí dùng nước lạnh

1 – không khí lạnh ; 2 – van điện từ; 3 – role nhiệt độ ; 4 – hộp số quạt 3 tốc độ ; 5 – không khí hồi ;

6 – fin lọc ; 7 – quạt gió ; 8 – dàn ống xoắn có cánhl àm lạnh không khí

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp cho hệ thống, đảm bảo hiệu suất và hiệu quả trong quá trình hoạt động Nghiên cứu sâu về nguyên lý hoạt động và ứng dụng của từng thiết bị trong hệ thống lạnh Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và đề xuất giải pháp tối ưu hóa.

𝑄 𝑜 – Công suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi, W

𝑘 – Hệ số truyền nhiệt, 𝑊/𝑚 2 𝐾; Δ𝑡 𝑡𝑏 -Độ chênh nhiệt độ trung bình lôgarit, 𝐾;

Trường Đại học Công nghiệp Hà Báo cáo môn Kỹ thuật

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BAY HƠI

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định theo biểu thức:

𝑄 𝑜 – Công suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi, W

𝑞 𝐹 – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị bay hơi, 𝑊/𝑚 2 a Xác định hệ số truyền nhiệt k Biến thiên nhiệt độ trong thiết bị bay hơi

Hệ số truyền nhiệt k có thể xác định theo kinh nghiệm theo bảng dưới đây:

Kiểu thiết bị bay hơi Môi chất lạnh/ chất tải lạnh kW/m 2 K Ghi chú

Bình bay hơi ống vỏ NH3/nước muối hoạt động hiệu quả trong khoảng nhiệt độ 460 ÷ 580 K với ∆t = 5 K Trong khi đó, bình bay hơi ống vỏ R12/nước muối có hai dải nhiệt độ: 230 ÷ 350 K và 350 ÷ 400 K, được tính theo bề mặt có cánh Bình xoắn bay hơi ống NH3 + freon/nước muối hoạt động trong khoảng 290 ÷ 1000 K, dựa trên bề mặt nhẵn phía trong ống Dàn bay hơi panel NH3 + freon/nước muối cũng hoạt động trong khoảng 460 ÷ 580 K với ∆t = 5 K Cuối cùng, dàn bay hơi treo trần NH3/không khí hoạt động ở nhiệt độ 9,8 K tại 0℃ trong buồng lạnh.

(nước muối/không khí) Dàn ồng trơn áp " 9,8 ÷ 1,4 ở 0℃ nhiệt độ buồng lạnh tường " 7 ÷ 9,9 ở −20℃ nhiệt độ buồng lạnh

Dàn ống có cánh treo " 5,1 ÷ 5,9 ở 0℃ " trần 1 hàng " 4,2 ÷ 4,7 ở −20℃ "

Dàn ống có cánh treo " 4,8 ÷ 5,6 ở 0℃ " trần 2 hàng " 4,0 ÷ 4,4 ở −20℃ "

Dàn lạnh quạt 𝑅22/ không khí 11,6 ở −40℃ "

Bảng 1 Hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm k của thiết bị bay hơi

Hệ số truyền nhiệt được tính tùy thuộc trường hợp cụ thế của bề mặt trao đổi nhiệt. b Xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit

Trường Đại học Công nghiệp Hà Báo cáo môn Kỹ thuật 𝑚𝑖𝑛

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp cho hệ thống là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Thiết bị ngưng tụ và bay hơi có vai trò then chốt trong chu trình, ảnh hưởng đến hiệu quả làm lạnh Việc nghiên cứu và lựa chọn thiết bị đúng cách sẽ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.

∆𝑡 𝑚𝑎𝑥 , ∆𝑡 𝑚𝑖𝑛 – Hiệu nhiệt độ lớn nhất và bé nhất ở đầu vào và ra của thiết bị trao đổi nhiệt. c Xác định lưu lượng chất lỏng hoặc không khí làm lạnh

Lưu lượng chất lỏng được làm lạnh ở thiết bị bay hơi được xác định theo công thức sau:

𝐶 – Nhiệt dung riêng của chất lỏng, 𝐽⁄𝑘𝑔 𝐾;

𝜌 – Khối lượng riêng của chất lỏng, 𝑘𝑔 ∕ 𝑚 3 ;

∆𝑡 – Độ chệnh nhiệt độ của chất lỏng vào ra thiết bị bay hơi, ℃.

Lưu lượng không khí làm lạnh được xác định theo công thức sau:

𝐶 𝐾𝐾 – Nhiệt dung riêng của không khí, 𝐶 𝑛 = 1,0 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 𝐾;

𝜌 𝐾𝐾 – Khối lượng riêng của không khí, 𝑘𝑔 ∕ 𝑚 3 , 𝜌 𝐾𝐾 = 1,15 ÷ 1,2 𝑘𝑔 ∕ 𝑚 3 ;

∆𝑡 𝐾𝐾 – Độ chênh nhiệt độ của không khí vào ra thiết bị bay hơi, ℃.

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG NƯỚC

Hình 11 Bình ngưng ống vỏ ngang amoniac

1 – nối van an toàn ; 2 - ống nối đường cân bằng với bình chứa ; 3 - ống hơi 𝑁𝐻 3 vào ;

4 – áp kế ; 5 - ống nối van xả không ngưng ; 6 – van xả không khí ở khoang nước ;

7 - ống nước làm mát ra ; 8 - ống nước làm mát vào ; 9 – van xả nước ; 10 - ống 𝑁𝐻 3 lỏng ra

Bình ngưng là một thiết bị hình trụ nằm ngang, bên trong chứa nhiều ống trao đổi nhiệt có đường kính nhỏ, được gọi là bình ngưng ống vỏ nằm ngang Nguyên lý làm việc của bình ngưng này dựa trên quá trình trao đổi nhiệt hiệu quả giữa các chất lỏng.

Hơi NH3 được dẫn qua ống 3 và chia thành hai đường vào bình ngưng, nơi mà không gian giữa các ống dẫn nước lạnh giúp truyền nhiệt cho nước lạnh, khiến nó ngưng lại thành dạng lỏng Để tăng tốc độ nước và cải thiện sự truyền nhiệt giữa hơi và nước lạnh, cũng như kéo dài đường đi của nước trong bình ngưng, hệ thống được thiết kế để nước đi qua đi lại nhiều lần trước khi thoát ra ngoài qua ống dẫn 7.

Lỏng ngưng tụ ở phần dưới bình được dẫn ra ngoài qua ống 10 vào bình chứa Để đảm bảo quá trình thoát lỏng liên tục, cần có ống nối cấn bằng giữa bình ngưng và bình chứa Để không làm tăng áp suất ngưng tụ và công suất lạnh, các khí không ngưng có trong hơi sẽ được xả ra ngoài qua ống 5 vào bình tách khí, nơi chúng sẽ được tách ra và trả lại phần NH3 có trong hỗn hợp khí – hơi cho hệ thống lạnh.

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngừng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp cho hệ thống làm lạnh là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Việc nghiên cứu sâu về thiết bị ngừng tụ và bay hơi sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quy trình làm lạnh và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Không khí hòa trộn với nước làm mát sẽ được xả ra ngoài qua van 6 ở đầu bình, trong khi nước cặn sẽ được tháo ra qua van 9 Ưu điểm của hệ thống này là hiệu quả trong việc duy trì nhiệt độ ổn định và dễ dàng bảo trì.

- Đây là thiết bị ngưng tụ gọn và chắc chắn nhất có thể bố trí trong nhà mà chiếm ít diện tích;

- Bình ngưng có tiêu hao kim loại nhỏ;

- Hệ số truyền nhiệt tương đối lớn;

- Bình ngưng dễ chế tạo và lắp đặt, có thế sửa chữa và làm sạch ống bằng cơ học hay hóa chất.

- Yêu cầu khối lượng nước làm mát lớn và nhanh tạo cáu bẩn giảm nhanh khả năng truyền nhiệt;

Để tiết kiệm nước, việc đầu tư vào tháp giải nhiệt là cần thiết, mặc dù điều này đòi hỏi thêm kinh phí Tuy nhiên, tháp giải nhiệt chiếm diện tích và có thể gây ra tiếng ồn cùng độ ẩm cho môi trường xung quanh.

2.1.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng a) Cấu tạo

1, 13 – kính quan sát mức lỏng;

12 – đường cấp lỏng từ bình chứa

Hình 12 Bình ngưng amoniac ống vỏ đứng

Bình ngưng tụ này có thiết kế vỏ hình trụ đứng, bên trong chứa các ống dẫn nước làm mát được hàn hoặc núc vào hai mặt sàng Các mặt sàng này được hàn chắc chắn vào thân bình, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định.

Nước chảy từ hộp phân phối qua nút hình côn ở mỗi ống, tạo thành màng nước trong ống Hơi môi chất lạnh truyền nhiệt vào không gian giữa các ống, làm nước ngưng tụ thành màng mỏng trên bề mặt ngoài ống và được chứa ở đáy bình để chuyển sang bình chứa cao áp.

Sau khi trao đổi nhiệt, nước được dẫn vào bể chứa ở đáy bình Môi chất lạnh lỏng ngưng tụ được chuyển vào bình chứa 10 qua ống dẫn lỏng, với miệng ống ở vị trí cao hơn mặt sàng dưới nhằm ngăn chặn dầu vào bình chứa trước khi bay vào thiết bị bay hơi.

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngừng tự động và tính toán chu trình chọn máy nén Nghiên cứu này sẽ giúp hiểu rõ về các thiết bị tự động, vai trò của chúng trong hệ thống và cách tính toán chu trình hoạt động của máy nén Thông qua việc phân tích các thông số kỹ thuật và ứng dụng thực tiễn, bài viết sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về việc lựa chọn máy nén phù hợp cho các hệ thống công nghiệp.

Bình ngưng và bình chứa được trang bị van an toàn tại hai cửa thoát, cùng với ống hơi cân bằng 8 kết nối giữa chúng Hệ thống còn có van xả dầu 9 và kính quan sát mức lỏng 1, 13 Ưu điểm của thiết bị này bao gồm khả năng đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động ổn định.

- Bình ngưng ống vỏ đứng có thể được dùng cho các hệ thống lạnh công suất lạnh, mặt bằng gian máy hẹp, phải bố trí bình ngưng phía ngoài;

- Cả lòng và dầu có thể chảy tự do xuống đáy nên dễ xả dầu, kết cấu chắc chắn, dễ làm sạch nên dễ xả dầu;

- Dễ làm sạch ống nên có thể sử dụng các nguồn nước khác nhau không yêu cầu chất lượng cao lắm.

- Việc lắp và theo dõi vận hành cũng khó hơn bình ngưng ống vỏ nằm ngang;

2.1.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử và kiểu ống lồng 1/ Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử a) Cấu tạo

Hình 13 Thiết bị ngưng tự kiểu phần tử

1 – ống nước vào ; 2 – ống trao đổi nhiệt ; 3 - ống dẫn hơi vào ; 4 – ống nước ra ;

5 – ống góp hơi vào ; 6 – ống dẫn lỏng vào ; 7 – ống xả dầu ; 8 – bình chứa lỏng

Thiết bị gồm những phần tử riêng biệt là các ống trao đổi nhiệt ghép với nhau thành từng cụm.

Báo cáo môn Kỹ thuật b) Nguyên lí làm việc

Trong thiết bị trao đổi nhiệt, hơi môi chất được đưa vào không gian giữa các ống và ngưng tụ thành lỏng nhờ vào việc thải nhiệt cho nước làm mát chảy trong các ống tảo Nước được cấp từ ống góp phía dưới và chảy song song qua các phần tử, sau đó thoát ra ở ống góp trên, trong khi hơi môi chất được đưa vào từ phần tử phía trên cùng Điều này tạo ra điều kiện trao đổi nhiệt tương tự như nguyên lý trao đổi nhiệt ngược chiều Ưu điểm của thiết bị này bao gồm hiệu suất trao đổi nhiệt cao và khả năng tiết kiệm năng lượng.

- Chắc chắn, nhẹ nhàng, dễ tháo lắp thêm bớt số phần tử và số cụm để phù hợp với công suất lạnh của hệ thống

- Khó làm sạch cáu bẩn;

- Tỷ số giữa chiều dài và đường kính của loại này khá lớn (khoảng 15 đến

20) nên khối lượng tương đối của vỏ và nắp so với khối lượng toàn bộ khá lớn, do đó tiêu hao nhiều kim loại.

2/ Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng a) Cấu tạo và nguyên lí làm việc

Hình 14 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng

1,6 – ống hơi và ống lỏng ra; 2,5 – ống nước ra và ống nước vào;

Thiết bị ngưng tụ này hoạt động theo nguyên lý tương tự như thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử, nhưng cấu tạo chỉ bao gồm một vỏ bên ngoài và một ống bên trong.

Thiết bị này thường dược sử dụng làm thiết bị quá lạnh.

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngừng từ thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả trong quá trình vận hành Việc nghiên cứu và phân tích thiết bị ngừng từ sẽ giúp tối ưu hóa hệ thống và nâng cao hiệu suất làm việc.

2 b) Ưu điểm và nhược điềm Ưu điểm:

- Khi sử dụng thiết bị loại này không cần dùng bộ quá lạnh mà cho nước và môi chất lưu động ngược chiều.

- Thiết bị có công suất tiêu hao lớn, độ kín khít nhỏ vì có nhiều mối nối.

Hình 15 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng dạng ovan và dạng xoắn lò xo

2.1.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu panen a) Cấu tạo và nguyên lí làm việc

Các cụm của thiết bị này được mắc song song theo đường môi chất và nối tiếp theo đường nước.

Hình 16 Thiết bị kiểu ngưng tụ panen a) phần tử cơ bản(panen) ; b) hình vẽ tháo rời

Hình 17 Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới – máng cấp nước ;

Ống xả tràn, đầu lấy nước, đường nước tuần hoàn, xả dầu, đường lỏng ra, van xả khí, hộp phân phối nước, nước mới bổ sung và đường trích lỏng trung gian là các thành phần quan trọng trong hệ thống quản lý nước Những yếu tố này đảm bảo quá trình lưu thông và xử lý nước hiệu quả, giúp duy trì chất lượng và hiệu suất hoạt động của hệ thống.

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ

2.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới a) Cấu tạo

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngừng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp để tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả của hệ thống Việc nắm rõ chức năng và nguyên lý hoạt động của từng thiết bị sẽ giúp nâng cao khả năng thiết kế và vận hành hệ thống lạnh.

Nước từ thiết bị cấp nước chảy xuống màng bao quanh ống, hấp thụ nhiệt và một phần bay hơi vào không khí Nước nóng sau đó rơi vào máng hứng, nơi được tháo bớt để bổ sung nước mới, giúp hạ nhiệt độ trước khi được bơm trở lại để tiếp tục quá trình tưới xối.

Hình 18 Sơ đồ nguyên lí thiết bị bay hơi kiểu tưới c) Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm:

- Đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo và có khả năng sử dụng nước bẩn vì bề mặt ngoài của ống tương đói dễ làm sạch;

- Sử dụng những nơi có nguồn nước kém chất lượng, điều kiện gia công chế tạo cơ khí hạn chế, hệ thống lạnh công suất nhỏ hoặc trung bình;

Trong điều kiện không khí và nước chất lượng thấp, thiết bị thường gặp phải tình trạng kồng kềnh và độ ăn mòn tăng cao Ngoài ra, hiệu suất làm việc của thiết bị còn phụ thuộc vào điều kiện khí tượng và thời gian hoạt động trong nước.

2.2.2 Tháp ngưng tụ a) Cấu tạo

Báo cáo về Kỹ thuật Tháp ngưng tụ trình bày thiết bị bay hơi ngưng tụ kiểu bay hơi, sử dụng không khí chuyển động cưỡng bức thông qua hệ thống quạt hút hoặc quạt đẩy.

Hình 19 Thiết bị ngưng tụ bay hơi

1 – ống trao đổi nhiệt ; 2 – dàn phun nước ; 3 – lồng quạt ; 4 – mô tơ quạt ; 5 – bộ chắn nước ;

6 - ống gas vào ; 7 – ống góp ; 8 – ống cân bằng ; 9 – đồng hồ áp suất ; 10 – ống lỏng ra ;

11 – bơm nước ; 12 – máng hứng nước ; 13 – xả đáy bể nước ; 14 – xả tràn b) Nguyên lí làm việc

Trong ống xoắn trao đổi nhiệt, hơi môi chất truyền nhiệt cho nước chảy thành màng ngoài ống nhờ thiết bị phân phối nước ở phía trên Nước nóng lên và bay hơi một phần, sau đó được gió hút lên qua cửa gió nhờ quạt hút Gió làm mát nước trước khi rơi xuống đáy và được bơm lên mũi phun Nước mới được bổ sung qua ống với lượng tương đương nước đã bay hơi và nước bị gió cuốn theo Các tấm chắn nước giúp giảm thiểu lượng nước tổn thất do gió cuốn theo, mang lại hiệu quả cho hệ thống.

- Tiết kiệm nước bổ sung, thiết bị tương đối đơn giản, dễ chế tạo, lại đạt hiệu quả truyền nhiệt khá cao;

- Mật độ dòng nhiệt vào khoảng 1400 ÷ 1900 𝑊/𝑚 2 , hệ số truyền nhiệt

𝑘 = 450 ÷ 600 𝑊/𝑚 2 𝐾, độ chênh lệch trung bình giữa môi chất và chất làm mát ∆𝑡 𝑡𝑏 = 2 ÷ 3𝐾.

Bài tập lớn đề

- Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng nới đặt nó và thay đổi theo mùa trong năm.

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ

Dàn ngưng tụ là một thiết bị trong đó hơi môi chất di chuyển qua ống xoắn, tỏa nhiệt cho không khí bên ngoài để ngưng tụ thành lỏng Quá trình này có thể diễn ra nhờ vào quạt (đối lưu cưỡng bức) hoặc do sự chuyển động tự nhiên của không khí (đối lưu tự nhiên).

* Dàn ngưng đối lưu tự nhiên

Các thiết bị này thường được sử dụng trong máy lạnh gia đình và được chế tạo theo ba dạng chính: kiểu ống – tấm nhôm, kiểu ống có cánh dây thép, và kiểu panen ống trong tấm.

* Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức

Hình 20 Dàn ngưng tụ không khí đối lưu tự nhiên

Dàn ngưng tụ không khí cưỡng bức gồm các ống xoắn có cánh sắp xếp trong nhiều dãy và dùng quạt để tạo chuyển động của không khí.

Hệ thống bao gồm các ống thẳng hoặc hình chữ U được nối thông với nhau, với mỗi dàn có thể chứa hai hoặc nhiều dây nối song song thông qua ống góp Vật liệu chủ yếu được sử dụng cho ống là thép hoặc đồng, trong khi các cánh có thể được làm bằng thép hoặc nhôm.

Hình 21 Dàn ngưng tự đối lưu cưỡng bức

1 – ống xoắn có cánh ; 2 – vỏ ; 3 – ống khuếch tán ; 4 – ống góp hơi vào ; 5 – ống góp lỏng ra b) Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm:

- Không dùng nước làm mát bình ngưng phù hợp cho những nơi thiếu nước;

- Không phải dùng máy bơm và tháp giải nhiệt vừa tốn kém, chiếm diện tích và dễ gây gây ẩm ướt;

- Bề mặt trao đổi nhiệt cũng ít bị bám bẩn hơn.

Điều kiện khí hậu, đặc biệt là trong những ngày nắng nóng, có ảnh hưởng lớn đến môi trường sống, nhất là khi các không gian được đặt trên tầng thượng và phải chịu bức xạ nhiệt trực tiếp từ mặt trời.

Phụ tải nhiệt dao động từ 140 đến 230 W/m², với hệ số truyền nhiệt khoảng 23 đến 35 W/m²K và độ chênh nhiệt độ từ 5 đến 15 K Khi sử dụng dàn ngưng để làm mát bằng phương pháp đối lưu tự nhiên, cường độ tỏa nhiệt sẽ giảm xuống thấp hơn nữa.

- Gây ồn khi vận hành do quạt.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

Mục đích chủ yếu của tính toán thiết bị ngưng tụ là xác định diện tích trao đổi nhiệt 𝐹, 𝑚 2 theo các dữ kiện đã cho là:

- Phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ 𝑄 𝑘, W.

- Nhiệt độ nước làm mát vào và ra 𝑡 𝑤1 , 𝑡 𝑤2 , ℃ hoặc nhiệt độ không khí vào và ra.

- Xác định lượng nước tiêu tốn 𝑚 𝑤 , 𝑚 3 /ℎ hoặc lưu lượng giờ cần thiết quạt làm mát, 𝑉 𝑚 3 /ℎ.

- Chọn hoặc kiểm tra các bơm, quạt dùng cho thiết bị ngưng tụ.

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định theo biểu thức:

𝑄 – phụ tải nhiệt yêu cầu của thiết bị ngưng tụ, W;

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình chọn máy nén Nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào các nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của các thiết bị này trong hệ thống lạnh Việc lựa chọn máy nén phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành.

𝑞 𝑘𝑓 – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ, 𝑊/𝑚 2 a Xác định hệ số truyền nhiệt k

Hệ số truyền nhiệt k có thể xác định theo kinh nghiệm theo bảng dưới đây:

STT Kiểu thiết bị ngưng tụ k

1 - Bình ngưng ống chùm nằm ngang NH3 700 ÷ 1000 3500÷4500 5÷6 ℃

2 - Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng NH3 800 4200 5÷6

3 - Bình ngưng nằm ngang frêôn 700 3600 5÷6

5 - Dàn ngưng tụ bay hơi 500 ÷ 700 1500÷2100 3

Bảng 2 Hệ số truyền nhiệt kinh nghiệm k của thiết bị ngưng tụ

Do sự khác biệt trong bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, công thức tính hệ số truyền nhiệt cũng khác nhau Các dạng phổ biến bao gồm vách trụ, vách phẳng và vách trụ có cánh Để tính toán, cần xác định độ chênh lệch nhiệt độ trung bình theo phương pháp logarit.

Biến thiên nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ c Xác định lưu lượng chất lỏng hoặc không khí giải nhiệt

Lưu lượng chất lỏng được làm lạnh ở thiết bị ngưng tụ được xác định theo công thức sau:

𝐶 𝑛 – Nhiệt dung riêng của nước, 𝐽⁄𝑘𝑔 𝐾;

𝜌 𝑛 – Khối lượng riêng của nước,

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén là một phần quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng các thiết bị này Thiết bị ngưng tụ và bay hơi đóng vai trò thiết yếu trong các hệ thống lạnh, trong khi máy nén giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của chu trình Việc hiểu rõ về các thiết bị này sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả năng lượng.

∆𝑡 𝑛 – Độ chệnh nhiệt độ của nước vào ra thiết bị ngưng tụ, ℃, lấy ∆𝑡 𝑛 = 4 ÷

Lưu lượng không khí làm lạnh được xác định theo công thức sau:

𝐶 𝐾𝐾 – Nhiệt dung riêng của không khí, 𝐶 𝑛 = 1,0 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 𝐾;

𝜌 𝐾𝐾 – Khối lượng riêng của không khí, 𝑘𝑔 ∕ 𝑚 3 , 𝜌 𝐾𝐾 = 1,15 ÷ 1,2 𝑘𝑔 ∕ 𝑚 3 ;

∆𝑡 𝐾𝐾 – Độ chênh nhiệt độ của không khí vào ra thiết bị bay hơi, ℃.

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN

Hệ thống lạnh sử dụng chu trình một cấp với môi chất lạnh R717, yêu cầu năng suất lạnh 𝑄𝑜 = 400 kW, nhiệt độ bay hơi 𝑡 𝑜 = -5℃ và nhiệt độ ngưng tụ 55℃ Để tính toán chu trình, cần xác định các thông số như quá lạnh 50℃ và quá nhiệt 0℃ Sau khi hoàn tất các phép tính, tiếp theo là lựa chọn máy nén phù hợp với các thông số đã tính toán để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho hệ thống lạnh.

Báo cáo môn Kỹ thuật lạnh Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình Chọn máy nén phù hợp cho hệ thống là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Thiết bị ngưng tụ và bay hơi đóng vai trò then chốt trong chu trình làm lạnh, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của máy nén Việc nghiên cứu và lựa chọn thiết bị phù hợp sẽ giúp nâng cao hiệu suất hệ thống và giảm thiểu chi phí vận hành.

1’ 1 2 3’ 3 4 p, [bar] 3,52 3,52 23,46 23,46 23,46 3,52 t, ℃ -5 0 142 55 50 -5 h, [kJ/kg] 1457 1467 1758 459 437 437 v, [m 3 /kg] _ 0,352 _ _ _ _ a) Tính toán chu trình

Công thức Thay số Đáp số Thứ nguyên π p k / p 0 23,46 / 3,52 6,67 q 0 ℎ 1 ' − ℎ 4 1457 - 437 1020 kJ/kg q k ℎ 2 −ℎ 3 ' 1758 - 459 1299 kJ/kg q v q 0 /v 1 1020 / 0,352 2897,72 kJ/kg q ql ℎ 3' − ℎ 3 459 - 437 22 kJ/kg l ℎ 2 −ℎ 1 1758 - 1467 291 kJ/kg m Q 0 /q 0 400 / 1020 0,392 kg/s

Báo cáo môn Kỹ thuật b/ Tính chọn máy nén

Công thức Thay số Đáp số Thứ nguyên

Công suất động cơ thực chọn phải lớn hơn công suất tính toán từ 1,1 lần trở lên.

- Chọn máy nén : 𝑄 𝑜 , 𝑉 𝑙𝑡 , 𝑁 𝑒 là các thông số cơ bản nhất.

Bài tập lớn đề tài tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và tính toán chu trình chọn máy nén là một phần quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật nhiệt Nghiên cứu này giúp hiểu rõ cách hoạt động của các thiết bị trong hệ thống lạnh, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng Việc lựa chọn máy nén phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả và độ bền của hệ thống.

Tiêu đề	Tìm Hiểu Thiết Bị Ngưng Tụ, Thiết Bị Bay Hơi Và Tính Toán Chu Trình, Chọn Máy Nén
Tác giả	Trần Quốc Khánh
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Đức Nam
Trường học	Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật lạnh
Thể loại	báo cáo
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	42
Dung lượng	1,55 MB