Tính toán chu trình lạnh cho hệ thống làm lạnh chất tải lạnh

Nội dungThiết bị công tác trong quá trình làm việc sẽ phát sinh ra nhiệt , vì vậy để đảm bảo thiết bị làm việc liên tục với hiệu suất cao thì chúng ta cần phải giải nhiệt thiết bị này.Th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANG KHOA KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN VÀ MÁY TÍNH NGÀNH: KỸ THUẬT NHIỆT

******

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH 2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH CHO HỆ THỐNG LÀM LẠNH CHẤT TẢI LẠNH.

HỌ TÊN VÀ MÃ SỐ SINH VIÊN LỚP : K26NL01

Phan Thanh Sơn – 207kn66372

Võ Thị Thúy An – 197sh09294

Vũ Tuấn Kiệt – 207kn58723

GIẢNG VIÊN : NGUYỄN HỒNG PHƯƠNG

TP HỒ CHÍ MINH, ngày 4 tháng 1 năm 2024

1 Nội dung

Thiết bị công tác trong quá trình làm việc sẽ phát sinh ra nhiệt , vì vậy để đảm bảo thiết bị làm việc liên tục với hiệu suất cao thì chúng ta cần phải giải nhiệt thiết bị này

Thiết bị có các đặc tính sau :

 Nhiệt độ chất lỏng giải nhiệt vào / ra thiết bị : -5 C / 3 Co o

2 Yêu cầu

Thiết kế hệ thống giải nhiệt cho thiết bị công tác trên , bao gồm :

Thiết lập sơ đồ nguyên lý hệ thống (PID System).

Tính toán chọn các thiết bị chính

Tính toán thiết kế các thiết bị phụ

-** -I CHỌN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CHÍNH CỦA HỆ THỐNG

1 Chọn môi chất lạnh

- Trong hệ thống lạnh có nhiều loại môi chất lạnh tùy thuộc vào điều kiện sử

dụng để chọn phù hợp Ở đề bài này , em sẽ chọn môi chất lạnh Amoniac ( R717 ) đây là môi chất lạnh được ưa chuộng sử dụng nhiều trong công

nghiệp và đáp ứng các quy định về môi trường

2 Chọn nhiệt độ bay hơi

- Nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi cũng là nhiệt độ vào giải nhiệt thiết bị

là T i = -5 ℃

- Vì vậy nhiệt độ bay hơi được xác định như sau :

T e = T i−(3 ÷5)℃

T e= -5 ℃ - 3℃ = -8℃

3 Chọn nhiệt độ ngưng tụ

T K = T w + ( 3 ÷ 5 )℃

T w =T wb + ( 3 ÷ 5 )℃

Trong đó :

T K : nhiệt độ ngưng tụ

T w : nhiệt độ trung bình của nước trong thiết bị ngưng tụ.

T wb : nhiệt độ bầu ướt của môi trường, nơi đặt thiết bị ngưng tụ Việt Nam có

khí hậu nóng, ẩm nên thường chọn T wb = 28 ℃ cho các khu vực ở miền Nam và

T wb = 29 ℃ cho các khu vực phía Bắc

T K = ( 28℃ + 3℃ ) + 4℃ = 35℃.

4 Chọn chất tải lạnh giải nhiệt thiết bị

- Theo yêu cầu của đề tài thì nhiệt độ vào và ra để giải nhiệt cho thiết bị lần lượt

là -5℃ và 3℃ nên không thể chọn nước làm chất tải lạnh .Như vậy, em sẽ chọn Ethylene Glycol hoặc Propylene Glycol

+ Ethylene Glycol : là chất làm lạnh tốt nhất và nó độc hại đối với người nên

không được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm , nhưng giá thành rẻ hơn

Propylene Glycol nên các công ty mua số lượng lớn chất làm lạnh

+ Propylene Glycol : được tổ chức y tế coi là không độc hại đối với con người

nên được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm…



 Nhóm em quyết định sẽ chọn Propylene Glycol nồng độ 30% khi pha với nước điểm đóng băng sẽ giảm xuống -15℃ đáp ứng được yêu cầu của đề bài

5 Chọn phương pháp cấp lỏng cho thiết bị bay hơi

Trong hệ thống lạnh, để thực hiện quá trình bay hơi môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi ta thường dùng 3 phương pháp sau:

+ Cấp môi chất lạnh trực tiếp ( Direct liquid Refrigerant supply ) : sử

dụng trong các hệ thống dân dụng ( tủ lạnh gia đình , điều hòa dân dụng….) + Cấp môi chất lạnh kiểu ngập lỏng ( Gravity type ) : được sử dụng trong hệ thống lạnh công nghiệp và không giới hạn công suất

+ Cấp môi chất lạnh lỏng bằng bơm lỏng ( Pump type ) : giống như kiểu ngập lỏng nhưng có một số khác biệt như : bình chứa đặt thấp hơn thiết bị bay hơi vì hệ thống có bơm lỏng



 Qua khảo sát 3 phương pháp trên em sẽ chọn phương pháp cấp môi chất lạnh kiểu ngập lỏng ( Gravity type ).

6 Chọn kiểu thiết bị bay hơi.

Dựa vào các dữ liệu được cho , em sẽ chọn bộ PHE ( Plate Heat Exchanger )

hay còn gọi là bộ trao đổi nhiệt dạng tấm Vì khi chất lỏng cấp từ bình thấp

áp ( LPR ) và chất tải lạnh được hút từ tank chứa về để trao đổi nhiệt làm lạnh

và quay trở lại tank , thì PHE sẽ là thiết bị phù hợp với điều kiện thiết kế

7 Chọn chu trình lạnh.

Theo các thông số trên:

+ Nhiệt độ ngưng tụ : T K = 35 ℃ = > P K = 13.504 [ bar]

+ Nhiệt độ bay hơi : T e = -8 ℃ = > P e = 3.152 [ bar]

Vậy tỉ số nén : Π = P K

P e

= 13.5043.152 = 4.28 < 9



 Với tỉ số nén trên , em quyết định chọn chu trình lạnh 1

II TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ

1 Tính toán chọn máy nén.

- Nhiệt độ quá lạnh thường chọn 1℃ đến 2℃ :

Khi đó ta chọn 2℃ => t sc = 33 ℃

- Nhiệt độ quá nhiệt thường chọn 5℃ đến 15℃ :

Khi đó ta chọn 5℃=> t sh = -3 ℃.

- Chọn công suất bộ PHE:

Q PHE = ( 1.03 đến 1.05 ) *Load

= ( 1.03 đến 1.05 ) *600

= 618 đến 630 kW.

Chọn 2 máy nén lạnh kiểu trục vít một cấp có cùng công suất , một máy hoạt động và

một máy dự phòng để đảm bảo trong quá trình sử dụng không bị gián đoạn

SINGLE STAGE SCREW

MYCOMW 2016.ver1ep

RECOMMENDED PORT : M

REFRIG FLOW RATE DIS : [kg/h] 2054

COP :

[-] 4.09

a) Chu trình lạnh và đồ thị lg P-H được biểu diễn như sau :

EVAPOR ATOR PLATE HEAT EXCHA NGER = -8

EG30 / -5

EG30 / 3 LO AD PUMP

Point Status Bar ℃ m /kg Enthalpy

[ kJ/kg]

Entropy [ kJ/kg.K]

Bảng thông số điểm nút của chu trình

- Nguyên lý làm việc của chu trình lạnh :

+ Hơi của môi chất lạnh sau khi ra khỏi bình thấp áp LPR ( điểm 1' ) sẽ theo

đường hút được nối giữa bình LPR với máy nén lạnh , hơi này bị quá nhiệt trên đường hút ( t sh = 5℃) và được máy nén hút về ( điểm 1 )

+ Máy nén lạnh hút hơi quá nhiệt ( điểm 1 ) cửa hút và nén đoạn nhiệt (thực tế

và lý thuyết) trước khi xả ra ( điểm 2 ) và đưa về dàn ngưng ( EVA

condenser ) thực hiện quá trình ngưng tụ đẳng áp môi chất lạnh từ trạng thái

hơi quá nhiệt đến trạng thái lỏng bão hòa

+ Môi chất lạnh lỏng ( điểm 4 / 33 C ) đi qua van tiết lưu ( 0 EXV ) và van tiết

lưu tay ( REG ) để vào bình thấp áp ( điểm 5 )

+ Môi chất lạnh lỏng ra khỏi bình thấp áp và vào bộ PHE ( điểm 6 ) và tiếp

tục lỏng sau khi qua ( PHE ) được bơm đến thiết bị giải nhiệt

- Các quá trình của chu trình :

 1' - 1 : hơi quá nhiệt trước khi máy nén hút về.

 1 - 2 : nén đoạn nhiệt cao áp

 2 - 3 : quá trình làm nguội hơi sau khi nén

 3 - 3 ' : là quá trình ngưng tụ hơi thành lỏng

 4 - 5 : tiết lưu ở van EXV

 5 - 1' : Bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt trong bình ( LPR ).

b) Tính toán các dữ liệu thực tế của máy nén.

- Lưu lượng khối lượng của máy nén :

m [ kg/s ] = Q o [ kJ/s ] / ( h1 ' - h5 )

Ta có:

- Công suất lạnh Q o = 625.5 kW

- h1 ' = 1451.68 kJ/kg ; h5 = 353.22 kJ/kg



 m = 0.569434 kg/s

= 2049.96 kg/h (so với thông số của máy nén… thì việc tính toán này là đúng)

Đây cũng là lưu lượng khối lượng đầu hút và đầu đẩy của máy nén

- Lưu lượng thế tích của máy nén

+ Lưu lượng thế tích đầu hút :

G s [ m /s ] = m [ kg/s ] * 3 v1 [ m /kg ] 3

G s = 0.225739 m3/s

= 812.6256 m3/h

+ Lưu lượng thế tích đầu đẩy :

G d [ m /s ] = m [ kg/s ] * 3 v2 [ m /kg ] 3

G d = 0.064838 m /s. 3

= 233.1469 m /h3



 Qua kết quả tính toán thấy được sự chênh lệch giữa thông số của máy nén được chọn là không đáng kể

- Công suất Motor :

N [ kW ] = k*Ne/EFm

Trong đó :

K : hệ số an toàn ( 1.2 ÷ 1.25 )

EFm ( Efficient of motor ) = 0.9

Từ dữ liệu của máy nén :

Ne = m * ( h – h ) + 2 2 1 Q ms

= 20543600 * ( 1594.88 – 1464.36 ) + 80.9

= 155 [ kW ]

Q ma sát theo định luật bảo toàn và chuyển háo năng lượng thì ta có thể thay bằng

Q oil Khi đó Q oil : công suất giải nhiệt của dầu ( = 80.9 tra từ bảng thông số của

máy nén )

Tra thông số máy nén tra được Ne = 153 kW

Thông số từ dữ liệu máy nén và khi ta tra thông số máy nén từ bảng chênh

lệch chỉ có 1.1 % nên ta có thể lấy Ne = 153kW.

N = 1.2x 153

0.9 = 204 [ kW ]



 Chọn motor có thông số :

Vì N = 204 (kW) nên ta có thể chọn công suất trục máy là 200kW gì ta có thể trên lệch không quá 1%

Công suất trên trục : 200 kW

Điện áp : 380V 2PH-3P - 50Hz

Tốc độ quay : 2950 RPM

Kiểu khởi động : S ( Star ) / D ( Delta )

2 Tính chọn thiết bị ngưng tụ

- Ta có công thức tính toán công suất ngưng tụ như sau :

Q K = m [ kg/s ] * ( h2-h4 ) + Q ms

Trong đó :

Q ma sát nhưng do sử dụng định luật bảo toàn lượng thì ta có thể thay bằng Q oil

Q oil : công suất giải nhiệt của dầu ( = 80.9 tra từ bảng thông số của máy nén ) ,

Q K = 20543600 * ( 1594.88 - 353.22 ) + 80.9

= 789.34 kw.

- Trong đề tài này em sẽ chọn thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi:

+ Công suất thiết bị ngưng tụ Q K= 789.34 kw

+ Nhiệt độ ngưng tụ T K = 35 ℃như đã khảo ở trên

+ Nhiệt độ bầu ướt T wb= 28 ℃

+ Môi chất lạnh R717(NH3).

- Từ T Kvà T wb ta tra bảng tìm được hệ số hiệu chỉnh là HRF = 1.9

Chọn thiết bị Evapco từ dữ liệu trên :

Công suất thiết bị : Q select = k * HRF * Q K

k : hệ số an toàn ( 1.05 ÷ 1.2 ) => chọn 1.1

Q select = 1.1 * 1.9 * 789.34 = 1649.72 kW

Theo két quả tính toán ở trên thì nhóm tôi chọn thiết bị ATC - 385E-1g này có công suất biểu kiến là 1659kW hay công suất thực là 1659

1.9 = …

3 Tính toán bình chứa thấp áp

Bình chứa thấp áp là một thiết bị trong hệ thống lạnh cấp lỏng bằng bơm, nhiệm vụ chính của nó như sau :

+ Chứa môi chất lạnh có nhiệt độ bằng nhiệt bay hơi tại dàn lạnh và sau đó được bơm vận chuyển đến thiết bị bay hơi

+ Chất lỏng sau khi đến thiết bị bay hơi sẽ bay hơi để thu nhiệt và phần hơi này cùng với phần lỏng bị hơi cuốn theo sẽ quay trở lại bình cao áp Phần hơi tại

bình cao áp sẽ được máy nén hút về và phần lỏng sẽ ở lại bình Như vậy bình này cũng có chức năng tách lỏng



 Chọn kiểu bình thẳng đứng vì công suất không quá lớn nên cần thể tích chứa vừa đủ.

- Điều kiện thiết kế :

Công suất lạnh của bình : 625.5 kW

Hệ số an toàn : 10% công suất thiết kế

- Công suất thiết kế : Q = Q * ( 1+10%) = 688.05 kW o

+ Lỏng cao áp vào bình : t = 33fi ℃ ; h = 353.22 kJ/kgfi

+ Nhiệt độ bay ở bình : t = -8e ℃

+ Enthalpy ở trạng thái hơi : 1451.68 kJ/kg

+ Enthalpy ở trạng thái lỏng : 163.58 kJ/kg

+ Thể tích riêng trạng thái hơi : 0.38712 m /kg3

+ Thể tích riêng trạng thái lỏng: 0.001539 m /kg3

+ Lưu lượng khối lượng môi chất lạnh qua bình :

m [ kg/s ] = Q / ( h - h )g fi

m = 0.62638 kg/s = 2254.957 kg/h

+ Lưu lượng thể tích môi chất lạnh qua bình :

G[m3

s]=m[kg

s]∗ϑg[m3

kg]

Trong đó,ϑg =ϑ 1 '=¿0.38712 m /s là thể tích riêng ở trạng thái hơi 3 R717 (NH3) tại -8℃

s]

= 872.94 [m3

h]

- Đường kính trong của bình được tính toán như sau

G[m3

s]=F g[m2]∗ω g[m

s] Trong đó :

ω g ( -5 ℃ ÷ 5℃ ) : chọn vận tốc từ ( 0.2 ÷ 0.25 )

( dưới -5℃ ) : chọn vận tốc ( 0.35 ÷ 0.4 )



 Chọn ω g = 0.25 ( m/s )

F g[m2], Tiết diện của phần hơi R717 chuyển động

F g = G

ω= 0,242480,25 = 0.97 [ m ]2

Ta chọn loại đứng nên đường kính được tính như sau :

F g = π ∗d

2

4 =  d √4∗Fg

π = 1,111 m

Note: đk… 1167

Nhóm 4 chúng em chân thành cảm ơn thầy và các bạn đã theo dõi bài báo cáo