Môn nâng cao và mở rộng trong chuyên ngành Nhiệt lạnh. Tài liệu có tính chất tham khảo cho các bạn học sinh sinh viên.
TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
Chu trình lý thuyết
Máy lạnh hấp thụ hoạt động tương tự như máy lạnh nén hơi, nhưng thay thế máy nén điện bằng cụm "máy nén nhiệt" sử dụng nhiệt từ nguồn gia nhiệt Cụm "máy nén nhiệt" bao gồm các thiết bị như thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lưu dung dịch.
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ
SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ,
TLDD: Tiết lưu dung dịch
Nguyên lý hoạt động của máy lạnh hấp thụ và máy nén nhiệt bắt đầu từ việc bình hấp thụ "hút" hơi từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu Nhờ nhiệt độ thấp, dung dịch loãng hấp thụ hơi môi chất và chuyển thành dung dịch đậm đặc, trong khi nhiệt tỏa ra trong quá trình này được thải ra cho nước làm mát Cuối cùng, dung dịch đậm đặc được bơm lên bình sinh hơi ở áp suất cao, nơi nó nhận nhiệt để tiếp tục quá trình làm lạnh.
Q 0 của nguồn gia nhiệt sẽ làm sôi hoá hơi, và hơi môi chất tách ra ở áp suất cao sẽ được đưa vào thiết bị ngưng tụ Quá trình này diễn ra trong thiết bị ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi tương tự như các máy lạnh nén hơi Sau khi sinh hơi, dung dịch đậm đặc chuyển thành dung dịch loãng và thông qua van tiết lưu, dung dịch sẽ giảm áp trở về bình hấp thụ, hoàn tất vòng tuần hoàn của dung dịch.
Phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh hấp thụ :
Q’k : Nhiệt thải ra của thiết bị ngưng tụ
Q’A : Nhiệt thải ra của thiết bị hấp thụ
Q’0 : Nhiệt trao đổi của thiết bị bay hơi
Q’H : Nhiệt tiêu tốn cho quá trình sinh hơi
Q’B : Nhiệt quy đổi tiêu tốn cho bơm dung dịch
Hệ số làm lạnh của máy lạnh hấp thụ :
(Vì Q’B t 1 0 gọi là "chu trình có d nhiệt" Để tận dụng nhiệt này, ngời ta dùng nhiệt d của dòng nóng đi từ bình hấp thụ để đốt nóng phần nguội của bình sinh hơi, làm nh vậy sẽ có thể giảm chi phí hơi đốt bình sinh hơi đồng thời giảm đợc nhiệt phải giải đi bởi bình hấp thụ Sơ đồ này gọi là
"sơ đồ tái cấp liệu qua bình hấp thụ và bình sinh hơi" (H 5-5 và 5-6).
Nhiệt độ nớc giải nhiệt
Thông số này có ảnh hởng rất lớn tới các quá trình trong máy lạnh hấp thụ và tới năng suất lạnh.
Khi giảm nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ và áp suất trong bình ngưng tụ sẽ giảm, dẫn đến giảm áp suất sôi của dung dịch trong bình sinh hơi Điều này cho phép sử dụng nguồn đốt bình sinh hơi với nhiệt độ thấp hơn, đồng thời tạo điều kiện để nhận được dung dịch loãng hơn Ngoài ra, việc này cũng giúp giảm nhiệt độ dung dịch đặc trong bình hấp thụ và tăng nồng độ của dòng chảy.
H.5-3: Máy lạnh hấp thụ có ejectơ
I- B×nh hÊp thô, II- Bơm dung dịch đặc, III- Bộ trao đổi nhiệt, IV- Bình sinh hơi, V- Van tiết l u hơi, VI- ejectơ, VII- B×nh ng ng tô, VIII- Bộ trao đổi nhiệt lỏng - hơi, IX Van tiết l u môi chất lạnh, X- Thiết bị hoá hơi.
VI VII tăng đợc hiệu nồng độ, giảm bội số tuần hoàn dung dịch và nâng cao hệ số nhiệt của máy.
Khi nhiệt độ nước giải nhiệt tăng lên, kết quả sẽ trở nên ngược lại Cuối cùng, sự gia tăng nhiệt độ này, tương tự như việc giảm nhiệt độ nguồn đốt, sẽ yêu cầu sử dụng chu trình hai cấp đã được đề cập trước đó.
Máy lạnh hấp thụ hai cấp bao gồm các thành phần chính như bình hấp thụ, bơm, van tiết lưu dung dịch loãng, bộ trao đổi nhiệt, bình sinh hơi, bình ngưng tụ, van tiết lưu môi chất lạnh, bình tách lỏng và thiết bị hóa hơi Các quá trình trong hệ thống được thể hiện qua đồ thị -i, cho thấy sự tương tác và chuyển đổi năng lượng trong quá trình hoạt động của máy lạnh.
H.5-5: Máy lạnh hấp thụ có b×nh hÊp thô nhiÒu cÊp
I,VII- B×nh hÊp thô, II- Van tiết l u dung dịch, III- Bộ trao đổi nhiệt, IV- Bình sinh hơi, V- B×nh ng ng tô, VI,IX- Van tiết l u môi chất lạnh, VIII- Bình tách lỏng, X- Thiết bị hoá hơi, XI,XII- Bơm.
Nhiệt độ nguồn đợc làm lạnh
Nhiệt độ nguồn nước làm lạnh ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của máy lạnh Sự biến đổi nhiệt độ sẽ tác động đến áp suất sôi trong dàn lạnh và áp suất trong bình hấp thụ, dẫn đến thay đổi nồng độ dung dịch đặc, bội số tuần hoàn và hệ số nhiệt.
H.5-6: Sơ đồ máy lạnh hấp thụ tái cấp liệu qua bình hấp thụ và bình sinh hơi
I- Bình hấp thụ, II- ống xoắn tái cấp liệu của bình hấp thụ, III- Bình sinh hơi, IV- ống xoắn tái cấp liệu của bình sinh hơi, V- Bình ng ng tụ hồi l u, VI- Bình ng - ng tụ, VII- Van tiết l u môi chất lạnh, VIII- Thiết bị hoá hơi, IX- Van tiết l u dung dịch, X- Máy bơm.
H.5-7: Các quá trình của pha lỏng trong đồ thị -i
Máy lạnh tái hấp thô
Khác với máy lạnh hấp thụ thông thường, sơ đồ máy lạnh tái hấp thụ có những đặc điểm nổi bật Tại vị trí bình ngưng, máy sử dụng bình tái hấp thụ, trong khi thiết bị hoá hơi được thay thế bằng bình khử khí.
1 mô tả sơ đồ máy lạnh tái hấp thụ và các quá trình của nó trong đồ thị - i.
Máy làm việc nhờ vào quá trình hấp thụ hơi nước amoniac từ bình sinh hơi vào bình tái hấp thụ, nơi dung dịch hấp thụ dưới áp suất tương tự Dung dịch sau đó được chuyển đến bình khử khí, nơi áp suất và nhiệt độ thấp giúp dung dịch sôi thu nhiệt từ nguồn cần làm lạnh Dung dịch loãng được bơm từ bình khử khí đến bình tái hấp thụ qua bộ hồi nhiệt, và tại đây, nó hấp thụ hơi áp suất cao từ bình sinh hơi Để duy trì sự cân bằng nồng độ hơi, cần có một tháp tinh cất sau bình sinh hơi; nếu nồng độ hơi sau tinh cất thấp hơn nồng độ ra khỏi bình khử khí, cần phải giảm lượng hơi bằng cách cấp một ít lỏng từ bình khử khí Ưu điểm của máy lạnh tái hấp thụ là áp suất trong hệ thống tương đối thấp, giúp giảm thiểu kích thước và sự cồng kềnh của máy lạnh hấp thụ.
Bình sinh hơi có thể có các kết cấu thẳng đứng hoặc nằm ngang, bao gồm kiểu chùm ống vỏ và ống xoắn vỏ Hình H.6-2 minh họa một dạng bình sinh hơi chùm ống vỏ nằm ngang kiểu bị ngập, sử dụng nhiên liệu khí để đốt Phần trên của bình được kết nối trực tiếp với một tháp tinh cất.
Kết cấu của các bộ phận máy lạnh hấp thụ
Bình sinh hơi
Bình sinh hơi có thể được thiết kế theo nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm thẳng đứng, nằm ngang, hoặc với chùm ống vỏ và ống xoắn vỏ Một ví dụ điển hình là bình sinh hơi chùm ống vỏ nằm ngang kiểu bị ngập, sử dụng khí để đốt Phần trên của bình được trang bị một tháp tinh cất gắn trực tiếp, giúp tối ưu hóa quá trình tinh chế.
Bình sinh hơi có hiệu quả cao khi chứa dịch chảy màng, có thể đặt ở vị trí đứng hoặc nằm ngang, bao gồm ba phần chính: tháp tinh cất, bộ nấu và phần chứa dung dịch loãng Dung dịch đặc được phun vào chảy màng theo mặt trong của ống, với các vành xoắn ốc ở miệng ống để dẫn hướng dòng chảy Hơi nước nóng được đưa vào khoảng không giữa các ống.
Tháp tinh cất
Quá trình tinh cất hơi bằng dung dịch đặc diễn ra trong tháp tinh cất chuyên dụng, thường được kết nối trực tiếp với bình sinh hơi Dung dịch đặc được đổ vào lớp ô đệm làm từ các lõi sứ hình trụ, nơi nó tiếp xúc với hơi nước amoniac đi từ dưới lên Các đĩa tinh cất nhận dịch hồi lưu chảy xuống từ bình ngưng tụ hồi lưu, có thể đặt tách riêng hoặc ghép lên phía trên tháp tinh cất Để tránh hiện tượng cuốn dịch đi theo, vận tốc hơi đi qua tinh cất nên được điều chỉnh ở mức 0,5 - 0,6 m/s Bộ ngưng tụ hồi lưu có thể là kiểu ống xoắn vỏ, ống lồng ống hoặc kiểu phân tách giống bình ngưng tụ.
H.6-2: Bé ng ng tô hồi l u
1- Vá; 2,3- BÝch, 4- mặt sàng chùm ống; 5- ống xoắn tạo cánh; 6-
N ớc giải nhiệt vào; 7- N ớc giải nhiệt ra; 8- Khoang rỗng nằm giữa các vách ngăn; 9- Vách dẫn h ớng dòng hơi; 10- Lớp vòng Rasit; 11- L íi; 12- Thoát hơi.
Máy lạnh tái hấp thụ một cấp bao gồm các thành phần chính như bình hấp thụ, máy bơm, trao đổi nhiệt, bình sinh hơi, bình tái hấp thụ, van tiết lưu và bình khử khí Các quá trình trong hệ thống được thể hiện qua sơ đồ và đồ thị tương ứng, cho thấy sự tương tác giữa các thiết bị trong quá trình làm lạnh hiệu quả.
B×nh hÊp thô
Bình hấp thụ được phân thành hai loại chính: loại sủi bọt và loại màng Hình H.11-17 minh họa bình hấp thụ ống vỏ nằm ngang sủi bọt, trong đó dung dịch chiếm 75-85% thể tích khoảng không giữa các ống Hơi amoniac được đưa vào từ phía đáy bình, đi qua ống góp và bộ sủi bọt để phân phối đồng đều hơi dọc theo chùm ống.
Bình hấp thụ kiểu màng được mô tả trong hình H.11-17, là loại phân tố bao gồm các bình chùm ống vỏ xếp chồng lên nhau Mỗi phân tố có lỗ khoan dọc theo từng hàng ống nằm ngang, bên trong các ống chứa nước giải nhiệt Hơi amoniac được cấp qua các ống để tham gia vào quá trình hấp thụ.
H.6-3: Bình sinh hơi có chùm ống vỏ nằm ngang, đốt bằng khÝ
A-Bình sinh hơi; B- Tháp tinh cất; C- Ng ng tụ hồi l u.
1- Lối chảy của bình ng ng tụ về bình sinh hơi; 2- nối với ống chỉ mức; 3- Lớp ô đệm; 4- Đĩa có mũ bát úp; 5- ống xoắn làm nguội hơi bằng dung dịch cấp; 6- Bình cấp dung dịch đặc; 7- Bích tháo dung dịch đặc ra khỏi ống xoắn; 8- Vành khe hở; 9- Bộ tách hơi khỏi lỏng; 10- ống xoắn n ớc giải nhiệt; 11- Hộp xếp (xifon); 12- miệng cấp khí đốt; 13- Nắp công nghệ; 14- Miệng khí đốt; 15- Cấp dung dịch đặc vào đĩa tinh cất; 16- Thải dung dịch loãng; 17- Van xả lỏng; 18- Ra hơi
NH 3 khoảng không giữa các ống rồi đợc dung dịch loãng hấp thụ chảy từ trên xuống theo các hàng ống.
Bình hấp thụ có thể được thiết kế với vòi phun đặt ở vị trí máng tới, giúp vòi phun xé dòng dịch chảy Điều này làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa dịch và hơi môi chất, tối ưu hóa hiệu quả hấp thụ.
Bình hấp thụ kết hợp giữa sủi bọt và chảy màng có cấu tạo đặc biệt với hộp tới chia bề mặt truyền nhiệt thành hai phần Phần bên trong hộp chứa chùm ống hoạt động theo chế độ hấp thụ màng, trong khi phần bên ngoài thực hiện chế độ sủi bọt Dung dịch từ phần sủi bọt sẽ chảy qua các lỗ ở phía trên hộp vào phần màng, với kích thước lỗ được thiết kế để giữ mức lỏng ở độ cao 20-30 cm so với phần trên cùng của hộp tới, đảm bảo sự phân bố đồng đều cho các ống trong phần màng.
Bộ hồi nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt giữa các dòng chảy, thường có cấu trúc dạng ống lồng ống hoặc phân tố Để giảm thiểu thất thoát nhiệt ra môi trường, dung dịch nóng được dẫn qua ống, trong khi dung dịch đặc lưu thông ở khoảng giữa các ống Vận tốc của các dòng dung dịch đặc và loãng không nên thấp hơn 0,5 - 0,6 m/s.
Bộ trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và dòng lỏng thường được thiết kế theo dạng phân tố hoặc chùm ống vỏ Trong hệ thống này, hơi lạnh từ dàn lạnh di chuyển về, trong khi lỏng nóng từ bình ngưng tụ chảy vào Hơi đi qua khoảng không giữa các ống, còn lỏng chảy bên trong ống Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, tốc độ dòng hơi nên duy trì trong khoảng 10-15m/s.
Thiết bị ngng tô
Trong máy lạnh hấp thụ, thiết bị ngưng tụ hoạt động tương tự như trong máy lạnh nén hơi Tuy nhiên, do không có dầu bôi trơn trong môi chất, hệ số trao đổi nhiệt của máy hấp thụ cao hơn so với các thiết bị tương tự trong máy lạnh nén hơi.
Thiết bị hoá hơi
Hình 6-7 minh họa một loại bình hóa hơi dành cho máy lạnh hấp thụ, với đặc điểm nổi bật là khả năng liên tục xả lỏng hồi lưu bị đọng lại trong bình Trong quá trình hoạt động, nước sẽ đi vào bình cùng với hơi môi chất, nhưng không thể bay hơi như lỏng môi chất.
Thiết bị hoá hơi cỡ bé xả lỏng hồi lu bằng cách sử dụng hơi amoniac để tạo ra lỏng, trong đó lỏng được cấp từ dàn trên và hơi được lấy ra từ đáy bình.
Trong hệ thống máy lạnh hấp thụ, quá trình hồi lu từ dàn lạnh được dẫn về bình hấp thụ hoặc bình chứa dung dịch đặc Điều này giúp ngăn chặn sự nhiễm dầu, đồng thời cải thiện hiệu suất truyền nhiệt của các thiết bị hoá hơi, với hệ số truyền nhiệt cao hơn so với máy lạnh nén hơi cùng loại.
Bộ tách khí không ngng (không khí)
Sự hiện diện của không khí trong hệ thống máy lạnh hấp thụ có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất hoạt động Để tách và xả không khí, cần sử dụng bộ tách không khí, trong khi đó, đối với máy liti bromua, cần lắp thêm bơm chân không để đảm bảo hiệu quả tối ưu.
Không khí tích tụ là ở đỉnh bình ngng (bình chứa cao áp) đợc xả nhờ bộ tách khí giống nh trong máy lạnh nén hơi.
H.6-4: Bình hấp thụ chùm ống vỏ sủi bọt 1- Nắp; 2- Mặt sàng chùm ống; 3- Vỏ; 4- Chùm ống; 5- Bộ sủi bọt.
Hơi NH 3 dd đặc dd loã ng
H.6-5: Bình hấp thụ chảy màng kiểu phân tố A- Vỏ của một phân tố B- Bình chứa dung dịch đặc
C- ống phân phối hơi: 1- Chùm ống; 2- Máng t ới; 3- Lối vào dung dịch loãng; 4- Lối vào hơi amniac; 5- Lối ra dung dịch đặc; 6,7- N ớc giải nhiệt vào và ra; 8- ống dẫn đến bộ tách không khí; 9-Van xả khí; 10- Chỉ mức; 11- Van xả n ớc.
Bộ tách khí trong hệ thống hấp thụ hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ hơi môi chất bằng dung dịch loãng lạnh, giúp xả không khí từ bình hấp thụ Thiết bị này có thể được lắp đặt trên bình ngưng tụ, cho phép sử dụng một bộ tách khí thay phiên trong máy.
Bình bốc hơi dạng kín phân biệt rõ ràng hai vòng, nớc công nghệ (môi chất) không ra khỏi máy lạnh.
Bơm dung dịch
Trong hệ thống máy nước - amoniac, bơm dung dịch đặc cần có cột áp tối thiểu từ 1,47 đến 1,57 mPa để chuyển tải từ bình hấp thụ đến bình sinh hơi Bên cạnh đó, bơm phải đảm bảo không xảy ra rò rỉ dung dịch và không để không khí xâm nhập vào hệ thống.
H.6-6: Bình hấp thụ vừa sủi bọt vừa chảy màng
1- ống cân bằng; 2- Vỏ; 3- Hộp t ới; 4- Bộ sủi bọt; 5- ống ra dung dịch đặc.
H 2 O dd đặc dd loã ng
H.6-7 : Bình bay hơi liên tục thải lỏng hồi l u
1- Nút thải khí từ phía chất tải lạnh (n ớc muối); 2- Lỗ cắm manomet; 3- Cửa vệ sinh các lỗ t ới; 4- Lỗ van an toàn; 5- Chỉ mức; 6- Xả n ớc muối.
Hệ thống bơm cần đảm bảo ba yếu tố chính: hút vào hệ qua cụm bít cổ trục, khoang công tác không bị nhiễm dầu bôi trơn, và trở kháng tuyến hút phải nhỏ nhất để tránh hiện tượng chớm sôi dung dịch trong bơm Những điều này giúp bơm hoạt động hiệu quả lâu dài và có tuổi thọ cao ở bất kỳ chế độ nào, đồng thời cho phép điều khiển năng suất bơm một cách linh hoạt.
Máy lạnh liti bromua - nước thường sử dụng bơm ly tâm nhiều cấp cho luồng lớn, trong khi bơm piston hoặc bơm màng được áp dụng cho luồng nhỏ Tuy nhiên, bơm piston và bơm màng có nhược điểm là nặng và hệ thống ống dẫn cồng kềnh.
Máy liti bromua có cấu trúc thiết bị đặc biệt, cho phép dung dịch sôi trong bình tạo ra hơi Khi nước hóa hơi trong dàn lạnh, áp suất duy trì ở mức 6,7.
103 2,6 103 Pa, thể tích riêng của hơi nớc rất lớn, cho nên những thiết bị này phải có tiết diện to Để giảm trở kháng hơi
H.6-8: Bộ tách không khí của máy lạnh hấp thụ
Bài viết này trình bày các thành phần quan trọng trong hệ thống, bao gồm vỏ, ghi và lớp vòng sứ Hệ thống được trang bị vòi phun dung dịch loãng và van phao điều chỉnh trên tuyến dung dịch đặc Các thành phần khác như sơ mi, ống xoắn dung dịch loãng, và van tiết lưu trên đường NH3 lỏng cũng đóng vai trò quan trọng Hệ thống còn có lối ra hơi NH3, van chặn dung dịch loãng và lối ra dung dịch loãng Van tiết lưu dung dịch loãng và vá trong cũng là những phần không thể thiếu Đường dẫn không khí, van xả khí và bình đựng nước hỗ trợ quá trình hoạt động Cuối cùng, van trên tuyến dẫn hỗn hợp khí lỏng và các van a, b, c trên tuyến cấp hỗn hợp khí vào ống góp cùng với manomet và ống dẫn hoàn thiện hệ thống.
H ỗn h ợp k hí k hô ng n g u ng dung dịch đặc 5
N H 3 lỏ ng du ng d ịc h lo ãn g
Máy lạnh hấp thụ liti bromua thường có hai dạng chính: dạng hở và dạng kín Trong thiết bị dạng hở, nước được làm lạnh thông qua quá trình tự hoá hơi dưới áp suất thấp mà không cần bề mặt trao đổi nhiệt Nước lạnh được bơm đến các hộ tiêu thụ và sau đó quay trở lại thiết bị Ngược lại, trong bình bốc hơi dạng kín, nước công nghệ (môi chất) không thoát ra khỏi máy lạnh, tạo nên hai vòng tuần hoàn rõ ràng.
Đặc tuyến của máy lạnh hấp thụ và hiệu chỉnh hoạt động của nó
Đặc tuyến của máy lạnh hấp thụ ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sử dụng năng lượng, chủ yếu phụ thuộc vào chế độ nhiệt Để đạt được hệ số nhiệt cao, các thông số bên trong cần phải tương thích với các nguồn bên ngoài Cụ thể, ở nhiệt độ sôi t0 và ngưng tụ tk của môi chất lạnh với năng suất lạnh q0 đã xác lập, hệ số nhiệt đạt giá trị tối đa khi phụ tải nhiệt của bình sinh hơi là nhỏ nhất Phụ tải nhiệt này bao gồm entalpi của hơi ra khỏi bình hồi lưu, nhiệt tinh cất và nhiệt đốt nóng.
Khi nhiệt độ nước giải nhiệt không đổi, các thông số như nhiệt độ và áp suất ngưng tụ trong bình ngưng, nhiệt độ hơi sau hồi lưu và nhiệt độ dung dịch đặc sau hấp thụ cũng sẽ giữ nguyên Điều này dẫn đến nồng độ r của dung dịch đặc và e’ của hơi, cũng như entalpi của chúng, không thay đổi Do đó, nhiệt độ và entalpi của dung dịch đặc ở đầu quá trình sôi trong bình sinh hơi (điểm 10) cũng không biến đổi Vì vậy, phụ tải nhiệt của bình sinh hơi phụ thuộc vào nồng độ dung dịch loãng.
Khi nồng độ a của dung dịch loãng giảm, hệ số hồi lưu qh cũng giảm do vùng khử khí ( r - a) tăng Đồng thời, phụ tải qtc của quá trình tinh cất và hồi lưu tăng lên, vì nồng độ a giảm dẫn đến lượng hơi nước sinh ra khi sôi tăng, làm giảm bội số tuần hoàn dịch, từ đó làm yếu quá trình tinh cất.
Thực nghiệm đã chứng tỏ, nồng độ tối u của dung dịch loãng giảm theo mức giảm nhiệt độ sôi của môi chất khi các điều kiện khác bất biến.
Để hiệu chỉnh quá trình hoạt động của máy lạnh, cần đảm bảo nhiệt độ nguồn đốt sao cho nhiệt độ sôi tại điểm 2 trong bình sinh hơi phù hợp với nồng độ dịch loãng Đồng thời, nồng độ này cũng cần tương thích với giá trị tuần hoàn của dịch qua máy bơm dịch đặc.
GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ
Giới hạn vùng làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp
Đối với máy lạnh hấp thụ, điều kiện khử khí = r - a > 0 là yếu tố quan trọng để duy trì hoạt động của chu trình Điều này dẫn đến các giá trị giới hạn cho các thông số như nhiệt độ bay hơi t0, nhiệt độ ngưng tụ tk và nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th, không được vượt quá Giá trị giới hạn này được thể hiện rõ trên đồ thị P - T (hình 4.1).
Hình 8.1 Giá trị giới hạn của máy lạnh hấp thụ một cấp trên đồ thị P - T
Chu trình máy lạnh một cấp bình thường bao gồm quá trình sinh hơi 1-2-5 và 1- 2 - 3, quá trình hấp thụ 3 - 4 - 1 và điểm 5 là ngưng tụ, 6 là bay hơi.
Nếu duy trì nhiệt độ của dung dịch trong bình sinh hơi, khi áp suất ngưng tụ PK tăng lên, nồng độ dung dịch loãng a sẽ tăng, trong khi nồng độ dung dịch đậm đặc r sẽ giảm Điều này dẫn đến sự dịch chuyển của dung dịch về phía trái và phải tương ứng Khi áp suất ngưng tụ PK đạt đến điểm PK’, điểm 2’ và 3’ sẽ trùng nhau.
Giới hạn của nhiệt độ nguồn gia nhiệt trong máy lạnh hấp thụ H 2 O/ LiBr một cấp
Khi giữ nguyên các yếu tố th và tK, việc hạ t0 xuống t0” sẽ dẫn đến sự giảm nồng độ dung dịch đậm đặc xuống nồng độ dung dịch loãng, với vùng khử khí bằng không T0” được xác định là giới hạn cực tiểu của nhiệt độ bay hơi.
Khi duy trì nguyên tắc về thể tích và nhiệt độ, việc hạ nhiệt độ xuống mức th’” sẽ dẫn đến sự chuyển biến từ nồng độ dung dịch loãng sang nồng độ dung dịch đậm đặc, trong khi vùng khử khí đạt giá trị bằng không Nhiệt độ th’” được xem là giới hạn cực tiểu của dung dịch trong bình sinh hơi.
Các giới hạn cực đại cho tK và cực tiểu cho to và th được xác định dưới giả thiết vùng khử khí là 0, với các quá trình hấp thụ, sinh hơi và chưng luyện hoàn hảo cùng với các quá trình trao đổi nhiệt thuận nghịch Do đó, đối với các chu trình thực tế, cần điều chỉnh thêm các giá trị giới hạn này.
Ngoài các điều kiện như tránh hiện tượng đóng băng, phân hủy môi chất, kết tinh và ăn mòn kim loại, còn có những giá trị giới hạn nhiệt độ khác cần lưu ý Đặc biệt, nhiệt độ phân hủy của dung dịch là một yếu tố quan trọng cần xem xét.
Để đảm bảo an toàn cho dung dịch NH3/H2O, nhiệt độ không nên vượt quá 160°C, và để hạn chế lượng nước cuốn theo hơi amôniac, nhiệt độ lý tưởng là dưới 120°C Đối với dung dịch H2O/LiBr, nồng độ LiBr cần giữ dưới 70% để tránh hiện tượng kết tinh.
8.2 Giới hạn của nhiệt độ nguồn gia nhiệt trong máy lạnh hấp thụ
Nhiệt độ ngưng tụ tK có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của máy lạnh, với tK cao dẫn đến tổn thất lạnh tăng và công tiêu tốn cho bơm dung dịch cũng tăng theo Do đó, tK càng nhỏ càng tốt để cải thiện hệ số nhiệt của máy lạnh Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào tính chất, nhiệt độ môi trường giải nhiệt và diện tích bề mặt truyền nhiệt, tại Việt Nam, tK dao động trong khoảng 26 đến 45 độ C Trong khi đó, nhiệt độ bay hơi t0 chỉ dao động từ 3 đến 7 độ C do nước đóng băng ở 0 độ C và được sử dụng làm chất tải lạnh trong hệ thống điều hòa không khí.
8.2.2 Xác định giá trị nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : t H min
Dựa trên phân tích, có một giá trị giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th, tương ứng với nhiệt độ bay hơi cao và nhiệt độ ngưng tụ tK Giá trị này được xác định khi sự thay đổi nồng độ dung dịch tiến gần đến 0, tức là nồng độ dung dịch đậm đặc gần bằng nồng độ dung dịch loãng.
Để xác định áp suất bay hơi P0 và áp suất ngưng tụ PK, áp dụng công thức (1.11) Tiếp theo, tính toán nồng độ dung dịch đậm đặc r ra khỏi bình hấp thụ với điều kiện P0 và tA = tK, sử dụng công thức (1.1) và (1.11) thông qua phương pháp lặp cho đến khi sai số đạt dưới 0,01%.
+ Ở điều kiện tối thiểu, trạng thái dung dịch ra khỏi bình sinh hơi (PK, th min và
r = a ) , theo công thức (1.1) suy ra nhiệt độ cực tiểu của dung dịch ra khỏi bình sinh hơi th min
+ Nhiệt độ cực tiểu thực của dung dịch ra khỏi bình sinh hơi : th minT = th min + 10 0 C (5.1)
+ Nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : tH min = th minT + 5 0 C (5.2)
Kết quả tính t h min được lập thành bảng sau : t0 ( 0 C) tK ( 0 C) 3 4 5 6 7
8.2.3 Xác định giá trị nhiệt độ cực đại của dung dịch : t h max
Nhiệt độ tối đa của dung dịch trong bình sinh hơi được xác định từ điều kiện kết tinh, với giới hạn là r 0,7 Giá trị này được tính toán theo công thức (1.1) dựa trên điều kiện tại (PK, r = 0,7).
Kết quả tính t h max được lập thành bảng sau : tK= 26 o C PK = 0,0333 Bar Suy ra tH max
= 129,11 0 C tK= 28 o C PK = 0,0374 Bar Suy ra tH max = 135,24 0 C tK= 30 o C PK = 0,0420 Bar Suy ra tH max
= 141,37 0 C tK= 32 o C PK = 0,0471 Bar Suy ra tH max
= 147,51 0 C tK= 34 o C PK = 0,0527 Bar Suy ra tH max
= 153,64 0 C tK= 36 o C PK = 0,0588 Bar Suy ra tH max
= 159,78 0 C tK= 38 o C PK = 0,0656 Bar Suy ra tH max
= 165,91 0 C tK= 40 o C PK = 0,0731 Bar Suy ra tH max
= 172,04 0 C tK= 42 o C PK = 0,0812 Bar Suy ra tH max
= 178,18 0 C tK= 44 o C PK = 0,0902 Bar Suy ra tH max = 184,40 0 C
Ta xây dựng được đồ thị như hình 5.2 t H °C t H max t H min t k °C
Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp yêu cầu nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi không thấp hơn 54,7 o C và không vượt quá 129,11 o C khi nhiệt độ ngưng tụ là 26 o C Do đó, thiết bị này chỉ nên sử dụng nguồn gia nhiệt có nhiệt độ thấp, tránh việc nhận nhiệt trực tiếp từ sản phẩm cháy của dầu, gas, khí đốt hoặc các loại nhiên liệu khác.