Thiết kế hệ thống hóa lỏng CO 2(trong quá trình sản xuất đá khô). Nguồn nguyên liệu CO 2 lấy từ quá trình lên men mật mía, công suất 300kg CO

GVHD: Nguyễn Văn Pha Bộ cơng thương Trường đại học cơng nghiệp TP.HCM Trung tâm cơng nghệ nhiệt lạnh Đề tài: Thiết kế hệ thống hóa lỏng CO (trong q trình sản xuất đá khơ) Nguồn ngun liệu CO lấy từ q trình lên men mật mía, cơng suất 300kg CO /h 2 GVHD: Nguyễn Văn Pha SV: Phan Văn Đức Nguyễn Văn Giới Lê Văn Điệp Nguyễn Văn Đơ Nguyễn Văn Đức Lê Tấn Độ Đào Sơn Hà Tp.HCM ngày 10 tháng 12 năm 2007 Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha Lời nói đầu Như biết, CO dạng khí thải tự nhiên, nhà máy xí nghiệp hay phản ứng hóa học tự nhiên sinh Ngày nhiều ngành cơng nghiệp bên cạnh việc sản xuất sản phẩm hàng hóa thải lượng lớn khí CO có lẫn khí thải khác Nhằm tận dụng nguồn nhiên liệu này, người ta ý đến đặc tính CO tìm cách thu hồi khí CO , sau hóa lỏng làm lạnh xuống nhiệt độ sâu để tạo thành đá khơ Đây lĩnh vực mẻ ngành kỹ thuật lạnh nước ta, khơng giảm thiểu nhiễm mơi trường mà đem lại hiệu kinh tế cao cho người sử dụng Đặc biệt lĩnh vực, ngành nghề bảo quản sản phẩm tươi sống chất lượng cao nước ta để xuất nước ngồi Trước để bảo quản sản phẩm tươi sống xuất trực tiếp nước ngồi đường hàng khơng, người ta dùng gói gel lạnh để bảo quản Nhưng gói gel lạnh có nhiều khuyết điểm giá thành cao (do chi phí chun chở nặng), chất lượng sản phẩm khơng tốt Để khắc phục khuyết điểm đó, người ta nghiên cứu sản xuất đá khơ, nhiệt độ thăng hoa CO rắn áp suất khơng khí cao, khối lượng riêng lớn nên thể tích chiếm chỗ nhỏ Ngồi việc bảo quản thực phẩm, CO sử dụng nhiều lĩnh vực khác là: sản xuất bia, nước ; dùng để tẩy rửa bảng mạch điện tử, cách phun CO lỏng ; dùng để làm lạnh nhanh phòng thí nghiệm ; dùng làm chất chữa cháy; dùng làm mơi chất lạnh, có ưu điểm sau: - Giảm tiêu hao lượng hiệu máy nén truyền nhiệt - Giảm giá thành mơi chất - Giảm kích thước phận Trong tiểu luận này, nhóm khơng sâu vào nghiên cứu q trình sản xuất đá khơ, mà trọng đến q trình thu hồi hóa lỏng khí CO nhiệt độ - 35 o C, sử dụng máy lạnh hai cấp có q lạnh q nhiệt để tăng khả làm lạnh CO Đây q trình xử lý nguồn nhiên liệu để sản xuất đá khơ, q trình sản xuất đá khơ phức tạp Nhóm xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo giáo viên mơn, thầy: NGUYỄN VĂN PHA giúp đỡ nhóm hồn thành tiểu luận Tp.HCM – ngày 10 tháng 12 năm 2007 Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha I NGUỒN NGUN LIỆU SẢN XUẤT 1.1- Các nguồn phát sinh khí CO2 - Có nhiều nguồn phát sinh khí CO2, ví dụ như: nguồn gốc q trình tổng hợp NH3, nguồn gốc CO2 từ khí lò, nguồn CO2 q trình lên men, nguồn CO2 từ carbonat tự nhiên… Trong đồ án chọn nguồn phát sinh khí CO 2, nói đạt hiệu cao nhất, nguồn CO2 q trình lên men rượu 1.2- Nguồn CO2 q trình lên men - Q trình lên men rượu thùng kín (có thể tích đến 200m 3) từ 40-60h, thường sản sinh lượng khí CO lớn Ơ tận dụng nguồn CO2 để sản xuất đá khơ phục vụ cho sinh hoạt người nhiều mục đích khác Q trình nên men gồm giai đoạn: + Lên men sơ bộ: Lượng CO2 tỏa từ từ, áp suất thùng nhỏ + Lên men chính: Lượng CO tỏa lớn, áp suất thùng tăng cao(có thể tăng đến 150mm cột nước) + Kết thúc: Lượng CO2 giảm dần, áp suất giảm dần Để q trình lên men đạt hiệu tốt lượng CO sinh phải giải phóng khỏi bồn, để áp suất bên bồn thấp Thơng thường, người ta dùng quạt để thu gom khí CO 2, sau qua cơng đoạn lọc, khử tạp chất, diệt khuẩn, khư mùi … hóa lỏng 1.3- Lượng CO2 sinh q trình lên men rượu - Q trình lên men rượu diễn theo phản ứng sau: (100g) C6H12O6 + (0,2 g) NH3 -> (1,7 g) C6H10O3N + (46,2g) C2H6O + (5,2g)C3H8O3 + (1,4 g) C4H6O + (0,2g) H2O + (45,3 g) CO2 Như sản xuất 46,2g rượu lượng CO sản sinh 45,3g, theo đầu cần hóa lỏng 300kg/ -> lượng khí CO cần để cung cấp cho ngày 6000kg/ngày (máy hoạt động 20h/ngày) II - QUY TRÌNH THU HỒI, HĨA LỎNG CO2 2.1 Nghiên cứu quy trình thu hồi, tinh lọc, hóa lỏng CO từ hệ thống lên men rượi Nhóm 3 GVHD: Nguyễn Văn Pha - Để thu hồi, hóa lỏng, sản xuất CO rắn có phương pháp: phương pháp áp suất cao, trung bình thấp * Phương pháp áp suất cao khơng kinh tế phải dùng máy lạnh để tạo nhiệt độ CO2 < 310C hóa lỏng (nước phải có nhiệt độ < 240C ) áp suất nén cao (đến 70bar) Vì dẫn đến hiệu kinh tế CO2 thấp khó bảo quản * Phương pháp áp suất thấp khơng hiệu phải dùng máy lạnh cấp để làm lạnh CO nhiệt độ thấp gặp nhiều khó khăn * Phương pháp áp suất trung bình phương pháp đạt hiệu nhất, nhóm chọn qui trình thu hồi hóa lỏng CO áp suất trung bình - Hơi CO2 16 bar, 350C đươc làm lạnh để hóa lỏng thiết bị trao đổi nhiệt, CO2 lỏng khỏi thiết bị trao đổi nhiệt độ 16 bar, -35 0C chứa vào bồn để bảo quản Để CO ngưng tụ -350C nhiệt độ bốc chất thiết bị trao đổi nhiệt – 40 0C Với nhiệt độ dùng máy lạnh cấp trục vít Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha 2.2 Qui trình thu hồi, lọc, diệt khuẩn sản xuất CO2 lỏng rắn Thùng lên men Lọc màng nước Lọc vi sinh vật Diệt khuẩn thuốc tím Khử mùi than hoạt tính Phao chứa CO2 Mây CO2 ( loại khơng dầu) 16 bar Tách nước máy lạnh (-5 ÷ 50C) Tách nước hấp thụ Làm mát CO2 nước Làm lạnh, hóa lỏng CO2(-300C) Máy lạnh phụ trợ Bồn chứa CO2 lỏng Bơm xe bồn Sản xuất Co2 rắn 2.3 Thiết bị hóa lỏng CO2 2.3.1 – Máy nén khí Máy nén khí sử dụng loại khơng dầu bơi trơn, việc bơi trơn xilanh, bạc thực phun nước Máy nén giải nhiệt nước cho khí CO2 đạt 350C khỏi máy nén Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha tách nước sơ phương pháp xốy giảm vận tốc trước đưa đến tách nước máy lạnh 2.3.2 – Tách nước máy lạnh - Để giảm lượng nước khí CO2 trước hấp phụ giúp cho hấp phụ làm việc hiệu Khí CO sau tách nước sơ phương pháp nén, giảm tốc độ đưa vào tách nước dùng máy lạnh Ơ đây, nhiệt độ CO2 giảm đến ≈ 00C, nước ngưng đọng thành lỏng xả ngồi , lúc nhiệt độ CO2 = 00C P = 16 bar 2.3.3 – Tách nước hấp phụ - Hơi CO2 nhiệt độ thấp vào hấp phụ dùng silicagen Zlit Lượng nước sót lại hấp phụ triệt để nhiệt độ CO2 thấp Tuy nhiên, khí CO2 khỏi hấp phụ, nhiệt độ lại tăng (đến 600C) q trình hấp phụ sinh nhiệt Vì vậy, hệ thống hấp phụ thiết kế làm việc gián đoạn có thời gian giải hấp 2.3.4 – Làm mát nước - Để tiết kiệm lượng, khí CO nhiệt độ cao (trung bình 450C ) đưa qua giải nhiệt nước để hạ nhiệt xuống 30 ÷ 350C trước đưa vào hóa lỏng 2.3.5 – Hóa lỏng - Đây thiết bị quan trọng nên thiết kế, chế tạo phải đáp ứng nhiều yếu tố sau + Khơng bị hư nước đóng băng + Khí CO2 có nước xẩy phản ứng: CO2 + H2O - > H2CO3 H2CO3 axit1 yếu, chất axit ăn mòn kim loại Vì khơng nên dùng ống thép đen để chế tạo thiết bị hóa lỏng, nên dùng thép khơng rỉ chịu axit (inox mã hiệu 316) 2.3.6 – Bồn chứa CO2 sau hóa lỏng q lạnh đến – 35 0C, 16 bar theo ống dẫn để vào bồn chứa Bồn chứa thiết bị chịu áp lực cách nhiệt cẩn thận để hạn chế nhiệt từ mơi trường xâm nhập vào bồn Bồn chế tạo vỏ, cách nhiệt vỏ tồn PU Perlite, đồng thời rút chân khơng để giảm truyền nhiệt dẫn nhiệt đối lưu Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha Máy lạnh phụ trợ có nhiệm vụ giữ bồn ổn định nhiệt độ – 30 ± 20C 2.3.7 – CO2 lỏng từ bồn chứa sử dụng - Bơm xe bồn để cung cấp đến nơi tiêu thụ - Cung cấp cho hệ thống sản xuất đá khối Ngun lý làm việc hệ thống cho tiết lưu CO lỏng đến áp suất nhỏ áp suất điểm ba thể (5,2 bar) phần CO biến thành thể rắn, phần CO bốc lại đưa máy nén để tái sử dụng III TÍNH TỐN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG HĨA LỎNG CO2 3.1 Năng suất lạnh cần thiết + Trạng thái CO2 vao máy tách nước: điểm A (16 bar, 35 0C) bão hòa nước + Trạng thái CO khỏi máy tách nước: điểm B (16bar, oC) bão hòa nước + Trạng thái CO2 khỏi máy hóa lỏng: điểm C (16 bar, -350C) + Lưu lượng CO2 : 6000 kg/ ngày ≈ 0,0833 kg/s (máy hoạt động 20 giờ/ ngày) - Tra đồ thị log p – h CO2 (hình vẽ) Điểm B: hB = 390 KJ/kg Điểm C: hC = 42 KJ/ kg Vậy nhiệt lượng phải lấy để hố lỏng lưu lượng 0,0833kg/s khí CO2 là: Q=( hb − hc )G =( 390-42)0,0833=29 kW Nếu tính đến tổn hao phụ suất lạnh hệ thống là: Q0 = 1,1 Q = 32 KW 15 bar C B A 3.2 Thơng số nhiệt độ Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha - Nhiệt độ bốc (to): nhiệt độ CO2 khỏi máy hóa lỏng -320C (điểm C) nhiệt độ thấp nên chọn ∆ t = 80C để máy lạnh làm việc hiệu quả, tiêu hao lượng => to = - 40oC - Nhiệt độ ngưng tụ (t k ): t k = 40 o C 3.3 Tính chọn máy nén Q0 = 32kW T0 = -40oC tK = 40oC 10 12 11 x=0 x=1 Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha Đồ thị logp-h CO Từ t0 = -400C ta xác định Po = 1,0533 bar, từ tk = 400C ta xác định pk = 15,268 bar p 15,268 k Tỉ số nén π = p = 1,0533 = 14,5 >9 Do chọn chu trình cấp nén o Ap suất trung gian: Ptg = p p k = bar,  ttg = -6,80C + Nhiệt độ sau làm mát t3 = tk + Nhiệt độ chất lỏng sau hồi nhiệt t7 = 20 o C + Nhiệt độ chất lỏng sau q lạnh t8 = 10 o C + Nhiệt độ sau q lạnh t10 coi bão hòa khơ Đầu tiên ta tìm entanpi: i12 = 688, 69 kj/kg, i3= 738 kj /kg , i10 = 702 kj/kg i6 = 552 kj/ kg, i7 = 522 kj/kg , i8 = iq = i11 = 510 kj/kg Năng suất lạnh riêng: q0 = i12 – i11 = 688, 69 – 510 = 178, 69 kj/kg Lượng mơi chất G1 qua nén hạ áp NHA: Q 32 o G1 = q = 178,69 = 0,179kg / s o Nhiệt tỏa bình q lạnh theo ct: Qqp = G4 (i7 – i8) = Gg (i10 – i9) Gg = G4 – G1 Ta tìm quan hệ: G4 i10 − i9 702 − 510 = = = 1,067 G1 i10 − i7 702 − 522 Lượng mơi chất G4 qua nén cao áp NCA G4 = g1 1, 067 = 0,179 1,067 = 0,1909 kg/s Khi hỗn hợp điểm điểm 10 thành điểm ta có phương trình: G9 i10 + G1 i3 = G4 i4 G9 = G4 – G1 Ta tìm được: G4 i3 − i10 = = 1,067 G1 i − i10 Nhóm GVHD: Nguyễn Văn Pha i −i 738 − 702 i = i10 + 10 = 702 + = 736kj / kg 1,067 1,067 Từ tìm được: i5 = 775 kj/ kg (vì điểm ta xác định s =1,86kg/kgK) Nhiệt tỏa bình hồi nhiệt: QHN = G4 ( P6 − i7 ) = G1 (i1 − i12 ) → i1 = i12 + G4 (i6 − i7 ) = 688,69 + 1,067(552 − 522) = 720kj / kg G1 Từ tìm entanpi: i2 = 762 kj/ kg Kết tìm thơng số điểm chu trình cho bảng đây: Các điểm 10 11 12 T, oC 10 75 40 38 105 40 20 10 -7 -7 -40 -40 P, bar I, kj/kg 1,053 720 1,95 0,255 762 1,95 738 736 1,86 15,268 775 1,86 15,268 522 15,268 552 15,268 510 510 702 1,053 510 1,053 688,69 Skg/kgk Vm3/kg 0,07 Cơng suất nén đoạn nhiệt: (Ns = NHA + NCA) Cơng nén hạ áp: N HA = G1(i2 – i1) = 0,179 (762 – 720) = 7,518 kw Cơng nén cao áp: NCA = G4 (i5 – i4) = 0,1909 (775 – 736) = 7,5 kw Vậy NS = 7,518 + 7,5 = 15 kw Hệ số làm lạnh lý thuyết: ε= Qo 32 = = 2,13 N s 15 Nhiệt tỏa bình ngưng: Qk = G4 (i5 − i6 ) = 0,1909(775 − 552) = 42,6kW Nhiệt toả bình hồi nhiệt: Qhn = G4 (i5 − i6 ) = 0,1909(552 − 522) = 5,727 kW Nhiệt tỏa bình q lạnh: Qql = G4 (i7 − i8 ) = 0,1909(522 − 510) = 2,2908kW p 15,33 k Ta có: π = p = 1,05 = 14,6 Nhóm 10 GVHD: Nguyễn Văn Pha / Tính lần thứ cho qtr1 với q tr q = / tr1 (1,33 − 1).(8158,5)1,33 + 5.(1320, 4)1,33 1,33.(8158,5) 0,33 ( 1320, ) + 1,33 = 8841,5 2331 / Tính lần thứ hai cho qtr2 với giá trị q : tr qtr/ = (1,33 − 1).(3841,5)1,33 + 5.(1320, 4)1,33 ( 1320, ) 1,33.3841,5)1,33 + 1,33 = 8841, 02 2331 / Tính lần cho qtr3 với giá trị q : tr Vậy ta tính được: qtr3 = 8840 w/m2 Số ống nước ứng với m = N = 0,75.m2 + 0,25 = 0,75.92 + 0,25 = 61 ống Số đường nước: Với số ống 61 ống, bố trí: Z = n/n1 = 61/ = 6,8 chọn Z = [hình vẽ minh họa] Lúc đó: n = 9.7 = 63 ống Nên chọn lại m tức m phải tăng lên: m = 10 Khi n = 0,75 102 + 0,25 = 75,25 ống Để sử dụng phần bình ngưng làm bình chứa ta bỏ bớt hàng ống Số ống bỏ đi: n / = i m +1 + [1 + + + (i − 1)] n / = 10 + + [1 + 2] = 19,5 Trong đó: I – số đường ống bỏ Số ống lại là: n // = m.δ = 10.0, 0286 = 0, 286 ( m) Chọn đường kính ngồi: Dng = 0,3 (m) Có độ dày: δ d = 0, 009 (m) 10 Diện tích truyền nhiệt bề mặt bình ngưng: Ftr = Qk 42, 6.103 = = 5, 06 (m ) qtr 8410 11 Chiều dài ống là: l= Nhóm Ftr 5, 06 = = 1,8(m) π dtr n 3,14.0, 016.56 19 GVHD: Nguyễn Văn Pha Bố trí mặt sàng, với 56 ống bố trí thành đường nước với đường ống ống/ đường theo hình lục giác cạnh ống 1,8 Tỉ lệ l / d = 0,3 = Tỉ lệ thuộc hạn cho phép Tổng chiều dài ống L = n.l = 56.1,8 = 100,8 (m) Tổng diện tích truyền nhiệt mặt ngồi: F = L Fng = 100.0,173 = 17,2 m2 Sơ đồ bố trí ống: * Đường nước bình ngưng - Theo kết tính tốn trên, ta chọn bình ngưng ống nằm ngang có sẵn Theo tài liệu [máy lạnh tác giả Trần Thanh Kỳ] * Diện tích mặt ngồi: 18m2 * Đường kính thân: 0,3 m * Số ống : 86 ống * Chiều dài ống: 1,8m * Số đường ống nước : Tính tổn thất thủy lực bình ngưng Tổn thất thủy lực bình ngưng gồm: ∆p = ∆pd + ∆pcb ∆pd : tổn thất ma sát đường dài ∆pcb : tổn thất cục G 2, 036 (kg / s ) −3 w - Lưu lượng thể tích: Vw = ρ = 1000 (kg / m3 ) = 2, 036.10 (m / s) w Chiều dài ống ,18m Vận tốc nước ống: ε = 1, (m / s) Tổn thất thủy lực ma sát đường dài: ∆pd = Z λ l Wn2 mH 2O dtr g Z = số đường ống nước λ - hệ số sức cản đường dài: λ= Nhóm 1 = ≈ 0, 004 (1,82.lg.Re− 1, 64) (1,82.lg 26229,5 − 1, 64) 20 GVHD: Nguyễn Văn Pha Với thơng số có thay vào biểu thức: 1,8 (1, 2) ∆pd = 7.0, 024 = 1,38 mH 2O 0, 016 2.9,81 Tổn thất cục bộ: ∆pcb a Tổn thất chỗ vào ống (mở rộng): ∆pcb1 = ξ1 V12 ; mH 2O 2g ξ1 = - Hệ số sức cản cục ngõ vào V1 = 1,4 m/s – Vận tốc 0,1 mH2O ⇒ ∆pcb1 = 1, 42 = 0,1mH 2O 2.9,81 b Tổn thất chỗ ống (co hẹp) ∆Pcb2 = ε V22 , mH 2O 2g V2 = 1, m / s vận tốc nước ống hút ξ = 0,5 ⇒ ∆pcb2 = 0,5 1, 42 = 0, 05 mH 2O 2.9,81 c Tổn thất ngõ vào khỏi ống chùm: V32 ∆pcb3 = m.ε , mH 2O 2g M = 12 – số lần vào khỏi ống chùm: ξ3 = 1,5 - hệ số tổn thất khỏi ống chùm: ∆pcb3 = 1, 2.1,5 1, 22 = 1,321 mH 2O 2.9,81 d Tổn thất chỗ ngoặc 1800: V42 ∆pcb4 = p.ξ , mH 2O 2g P = số chỗ ngoặc 1800 ξ = 2,5 - tổn thất chỗ ngoặc 1800 ∆pcb4 = 3.2,5 1, 22 = 0,92 mH 2O 2.9,81 Tổng tổn thất cục bộ: Nhóm 21 GVHD: Nguyễn Văn Pha ∑ ∆Pcb = ∆Pcb1 + ∆Pcb + ∆Pcb3 + ∆Pcb ⇒ ∑ ∆Pcb = 0,1 + 0, 05 + 1,321 + 0,92 = 2, mH 2O Tổng tổn thất thủy lực: ∑ ∆P = ∆P cb + ∆Pd = 2, + 1,38 = 3, 78 mH 2O V TÍNH TỐN BẦU BỐC HƠI [hệ thống hóa lỏng CO2] - Đây thiết bị quan trọng nên thiết kế, chế tạo phải đáp ứng nhiều yếu tố sau: + Khơng bị hư nước đóng băng + Khi CO2 có nước xảy phản ứng: CO2 + H2O  H2CO3 H2CO3 axit yếu, chất axit ăn mòn kim loại Vì khơng nên dùng ống thép đen để chế tạo thiết bị hóa lỏng, nên dùng thép khơng gỉ chịu axit (inox mã hiệu 316) Đối với hệ thống hóa lỏng, bầu bốc thiết bị đặc biệt, khơng có sẵn thị trường Vì vậy, thiết bị phải tính tốn, thiết kế cho đạt u cầu đặt ra: Ta có Q0 = 32 kw T0 = -40 0C Với hệ số truyền nhiệt là: K = 250 w/m2k diện tích truyền nhiệt là: F= 32000 = 12,8m2 250.10 Thiết bị bốc thiết kế dạng ống chùm nằm ngang, đường kính ống truyền nhiệt φ = 16 mm Tổng trở chiều dài ống tính: F 12,8 l = = = 254, 78 (254m) ∑ π d π 16.10−3 Thiết bị bốc 2m số ống truyền nhiệt thiết bị là: n= 254 = 127 ống Các ống bố trí hình lục giác với lưu ý chừa khơng gian cho nước đọng dãn nở tự mà khơng làm biến dạng ống truyền nhiệt Kết cấu ống bố trí hình vẽ Nhóm 22 GVHD: Nguyễn Văn Pha Gọi: m – số ống đường chéo lớn lục giác ngồi S – bước ống (S = 1,24 – 1,45d ng) Xác định theo kinh nghiệm (xác định sách thiết kế hệ thống lạnh tác giả Nguyễn Đức Lợi) a Số ống cạnh lục giác lớn: n = 0,75 (m2 – 1) + m = 13  n = 127 ống a = ống Do kết cấu truyền nhiệt để đảm bảo vận tốc mơi chất ống số đường (pass) di chuyển mơi chất Z = Vì ta khơng bố trí đường xun tâm Để đảm bảo có đủ khơng gian cho nước đóng băng giản nở Trong kết cấu tạo khơng gian trống phía bình Vì vậy, khơng bố trí ống cạnh ngồi lục giác (phía bên dưới) Số ống thực tế bố trí bầu bốc là: nt = n – m – a = 127 – 13 – = 107 ống tóm lại kết cấu ống bố trí mặt sàn hình vẽ Để xả CO2 lỏng ngừng máy xả tuyết, bầu bốc ống chùm nằm ngang thiết kế đặt nghiêng từ – 10 Kết cấu cho phép bố trí tiết lưu kiểu “bán ngập lỏng” để tăng hệ số truyền nhiệt đồng thời loại bỏ bầu tách lỏng để giảm chi phí Kết cấu bầu bốc sau chế tạo có dạng hình vẽ Nhóm 23 GVHD: Nguyễn Văn Pha VI SƠ ĐỒ NGUN LÝ VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ A Sơ đồ ngun lý hoạt động Qk Qk NT HN B Thiết bị phụ Tính chọn đường ống dẫn mơi chất lạnh: Theo u cầu hệ thống lạnh dùng mơi chất lạnh R22 Chọn ống dẫn đồng Biểu thức xác định đường kính ống: dtr = 4G ;m π ω.ρ G – lưu lượng mơi chất (kg/s) Nhóm 24 GVHD: Nguyễn Văn Pha ω - tốc độ mơi chất lạnh ống m/s ρ - khối lượng riêng mơi chất lạnh kg/m3 Chọn tốc độ mơi chất lạnh ống: * Đối với đường ống hút máy nén R22 ω = (8 − 15) m / s * Đối với đường đẩy máy nén R22: ω = (10 − 15) m / s a Đường ống hút mơi chất lạnh - Đường ống hút từ cuối dàn bay đến ống góp: Lưu lượng mơi chất ống: QOBH = 1, 07.QBH 1, 07.10,5 = = 16, 05 kw 0, 0, Lưu lượng khỏi giàn bay hơi: G/ = QOBH 16,5 = = 0, 089 (kg / s ) q0 179 - Tính chọn đường ống từ máy nén hạ áp đến điểm bình trung gian G1 = 0,18 kg/s V2 = 0,08 m3/kg ω = 15 m/s dtr = 4.G1.V2 4.0,18.0, 08 = 3,14.ω 3,14.15 ⇒ dtr ≈ 34mm - Tính chọn lọc đường ống từ điểm hòa trộn từ bình trung gian đầu đẩy máy nén hạ áp đến điểm đầu hút máy nén cao áp: G4 = 0,19 kg/s V4 = 0,07 kg/s ω = 10 m/s dtr = 4.G4 V4 4.0, 79.0, 07 = 3,14.ω 3,14.10 ⇒ dtr ≈ 40 (mm) - Tính chọn lọc đường ống từ máy nén cao áp đến bình ngưng: G4 = 0,19 kg/s V5 = 0,08 m3/kg Nhóm 25 GVHD: Nguyễn Văn Pha ω = 15 m/s dtr = 4.G4 V5 4.0, 79.0, 08 = 3,14.ω 3,14.15 ⇒ dtr ≈ 12 (mm) - Tính chọn đường ống từ bình ngưng đến bình chứa cao áp: G4 = 0,19 kg/s V5 = 0,08 kg3/s ω = 15 m/s dtr = 4.G4 V5 4.0, 79.0, 08 = 3,14.ω 3,14.15 ⇒ dtr ≈ 12 (mm) - Tính chọn đường ống từ BCCA đến van tiết lưu: G4 = 0,19 kg/s V5 = 0,08 kg3/s ω = 15 m/s dtr = 4.G4 V5 4.0, 79.0, 08 = 3,14.ω 3,14.15 ⇒ dtr ≈ 12 (mm) - Tính chọn đường ống từ máy nén cao áp đến bình ngưng Gϕ =0,2kg/s V5 =0,007m3/kg  cltr = 4.G4 v5 =≈ 12( mm) 3,14.ω ω =15m/s - Tính chọn đường ống từ BCCA đến van tiết lưu G4 = 0,19kg/s V7 =0,0046m3/kg  cltr = 4.G4 v7 =≈ 47(mm) 3,14.0,5 ω =0,5m/s - Tính chọn đường ống hút từ bình bốc máy G1 =0,19 kg/s V1 =0,255m3/kg ω=15m/s Nhóm 26 GVHD: Nguyễn Văn Pha Dtr = 4.G1 V1 = πω 4.0,19.0.255 ≈ 64mm 3,14.15 Tính chọn tháp giải nhiệt Các thơng số thời tiết TP.HCM - Nhiệt độ trung bình tối cao tháng nóng TP.HCM, Ttbmax=350C - Nhiệt độ tối cao tuyệt đối vàng 100 năm , Tmax =400C - Độ ẩm trung bình tháng nóng ϕlsh=55% Ttk =Ttt = t tb max + t max 35 + 40 = = 37,5 C 2 - Độ ẩm ϕ = 55% - Tra nhiệt độ nước vào bình ngưng tụ : Tw1 = tư + 3k = 28,5+3=31,50C - Nhiệt độ nước khỏi bình ngưng tụ: Tw2 = tw1 + = 370C - Lưu lượng nước làm mát Q 42,6 K Gw = C ∆tn = 4,18.5.ς = 2,036kg / s w - Biết Qk = 42,6kw Đổi : 1kw =860 kcal/h Đổi suất nhiệt tơn Theo tiêu chuẩn CT tơn nhiệt tương đương 3900kcal/h Qk = 42,6 kw ≈ 36636 kcal/h =36636/3900=9,4 tơn Vậy ta chọn tháp giải nhiệt Chọn tháp giải nhiệt có mã hiệu FRK10 với thơng số sau: Nhóm 27 GVHD: Nguyễn Văn Pha Lưu lượng nước định mức, l/s Chiều cao tháp , mm Đường kính ống nối nước vào,mm Đường kính ống nối nước ra, mm Đường chống tràn,mm Đường kính ống van phao,mm Lưu lượng quạt gió ,m3/ph Đường kính quạt gió ,mm Mơtơ quạt, kw Khối lượng tịnh, kg Khối lượng vận hành, kg Độ ẩm quạt ; db 2,17 1735 930 40 40 15 85 630 0,2 44 140 50 Tính chọn bơm nước giải nhiệt: a Đường ống nước : Chọn đường ống nước nhựa PVC thơng dụng rẻ tiền đảm bảo độ bền tính an tồn cao so với ống bình kim loại thấy dùng ống nhựa hợp lý Trên đường ống gắn thêm slean chặn dùng cho hệ thống nước, hai đường ống vào bình ngưng lắp song song với nhau, đường kính ống nối nước vào φ 40mm b Chọn bơm Bơm nước dùng để bơm nước từ bể tháp giải nhiệt vào bình vào ống phân phối nước tháp giải nhiệt Bơm nước sử dụng hệ thống bơm ly tâm, chọn dựa vào lưu lượng nước, tốc độ nước Tính tổn thất áp suất bơm: Sơ đồ tổn thất bơm Nhóm 28 GVHD: Nguyễn Văn Pha Theo sơ đồ có van đóng mở Đoạn A-B-C-D-E-F-G-H=37m Lưu lượng nước Gw = 1,06kg/s =122lit/ph Chọn tốc độ nước ống : 1,4m/s Chiều cao cột áp : Hd =6m c Xác định trở lực ma sát đường dài ∆Pd = 2.i.δ ωn Theo kết mục IV ta chọn l=0,024 d tr - Đường kính ống : d tr = 4.2,036 ≈ φ 40 3,14.1,4.1000 Vậy tổn thất đường ống : ∆Pd = 0,024.37.1000.1,4 = 21756 Pa 0,04.2 d Tổn thất cục ς ω ∆Pcb = ξ Trở kháng từ bể vào ống ξ = 0,5 (theo tài liệu máy lạnh) trang 308 ∆Pcb1 = 0,5 1000.1,4 = 490 Pa -Trở kháng qua cút 900 ( cút) ξ = 0,6.3 = 1,8 [ theo tài liệu máy lạnh trang 308] ∆Pcb = 1,8 1000.1,4 = 1764 Pa - Trở kháng chổ vào bình ngưng có nhiều lối : Chọn ξ =10 ( theo tài liệu máy lạnh) ∆Pcb = 10 1000.1,4 = 9800 Pa - Trở kháng qua van thẳng : ( có van) ξ = 0,5.3=1,5 [ theo tài liệu máy lạnh] Nhóm 29 GVHD: Nguyễn Văn Pha ∆Pcb = 1,5 1000.1,4 = 1470 Pa - Trở kháng bể vào phin lọc ξ =2 ∆Pcb = 1,5 1000.1,4 = 1960 Pa - Trở kháng bể vào phin lọc Vì ống vào tháp có đường kính φ 50 nên ta có tổn thất đầu vào với ống dẫn Bể vào ống thắt lạnh: ξ =0,1 ∆Pcb = 0,1 1000.1,4 = 98Pa Từ ống φ40 đến φ50 vào bể ξ =0,25 ∆Pcb = 0,25 1000.1,4 = 254 Pa ∑ tổng tổn thất = ∆ Pd+ ∆ cb =37592Pa Tổng tổn thất áp suất bơm tính tổn thất bình ngưng chiều cao cột áp Năng suất thể tích bơm: U= Qk 42,6 = = 0,0026(m / s ) P.C.∆b 1000.4,186.4 Nb = U N K η Chọn η =0,6, k=1,2 – hệ số dự trữ η - hiệu suất làm việc 60% Nb = 0,0026.37592 1,2 = 0,2kw 0,6  Vậy ta chọn bơm có ký hiệu kiểu Bx1,2-16 : < từ tài liệu bơm quạt máy nén Hồng Bá Chư trang 413> - Lưu lượng bơm Q=1,2÷1,5m3/h Nhóm 30 GVHD: Nguyễn Văn Pha - Chiều cao cột áp : Hh =6,5m - Số vòng quay : n=2900vg/ph - Ndc =0,37kw VII-Kết luận: Trong thời gian tìm hiểu đồ án mơn học thầy NGUYỄN VĂN PHA giao ,tuy nhóm cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót q trình làm nên nhóm chúng em mong góp ý chân thành từ thầy giáo mơn bạn thành viên lớp góp ý cho nhóm chúng em để đề tài đồ án mơn học: xây dựng trạm lạnh hồn thành tốt Xin chân thành cảm ơn! Nhóm 31 GVHD: Nguyễn Văn Pha Nhóm 32 GVHD: Nguyễn Văn Pha Tài liệu tham khảo: 1-Luận An Tiến Sỹ Kỹ Thuật tác giả:Nguyễn Văn Tài 2-Hệ Thống Máy Và Thiết Bị Lạnh tác giả: Đinh Văn Thuận-Võ Chí Chính 3-Bơm Quạt Máy Nén tác giả:Nguyễn Văn May 4-Máy Và Thiết Bị Lạnh tác giả:Nguyễn Đức Lợi-Phạm Văn Tuỳ 5-Mơi Chất Lạnh- Nguyễn Đức Lợi-Phạm Văn Tuỳ 7-Máy Lạnh-Trần Thanh Kỳ Nhóm 33 [...]... 1,8 (1, 2) 2 ∆pd = 7.0, 024 = 1,38 mH 2O 0, 016 2. 9,81 2 Tổn thất cục bộ: ∆pcb a Tổn thất tại chỗ vào của ống (mở rộng): ∆pcb1 = ξ1 V 12 ; mH 2O 2g ξ1 = 1 - Hệ số sức cản cục bộ tại ngõ vào V1 = 1,4 m/s – Vận tốc 0,1 mH2O ⇒ ∆pcb1 = 1 1, 42 = 0,1mH 2O 2. 9,81 b Tổn thất tại chỗ ra của ống (co hẹp) ∆Pcb2 = ε 2 V 22 , mH 2O 2g V2 = 1, 4 m / s vận tốc nước đi trong ống hút ξ 2 = 0,5 ⇒ ∆pcb2 = 0,5 1, 42 = 0,... = 0, 05 mH 2O 2. 9,81 c Tổn thất tại ngõ vào và ra khỏi ống chùm: V 32 ∆pcb3 = m.ε 3 , mH 2O 2g M = 12 – số lần vào và ra khỏi ống chùm: ξ3 = 1,5 - hệ số tổn thất và ra khỏi ống chùm: ∆pcb3 = 1, 2. 1,5 1, 22 = 1, 321 mH 2O 2. 9,81 d Tổn thất tại chỗ ngoặc 1800: V 42 ∆pcb4 = p.ξ 4 , mH 2O 2g P = 3 số chỗ ngoặc 1800 trong ξ 4 = 2, 5 - tổn thất tại chỗ ngoặc 1800 ∆pcb4 = 3 .2, 5 1, 22 = 0, 92 mH 2O 2. 9,81 Tổng... cục bộ: Nhóm 3 21 GVHD: Nguyễn Văn Pha ∑ ∆Pcb = ∆Pcb1 + ∆Pcb 2 + ∆Pcb3 + ∆Pcb 4 ⇒ ∑ ∆Pcb = 0,1 + 0, 05 + 1, 321 + 0, 92 = 2, 4 mH 2O Tổng tổn thất thủy lực: ∑ ∆P = ∆P cb + ∆Pd = 2, 4 + 1,38 = 3, 78 mH 2O V TÍNH TỐN BẦU BỐC HƠI [hệ thống hóa lỏng CO2 ] - Đây là thiết bị quan trọng nhất nên khi thiết kế, chế tạo phải đáp ứng được nhiều yếu tố sau: + Khơng bị hư khi nước đóng băng + Khi trong CO2 có nước thì... 0,1 1000.1,4 2 = 98Pa 2 Từ ống φ40 đến φ50 vào bể ξ =0 ,25 ∆Pcb 7 = 0 ,25 1000.1,4 2 = 25 4 Pa 2 ∑ tổng tổn thất = ∆ Pd+ ∆ cb =37592Pa Tổng tổn thất áp suất của bơm tính cả tổn thất ở bình ngưng và chiều cao cột áp Năng suất thể tích của bơm: U= Qk 42, 6 = = 0,0 026 (m 3 / s ) P.C.∆b 1000.4,186.4 Nb = U N K η Chọn η =0,6, k=1 ,2 – hệ số dự trữ η - hiệu suất làm việc 60% Nb = 0,0 026 .375 92 1 ,2 = 0,2kw 0,6  Vậy... 32 kw T0 = -40 0C Với hệ số truyền nhiệt là: K = 25 0 w/m2k thì diện tích truyền nhiệt là: F= 320 00 = 12, 8m2 25 0.10 Thiết bị bốc hơi được thiết kế dạng ống chùm nằm ngang, đường kính ống truyền nhiệt là φ = 16 mm Tổng trở chiều dài của ống được tính: F 12, 8 l = = = 25 4, 78 (25 4m) ∑ π d π 16.10−3 Thiết bị bốc hơi là 2m thì số ống truyền nhiệt trong thiết bị là: n= 25 4 = 127 ống 2 Các ống được bố trí... ứng: CO2 + H2O  H 2CO3 H 2CO3 là một axit yếu, nhưng bản chất của một axit là ăn mòn kim loại Vì vậy khơng nên dùng ống thép đen để chế tạo thiết bị hóa lỏng, nên dùng thép khơng gỉ chịu được axit (inox mã hiệu 316) Đối với hệ thống hóa lỏng, bầu bốc hơi là thiết bị đặc biệt, khơng có sẵn trên thị trường Vì vậy, thiết bị này phải được tính tốn, thiết kế sao cho đạt được u cầu đặt ra: Ta có Q0 = 32 kw... 3,14.0,016 = 0,05m 2 - Dien tích bề mặt ngồi 1m ống: Fcl = π ( Dc2 − d ng2 ) 2 δc = 3,14(0, 022 2 − 0,019 2 = 0,155m 2 2.0,00 125 - Hệ số cánh : β= Fcl 0,755 = = 3,1 Ftr 0,05 Chọn vận tốc nước giải nhiệt : ω =1 ,2( m/s ) [theo tài liệu máy lạnh ] C- Tính tốn nhiệt bình ngưng : 1 Số ống trong 1 đường ống: Nhóm 3 15 GVHD: Nguyễn Văn Pha n1 = 4Gw 4 .2, 036 = = 8,5 2 πρ w d tr w 3,14.1000.(0,016) 2 1 ,2 Với ρ w =1000kg/m3... ∆Pd = 2. i.δ ωn 2 Theo kết quả ở mục IV ta chọn l=0, 024 d tr 2 - Đường kính trong của ống : d tr = 4 .2, 036 ≈ φ 40 3,14.1,4.1000 Vậy tổn thất đường ống là : ∆Pd = 0, 024 .37.1000.1,4 2 = 21 756 Pa 0,04 .2 d Tổn thất cục bộ ς ω 2 ∆Pcb = ξ 2 Trở kháng từ bể vào ống ξ = 0,5 (theo tài liệu máy lạnh) trang 308 ∆Pcb1 = 0,5 1000.1,4 2 = 490 Pa 2 -Trở kháng qua các cút 900 ( 3 cút) ξ = 0,6.3 = 1,8 [ theo tài liệu. .. m = 0, 75 3 42, 6.103 8158,5.0, 028 6.0, 016.8 ⇒ m = 8,5 chọn m = 9 Số hàng ống theo chiều đứng: nz = m = 9 và nz/ 2 = 4,5 5 Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng tụ R 22: −0,167 ∆h.β 23 .g  nz  α a = 0, 72 4  ÷ v.d g  2 β θ −0 ,25 ϕc ∆l = qk = 22 4, 2 kJ / kg Nhóm 3 17 GVHD: Nguyễn Văn Pha ϕc = 1,3 Fd 0,75  d ng  Fn E  / ÷+ Fng  h  Fng Fd = 0,155 m 2 Fn = Fng − Fd = 0,1736 − 0,155 = 0, 0 52 m 2 h/ - chiều... khi n1 =9 ống la ω = 1 ,2( m/s) 2 Xác định hệ số toả nhiệt về phía giải nhiệt : Dựa vào hệ số Renold và Nusselt ta xác định được hệ số toả nhiệt : RC = ω.Dtr v - Độ nhớt động học ở 350C là υ = 0,7 32. 10-6m/s 1, 2. 0, 016 6 Vậy Re = 0, 7 32. 10−6 = 0, 026 3.10 = 26 229 ,5 Re > 10.000, nên lấy là chế độ chảy rối: Chuẩn Nusselt : Nu =0, 021 Re0,8 Pr0,43 ε l ε l - hệ số hiệu chỉnh tính đến hệ số tỏa nhiệt tăng theo ... 0,1 mH2O ⇒ ∆pcb1 = 1, 42 = 0,1mH 2O 2. 9,81 b Tổn thất chỗ ống (co hẹp) ∆Pcb2 = ε V 22 , mH 2O 2g V2 = 1, m / s vận tốc nước ống hút ξ = 0,5 ⇒ ∆pcb2 = 0,5 1, 42 = 0, 05 mH 2O 2. 9,81 c Tổn thất ngõ... 50C) Tách nước hấp thụ Làm mát CO2 nước Làm lạnh, hóa lỏng CO2 (-300C) Máy lạnh phụ trợ Bồn chứa CO2 lỏng Bơm xe bồn Sản xuất Co2 rắn 2. 3 Thiết bị hóa lỏng CO2 2. 3.1 – Máy nén khí Máy nén khí... khí lò, nguồn CO2 q trình lên men, nguồn CO2 từ carbonat tự nhiên… Trong đồ án chọn nguồn phát sinh khí CO 2, nói đạt hiệu cao nhất, nguồn CO2 q trình lên men rượu 1 .2- Nguồn CO2 q trình lên