MH 29 GIÁO TRÌNH máy LẠNH hấp THỤ HOÀN THIỆN 18 7 2013

1 BỘ LAO ĐỘNG - THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỔNG CỤC DẠY NGHỀ GIÁO TRÌNH Tên môn học: Máy lạnh hấp thụ NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP NGHỀ Ban hành kèm theo Quyết định số: 120 /QĐ – TCDN Ngày 25 tháng năm 2013 Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề Hà Nội, Năm 2013 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thông tin 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 Nhu cầu lượng xã hội đại ngày tăng, nguồn lượng dự trữ ngày cạn kiệt Nhu cầu sử dụng hệ thống lạnh ngày tăng việc thiết kế, chế tạo sử dụng hệ thống lạnh sử dụng nguồn lượng nhiệt thải, lượng mặt trời … hướng quan trọng để góp phần giải vấn đề lượng Cuốn giáo trình “Máy lạnh hấp thụ ’’ cung cấp kiến thức nguyên lý làm việc phương pháp tính toán chu trình loại máy lạnh hấp thụ, hấp phụ rắn Giáo trình biên soạn dùng cho chương trình Trung cấp nghề KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ Giáo trình dùng để giảng dạy Trường Trung cấp nghề làm tài liệu tham khảo cho trường có hệ đào tạo đề cương giáo trình bám sát chương trình khung quốc gia nghề Cấu trúc giáo trình gồm chương thời gian 15 tiết Giới thiệu chu trình máy lạnh hấp thụ tập tính toán chu trình số máy lạnh hấp thụ Trong trình biên soạn, tác giả tham khảo nhiều tài liệu tác giả nước nước Mặc dù có nhiều cố gắng giáo trình chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng mong nhận ý kiến đóng góp để giáo trình chỉnh sửa ngày hoàn thiện Mọi ý kiến xin gửi Bộ môn nhiệt lạnh Trường Đại học công nghiệp Hà Nội Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2012 Tham gia biên soạn Chủ biên: Thạc sĩ Nguyễn Xuân Bình MỤC LỤC ĐỀ MỤC Lời giới thiệu Mục lục Chương trình môn học Máy lạnh hấp thụ MÁY LẠNH HẤP THỤ Đại cương Chu trình lý thuyết Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr) Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước Máy lạnh hấp thụ hai nhiều cấp Máy lạnh hấp thụ khuếch tán Máy lạnh hấp thụ chu kỳ Tài liệu tham khảo TRANG 5 12 17 27 29 31 37 TÊN MÔN HỌC: MÁY LẠNH HẤP THỤ Mã môn học: MĐ 29 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trò môn học: - Môn học Máy lạnh hấp thụ đưa vào học sau sinh viên học môn học, mô đun kỹ thuật sở chuyên môn; - Là môn học thiên lý thuyết: Các tập ứng dụng chủ yếu tham quan, tìm hiểu sơ đồ, catalog làm sáng tỏ vấn đề lý thuyết Mục tiêu môn học: - Trình bày chức năng, nhiệm vụ, cấu tạo, hoạt động thiết bị hệ thống lạnh hấp thụ, hấp phụ rắn - Phân tích kiến thức kỹ thuật máy lạnh điều hòa không khí sử dụng công nghệ khác với công nghệ máy lạnh nén - Phân biệt khác cấu tạo, nguyên lý làm việc hệ thống lạnh thông thường (máy lạnh nén hơi) với máy lạnh hấp thụ, hấp phụ rắn Nắm ưu nhược điểm, phạm vi, hướng phát triển hệ thống máy lạnh này; - Nhận biết thiết bị hệ thống lạnh hấp thụ, hấp phụ rắn; - Có lòng yêu nghề, ham thích tìm hiểu hệ thống lạnh khác Nội dung môn học: Số Thời gian Tên chương/ mục TT Kiểm Thực tra* Tổng Lý hành (LT số thuyết Bài tập TH) I Máy lạnh hấp thụ 15 11 Đại cương Chu trình lý thuyết Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr) Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước Máy lạnh hấp thụ hai nhiều cấp Máy lạnh hấp thụ khuếch tán Máy lạnh hấp thụ chu kỳ: Kiểm tra Cộng 15 11 MÁY LẠNH HẤP THỤ Mã chương: MH29 – 01 Giới thiệu: Vấn đề tiết kiệm lượng giai đoạn toàn xã hội quan tâm thực Máy lạnh hấp thụ có ưu điểm không dùng nguồn lượng điện mà chủ yếu sử dụng nguồn lượng nhiệt có nhiệt độ thấp, máy lạnh hấp thụ hoàn toàn tận dụng nguồn nhiệt thừa nhà máy thải : Nhiệt độ hơi, nhiệt độ khói thải… Mục tiêu: - Trình bày sơ đồ nguyên lý số hệ thống máy lạnh hấp thụ : Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước; Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr); Máy lạnh hấp thụ hai nhiều cấp; Máy lạnh hấp thụ khuếch tán; Máy lạnh hấp thụ chu kỳ - Trình bày nguyên tắc hoạt động hệ thống máy lạnh hấp thụ - Giải toán đơn giản liên quan đến hệ thống máy lạnh hấp thụ - Giải thích ưu nhược điểm hệ thống máy lạnh hấp thụ - Tra đồ thị h - ξ cho hỗn hợp NH3/H2O; đồ thị lg P – 1/TH, thành thạo - Tra thông số tính toán bảng, biểu thành thạo - Kỹ giải toán máy lạnh hấp thụ - Rèn tính cẩn thận, xác, trung thực, có ý thức tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường Nội dung chính: ĐẠI CƯƠNG: Máy lạnh hấp thụ giữ vai trò quan trọng kỹ thuật lạnh Máy lạnh hấp thụ chu kỳ H2O/H2SO4 Lesli phát minh năm 1810 máy lạnh hấp thụ liên tục NH3/H2O carré phát minh năm 1850 Với chặng đường phát triển gần 200 năm, ngày loại máy lạnh khác hoàn chỉnh sử dụng có hiệu nhiều nước giới Liên Xô cũ Mỹ Ưu điểm lớn máy lạnh hấp thụ không cần điện năng mà sử dụng nguồn nhiệt có nhiệt độ không cao (80 ÷ 1500C) để hoạt động Chính thế, máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc sử dụng hợp lý nguồn lượng khác nhau, tận dụng nhiệt thừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền dạng nước nóng, trích từ tua bin nhà máy nhiệt điện, từ lò nhà máy thực phẩm, công nghiệp nhẹ từ sản phẩm cháy khí thải công nghiệp Ưu điểm máy lạnh hấp thụ đơn giản, kết cấu chủ yếu thiết bị trao đổi nhiệt trao đổi chất, chế tạo dễ dàng, phận chuyển động bơm dung dịch, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản, sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng, máy làm việc ồn rung Trong vòng tuần hoàn môi chất dầu bôi trơn nên bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăng máy lạnh nén NH3 Máy lạnh hấp thụ có nhược điểm cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn so với máy lạnh nén Lượng nước làm mát tiêu thụ lớn hơn, phải làm mát thêm bình hấp thụ Tuy nhiên, điều kiện Việt Nam, máy lạnh hấp thụ phù hợp, mặt chế tạo vận hành đơn giản, không cần điện mà dùng than, củi để chạy máy CHU TRÌNH LÝ THUYẾT: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ lý thuyết biểu diễn hình 1.1 Các trình máy lạnh hấp thụ: - - Quá trình nén, thực nhờ vòng tuần hoàn dung dịch qua thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh tiết lưu dung dịch Cũng tập hợp thiếtbị gọi máy nén nhiệt - - Quá trình ngưng tụ xảy thiết bị ngưng tụ - - Quá trình tiết lưu - - Quá trình bay thực thiết bị bay Qk NT TL Pk SH TLDD BDD QH P0 BH HT QA Q0 Hình 1.1- Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ SH - Bình sinh HT - Bình hấp thụ BDD - Bơm dung dịch TLDD - Tiết lưu dung dịch Đường tuần hoàn môi chất lạnh Đường tuần hoàn dung dịch Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ hay máy mén nhiệt sau: Bình hấp thụ HT “hút” hấp thụ môi chất sinh từ bình bay BH, cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu dung dịch đến Do nhiệt độ thấp dung dịch loãng hấp thụ môi chất để trở thành dung dịch đậm đặc Nhiệt toả trình hấp thụ thải cho nước làm mát Dung dịch đậm đặc bơm dung dịch bơm lên bình sinh Ở nhờ nhiệt độ cao, môi chất bị tách khỏi dung dịch đậm đặc áp suất cao để vào thiết bị ngưng tụ Ở thiết bị ngưng tụ môi chất nhường nhiệt cho môi trường làm mát ngưng tụ lại thành lỏng môi chất vào thiết bị tiết lưu Môi chất qua thiết bị tiết lưu áp suất nhiệt độ giảm xuống vào bình bay Ở bình bay môi chất nhận nhiệt vật cần làm lạnh bay dung dịch loãng bình hấp thụ hấp thụ khép kín vòng tuần hoàn môi chất lạnh Trong chu trình bình sinh gia nhiệt nước khí nóng, lượng mặt trời… Toàn thiết bị phía TL, TLDD bơm có áp suất ngưng tụ p k thiết bị phía có áp suất p0 Sau sinh hơi, dung dịch đậm đặc trở thành dung dịch loãng qua van TLDD trở bình hấp thụ, khép kín vòng tuần hoàn dung dịch Để hiểu rõ nguyên tắc hoạt động máy lạnh hấp thụ ta so sánh sơ đồ đơn giản máy lạnh hấp thụ với máy lạnh nén sau: Chu trình máy lạnh hấp thụ Chu trình máy lạnh nén Qk Qk NT TL Pk NT SH TLDD BDD QH P0 TL Pk P0 BH HT QA MN BH 1 Q0 Q0 Phương trình cân nhiệt qk + qA = q0 + qH + qB Trong đó: qk - Năng suất nhiệt riêng, kJ/kg q0 - Năng suất lạnh riêng, kJ/kg qA - Nhiệt hấp thụ riêng, kJ/kg qH - Nhiệt riêng tiêu tốn cho trình qk = q0 + l Trong đó: qk - Năng suất nhiệt riêng, kJ/kg q0 - Năng suất lạnh riêng, kJ/kg l - Công nén riêng, kJ/kg sinh hơi, kJ/kg; qB - Nhiệt riêng tiêu tốn cho bơm dung dịch, kJ/kg; Hệ số lạnh máy lạnh nén hơi: ε= q0 l Hệ số lạnh máy lạnh hấp thụ: ξ= q0 q0 Vì qB Trong đó: ζr - Nồng độ dung dịch đậm đặc; ζa - Nồng độ dung dịch loãng; ∆ζ - Còn gọi vùng khử khí, nghĩa hiệu nồng độ đậm đặc loãng vùng khử khí phải dương MÔI CHẤT DÙNG TRONG MÁY LẠNH HẤP THỤ: Trong máy lạnh hấp thụ, kèm với môi chất lạnh phải có chất hấp thụ, thường người ta gọi cặp môi chất Có hai loại cặp môi chất: hấp thụ (liên kết hóa học) hấp phụ (liên kết học) Cặp môi chất hấp thụ: cặp môi chất có liên kết hóa học với (lỏng rắn) như: H2O/CaCl2; NH3/H2O; H2O/Silicagel… Cặp môi chất hấp phụ cặp môi chất có liên kết học với H2O/Zeôlit Trong ký hiệu cặp môi chất chất có nhiệt độ sôi thấp (môi chất lạnh) viết trước, chất hấp thụ viết sau hai ký hiệu gạch chéo * Ví dụ: NH3/H2O ( NH3 môi chất; H2O chất hấp thụ) H2O/BrLi (H2O môi chất; BrLi chất hấp thụ) Yêu cầu cặp môi chất: - Có tính chất nhiệt động tốt - Không độc hại, dễ cháy, dễ nổ - Không ăn mòn vật liệu chế tạo máy - Phải rẻ tiền, dễ kiếm… Ngoài cặp môi chất cần phải: - Hòa tan hoàn toàn vào nhiệt độ sôi điều kiện áp suất xa tốt, để môi chất lạnh sinh bình sinh không lẫn chất hấp thụ - Nhiệt dung riêng dung dịch phải bé, đặc biệt máy lạnh hấp thụ chu kỳ để tổn thất nhiệt khởi động máy nhỏ Để tính toán trình làm việc máy lạnh hấp thụ người ta dựa vào định luật Raunlt áp dụng cho hỗn hợp “lý tưởng” hai nhiều thành phần Đối với hỗn hợp hai thành phần ta có: Quan hệ áp suất với nồng độ mol thành phần hợp p(T) = ψ’1.p1(T) + ψ’2.p2(T) Trong đó: p(T) - Tổng áp suất hệ thống nhiệt độ T, MPa ψ’1, ψ’2 - Nồng độ mol thành phần hỗn hợp, kmol thành phần/kmol hỗn hợp; p1(T), p2(T) - Phân áp suất thành phần, MPa Phương trình (1.3) có điều kiện phụ là: ψ’1 + ψ’2 = Quan hệ nồng độ khối lượng ζ nồng độ mol sau ξ ψ= Μ ξ + (1− ξ ) Μ1 Ở ψ = ψ2 ξ = ξ2 nồng độ môi chất lạnh dung dịch, ξ (kg thành phần/kg hỗn hợp) 10 Hình 1.2 Đồ thị h - ξ cho hỗn hợp NH3/H2O 23 Thiết bị hồi nhiệt I: qHNI = h2 - h3 = h6 - h5 Thiết bị hồi nhiệt II: qHNII = (h12 - h11) md = ; mr = mr md ξd − ξa ξr − ξa Thay md mr vào phương trình xét tam giác đồng dạng – 10 12 – c - a ta có: qHNII = - hc Hay đoạn thẳng a - c Nhiệt lượng nhiệt lượng thu hồi cấp trở lại bình sinh Ở bình hấp thụ người ta đỡ tốn lượng nước làm mát để lấy lượng nhiệt thừa * Bài tập chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O: Bài tập 1: Cho máy lạnh hấp thụ NH3/H2O có nhiệt độ gia nhiệt tH = 100 C với dòng nhiệt cấp công suất Q H = MW Hãy xác định suất lạnh máy lạnh trường hợp a) t0 = 50C b) t0 = -300C Nhiệt độ ngưng tụ hai trường hợp t K = 250C hiệu suất exergi ν = 0,3 Lời giải: Hiệu suất exergi chu trình tính theo công thức: E ν = EH Trong đó: E0 – Dòng exergi suất lạnh: Tu − T0* E0 = Q T0* EH – Dòng exergi dòng nhiệt cấp: TH* − Tu* EH = Q H TH* Hệ số lạnh máy lạnh hấp thụ: 24 Q0 Q0 E H E T0* TH* − Tu ξ= = = ν Q H E Q H E H Tu − T0* TH* Ở đây: Q = ξ Q H = = T0 T − Tk H ν Q H Tk − T0 TH T0 ( 373 − 298) 0,3.1 MW 298 − T0 373 Q = 0,06 T0 298 − T0 MW Vậy với: t0 = 50C , T0 = 278 K; Q0 = 0,84 MW t0 = -300C , T0 = 243 K; Q0 = 0,27 MW Bài toán bỏ qua giảm hiệu suất exergi giảm nhiệt độ sôi, thấy suất lạnh giảm mạnh nhiệt độ sôi giảm Bài tập 2: Cho biết máy lạnh hấp thụ NH 3/H2O vận hành với tH = 1300C, nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C, nhiệt độ bay t = -150C Giả sử trình chưng cất làm việc hoàn thiện tới ξd = kg/kg nhiệt độ nước làm mát cho dàn ngưng tụ, dàn hấp thụ dàn ngưng phụ giống Hãy xác định chế độ làm việc thiết bị cao áp hạ áp, giả thiết chế độ làm việc tổn thất nồng độ dung dịch đậm đặc loãng Lời giải: Chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O biểu diễn hình 1.17 Từ đồ thị h - ξ dung dịch NH3/H2O hình 1.2 tra điểm nút trình sau: Áp suất sôi p0 áp suất hấp thụ pA điểm cắt ξd = kg/kg đường đẳng nhiệt t0 = -150C (điểm đồ thị); tra p0 = pA = 0,23MPa Áp suất ngưng tụ áp suất bình sinh điểm cắt ξd = kg/kg đường đẳng nhiệt tk = 1300C (điểm đồ thị); tra pk = pH = 1,2MPa Nồng độ dung dịch đậm đặc dung dịch loãng tra sau: - Dung dịch đậm đặc khỏi dàn hấp thụ (trạng thái điểm 10) giao điểm p0 với tk Từ đồ thị tra được: ξr = 0,42 kg/kg 25 - Dung dịch loãng khỏi bình sinh (trạng thái điểm 7) giao điểm tk với tH Từ đồ thị tra ξa = 0,2 kg/kg Vùng khử khí: ∆ξ = ξr - ξa = 0,42 – 0,2 = 0,22 kg/kg > Bài tập 3: Xác định thông số điểm nút cho máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hình 1.6, chu trình biểu diễn hình 1.17 cho biết: - tH = 1300C; tk = 300C; t0 = -150C - Tháp tinh luyện làm việc hoàn thiện đến ξd = kg/kg - Nhiệt độ nước làm mát cho dàn ngưng, dàn hấp thụ dàn ngưng phụ giống - Các hồi nhiệt I II tính toán với ∆tmin = 5K Lời giải: Giả thiết bình sinh hấp thụ làm việc lý tưởng, lạnh sau ngưng tụ nhiệt sau bay Theo đầu có: t1 = t2 = t10 = tk = 300C t4 = t5 = t0 = -150C ; t7 = tH = 1300C Từ kết tập có: p0 = pA = 0,23MPa; pk = pH = 1,2MPa Từ đồ thị h - ξ dung dịch NH3/H2O hình 1.2 tra điểm nút trình sau: Bảng 1.1 Thông số điểm nút chu trình máy lạnh NH3/H2O: P,Mpa 1,2 t, 0C 30 h,kJ/kg 1620 ξ,kg/kg 1,0 M 1,2 30 480 1,0 1,2 10 380 1,0 0,23 -15 380 1,0 0,23 -15 1480 1,0 0,23 25 1580 1,0 1,2 130 480 0,2 2,64 1,2 35 270 0,2 2,64 0,23 35 270 0,2 2,64 10 0,23 30 30 0,42 3,64 11 1,2 30 30 0,42 3,64 12 1,2 85 330 0,42 3,64 Đối với hồi nhiệt I hiệu nhiệt độ tối thiểu ∆tmin nằm phía nón, vậy: t6 = t2 - ∆tmin = 30 - = 250C Từ đồ thị lgp – h NH 3, nhiệt lượng trình trượt bình hấp thụ xác định cách dễ dàng: h6 - h5 = 100 kJ/kg mà h6 = 1580 kJ/kg ⇒ h5 = 1480 kJ/kg Phương trình cân entanpi hồi nhiệt I ta có: h2 - h3 = h6 - h5 ⇒ h3 = h2 - (h6 - h5) = 480 – 100 = 380 kJ/kg mà: h4 = h3 = 380 kJ/kg Nhiệt độ điểm (trạng thái lỏng lạnh) đọc đồ thị h - ξ: t3 = 100C Nếu quy định: 26 md = md md = ; mr = mr md = ; ma = ma =1 md Là đại lượng không thứ nguyên đó: md = Q0 kg / s q0 Thì: m1 = m = m = m = m = m = Lưu lượng dung dịch đậm đặc không thứ nguyên: mr = ξd − ξa − 0,2 = = 3,64 ξ r − ξ a 0,42 − 0,2 Lưu lượng dung dịch loãng không thứ nguyên: ma = mr - md = 3,64 - = 2,64 Công suất bơm tính gần theo công thức sau: Nb v -3 = m10 ( p k − p ) 10 với v10 ≅ 10 m /kg ηb =0,6 md ηb Ta có: Và: −3 Nb 10 = 3,64 (1,2 − 0,23).10 = kJ / kg md 0,6 (1 − η b ) Nb = 0,4.6 = 2,4 kJ / kg md Đó giá trị bé, nằm phạm vi sai số đọc từ đồ thị nên bỏ qua Do đó: h11 ≅ h10 = 30 kJ/kg Ở thiết bị hồi nhiệt II, hiệu nhiệt độ tối thiểu ∆tmin = 5K nằm phía nhiệt độ thấp hồi nhiệt, vậy: t8 = t11 + ∆tmin = 30 + = 350C Suy ra: h8 = 270 kJ/kg (lỏng lạnh) Từ đồ thị tra điểm (dung dịch loãng sau tiết lưu) trạng thái lỏng, entanpi lẫn nhiệt độ không đổi h9 = h8 = 270 kJ/kg; t9 = t8 = 350C Entanpi điểm 12 xác định phương trình cân lượng hồi nhiệt II 27 h 12 = ma (h − h ) + h 11 = 330 kJ / kg mr Điểm 12 nằm đường bão hòa lỏng có áp suất p k Nhiệt độ xác định qua đường đẳng nhiệt qua điểm 12: Từ đồ thị tra được: t12 = 850C MÁY LẠNH HẤP THỤ HAI VÀ NHIỀU CẤP: Đối với máy lạnh hấp thụ, điều kiện vùng khử khí phải dương ∆ξ > điều kiện nhiệt động để trì máy lạnh hấp thụ hoạt động, điều kiện dẫn tới tỷ số nhiệt nhỏ người ta sử dụng máy lạnh hấp thụ hai hay nhiều cấp Đối với máy lạnh hấp thụ cấp, thông số t k, t0 tH có giá trị giới hạn không vượt qua Ta thấy rõ giá trị giới hạn đồ thị lgp – (1/T) lgp 1’ 6’ 2’ ξ =1 ξa Pk ξa’ 4’5’ 3” T0" P’k P’0 T0 11 = TK TA TH Hình 1.18 - Giá trị giới hạn máy lạnh hấp thụ cấp đồ thị lp – 1/T T Chu trình máy lạnh cấp bình thường bao gồm trình sinh – - – - Quá trình hấp thụ – - điểm ngưng tụ là bay Nếu giữ nguyên nhiệt độ gia nhiệt tH tk lớn lên, dịch dần phía trái ξr nhỏ dịch dần phía phải Khi nhiệt độ ngưng tụ tiến tới điểm 2’ điểm 1’ 6’ trùng lên Nồng độ dung dịch đậm đặc dung dịch loãng nhau, vùng khử khí không, p’k ứng với t’k giới hạn áp suất nhiệt độ ngưng tụ Tương tự giữ nguyên t H tk hạ t0 xuống t”0 28 nồng độ dung dịch đậm đặc tiến tới nồng độ dung dịch loãng Vùng khử khí không t”0 giới hạn nhiệt độ bay Từ phương pháp tính toán người ta dựng đồ thị nhiệt độ giới hạn cho máy lạnh hấp thụ cấp Đồ thị nhiệt độ giới hạn cho máy lạnh hấp thụ cấp với cặp môi chất NH 3/H2O biểu diễn hình 1.17 Những đường nhiệt độ giới hạn xác định với giả thiết vùng khử khí ∆ξ = 0, trình hấp thụ, sinh hơi, chưng luyện hoàn hảo trình trao đổi nhiệt thuận nghịch Các nhiệt độ giới hạn cực tiểu (t tH) cực đại tk Bởi với chu trình thực, tùy theo chất lượng thiết bị phải điều chỉnh lại ± 10 đến ± 20K Ví dụ nhiệt độ gia nhiệt t H = 1000C nhiệt độ ngưng tụ tk = 400C, ta đạt nhiệt độ t0 = -120C mà đạt từ -2 đến -80C mà Muốn đạt nhiệt độ thấp ta phải dùng máy lạnh hấp thụ hai hay nhiều cấp Q K PK=PCA NT SHC QHC HN3 SHT PTA QHT BDDC QAC HN1 HN2 BH PHA=P0 HTC HTT BDDT Q0 QAT Hình 1.19 - Sơ đồ ghép nối máy lạnh hấp thụ hai cấp Một tiết lưu cấp nhiệt độ bay Hai tiết lưu, hai cấp nhiệt độ bay hơi, có ngưng tụ hồi lưu cho bình sinh cấp hạ áp 29 Các phương pháp lắp ghép cấp máy lạnh hấp thụ với tương tự cách lắp ghép cấp máy lạnh nén hơi, trừ trường hợp ghép tầng sử dụng máy lạnh hấp thụ Ngoài ghép máy lạnh hấp thụ với máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp thụ thông thường với máy lạnh hấp thụ … để đạt nhiệt độ thấp Phương pháp lắp ghép máy lạnh cấp đơn giản biểu diễn hình 1.19 Chu trình gồm hai bình sinh hai bình hấp thụ ứng với hai cấp áp suất thấp áp cao áp SHC, SHT HTT, HTC Hơi môi chất sinh bình sinh cao áp SHC đưa vào dàn ngưng tụ, môi chất sinh bình sinh thấp áp SHT đưa vào bình hấp thụ cao áp HT C Bình hấp thụ thấp áp HTT hấp thụ môi chất từ bình bay Ba thiết bị hồi nhiệt HN1, HN2, HN3 làm nhiệm vụ trao đổi nhiệt, tăng hiệu suất nhiệt cho chu trình lạnh Trong trường hợp tiết lưu chế độ bay môi chất từ bình ngưng tụ thẳng tời HN1 qua tiết lưu vào dàn bay Trường hợp có hai chế độ bay cần hai van tiết lưu Đầu tiên môi chất lỏng qua van tiết lưu thứ vào bình trung gian có áp suất trung gian Từ phần lỏng bay bình bay nhiệt độ cao Hơi dẫn trực tiếp vào bình hấp thụ cao áp Phần lỏng lại dẫn qua HN1 qua van tiết lưu để bay dàn bay có nhiệt độ thấp Ở sơ đồ người ta thường tách phần lỏng từ bình trung gian để thực ngưng tụ hồi lưu bình sinh áp thấp Như bình ngưng bình sinh cao áp có áp suất cao pk Bình hấp thụ thấp áp bình bay nhiệt độ thấp có áp suất thấp p Các thiết bị bình trung gian, bình bay nhiệt độ cao, bình sinh thấp áp, bình hấp thụ cao áp có áp suất trung gian ptg Thường người ta tính chọn ptg cho tỷ số nhiệt đạt cực đại MÁY LẠNH HẤP THỤ KHUẾCH TÁN: Có hai loại máy lạnh hấp thụ khuếch tán Máy lạnh hấp thụ khuếch tán Mauri người Thụy Điển có công suất lớn sử dụng công nghiệp Máy có nhiệt độ sôi thay đổi phù hợp với việc hạ thấp nhiệt độ không khí dần xuống nhiệt độ yêu cầu nhằm nâng cao hiệu suất máy lạnh Máy lạnh hấp thụ khuếch tán công suất lớn có bơm dung dịch chi tiết chuyển động Nhưng ngày nói đến loại máy lạnh hấp thụ khuếch tán người ta thường nghĩ đến tủ lạnh hấp thụ gia đình, với công suất lạnh nhỏ Sự đời máy lạnh hấp thụ kiểu xuất phát từ ý nghĩ chế tạo máy lạnh hấp thụ hoàn toàn chuyển động Để thực điều phải dùng loại khí trơ nạp vào hệ thống để cân áp suất bay với phần ngưng tụ sinh Sự tuần hoàn dung dịch hệ thống thực bơm xiphông sai khác nhiệt độ dẫn tới độ chênh lệch khối lượng riêng độ chênh cột lỏng Đầu tiên người ta sử dụng nitơ làm khí trơ thất bại có phần tử lượng gần amoniắc Ngày người ta dùng hyđrô Hyđrô có tính khuếch tàn tốt Phân tử lượng nhỏ nhiều amôniắc Trong áp suất 30 nhiệt độ amôniắc có xu lắng xuống hyđrô chuyển động lên tỷ trọng khác Đó điều kiện tiên cho việc tuần hoàn chất hệ thống lý thử nghiệm thành công hyđrô để cân áp suất hai kỹ sư Thụy Điển Platen Munter H2 q0 10 qA qB 11 12 Hình 1.20 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy lạnh hấp thụ khuếch tán - Đèn; - Xiphông; - Bình sinh hơi; - Ngưng tụ hồi lưu; - Dàn ngưng; - Bình chứa H2; - Dàn bay hơi; Buồng lạnh; - Hồi nhiệt dòng hơi; 10 - Dàn hấp thụ; 11 Bình chứa dung dịch; 12 - Hồi nhiệt dung dịch lỏng * Nguyên tắc hoạt động: Máy lạnh hấp thụ khuếch tán có vòng tuần hoàn: - Vòng tuần hoàn thứ nhất: Vòng tuần hoàn môi chất lạnh amôniăc Môi chất lạnh từ bình sinh vào dàn ngưng, ngưng tụ chảy vào dàn bay hay gọi dàn khuếch tán Hơi NH khuếch tán vào khí H2 từ áp suất riêng phần không lên đến áp suất tương ứng với nhiệt độ buồng lạnh sau theo khí H2 lắng dần dàn hấp thụ hỗn hợp NH3 + H2 nặng Sau hấp thụ NH3 dung dịch trở thành đậm đặc bơm xiphông bơm trở lại bình sinh - Vòng tuần hoàn thứ 2: vòng tuần hoàn dung dịch 31 Vòng tuần hoàn giống máy lạnh hấp thụ bình thường Dung dịch đậm đặc bơm xiphông bơm xiphông bơm từ dàn hấp thụ vào bình sinh Dung dịch sau sinh amôniăc, trở thành dung dịch loãng Do chênh lệch cột lỏng dung loãng tự chảy dàn hấp thụ - Vòng tuần hoàn 3: Vòng tuần hoàn hyđrô Khí hyđrô dàn khuếch tán theo NH lắng dần dàn hấp thụ Hơi NH3 dung dịch hấp thụ dần Hỗn hợp NH nhẹ Dòng hỗn hợp chuyển động dần lên đỉnh dàn hấp thụ Khi hết NH 3, hyđrô chuyển động trở lại dàn bay Bình chứa hyđrô dùng để cân áp suất nhiệt độ bên thay đổi Trong máy lạnh hấp thụ khuếch tán có bố trí hai thiết bị hồi nhiệt, NH3, H2 vào khỏi dàn bay hơi, cho dung dịch loãng dung dịch đậm đặc vào khỏi bình sinh Bơm xiphông làm việc theo nguyên tắc thay đổi tỷ trọng Dung dịch đốt nóng sinh giọt nhỏ, bọt có tác dụng kéo theo lỏng chảy vào bình sinh Trong thực tế người ta đạt vòng tuần hoàn lý tưởng Ví dụ dàn ngưng lý thuyết hyđrô thực tế có lẫn hyđrô, khỏi dàn hấp thụ hyđrô tinh khiết thực chất có lẫn amôniăc nước, nhiên bỏ qua tính toán MÁY LẠNH HẤP THỤ CHU KỲ: Máy lạnh hấp thụ chu kỳ loại máy lạnh đơn giản làm việc gián đoạn Do nhược điểm hệ số nhiệt nhỏ, khó tự động hóa, máy lạnh hấp thụ chu kỳ không ứng dụng mục đích kết hợp với lượng mặt trời nhiệt thải công nghiệp 2 1 Hình 1.21 - Nguyên tắc hoạt động máy lạnh hấp thụ chu kỳ (Carre) (a) Chu kỳ đốt nóng: - Sinh hơi; - Ngưng tụ; - Nước làm mát; - Đèn cồn (b) Chu kỳ làm lạnh: - Hấp thụ; – Bay hơi; - Nước làm mát; - Buồng lạnh 32 Hình 1.21 mô tả thiết bị lạnh chu kỳ Carré (Pháp) chế tạo vào kỷ 19 dùng cặp môi chất NH3 H2O Thiết bị gồm hai bình chứa nối thông đường ống Bình chứa đựng dung dịch đậm đặc, làm nhiệm vụ bình sinh hấp thụ bình ngưng tụ bay Ở chu kỳ đốt nóng, bình (sinh hơi) gia nhiệt đèn bình (ngưng tụ) làm mát nước Hơi amôniăc sinh bình ngưng tụ lại bình Trong hệ thống có áp suất ngưng tụ Đến chu kỳ làm lạnh, toàn thiết bị quay ngược lại Bình làm mát nước trở thành bình hấp thụ, bình trở thành bình bay đặt vào buồng cần làm mát để thu nhiệt môi trường hay chất tải lạnh Nhờ có ống nối bố trí sâu xuống bình nên lật ngược lại NH3 lỏng không thoát bình hấp thụ mà có NH thoát Do cách bố trí đầu ống phía bình nên dễ dàng vào bình ngưng tụ chu kỳ đốt nóng lại sục qua dung dịch chu kỳ làm lạnh, làm tăng tốc độ hấp thụ lên nhiều Cũng lý hai chức chu kỳ đốt nóng làm lạnh nên bình gọi bình hấp thụ - sinh hơi, bình bình bay - ngưng tụ Máy lạnh hấp thụ chu kỳ dùng chất hấp thụ lỏng có số nhược điểm là: - Do đặc điểm vận hành nên khó tự động hóa chu trình - Nước bị tích tụ lại dàn bay sau nhiều chu kỳ làm việc - Có nguy gây nổ quên chuyển chu kỳ đốt nóng sang chu kỳ làm lạnh - Khó bố trí đường sục vào dung dịch chu kỳ làm lạnh Ở người ta phải lật toàn thiết bị Hình 1.22 - Nguyên tắc tủ lạnh Protos Normeli - Bình sinh - hấp thụ - Dàn ngưng - Dây điện trở4- Bình chứa - Dàn bay - Vỏ cách nhiệt tủ lạnh 33 Ngày máy lạnh hấp thụ chu kỳ giải tồn nguy gây nổ, phương pháp bố trí đường hơi, tích tụ nước dàng bay vấn đề tự động hóa Sử dụng chất hấp thụ rắn khắc phục số nhược điểm Hình 1.22 giới thiệu máy lạnh chu kỳ đơn giản Normelli (Thụy Điển) hãng Simens chế tạo Máy lạnh sử dụng cặp môi chất NH 3/CaCl2 nên loại trừ nguy gây nổ kéo dài chu kỳ đốt nóng mức tích tụ dung dịch dàn bay hơi… Dây đốt điện đặt bình sinh - hấp thụ có nhiệm vụ gia nhiệt cho liên kết hóa học CaCl2 (2…8) NH3 để sinh NH3 Hơi NH3 sinh vào dàn ngưng tụ không khí, ngưng tụ lại chứa vào bình chứa Đến chu kỳ làm lạnh, ngắt mạch điện cấp cho bình sinh - hấp thụ Nhiệt hấp thụ thải cho không khí làm mát cánh tỏa nhiệt Ở đây, nhận nhược điểm mặt lượng máy lạnh là: Nhiệt cấp cho bình sinh chu kỳ đốt nóng bị tổn thất môi trường qua cánh tản nhiệt, lạnh sôi dàn bay bị cánh tản nhiệt dàn ngưng làm nóng lên trước vào bình hấp thụ Nhưng phải chấp nhận nhược điểm để máy lạnh có kết cấu đơn giản hình vẽ * Các bước cách thức thực công việc: THIẾT BỊ, DỤNG CỤ, VẬT TƯ: (Mỗi học sinh phải trang bị) TT Loại trang thiết bị Số lượng Giấy học sinh, bút viết 1quyển, Máy tính Giáo trình: Hệ thống máy lạnh khác QUI TRÌNH THỰC HIỆN: 2.1 Qui trình tổng quát: TT Đại cương Thiết bị dụng cụ, vật tư Giấy học sinh, bút viết, máy tính, giáo trình lý Giấy học sinh, bút viết, máy tính, Tên bước công việc Chu trình thuyết Tiêu chuẩn thực công việc Lỗi thường gặp, cách khắc phục Trình bày đời Trình bày chưa máy lạnh hấp thụ, đủ ưu nhược ưu nhược điểm điểm - Trình bày nguyên So sánh không tắc làm việc máy hết ưu nhược lạnh hấp thụ điểm - So sánh ưu 34 giáo trình Môi chất dùng Giấy máy lạnh học sinh, hấp thụ bút viết, máy tính, giáo trình Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualit i (H2O/LiBr) Giấy học sinh, bút viết, máy tính, giáo trình Máy lạnh hấp Giấy thụ học sinh, amôniắc/nước bút viết, máy tính, giáo trình Máy lạnh hấp Giấy thụ hai nhiều học sinh, cấp bút viết, máy tính, giáo trình Máy lạnh hấp Giấy thụ khuếch tán học sinh, bút viết, máy tính, giáo trình Máy lạnh hấp Giấy thụ chu kỳ: học sinh, bút viết, máy tính, nhược điểm máy lạnh hấp thụ so với máy lạnh nén - Trình bày tính chất cặp môi chất sử dụng máy lạnh hấp phụ, hấp phụ - Tra thành thạo loại đồ thị cặp môi chất -Trình bày nguyên tắc hoạt động chu trình - Vẽ đồ thị chu trình - Giải số dạng tập liên quan đến chu trình -Trình bày nguyên tắc hoạt động chu trình - Vẽ đồ thị chu trình - Giải số dạng tập liên quan đến chu trình - Vẽ sơ đồ nguyên lý máy lạnh -Trình bày nguyên tắc hoạt động chu trình - Vẽ sơ đồ nguyên lý máy lạnh -Trình bày nguyên tắc hoạt động chu trình - Vẽ sơ đồ nguyên lý máy lạnh -Trình bày nguyên tắc hoạt động chu Tra sai thông số đồ thị Không biểu diễn chu trình đồ thị Tra sai thông số đồ thị Không biểu diễn chu trình đồ thị Tra sai thông số đồ thị Không biểu diễn chu trình đồ thị Vẽ sai sơ đồ nguyên lý Trình bày chưa đủ nguyên tắc hoạt động Vẽ sai sơ đồ nguyên lý Trình bày chưa đủ nguyên tắc hoạt động Vẽ sai sơ đồ nguyên lý Trình bày chưa đủ nguyên tắc 35 giáo trình trình hoạt động 2.2 Qui trình cụ thể: Đại cương Chu trình lý thuyết Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr) Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước Máy lạnh hấp thụ hai nhiều cấp Máy lạnh hấp thụ khuếch tán Máy lạnh hấp thụ chu kỳ: Kiểm tra * Bài tập thực hành học sinh, sinh viên: Các dạng tập: Bài 1: Xác định chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr cho biết: * - Máy lạnh hấp thụ dùng để sản xuất nước lạnh t = C cho điều hòa không khí, - Nước làm mát vào có nhiệt độ tW1 = 300C, * - Nước nóng dùng gia nhiệt bình sinh chó nhiệt độ t H = 90 C , - Hiệu nhiệt độ tối thiểu thiết bị trao đổi nhiệt ∆tmin = 5K, - Năng suất lạnh Q0 = 100 kW Hãy xác định lưu lượng môi chất lạnh lưu lượng dung dịch tuần hoàn * điều kiện cực đoan t W1 t H với điều kiện tương tự để máy lạnh hấp thụ có khả hoạt động mặt nhiệt động Bài 2: Cho máy lạnh hấp thụ NH3/H2O có nhiệt độ gia nhiệt tH = 1000C với dòng nhiệt cấp công suất QH = MW Hãy xác định suất lạnh máy lạnh trường hợp a) t0 = 50 C b) t0 = -300C Nhiệt độ ngưng tụ hai trường hợp t K = 250C hiệu suất exergi ν = 0,3 Bài 3: Cho biết máy lạnh hấp thụ NH3/H2O vận hành với tH = 1300C, nhiệt độ ngưng tụ tk = 300C, nhiệt độ bay t = -150C Giả sử trình chưng cất làm việc hoàn thiện tới ξd = kg/kg nhiệt độ nước làm mát cho dàn ngưng tụ, dàn hấp thụ dàn ngưng phụ giống Hãy xác định chế độ làm việc thiết bị cao áp hạ áp, giả thiết chế độ làm việc tổn thất nồng độ dung dịch đậm đặc loãng Bài 4: Xác định thông số điểm nút cho máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hình 1.6, chu trình biểu diễn hình 1.17 cho biết: - tH = 1300C; tk = 300C; t0 = -150C 36 - Tháp tinh luyện làm việc hoàn thiện đến ξd = kg/kg - Nhiệt độ nước làm mát cho dàn ngưng, dàn hấp thụ dàn ngưng phụ giống - Các hồi nhiệt I II tính toán với ∆tmin = 5K Bài 5: Máy lạnh êjectơ nước dùng để làm lạnh nước cung cấp cho hệ thống điều hòa không khí có công suất lạnh Q = 350 kW Nhiệt độ nước lạnh khỏi thiết bị bay t0 = 50C, nhiệt độ nước làm mát vào thiết bị ngưng tụ t w1 = 230C Hơi sử dụng nước bão hòa khô lấy từ lò có hiệu suất η = 80%, áp suất pH = 5bar Xác định thông số nhiệt động máy lạnh trình bày chu trình hoạt động đồ thị h – s Chia nhóm: Cả lớp Thực qui trình tổng quát cụ thể * Yêu cầu đánh giá kết học tập: Mục tiêu Kiến thức Kỹ Thái độ Nội dung Vẽ sơ đồ nguyên lý đồ thị chu trình Thuyết minh nguyên tắc hoạt động Giải tập Phân tích ưu nhược điểm chu trình So sánh ưu nhược điểm chu trình với Biểu diễn trình tra thành thạo thông sốtrên đồ thị - Cẩn thận, lắng nghe, ghi chép, từ tốn, nghiêm túc, cẩn thận, tỷ mỉ, thực tốt vệ sinh công nghiệp Tổng * Ghi nhớ: - Tính chất cặp môi chất - Biểu diễn thông số đồ thị - Sơ đồ nguyên lý đồ thị biểu diễn chu trình - Nguyên tắc hoạt động chu trình - Các phương pháp giải tập liên quan đến chu trình * Kiểm tra cuối bài: Giảng viên thực kiểm tra tiết lý thuyết tập * Kiểm tra cuối bài: `Thực kiểm tra tiết lý thuyết tập Điểm 4 10 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO: Kỹ Thuật lạnh sở, Nhà Xuất GD – Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy Bài tập kỹ thuật lạnh, Nhà Xuất GD – Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật – Hoàng Dương Hùng ... Chương trình môn học Máy lạnh hấp thụ MÁY LẠNH HẤP THỤ Đại cương Chu trình lý thuyết Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr) Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước Máy lạnh. .. I Máy lạnh hấp thụ 15 11 Đại cương Chu trình lý thuyết Môi chất dùng máy lạnh hấp thụ Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr) Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước Máy lạnh hấp thụ hai nhiều cấp Máy. .. tiêu: - Trình bày sơ đồ nguyên lý số hệ thống máy lạnh hấp thụ : Máy lạnh hấp thụ amôniắc/nước; Máy lạnh hấp thụ nước/Bromualiti (H2O/LiBr); Máy lạnh hấp thụ hai nhiều cấp; Máy lạnh hấp thụ khuếch