Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, ứng dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix DANH MỤC MỘT SỐ CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CƠNG BỐ TỪ KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NÀY xi MỞ ĐẦU xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan máy lạnh hấp thụ 1.1.1 Khái niệm, nguyên lý làm việc phân loại máy lạnh hấp thụ 1.1.2 Đặc trưng máy lạnh hấp thụ 14 1.2 Tổng quan nghiên cứu máy lạnh hấp thụ .25 1.2.1 Kết nghiên cứu giới .25 1.2.2 Kết nghiên cứu Việt Nam 30 1.3 Đối tượng, mục đích phạm vi nghiên cứu 31 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 31 1.3.2 Mục đích phạm vi nghiên cứu 34 Chương CƠ SỞ TÍNH MÁY LẠNH HẤP THỤ MỘT CẤP NH3/H2O .35 2.1 Nguyên lý làm việc máy lạnh hấp thụ cấp NH3/H2O 35 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý 35 2.1.2 Nguyên lý làm việc 37 2.2 Cơ sở tính thông số trạng thái dung dịch NH3/H2O 37 2.2.1 Nhiệt độ sôi dung dịch 37 2.2.2 Áp suất dung dịch 38 2.2.3 Enthalpy dung dịch lỏng 38 2.2.4 Nồng độ bay từ dung dịch NH3/H2O 39 2.2.5 Nhiệt dung riêng dung dịch 39 2.2.6 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch 39 i 2.2.7 Độ nhớt động học dung dịch .40 2.3 Cơ sở tính chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .40 2.3.1 Xác định thông số trạng thái mơi chất điểm nút chu trình 40 2.3.2 Xác định dòng nhiệt hệ thớng chu trình 44 2.3.3 Cơ sở tính toán thiết bị chu trình .45 Chương NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH 49 3.1 u cầu mơ hình thực nghiệm 49 3.2 Đánh giá mơ hình thực tế 49 3.2.1 Đánh giá chung máy lạnh hấp thụ 49 3.2.2 Đánh giá kết nghiên cứu riêng máy lạnh hấp thụ NH3/H2O sử dụng lượng mặt trời kết hợp với nhiệt thải .50 3.3 Hướng thiết kế, chế tạo xây dựng mơ hình 50 3.4 Tính tốn, thiết kế, chế tạo mơ hình 53 3.4.1 Tính chu trình máy lạnh hấp thụ cấp NH3/H2O 53 3.4.2 Tính thiết kế, chế tạo mơ hình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 57 Chương VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH 72 4.1 Xác định chế độ vận hành 72 4.2 Quy trình vận hành 72 4.3 Kết vận hành thực nghiệm 73 4.3.1 Kết vận hành chế độ 01 74 4.3.2 Kết vận hành chế độ 02 76 4.3.3 Kết vận hành chế độ 03 78 4.3.4 Kết vận hành chế độ 04 79 4.3.5 Kết vận hành chế độ 05 82 4.3.6 Kết vận hành chế độ 06 83 4.4 Đánh giá mơ hình chế tạo 85 Chương TÓM TẮT VÀ KẾT LUẬN 88 5.1 Tóm tắt 88 ii 5.2 Kết luận .90 5.3 Kiến nghị 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 97 iii LỜI CẢM ƠN Bản luận văn được thực thời gian từ tháng 10/2012 đến tháng 10/2015, hướng dẫn nhiệt tình TS Đặng Trần Thọ, giảng viên trường ĐHBK Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn TS Đặng Trần Thọ giúp đỡ em hoàn thành luận văn Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo, cô giáo trường quan tâm giúp đỡ em suốt thời gian học tập rèn luyện trường Tác giả luận văn Hoàng Mai Hồng iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin được đăng tải tạp chí trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Nếu sai, xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Tác giả luận văn Hoàng Mai Hồng v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT Q: Phụ tải nhiệt, W Chỉ số q : Mật độ dòng nhiệt, W/m2 r : Thông số dung dịch đậm đặc ζ : Hệ số làm lạnh a : Thông sớ dung dịch lỗng ξ : Nồng độ khới lượng, kg/kg : Thông số môi chất lạnh nhiệt t : Nhiệt độ, ºC độ bay T : Nhiệt độ tuyệt đối, K k : Thông số môi chất lạnh nhiệt P : Áp suất, bar độ ngưng tụ i : Entanpi, kJ/kg h : Thơng sớ dung dịch bình r : Nhiệt ẩn hóa hơi, kJ/kg sinh C : Nhiệt dung riêng, kJ/(kgK) A : Thông số dung dịch bình Ρ : Khới lượng riêng, kg/m3 hấp thụ v : Thể tích riêng, m3/kg w : Thông số môi trường làm mát λ : Hệ số dẫn nhiệt, W/mK H : Thông số nước gia nhiệt μ : Độ nhớt động lực học, Ns/m2 m : Thông số chất lỏng tải lạnh ν : Độ nhớt động học, m2/s : Thông số đầu vào G : Lưu lượng khối lượng, kg/s : Thông số đầu F : Diện tích bề mặt, m2 t : Bên k : Hệ số truyền nhiệt, W/(m2K) n : Bên ngồi α : Hệ sớ tỏa nhiệt, W/(m2K) gn: Gia nhiệt δ : Chiều dày, m sh: Sinh d : Đường kính ống, m ht: Hấp thụ l : Chiều dài ống, m bl: Buồng lạnh ω : Tốc độ, m/s g : Gia tốc trọng trường, m/s2 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cặp môi chất sử dụng máy lạnh hấp thụ 15 Bảng 1.2 Một số loại nhiệt thải mức nhiệt độ tương ứng 21 Bảng 1.3 Một số kim loại sử dụng kỹ thuật lạnh 24 Bảng 1.4 Số liệu tàu cá lắp máy có cơng suất lớn 50HP 32 Bảng 3.1 Các thông số trạng thái chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O .54 Bảng 3.2 Bảng thống kê giá trị phụ tải máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 56 Bảng 3.3 Bảng số liệu ban đầu thiết bị ngưng tụ .57 Bảng 3.4 Bảng kết tính toán thiết bị ngưng tụ 58 Bảng 3.5 Bảng số liệu ban đầu thiết bị bay 59 Bảng 3.6 Bảng kết tính toán thiết bị bay .59 Bảng 3.7 Bảng sớ liệu ban đầu bình hấp thụ .60 Bảng 3.8 Bảng kết tính tốn bình hấp thụ 61 Bảng 3.9 Bảng sớ liệu ban đầu bình sinh 62 Bảng 3.10 Bảng số liệu ban đầu thiết bị ngưng tụ hồi lưu 63 Bảng 3.11 Bảng kết tính tốn bình sinh 63 Bảng 3.12 Bảng kết tính toán thiết bị ngưng tụ hồi lưu .64 Bảng 3.13 Bảng số liệu ban đầu thiết bị hồi nhiệt môi chất lạnh 65 Bảng 3.14 Bảng kết tính tốn thiết bị hồi nhiệt mơi chất .65 Bảng 3.15 Bảng số liệu ban đầu thiết bị hồi nhiệt dung dịch 66 Bảng 3.16 Bảng kết tính toán thiết bị hồi nhiệt dung dịch 67 Bảng 3.17 Bảng số liệu ban đầu thu nhiệt khói thải .69 Bảng 3.18 Bảng kết tính toán thu nhiệt khói thải 69 Bảng 4.1 Bảng chế độ vận hành thực nghiệm 72 Bảng 4.1 Kết vận hành mơ hình gia nhiệt khói thải điều kiện tĩnh 74 Bảng 4.2 Kết vận hành mơ hình gia nhiệt khói thải điều có rung lắc .76 vii Bảng 4.3 Kết vận hành mơ hình gia nhiệt lượng mặt trời điều kiện tĩnh 78 Bảng 4.4 Kết vận hành mơ hình gia nhiệt lượng mặt trời điều kiện rung lắc 80 Bảng 4.5 Kết vận hành mô hình gia nhiệt đồng phát điều kiện tĩnh 82 Bảng 4.6 Kết vận hành mơ hình gia nhiệt đồng phát điều kiện rung lắc 84 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ Hình 1.2 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bớ trí vỏ .5 Hình 1.3 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng đơn bố trí vỏ .6 Hình 1.4 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại .8 Hình 1.5 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại Hình 1.6 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr tác dụng kép loại Hình 1.7 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O cấp .10 Hình 1.8 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3/H2O hai cấp 12 Hình 1.9 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ khuếch tán 13 Hình 1.10 Máy lạnh hấp thụ lượng mặt trời loại gián đoạn NH3/H2O 18 Hình 1.11 Sơ đồ máy lạnh hấp phụ lượng mặt trời loại gián đoạn 19 Hình 1.12 Sơ đồ máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn nhiệt kết hợp 20 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 35 Hình 2.2 Đồ thị i-ξ trình chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O 36 Hình 4.1 Cơ cấu rung lắc mơ hình .73 Hình 4.2 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt khói thải điều kiện tĩnh 75 Hình 4.3 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt khói thải điều kiện rung lắc 77 Hình 4.4 So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt khói thải điều kiện tĩnh rung lắc .77 Hình 4.5 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt lượng mặt trời điều kiện tĩnh 79 Hình 4.6 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt lượng mặt trời điều kiện rung lắc 80 ix Hình 4.7 So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt lượng mặt trời điều kiện tĩnh rung lắc 81 Hình 4.8 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt nguồn nhiệt đồng phát điều kiện tĩnh 83 Hình 4.9 Biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt nguồn nhiệt đồng phát điều kiện rung lắc 84 Hình 4.10 So sánh biến thiên nhiệt độ theo thời gian với nguồn nhiệt nguồn nhiệt đồng phát điều kiện tĩnh rung lắc .85 x Phụ lục PHỤ LỤC Phụ lục 1: Cách xác định thông số trạng thái chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O Phụ lục 2: Tính thiết kế dàn ngưng tụ Phụ lục 3: Tính thiết kế bình hấp thụ 12 97 Phụ lục Phụ lục 1: Cách xác định thơng số trạng thái chu trình máy lạnh hấp thụ NH3/H2O Theo 12 mục 2.3.1 công thông số điểm nút chu tình được tính sau: - Xác định áp suất ngưng tụ Tra đồ thị h- , với nhiệt độ ngưng tụ tk = 30 oC,  = kg/kg, xác định được Pk = 11,83 bar - Xác định áp suất bay Tra đồ thị h- , với nhiệt độ bay t0 = -15 oC,  = kg/kg, xác định được Pk = 2,39 bar - Điểm 10: Dung dịch NH3/H2O nồng độ cao khỏi bình hấp thụ (vào bơm dung dịch) + Áp suất: P10 = P0 = 2,39 bar + Nhiệt độ: t10 = tk = 30 oC Với P10= 2,39 bar, t10 = 30 oC tra đồ thị h-  ta xác định được: + Nồng độ đậm đặc 10 = r = 0,411 kg/kg + Enthanpy i10 =29,55 kJ/kg - Điểm 7: Dung dịch NH3/H2O nồng độ thấp khỏi bình sinh (vào thiết bị hồi nhiệt 2) + Áp suất: P7 = Pk = 11,83 bar + Nhiệt độ: t7 = tsh = 89 oC Tra đồ thị h- , với P7 = 2,39 bar, t7 = 30 oC xác định được: + Nồng độ đậm đặc 7 = a = 0,389 kg/kg + Enthanpy i7 = 301 kJ/kg Vùng khử khí: Δξ = ξ r - ξa = 0,411- 0,389 = 0,022 > Vậy, chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động được - Điểm 5: Hơi NH3 khỏi dàn bay (vào thiết bị hồi nhiệt môi chất lạnh) Điểm tính điểm bão hịa khơ + Áp suất: P5 = Po = 2,39 bar + Nhiệt độ: t5 = to = -15 oC + Nồng độ dung dịch: 5 = kg/kg Tra đồ thị h- , với P5 = 2,39 bar, t5=-15 oC, 5 = kg/kg xác định được: PL - Phụ lục + Enthanpy i5 = 1587 kJ/kg - Điểm 2: Lỏng NH3 khỏi dàn ngưng tụ (vào thiết bị hồi nhiệt môi chất lạnh) Điểm tính điểm lỏng bão hòa + Áp suất: P2 = Pk = 11,83 bar + Nhiệt độ: t2 = tk = 30 oC + Nồng độ dung dịch: 2 = kg/kg Tra đồ thị h- , với P2 = 11,83 bar, t2 =30 oC, 2 = kg/kg xác định được: + Enthanpy i2 = 484 kJ/kg - Điểm 6: Hơi nhiệt NH3 khỏi thiết bị hồi nhiệt môi chất lanh (vào bình hấp thụ) + Áp suất: P6 = Po = 2,39 bar + Nồng độ dung dịch: 6 = kg/kg + Xác định nhiệt độ: t6 Xét cân nhiệt thiết bị hồi nhiệt môi chất lạnh QHNmc = md  Cpl (t2 - t3) = md  Cph  (t6 -t5) (3.1) Trong đó: md: Lưu lượng môi chất lạnh, kg/s Cpl, Cph: nhiệt dung riêng đẳng áp pha lỏng pha môi chất lạnh Vì Cpl > Cph  t2 - t3 < t6 - t5 Hay: t2 - t6 < t3 - t5 Vậy, hiệu nhiệt độ tmin nằm phía đầu nóng thiết bị hồi nhiệt  t = t2 - t6 (3.2) Chọn  t = oC  t6 = t2 -  t = 3o - 5= 25 oC Điểm điểm có trạng thái nhiệt Tra đồ thị lgp-i, với P6 = Po = 2,39 bar, t6 = 25 oC, xác định được: + Enthanpy i6 = 1681,45 kJ/kg - Điểm 3: Lỏng NH3 lạnh khỏi thiết bị hồi nhiệt môi chất + Áp suất: P3 = Pk = 11,83 bar + Nồng độ dung dịch: 3 = kg/kg Xác định enthanpy: i3 PL - Phụ lục Xét cân nhiệt thiết bị hồi nhiệt môi chất: md(i2 - i3) = md(i6 - i5) (3.3)  i3 = i2 + i5 - i6 = 484 + 1587 - 1681,45 = 389,55 kJ/kg Xác định nhiệt độ: t3 Điểm điểm có trạng thái lạnh lỏng Tra đồ thị lgp-i, với P3 = 11,83 bar, enthanpy i3 = 389,55 kJ/kg, xác định được: + Nhiệt độ: t3 = 9,7oC - Điểm 4: Lỏng NH3 khỏi van tiết lưu môi chất (vào dàn bay hơi) + Áp suất: P4 = Po = 2,39 bar + Nhiệt độ: t4 = to = -15 oC + Nồng độ: 4 = kg/kg + Enthanpy i4 = i3 = 389,55 kJ/kg - Xác định công suất bơm dung dịch Gọi md  md m m  , mr  r , ma  a md md md (3.4) Trong đó: m d, m r, m a: đại lượng lưu lượng không thứ nguyên Lưu lượng môi chất lạnh: md = Q0 q0 (3.5) Trong đó: Q0 : suất lạnh Qo = 1,5 kW q : suất lạnh riêng qo = i5 - i4 = 1587 - 389,55 = 1197,45 kJ/kg  md = 1,5 = 1,25.10-3 kg/s 1197, 45 Lưu lượng dung dịch đậm đặc không thứ nguyên mr = ξd - ξa 1- 0,361 = = 12,78 ξr - ξa 0,411- 0,361 (3.6) Lưu lượng dung dịch đậm đặc mr = mr md = 12,78.1,25.10-3 = 16.10-3 kg/s Lưu lượng dung dịch loãng không thứ nguyên PL - (3.7) Phụ lục ma = mr - md = 12,78 - = 11,78 (3.8) Lưu lượng dung dịch loãng ma = ma md = 11,78.1,25.10-3 = 14,75.10-3 kg/s (3.9) Công suất bơm dung dịch N b = m10 ×(Pk -P0 )× Trong đó: v10 ηb (3.10) m10 = mr = 16.10-3 kg/s Po=2,36 bar Pk =11,67 bar Theo bảng 3.2 ta có: v10 = 1,1.10-3 m3/kg, Theo 12 chọn: b=0,7  Công suất bơm: N B = 16.10-3×(11,83-2,39)×105× 1,1×10-3 = 23,75 W 0,7 Công tiêu tốn bơm: lB = (1 – ηB).NB = (1 – 0,7).23,75 = 7,12 W (3.11) Vì lB nhỏ so với lượng khác nên bỏ qua Cơng bơm nhỏ so với lượng khác nên bỏ qua - Điểm 11: Dung dịch NH3/H2O nồng độ cao khỏi bơm dung dịch (vào bình hồi lưu ) + Áp suất: P11 = Pk = 11,83 bar + Nhiệt độ: t11  t10= 30 oC + Nồng độ: 11 = 10 = 0,411 kg/kg + Enthanpy: i11  i1o = 29,55 kJ/kg - Điểm 14: Hơi NH3 có lẫn nước khỏi tháp tinh luyện (vào bình hồi lưu) + Áp suất: P14 = Pk = 11,83 bar + Nhiệt độ: t14 = t7 = 89 oC Tra đồ thị h- , với nhiệt độ dung dịch lỏng t7 = 89 oC, P7 = 11,83 bar ta xác định được trạng thái cân với dung dịch lỏng t14 = 89 oC, P14 = 11,83 bar, từ xác định được: PL - Phụ lục + Nồng độ: 14 = 0,967 kg/kg + Enthanpy: i14 = 1818 kJ/kg - Điểm 15: Hơi nước từ bình hồi lưu trở lại bình sinh + Áp suất: P15 = Pk = 11,83 bar Sau hỗn hợp qua thiết bị ngưng tụ hồi lưu có nước ngưng tụ lại chảy thiết bị sinh hơi: + Nồng độ: 14 = kg/kg Mặc khác: áp suất riêng phần nước: Theo (3.12) PH2O = rH2O ×Phh Trong đó: rH2O : thành phần thể tích Phh = 11,83 bar: phân áp suất hỗn hợp g H2O rH2O = gi = μ H2O g H2O g NH3 + μ H2O μ NH3 (3.13) Gi : thành phần khối lượng hỗn hợp sau bình sinh ξ h=0,967 G nên: g H O = 0,033 g NH = 0,967 Khối lượng mol H2O NH3 μ H2O = 18, μ NH3 = 17  rH O = 0,0312 Vậy phân áp suất nước hỗn hợp là: PH2O = rH2O ×11,83 = 0,0312 11.83 = 0,03012 bar Tra bảng nước nước bảo hoà (theo áp suất) ta được : + Nhiệt độ: t15 = 69,12 oC + Enthanpy: i15 =289,3 kJ/kg - Điểm 1: Hơi NH3 khỏi tháp tinh luyện (vào dàn ngưng tụ) Do được làm mát hỗn hợp nên nhiệt độ NH3 khỏi thiết bị tinh luyện nhiệt độ nước ngưng PL - Phụ lục Do đó: + Nhiệt độ: t1 = t15 = 69,12 oC + Áp suất: P1 = Pk = 11,83 bar + Nồng độ: 1 = kg/kg Điểm điểm có trạng thái nhiệt, Tra đồ thị lgp-i, với Pk =11,83 bar, t1 = 69,12 oC, xác định được: + Enthanpy i1 = 1746,96 kJ/kg - Điểm 12: Dung dịch NH3/H2O nồng độ cao khỏi bình hồi lưu (vào thiết bị hồi nhiệt 2) Phương trình cân thiết bị ngưng tụ hồi lưu q hl = (1+R)×i14 - i1 - R×i15 = mr ×(i12 - i11 ) => i12 = (1+R)×i14 - i1 - R×i15 + i11 mr (3.14) (3.15) Trong đó: Phương trình cân khới lượng tháp ngưng tụ hồi lưu (1+R).14 = R r + 1.d (3.16)  Lưu lượng nước hồi lưu tạo thiết bị ngưng hồi lưu không thứ nguyên R= Vậy i12 = 1- ξ14 1- 0,967 = = 0,059 ξ14 - ξ r 0,967 - 0,411 (3.17) (1+0,059)×1818 - 1746,96 - 0,059×289,3 + 29,55 = 42,167 kJ/kg 12,78 Suy nhiệt độ dung dịch đậm đặc khỏi tháp ngưng tụ hồi lưu: mr ×(i12 - i11 ) = mr ×Cpr ×(t12 - t11 ) => t12 = m r ×(i12 - i11 ) + t11 m r ×Cpr (3.18) (3.19) Theo (2.10) ta có: Cpr = 3,56393 + 1,83918.10-3.T + 7,13992.10-7.p.T – (0,54245 – - 4,40232 10-3.T + 1,87528.10-6.p.T) ξr Kết hợp phương trình (3.19) (3.20) ta được: PL - (3.20) Phụ lục Cpr = 4,451 kJ/kgK t12 = 32,85 oC - Điểm 8: Dung dịch NH3/H2O nồng độ thấp khỏi thiết bị hồi nhiệt dung dịch (vào van tiết lưu dung dịch) Cân nhiệt thiết bị hồi nhiệt dung dịch: ma ×Cpa ×(t - t ) = mr ×Cpr ×(t13 - t12 ) (3.21) Trong : C pa , C pr : nhiệt dung riêng dung dịch loãng dung dịch đậm đặc ma , mr : lưu lượng khới lượng dung dịch lỗng dung dịch đậm đặc Vì : Cpr  Cpa ma < mr Nên: t - t > t13 - t12  t - t13 > t8 - t12 Do hiệu nhiệt độ Δt nằm đầu lạnh thiết bị hồi nhiệt + Nhiệt độ: t8 = 37,85 oC Vì: t - t12 = Δt  t = t12 + Δt = 32,85 + = 37,85 oC + Áp suất: P8 = Pk = 11,83 bar + Nồng độ: 8 = a = 0,389 kg/kg - Xác định enthanpy: i8 Ta có: ma ×(i7 - i8 ) = ma ×Cpa ×(t - t ) (3.22) => i8 = i7 - Cpa (t + t8 ) (3.23) Theo (2.10) ta có: Cpa = 3,56393 + 1,83918.10-3.T + 7,13992.10-7.p.T – (0,54245 – - 4,40232 10-3.T + 1,87528.10-6.p.T).ξa (3.24) Kết hợp phương trình (3.23) (3.24) ta được: Cpa = 4,548 kJ/kgK i8 = 68,38 kJ/kg Vậy, enthanpy i8 = 1746,96 kJ/kg - Điểm 13: Dung dịch NH3/H2O nồng độ cao khỏi thiết bị hồi nhiệt dung dịch (vào bình sinh hơi) + Áp suất: P13 = Pk = 11,83 bar PL - Phụ lục + Nồng độ: 13 = r = 0,411 kg/kg - Xác định t13 Tính tương tự điểm 12 t13 = ma ×Cpa ×(t - t ) mr ×Cpr (3.25) + t12 Nhiệt dung riêng dung dich đậm đặc: Cpr = 3,56393 + 1,83918.10-3.T + 7,13992.10-7.p.T – (0,54245 - 4,40232 10-3.T + 1,87528.10-6.p.T) ξr (3.26) Nhiệt dung riêng dung dich loãng: Cpa = 3,56393 + 1,83918.10-3.T + 7,13992.10-7.p.T – (0,54245 – 4,40232 10-3.T + 1,87528.10-6.p.T) ξa (3.27) Kết hợp phương trình (3.25), (3.26) (3.27) ta được: Cpr = 4,542 kJ/kgK, Cpa= 3,548 kJ/kgK t13 = 79,79 oC - Xác định i13 (3.28) ma ×(i7 - i8 ) = mr ×(i13 - i12 )  i13 = ma 11, 78 ×(i - i8 ) + i12 = ×(301 - 68,38) + 42,17 = 256,6 kJ/kg 12, 78 mr (3.29) - Điểm 9: Dung dịch NH3/H2O nồng độ thấp khỏi van tiết lưu dung dịch (vào bình hấp thụ) + Nhiệt độ: t9 = t8 = 37,85 oC + Áp suất: P1 = Po = 2,39 bar + Nồng độ: 9 = a = 0,389 kg/kg + Enthanpy i9 = i8 = 68,38 kJ/kg PL - Phụ lục Phụ lục 2: Tính thiết kế dàn ngưng tụ Dàn ngưng tụ MLHT có sớ liệu ban đầu bảng 3.3 sau: Theo tài liệu ta có: - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình đới với thiết bị ngưng tụ được tín theo công thức: Δt= Δt1 -Δt Δt ln Δt (3.46) Trong đó: Δt1 = tk -t’2 = 30 - (23.5) = 6,5 oC Δt2 = tk - t”2 = 30 – (27) = oC Thay vào công thức (3.46) ta có: Δt = 4,53 oC (3.47) - Nhiệt độ trung bình nước,t2tb: T2tb = (t’2 + t”2)/2 = (23,5+27)/2 = 25 oC (3.48) - Thông số vật lý nước nhiệt độ 25 oC sau: Tra bảng tài liệu ta có sau: 2 = 0,609 W/(m K) (3.49) Pr2 = 6,22 (3.50)  = 0,9.10-6 m2/s (3.51) - Thông số vật lý nước sát vách ớng có nhiệt độ 30 oC sau: Pr2w = 5,42 (3.52) - Hệ số truyền nhiệt k (tính với vách phẳng,vì dn/dtr = 10/8,5 =1,17 < 1,4) k= 1 δ + + α1 λ α , W/(m2K) Trong đó: , : chiều dày hệ số dẫn nhiệt ống α1: Hệ số tỏa nhiệt đối lưu môi chất chảy ống α2: Hệ số tỏa nhiệt không khí bên ngồi ớng có cánh * Xác định hệ số tỏa nhiệt nước bên ống, 2: PL - (3.53) Phụ lục α2 = Ta có: Nu.λ , W/(m2K) d2 (3.54) - Tiêu chuẩn Re: ω.d Re= n = 0,5.0,01 = 5521,81 ν 0,9.10-6 (3.55) (Do có ảnh hưởng sóng nước nên chọn tớc độ dịng chảy  = 0,5m/s) - Xác định tiêu chuẩn Nu: Hệ số tỏa nhiệt dàn ngưng chùm ống lo le có chất lỏng chuyển động qua chùm ớng được xác định theo công thức: 0,33 Nu =0.41.Re0.6 ( Pr2 Pr2 0,25 ) ε φ ε s Pr2w (3.56) Trong đó: : hệ sớ điều chỉnh tính đến góc va đập 45o Tra đồ thị hình 6-5 TL3 ta có  = 0,8 s: hệ sớ điều chỉnh phụ thuộc vào bước ống  s   0,03  εs =   =   = 0,93 s 0,045    1 Thay giá trị vào (3.56) ta có giá trị tiêu chuẩn Nusselt nước, Nu2: 0,33 Nu =0.41.Re0.6 ( Pr2 Pr2 0,25 ) ε φ ε s Pr2w = 0.41.5512,810.6 6,220,33 ( 6, 22 0,25 ) 0,8.0,93 = 102,02 5, 42 (3.57) Vậy, theo (3.54) hệ số tỏa nhiệt nước: α2 = Nu.λ 102, 02.0, 609  = 6207,74 W/(m2K) d2 0, 01 (3.58) * Xác định hệ số tỏa nhiệt môi chất NH3 ngưng tụ ống, 1: Theo ngưng tụ ớng nằng ngang ta có: α1 = 2113.Δ-0,167 d1-0,25 , W/(m2K) t1 Ban đầu chọn độ chệnh nhiệt độ môi chất với vách ống PL - 10 (3.59) Phụ lục t1 = oC  α1 = 2113.5-0,167 0,01-0,25 = 6958,97 W/(m2K) (3.60) - Mật độ dòng nhiệt phía môi chất lạnh q1 = 1.t1 = 6958,97.1 = 6958,97 W/m2 - Mật độ dòng nhiệt phía nước giải nhiệt q2 = q = Δt (Δt -Δt1 ) (4,53  1) = 17005,53 W/m2 =  δ δ 0, 00075 + +  α2 λ α2 λ 6207, 74 16, Nhận xét: Ta thấy q1  q2 Nếu chế độ ổn định phải có cân q1 = q2 Tương tự ta sử dụng phương pháp lặp: Ta có tại: t1 = 2,00 oC, t2 = 2,5 oC, 1 = 6189,3 W/(m2K), 2 = 6207,74 W/(m2K), q1 = 12396,6 W/m2, q2 = 12183,6 W/m2, (3.61) Sai số q = 1,72 < 5% ( Đạt yêu cầu) * Xác định hệ số truyền nhiệt dàn bay hơi, k: - Thay kết thu được vào(3.86) ta có: k= 1 = 2712,08 W/(m2K)  δ 1 0,00075 + + + + α1 λ α 6198,3 16,2 6207, 74 (3.62) - Khi kể đến bám bẩn bề mặt ống với hệ số bám bẩn  = 0,65÷0,85 Chọn  = 0,65, ta có: k'=φ.k = 0,65.2712,08 = 1762,68 W/(m2K) (3.63) * Xác định kích thước dàn ngưng: - Diện tích mặt trao đổi nhiệt F = Qk/(k’.Δt) = 1,58.10^3/(1762,68.4,53) = 0,198 m2 (3.64) - Tổng chiều dài ống L = F1/(πdtb) = 0,198/(3,14.0,0093) = 6,82 m (3.65) - Tổng số ống sử dụng (mỗi đoạn ống nằm ngang: l = 0,4m) n = L/l = 6,82/0,4 = 17,04 ống Chọn n = 18 ống (3.66) - Chọn số hàng ống : z = (3.67) - Số ống hàng: (3.68) m = n/z = 18/2 = ống PL - 11 Phụ lục Phụ lục 3: Tính thiết kế bình hấp thụ Bình hấp thụ MLHT có sớ liệu ban đầu bảng 3.7 được tính sau: Thơng số tính tốn Cơng thức tính Giá trị Nhiệt độ trung bình nước t2tb = (t’2 + t”2)/2 25 o Độ chênh nhiệt độ trung bình 8,78 o Thơng số vật lý nước t2tb = 25 oC STT Δt= Thông số vật lý nước vách (t2w = 26,99 oC) Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc chiều dài Hệ số hiệu chỉnh tính đến độ cong ống Δt max -Δt Δt ln max Δt Đơn vị Ghi C C 2 2 Pr2 0,9.10-6 0,609 6,22 Pr2w 5,9 l 1,13 - TL[3] R - TL[3] Chọn với nước có sóng, 0,5  ω d Re2 = 2 Tiêu chuẩn Reynold 12147,89 ν2 Tốc độ nước m2/s W/(m K) Tra bảng TL[3] - m/s TL[3] 0,43 Nu = 0.21.Re0.8 Pr2 10 11 12 13 14 Tiêu chuẩn Nusselt ( Hệ số tỏa nhiệt phía nước Nhiệt độ trung bình dung dịch NH3/H2O Hệ sớ dẫn nhiệt NH3 Hệ số dẫn nhiệt H2 O Hệ số dẫn nhiệt dung dịch NH3/H2O Prf 0,25 ) ε l ε R Prw α2 = Nu.λ d2 t1tb = (t’1 + t”1)/2 λ NH = 0,528-1,669.10-3 t1tb -6,2.10-6 t1tb λ H O = 0,562+1,893.10-3 t1tb 2 -7,11.10-6 t1tb λ1 =(1-ξ r ).λ n +ξ r λa PL - 12 97,71 TL[3] 2702,46 W/(m2K) 33,93 o C 0,47 W/(m K) TL8] 0,62 W/(m K) TL[8] 0,56 W/(m K) TL[8] Phụ lục STT 15 16 17 18 19 20 21 Thơng số tính tốn Độ nhớt động lực học NH3 Độ nhớt động lực học H2O Độ nhớt động lực học dung dịch NH3/H2O Thể tích riêng dung dịch Công thức tính Giá trị Đơn vị Ghi Tra bảng ta có: a 1,04.10-5 Ns/m2 TL[1] Tra bảng ta có: n 7,43.10-4 Ns/m2 TL[1] μ=(1-ξ r ).μ n +ξ r μ a 4,42.10-4 Ns/m2 TL[8] Tra bảng 3.2 ta có: v2 1,17.10-3 m3/kg TL[8] 850,24 kg/m3 0,001 m2 mr ρ Fkhe 0,0157 m/s μ1 ρ1 5,2.10-7 m2/s ω1.d1 ν1 663,51 - 4.46 kJ/(kgK) 4.44 kJ/(kgK) 3,54 - 3,52 - 25,07 - 634,78 W/(m2K) Khối lượng riêng dung dịch Diện tích khe hẹp thiết bị Tốc độ dung dịch qua khe 22 Độ nhớt động học dung dịch 23 Tiêu chuẩn Reynold cho dung dịch ρ1 = v1 Fkhe = F1khe số khe ω1 = ν1 = Re1 = Cp1 = 3,56393+1,83918.10-3.T+ 24 Nhiệt dung riêng dung dịch t1tb + 7,13920.10-7 P.T- (0,54245-4,40232.10-3 T+ +1,875280.10-6 P.T).ξ Cp1w = 3,56393+1,83918.10-3 T+ 25 Nhiệt dung riêng dung dịch t1w + 7,13920.10-7 P.T- (0,54245-4,40232.10-3 T+ +1,875280.10-6 P.T).ξ 26 Tiêu chuẩn Prandtl dung dịch t1tb 27 Tiêu chuẩn Prandtl dung dịch t1w 28 Tiêu chuẩn Nusselt cho dung dịch 29 Hệ số tỏa nhiệt phía dung dịch μ1.Cp1 λ1 μ Cp = 1w λ1 Pr1 = Pr1w Nu1 = 0.41.Re10.6 Pr10,33 ( Pr1 0,25 ) ε φ ε s Pr1w α1 = Nu1.λ1 d1 PL - 13 [3] Phụ lục STT Thông số tính tốn Cơng thức tính Giá trị Đơn vị q1 = 1.t1 4405,38 W/m2 Δt (Δt -Δt1 ) = δ δ + + α2 λ α2 λ 4398,06 W/m2 30 Mật độ dòng nhiệt phía dung dịch 31 Mật độ dòng nhiệt phía nước giải nhiệt 32 Sai sớ 33 Hệ sớ truyền nhiệt bình hấp thụ k= Hệ số bám bẩn Hệ số truyền nhiệt bình hấp thụ thực tế Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Đường kính trung bình ớng trao đổi nhiệt Tổng chiều dài ống Số ống (dài 0,4m) Chọn,  = 0,66 0,66 k' = k. 330,87 W/(m2K) F = Qk/(k’.Δt) 0,929 m2 dtb = (d1+ d2)/2 0,0212 m L = F1/(πdtb) n = L/l 13,95 34,89 m ống 34 35 36 37 38 39 q2 = q = 0,154 < 5% 1 δ + + α1 λ α PL - 14 ( Đạt yêu cầu) = 0,154