Bài tập lớn KT LạnhĐHCNHN

BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập-Tự do-Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT LẠNH Số : 12 Họ tên học sinh : Nguyễn Ngọc Minh Lớp : KTN2 Khóa: K10 Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đức Nam NỘI DUNG Tìm hiểu thiết bị bay hệ thống lạnh ? Tìm hiểu thiết bị ngưng tụ hệ thống lạnh ? Tìm hiểu phần mềm Coolpack vẽ tính tốn chu trình lạnh ? Tính tốn kho lạnh, sử dụng chu trình hai cấp,hai tiết lưu, làm mát trung gian hồn tồn, mơi chất lạnh R22, suất lạnh Q0 = 312 kW, nhiệt độ bay t0 = -35oC Đặt Hà Nội a) Tính tốn chu trình b) Tính chọn máy nén c) Tính chọn TBTN TBBH Sản phẩm nộp : 01 in bìa mềm,khổ giấy A4 01 slide thuyết trình Ngày hồn thành : 27/11/2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Đức Nam Câu Tìm hiểu thiết bị bay hệ thống lạnh ? Trả lời 1, Vai trò, vị trí,u cầu thiết bị bay Vai trò : Thiết bị bay thiết bị trao đổi nhiệt bên ga lạnh sôi áp suất nhiệt độ thấp, bên môi trường cần làm lạnh không khí tủ thực phẩm bảo quản lạnh Nhiệm vụ : thiết bị bay có nhiệm vụ thu nhiệt môi trường lạnh nhờ ga lạnh sôi nhiệt độ thấp để tạo trì nhiệt độ thấp tủ lạnh Yêu cầu thiết bị bay : - Phải đảm bảo khả trao đổi nhiệt độ phù hợp với blốc dàn ngưng, nghĩa phải có suất lạnh đảm bảo theo thiết kế hay nói cách khác có đủ diện tích trao đổi nhiệt cần thiết - Tuần hồn khơng khí tốt - Chịu áp suất tốt, khơng bị ăn mòn thực phẩm bảo quản - Cơng nghệ chế tạo dễ dàng, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng Như với thiết bị ngưng tụ, máy nén thiết bị tiết lưu, thiết bị bay thiết bị quan trọng thiếu hệ thống lạnh Quá trình làm việc thiết bị bay ảnh hưởng đến thời gian hiệu làm lạnh Đó mục đích hệ thống lạnh Vì vậy, dù tồn trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu thiết bị bay làm việc hiệu tất trở nên vơ ích Khi q trình trao đổi nhiệt thiết bị bay thời gian làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng khơng đảm bảo u cầu, số trường hợp không bay hết lỏng dàn lạnh dẫn tới máy nén hút ẩm gây ngập lỏng Ngược lại, thiết bị bay có diện tích q lớn so với u cầu, chi phí đầu tư cao đồng thời làm cho độ nhiệt thiết bị lớn Khi độ nhiệt lớn nhiệt độ cuối q trình nén cao, tăng cơng suất nén Lựa chọn thiết bị bay dựa nhiều yếu tố hiệu làm việc, đặc điểm tính chất sản phẩm cần làm lạnh hình ảnh dàn bay điều hòa 2, Phân loại thiết bị bay Thiết bị bay sử dụng hệ thống lạnh đa dạng Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác mà nên chọn loại dàn cho thích hợp Có nhiều cách phân loại thiết bị bay - Theo môi trường cần làm lạnh: + Thiết bị bay để làm lạnh chất tải lạnh lỏng nước,nước muối hay chất lỏng giọt khơng đóng cứng sữa,rượu bia,rượu vang + Thiết bị bay để làm lạnh khơng khí.Trong loại đơi người ta lại chia làm nhóm: Bộ lạnh bay trực tiếp (khơng khí tuần hồn tự nhiên ) thiết bị làm lạnh khơng khí bay trực tiếp (khơng khí tuần hồn cưỡng ) - Theo mức độ chốn chỗ mơi chất lạnh lỏng thiết bị: chia thành loại ngập không ngập + Ở loại thiết bị bay kiểu ngập mơi chất lạnh lỏng bao phủ tồn bề mặt trao đổi nhiệt + Ở loại thiết bị bay kiểu khơng ngập mơi chất lạnh lỏng khơng bao phủ toàn bề mặt trao đổi nhiệt mà phận bề mặt dùng để làm tang độ q nhiệt mơi chất lạnh Ngồi người ta phân loại theo tính chất kín hở môi trường làm lạnh Một số thiết bị bay tiêu biểu 3.1 , Dàn bay * Dàn bay tủ lạnh Trong tủ lạnh dàn bay lắp sau ống mao van tiết lưu ( theo chiều chuyển động môi chất lạnh) trước máy nén hệ thống lạnh Dàn bay lắp phía bên tủ sử dụng ngăn bảo quản lạnh đông thực phẩm Trong tủ lạnh gia đình, đại phận dàn bay kiểu có bố trí rãnh cho mơi chất lạnh tuần hồn Khơng khí bên ngồi đối lưu tự nhiên, vật liệu thép khơng gỉ nhôm Nếu nhôm vật liệu dễ ăn mòn, người ta phủ lớp bảo vệ khơng ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm bảo quản Dàn bay kiểu nhôm chế tạo giống dàn ngưng kiểu nhôm Nhôm làm bề mặt cẩn thận người ta dùng thuốc màu vẽ hình rãnh mơi chất theo tính tốn Màu vẽ chống khuếch tán nhôm vào tán Sau gia công, hai chồng lên cho vào máy cán, áp suất cán lớn, hai nhơm dính liền lại, trừ rãnh vẽ thuốc màu Người ta đặt nhôm cán vào khn bơm vào rãnh chất lỏng có áp suất lớn (80 – 100at) rãnh nở có hình dáng chiều cao theo u cầu Dàn bay kiểu thép khơng gỉ có cơng nghệ gia công khác hẳn Các thép khôg gỉ dập rãnh trước sau ghép vào hàn kín chung quanh chừa hai lỗ để nối ống mao ống hút Ở người ta hàn chấm đoạn, rãnh khơng u cầu kín hồn tồn Tuy nhiên có loại làm ống đồng nhơm có bố trí cánh Nhưng loại sử dụng * Dàn bay kho lạnh Dàn lạnh công nghiệp lắp đặt kho lạnh gọi thiết bị bay có kết cấu kiểu cánh, ống Khơng khí chuyển động bên ngồi tác nhân lạnh sơi bay vào ống Hầu hết doanh nghiệp lựa chọn sử dụng dàn lạnh công nghiệp dạng ống ưu điểm như: khơng dùng quạt nên không gây tiếng ồn, không tiêu tốn điện tiêu thụ không tốn lượng nhiệt lượng từ động quạt tỏa Cùng với đó, ẩm khơng khí cao, tốc độ khơng khí nhỏ nên độ hao hụt hàng hóa để kho giảm nhiều so với dàn lạnh công nghiệp đối lưu cưỡng thông thường Tuy nhiên có vài nhược điểm cần ý tới là: nhiệt độ kho lạnh khơng đồng tốc độ lưu thơng khơng khí nhỏ, vật liệu tiêu tốn lớn hệ số tỏa nhiệt phía khơng khí nhỏ u cầu diện tích trao đổi nhiệt lớn Thêm vào việc khó bố trí hệ thống xả đá thời gian xả đá lâu gây khó khăn Chiều cao chất tải hàng hóa bị giảm Hiện thị trường có loại kết cấu dàn lạnh công nghiệp sử dụng phổ biến là: – Loại dàn lạnh công nghiệp tiết lưu kiểu khô – Loại dàn lạnh cơng nghiệp kiểu ngập lỏng 3.2 , Bình Bay * Bình bay NH3 Trên hình trình bày bình bay NH3 Đặc điểm bình bay kiểu mơi chất lạnh bay bên ống trao đổi nhiệt, tức khoảng không gian ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động bên ống trao đổi nhiệt bay NH3.Bình sử dụng trao đổi nhiệt thép áp lực trơn C20 đường kính Φ38×3, Φ51×3,5 Φ57×3,5 Các chùm ống bố trí so le, cách nằm đỉnh tam giác đều, mật độ tương đối dày để giảm kích thước bình, đồng thời giảm dung tích chứa NH3 Thân nắp bình thép CT3 Để bình có hình dáng đẹp, hợp lý tỷ số chiều dài đường kính cần trì khoảng L/D=5÷8 Các mặt sàng thường làm thép cácbon thép hợp kim có độ dày lớn 20÷30mm Ống núc chặt vào mặt sàng hàn Khoảng hở cần thiết nhỏ ống mặt thân bình 15÷20mm Phía bình có rốn để thu hồi dầu, từ dầu đưa bình thu hồi dầu Mơi chất tiết lưu vào bình từ phía dưới, sau trao đổi nhiệt hút máy từ bình tách lỏng gắn phía bình bay Đối với bình cơng suất lớn, lỏng đưa vào ống góp đưa vào số ống nhánh dẫn vào bình, phân bố theo chiều dài Hơi bình dẫn từ nhiều ống phân bố khơng gian Bình bay có trang bị van phao khống chế mức lỏng tránh hút ẩm máy nén Van phao tác động đóng van điện từ cấp dịch mức dịch vượt mức cho phép Trường hợp muốn khống chế mức dịch dùng thêm van phao thứ tác động mở van điện từ cấp dịch lưưọng dịch thấp Các nắp bình có vách phân dòng để chất tải lạnh chuyển động nhiều lần bình, tăng thời gian làm lạnh tốc độ chuyển động nhằm nâng cao hiệu trao đổi nhiệt Cường độ trao đổi nhiệt thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố chế độ nhiệt, tốc độ chuyển động, nhiệt độ chất vật lý chất lỏng ống Đối với bình làm lạnh nước muối tốc độ v=1÷1,5 m/s, độ làm lạnh nước muối khoảng 2÷3 o C, hệ số truyền nhiệt k = 400÷520 W/m2 K; mật độ dòng nhiệt qof = 2000÷4500 W/m2 Chất lỏng thường làm lạnh nước, glycol, muối Nacl CaCl2 Khi làm lạnh muối NaCl CaCl2 thiết bị chịu ăn mòn đặc biệt để lọt khí vào bên nên thực tế sử dụng Trường hợp nên sử dụng dàn lạnh kiểu hở bị hư hỏng dễ sửa chữa thay Để làm lạnh nước glycol người ta thường sử dụng bình bay frêơn Ưu điểm bình bay chất tải lạnh tuần hồn hệ thống kín khơng lọt khơng khí vào bên nên giảm ăn mòn * Bình bay frêơn Trên hình 7-2 giới thiệu 02 loại bình bay khác loại mơi chất sơi ngồi ống bên ống trao đổi nhiệt Chất lỏng cần làm lạnh chuyển động zíc zắc bên ngồi bên ống trao đổi nhiệt Bình bay hơifrêơn mơi chất sôi ống thường sử dụng để làm lạnh cácmơi chất có nhiệt độ đóng băng cao nước hệ thống điều hoà water chiller Khi xảy đóng băng nguy hiểm trường hợp nước chuyển động bên ống Đối với bình mơi chất sơi ống khối lượng mơi chất giảm ÷3 lần so với sơi ngồi ống Điều có ý nghĩa hệ thống frêơn giá thành frêôn cao NH3 nhiều Để nâng cao hiệu trao đổi nhiệt bình frêơn, đặc biệt R12 người ta làm cánh phía mơi chất Khi mơi chất chuyển động bên người ta chế tạo ống có cánh 02 lớp vật liệu khác nhau, bên ngồi đồng, bên nhơm Hệ số truyền nhiệt bình ngưng sử dụng mơi chất R12 khoảng 230÷350 W/m2 K, độ chênh nhiệt độ khoảng 5÷8K Đối với mơi chất R22 ơng trao đổi nhiệt ống dồng nhẵn hệ số truyền nhiệt cao so với R12 từ 20÷30% 3.3 Dàn lạnh * Dàn Lạnh Tấm Bản Ngoài dàn lạnh thường sử dụng trên, công nghiệp người ta sử dụng dàn bay kiểu để làm lạnh nhanh chất lỏng Ví dụ hạ nhanh dịch đường glycol công nghiệp bia, sản xuất nước lạnh chế biến nhà máy chế biến thực phẩm vv Cấu tạo dàn lạnh kiểu hoàn toàn giống dàn ngưng bản, gồm trao đổi nhiệt dạng phẳng có dập sóng ghép với đệm kín Hai đầu khung dày, chắn giữ nhờ giằng bu lông Đường chuyển động môi chất chất tải lạnh ngược chiều xen kẻ Tổng diện tích trao đổi nhiệt lớn Q trình trao đổi nhiệt hai môi chất thực qua vách tương đối mỏng nên hiệu trao đổi nhiệt cao Các lớp chất tải lạnh mỏng nên trình trao đổi nhiệt diễn nhanh chóng Dàn lạnh NH3 đạt k =25004500 W/m2.K làm lạnh nước Đối với R22 làm lạnh nước hệ số truyền nhiệt đạt k =15003000 W/m2.K Đặc điểm dàn lạnh kiểu thời gian làm lạnh nhanh, khối lượng môi chất lạnh cần thiết nhỏ Nhược điểm chế tạo phức tạp nên có hãng tiếng có khả chế tạo Do hư hỏng, khơng có vật tư thay thế, sửa chữa khó khăn * Dàn lạnh Panen Để làm lạnh chất lỏng chu trình hở người ta sử dụng dàn lạnh panen Cấu tạo dàn gồm 02 ống góp lớn nằm phía phía dưới, nối hai ống góp ống trao đổi nhiệt dạng ống trơn thẳng đứng Môi chất chuyển động sôi ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động ngang qua ống Các dàn lạnh panen cấp dịch theo kiểu ngập lỏng nhờ bình giữ mức- tách lỏng Mơi chất lạnh vào ống góp ống góp 10 Bước 2: click vào thẻ Refrigeration Utilities (màu xanh) ,chọn loại đồ thị logp-h,T-s,hs cần vẽ Bước 3: sau lên hình nhiều bơng tuyết ta tiếp tục click vào biểu tượng hình đồ thị logp-h 48 Bước : Chọn mơi chất cần tính tốn 49 Bước : Click vào thẻ Cycle công cụ Bước : Điền thông số môi chất 50 One stage: chu trình cấp Two stage, closed intercooler: chu trình cấp làm mát trung gian hồn tồn Two stage, open intercooler: chu trình cấp làm mát trung gian khơng hồn tồn Two stage, open intercooler, load at intermediate pressure: chu trình cấp hở, có làm mát trung gian hoàn toàn Evaporating temperature: Nhiệt độ bay Condensing temperature: Nhiệt độ ngưng tụ Superheat: nhiệt Subcooling: lạnh Pressure drop in evaporator: trở kháng thủy lực thiết bị bay Pressure drop in suction line: trở kháng thủy lực đường ống hút Pressure drop in discharge line : trở kháng thủy lực đường đẩy Pressure drop in liquid line: trở kháng thủy lực dòng chảy Pressure drop in condenser: Trở kháng thủy lực bình ngưng Đa số tốn người ta không cho thông tin trở kháng thùy lực ta cho hết Chỉ nhập đề cho Bước : Sau nhập xong thong số môi chất,bấm Draw cycle để vẽ 51 Sau nhập xong ta click vào Show info Ta thấy bảng lên bao gồm thông số Qe(năng suất lạnh), Qc, COP (hệ số lạnh), pressure ratio (tỉ số nén) 52 Ta click vào Coodinates of point để tra cứu thơng số điểm nút chu trình Và click tiếp vào Help để thấy nút chu trình 53 Nếu đề cho Qo (chính Qe bảng) ta nhập Qo click vào Update để tra thông số Qc, lưu lượng khối lượng(m), lưu lượng thể tích(V) 54 Câu : Tính tốn kho lạnh, sử dụng chu trình hai cấp,hai tiết lưu, làm mát trung gian hồn tồn, mơi chất lạnh R22, suất lạnh Q = 312 kW, nhiệt độ bay t0 = -35 Đặt Hà Nội a) Tính tốn chu trình b) Tính chọn máy nén c) Tính chọn TBTN TBBH Bài làm Môi chất lạnh sử dụng R22 Thông số kỹ thuật: Cơng thức hóa học: CHCLF2 Khối lượng mol: 86,47 kg/kmol Điểm sôi: -40,8 ℃ Nhiệt độ tới hạn: 96,2 ℃ Áp suất tới hạn: 4,99 Mpa Ngưỡng cho phép: 1000 ppm Giới hạn % thể tích khơng khí: khơng Nhóm an tồn: A1 Thới gian tồn khí quyển: 11,8 năm 55 Chỉ số phá hủy ầng Ozon DP: 0,034 Chỉ số làm nóng địa cầu GWP (100 năm): 1900 R22 không độc với thể sống, hàm lượng cao khơng khí gây ngạt thở thiếu oxi R22 khơng làm biến chất màu thực phẩm bảo quản, R22 đắt dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản dễ R22 hoà tan hạn chế dầu gây khó khăn phức tạp cho việc bơi trơn, khoảng nhiệt độ (- 40 ÷ – 20) 0C khơng hồ tan dầu, dầu có nguy bám lại dàn bay làm cho máy nén thiếu dầu  Chu trình cấp tiết lưu làm mát trung gian hồn tồn 56 57 A, Tính tốn chu trình Chọn nhiệt độ ngưng tụ tk=35 Từ t0= -35 ta có P0= 1,32 bar từ tk= 35có Pk= 13,55 bar Áp suất trung gian Ptg= = Tỷ số nén Trong đồ thị lgp-h, Ptg nằm P0 Pk Ta có đồ thị t () -35 P (bar) 1,32 h 390 (kJ/kg) V 0,16 22 4,23 419 35 4,23 433 -5 4,23 405 58 13,55 435 0,055 35 13,55 245 -5 4,23 245 -5 4,23 405 -5 4,23 197 10 -35 1,32 197 0,025 58  Năng suất lạnh riêng : q0= h1-h10=390-197=193  Năng suất lạnh riêng thể tích : qv=  Cơng nén cao áp : l4=h5-h4=435-405=30  Công nén hạ áp : l1= h2-h1= 421-390=31  Tỷ số nén :  Năng suất nhiệt riêng : qk= h5-h4=435-405=30  Lượng môi chất qua thiết bị bay m1: m1= Cân entanpy bình trung gian ta có m4.h7 + m1.h3 = m1.h9 + m4.h8 m4.(h8-h7) = m1.(h3-h9) m4 = = 1,61  Hệ số lạnh chu trình : = =2,68  Hiệu suất exrecgy : = B, Tính chọn máy nén 59 (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) - Năng suất lạnh ; Q0 = 312 kW - Lưu lượng nén qua máy nén cao áp hạ áp : m1 = 1,61 kg/s m4= 2,3 kg/s -Thể tích hút thực tế máy nén cao áp hạ áp : Vtt1 = v1 * m1 = 0,16 * 1,61 = 0,2576 m3/s = 927,36 m3/h Vtt4 = v4 * m4 = 2,3 * 0,055 = 0,1265 m3/s = 455,4 m3/h - Hệ số cấp Tra đồ thị cho máy nén MYCOM cấp R22 có có = - Thể tích hút lý thuyết hạ áp cao áp : Vlt1 = =1144,9 m3/h Vlt4 = m3/h Vlt = Vlt1 + Vlt4= 1707 m3/h - Công nén đoạn nhiệt hạ áp cao áp : Ns1 = m1 * l1 = 1,61 * 31 = 49,91 kW Ns4 = m4 * l4 = 2,3 * 30 = 69 kW - Chọn máy nén : Với ,chọn máy nén kiểu có xilanh hạ áp xinh lanh cao áp Với Vlt = 1707 m3/h chọn máy F62B2 với đặc tính kỹ thuật : Vlt = *637,1 = 1911,3 m3/h lớn tính tốn 10,7% Q0 = * 113,16 = 339,48 kW lớn yêu cầu 8% Ở chế độ làm việc : t0 = -35 ,tk = 35 60 Đặc tính máy nén hiệu MYCOM, ký hiệu F62B2 với d = 130mm,s = 100mm, n= 1000 vg/ph, xilanh hạ áp xi lanh cao áp C, Tính chọn TBTN TBBH 1, Chọn bình ngưng tụ Có nhiều loại thiết bị ngưng tụ làm việc theo nguyên tắc khác có kết cấu khác Với mơi chất sử dụng R22 ta chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang Freon  Bình ngưng ống vỏ nằm ngang Là thiết bị ngưng tụ sử dụng phổ biến cho hệ thống máy thiết bị lạnh Ưu điểm nhược điểm thiết bị là:  Ưu điểm: - Bình ngưng ống vỏ nằm ngang giải nhiệt nước nên hiệu giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt lớn q = 3000÷6000W/m2, k = 800÷1000 W/m2K, độ chênh nhiệt độ trung bình Δt = ÷ oC Dễ dàng thay đổi tốc độ nước bình để có tốc độ nước bình phù hợp nhằm nâng cao hiệu trao đổi nhiệt, cách tăng số pass tuần hoàn nước - Hiệu trao đổi nhiệt kha ổn định, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường - Cấu tạo chắn, gọn, tiện cho việc lắp đặt nhà - Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh, bảo dưỡng vận hành - Ít hư hỏng, tuổi thọ cao  Nhược điểm: - Kích thước bình gon, lắp đặt bắt buộc phải để dành khoảng không gian cần thiết hai đầu bình để vệ sinh sửa chữa cần thiết - Quá trình bám bẩn bề mặt đường ống tương đối nhanh, đặc biệt chất lượng nguồn nước Thường xuyên xả cặn bẩn đọng lại tháp giải nhiệt bổ sung nước 61 * TÍNH TỐN TBNT Với tk = 35 nhiệt độ nước vào nước 28và 32 Theo bảng giá trị k bình ngưng ống chum nằm ngang Freon ta chọn k= 850 W/m2k Diện tích trao đổi nhiệt : F = = 62 ... gây ngập lỏng Ngược lại, thiết bị bay có diện tích q lớn so với u cầu, chi phí đầu tư cao đồng thời làm cho độ nhiệt thiết bị lớn Khi độ nhiệt lớn nhiệt độ cuối trình nén cao, tăng công suất nén... Lượng nước tiêu thụ lớn nên thích hợp nơi có nguồn nước dồi rẻ tiền - Đối với hệ thống lớn sử dụng bình ngưng kiểu khơng thích hợp, kích thước cồng kềnh, đường kính bình q lớn khơng đảm bảo an... khơng đồng tốc độ lưu thơng khơng khí nhỏ, vật liệu tiêu tốn lớn hệ số tỏa nhiệt phía khơng khí nhỏ yêu cầu diện tích trao đổi nhiệt lớn Thêm vào việc khó bố trí hệ thống xả đá thời gian xả đá