Nghiên cứu hệ thống lạnh sử dụng chu trình 2 cấp nén dụng 1 tiết lưu

Nghiên cứu hệ thống lạnh sử dụng chu trình 2 cấp nén dụng 1 tiết lưu Mục lục 1 Lời nói đầu 2 Chương I: Tổng quan hệ thống lạnh 3 1.Tổng quan về kỹ thuật lạnh 3 1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh 3 1.2 Ứng dụng của kỹ thuật lạnh 5 1.3 Hầm đông 5 2.Tổng quan về công nghệ làm đông và bảo quản sản phẩm đông lạnh 5 2.1 Tác dụng của việc bảo quản lạnh 6 2.2 Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình bảo quản đông 6 Chương II: Sơ đồ hệ thống lạnh 13 2.1. Sơ đồ nguyên lí 13 2.2. Sơ đồ P+I 14 Chương III: Tính toán chu trình nén 2 cấp, 1 tiết lưu 17 3.1.chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát một phần 18 3.2.chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian có 1 phần hồi nhiệt 20 3.3. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian 1 phần có hồi nhiệt và quá lạnh lỏng 21 3.4. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian 1 phần 23 3.5. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần 25 3.6. Chu trình 2 cấp 2 chế độ bay hơi 31 Lời kết 34 Tài liệu tham khảo 35 Lời nói đầu Hiện em đang là học sinh ngành Công nghệ cơ điện lạnh – Điều hòa không khí, được nhà trường trang bị những kiến thức cần thiết về lý thuyết và thực hành để có được kĩ năng cơ bản và định hướng nghề nghiệp. Sau một thời gian học tập, với những kiến thức và thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên đã truyền đạt, em đã được thầy cô tin tưởng giao cho em thực hiện đồ án: “Nghiên cứu hệ thống lạnh sử dụng chu trình 2 cấp nén dụng 1 tiết lưu” để củng cố kiến thức hiện có của mình phục vụ cho tương lai sau này. Tổng quan hệ thống lạnh 1.Tổng quan về kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bình th ường của môi trường Giới hạn gi ữa nhiệt độ lạnh và nhiệt độ bình thường còn có nhiều quan điểm khác nhau Nhưng nhìn chung thì giới hạn môi trường lạnh là môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn 20 C Trong môi trường lạnh được chia làm 2 vùng nhiệt độ Đó là khoảng nhiệt độ dương th ấp, kho ảng này từ 0  20 C còn kho ảng nhiệt độ còn l ại là nhiệt độ lạnh đông của sản phẩm Bởi vì khoảng nhiệt độ này là khoảng nhiệt độ đóng b ăng của n ước tu ỳ theo từng s ản phẩm mà nhiệt độ đóng b ăng khác nhau 1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh Từ trước công nguyên con người tuy ch ưa biết làm l ạnh , nhưng đã biết đến tác dụng của lạnh và ứng dụng chúng phục vụ cuộc sống Họ đã biết dùng mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực phẩm được lâu hơn Người ai cập cổ đại đã biết dùng quạt cho nước bay hơi ở các hộp xốp đế làm mát không khí cách đây 2500 năm Người ấn độ và người trung qu ốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối với nước hoặc với nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn Kỹ thuật lạnh hiện đại phát triển khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hoá hơi và ẩn nhiệt nóng chẩy vào năn 17611764 Con người đã bi ết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp Sau đó là sự hoá lỏng khí CO 2vào năm 1780 do Clouet và Monge ti ếnhành Sang thế kỷ thứ 19 thì Faraday đã hoá lỏng được hàng loạt các chất khí như: H2S ; CO2 ; C2H2 ; NH3 ; O2 ; N2 ; HCL

Mục lục Lời nói đầu Hiện em học sinh ngành Cơng nghệ điện lạnh – Điều hịa khơng khí, nhà trường trang bị kiến thức cần thiết lý thuyết thực hành để có kĩ định hướng nghề nghiệp Sau thời gian học tập, với kiến thức thầy cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên truyền đạt, em thầy cô tin tưởng giao cho em thực đồ án: “Nghiên cứu hệ thống lạnh sử dụng chu trình cấp nén dụng tiết lưu” để củng cố kiến thức có phục vụ cho tương lai sau Em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn bảo tận tình giáo Đặng Thị Bình Trong q trình thực đồ án, cung cấp cho số tài liệu tham khảo đề giúp em dễ dàng tiếp cận với đề tài mới, hướng dẫn bảo tận tình em gặp khó khăn để em có điều kiện hồn thành đồ án Do lực thân hạn chế, chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn, em mong thầy bảo thêm để em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên, ngày tháng năm 2018 Chương I: Tổng quan hệ thống lạnh 1.Tổng quan kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh kỹ thuật tạo mơi trường có nhiệt độ thấp nhiệt độ bình thường môi trường Giới hạn nhiệt độ lạnh nhiệt độ bình thường cịn có nhiều quan điểm khác Nhưng nhìn chung giới hạn mơi trường lạnh mơi trường có nhiệt độ nhỏ 20 C Trong môi trường lạnh chia làm vùng nhiệt độ Đó khoảng nhiệt độ dương thấp, khoảng từ  20 C khoảng nhiệt độ cịn lại nhiệt độ lạnh đơng sản phẩm Bởi khoảng nhiệt độ khoảng nhiệt độ đóng băng nước tuỳ theo sản phẩm mà nhiệt độ đóng băng khác 1.1 Lịch sử phát triển ngành lạnh Từ trước công nguyên người chưa biết làm l ạnh, biết đến tác dụng lạnh ứng dụng chúng phục vụ sống Họ biết dùng mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực phẩm lâu Người cập cổ đại biết dùng quạt cho nước bay hộp xốp đế làm mát khơng khí cách 2500 năm Người ấn độ người trung quốc cách 2000 năm biết trộn muối với nước với nước đá để tạo nhiệt độ thấp Kỹ thuật lạnh đại phát triển giáo sư Black tìm ẩn nhiệt hố ẩn nhiệt nóng chẩy vào năn 1761-1764 Con người biết làm lạnh cách cho bay chất lỏng áp suất thấp Sau hố lỏng khí CO2vào năm 1780 Clouet Monge tiếnhành Sang kỷ thứ 19 Faraday hố lỏng hàng loạt chất khí như: H2S ; CO2 ; C2H2 ; NH3 ; O2 ; N2 ; HCL Năm 1834 Tacob Perkins (Anh) phát minh máy lạnh nén với đầy đủ thiết bị đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi, van tiết lưu Sau có hàng loạt phát minh kỹ sư Carres (pháp) máy lạnh hấp thụ chu kỳ lien tục với mộ chất khác +Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển động Gerppt (Đức) đăng ký phát minh 1899 Platen Munter (Thụy điển) hoàn thiện năm 1922 Máy lạnh Ejector nươc Leiblane chế tạo năm 1910 Nó cấu tạo đơn giản, lượng tiêu tốn nhiệt tận dụng nguồn phế thải Một kiện quan trọng lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh việc sản xuất ứng dụng Freon Mỹ vào năm 1930 Freon khí Hidrocarbon thay phần hay toàn nguyên tử hidro nguyen tử Halogen : Cl ; F ; Br Freon chất lạnh có nhiều tính q báu khơng cháy khơng nổ, khơng độc hại, phù hợp với chu trình làm việc máy lạnh nén Nó góp phần tích cực vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển Nhất kỹ thuật điều hịa khơng khí Ngày kỹ thuật lạnh đại phát triển mạnh mẽ, với phát triển khoa học, kỹ thuật lạnh có bước tiến vượt bậc +Phạm vi nhiệt độ kỹ thuật lạnh ngày mở rộng Người ta tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối +Công suất lạnh máy mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử dụng phòng thí nghiệm đến cac stoor hợp có cơng suất hàng triệu W trung tâm điều tiết khơng khí +Hệ thống lạnh ngày thay lắp giáp chi tiết, thiết bị lại với tổ hợp ngày hồn thiện, q trình lắp giáp, sử dụng thuận tiện chế độ làm việc hiệu +Hiệu suất máy tăng lên đáng kể, chi phí vật tư chi phí cho đơn vị lạnh giam xuống Tuổi thọ độ tin cậy tăng lên Mức độ tự đơng hóa hệ thống lạnh máy lạnh tăng lên rõ rệt Những thiết bị tự động hóa hồn điện tử vi điện tử thay cho thiết bị thoa tác tay 1.2 Ứng dụng kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh ngày đóng vai trị quan trọng kinh tế quốc dân khoa học kỹ thuật Kỹ thuật lạnh thâm nhập vào 70 ngành kinh tế quan trọng như: Công nghệ thực phẩm, chế biến thủy sản rau quả, rượu bia nước giải khát, sinh học, hóa lỏng hóa chất tách khí, điện tử, khí xác, y tế, điều hịa khơng khí… Kỹ thuật lạnh ứng dụng vào nhiều lĩnh vực Một ngành ứng dụng quan trọng ngành cơng nghệ thực phẩm, theo thống kê khoảng 80% cơng nghệ lạnh sử dụng công nghệ thực phẩm Các sản phẩm bảo quản thịt cá sữa…là thực phẩm dễ bị hư hỏng tác dụng vi sinh vật enzyme nội tạng có thực phẩm, mà cần bảo quản lạnh Vi sinh vật enzyme nội tạng nguyên nhân gây nên hư hỏng thực phẩm Nhưng tác dụng nhiệt độ thấp chúng bị bất hoạt bị ức chế hoạt động, sản phẩm bị biến đổi chất lượng hương vị mầu sắc, chất dinh dưỡng…nhờ thời gian giữ sản phẩm lâu tao điều kiện tốt cho trình chế biến, tiêu thụ sản phẩm 1.3 Hầm đông Cùng với phát triển mạnh mẽ ngành chế biến thủy sản Hầm đơng đóng vai trị quan trọng khâu cấp đông sản phẩm Cấp đông cho sản phẩm giữ giá trị dinh dưỡng giá trị khác giá trị cảm quan, hình dạng sản phẩm …giúp cho nh doanh nghiệp yên tâm v ề sản phẩm sau chế biến xong, tạo cho sản phẩm có sức cạnh tranh thị trường 2.Tổng quan công nghệ làm đông bảo quản sản phẩm đông lạnh 2.1 Tác dụng việc bảo quản lạnh Bảo quản thực phẩm trình bảo vệ hạn chế biến đổi chất lượng hình thức thực phẩm chờ đợi đưa sử dụng thực phẩm sau thu hoạch chế biến bảo quản nhiệt độ thấp với chế độ thơng gió độ ẩm thích hợp kho lạnh, hạ nhiệt độ thấp enzyme vi sinh vật nhiên liệu bị ức chế hoạt động bị đình hoạt động Như nguyên liệu giữ tươi lâu thêm thời gian Nói chung nhiệt độ nhỏ 10 C vi sinh vật gây thối rữa vi khuẩn gây bệnh bị kiềm chế phần hoạt động chúng Khi nhiệt độ nhỏ C tỷ lệ phát triển chúng thấp, -5 C ÷ -10 C hầu hết chúng khơng hoạt động Tuy nhiên có số lồi vi khuẩn nấm mốc hạ nhiệt độ xuống -15 C chúng phát triển Cloromobacter, Pseudomonas… Do đó, muốn bảo quản thực phẩm, mặt hàng thuỷ sản thời gian dài nhiệt độ bảo quản phải -15 C Như vậy, trình bảo quản lạnh có tác dụng sau: Ở nhiệt độ thấp phản ứng sinh hoá nguyên liệu giảm xuống Trong phạm vi hoạt động bình thường hạ 10 C phản ứng sinh hố giảm xuống 1/2÷1/3, hạ xuống thấp làm ức chế hoạt động sinh lý vi khuẩn nấm men Dưới tác dụng nhiệt độ thấp, nước động vật thuỷ sản bị đóng băng làm thể động vật bị nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm phát triển có cịn bị tiêu diệt Nói chung nhiệt độ hạ xuống thấp có tác dụng kiềm chế vi khuẩn giết chết chúng 2.2 Một số biến đổi thực phẩm q trình bảo quản đơng Biến đổi vật lý Sự kết tinh lại nước đá: Đối với sản phẩm đơng lạnh q trình bảo quản khơng trì nhiệt độ bảo quản ổn định dẫn đến kết tinh lại nước đá Đó tượng gây nên ảnh hưởng xấu cho sản phẩmbảo quản Do nồng độ chất tan tinh thể nước đá khác khác nhau, nên nhiệt độ kết tinh nhiệt độ nóng chảy khác Khi nhiệt độ tăng tinh thể nước đá có kích thước nhỏ, có nhiệt độ nóng chảy thấp bị tan trước tinh thể có kích thước lớn, nhiệt độ nóng chảy cao Khi nhiệt độ hạ xuống trở lại trình kết tinh lại xảy ra, chúng lại kết tinh thể nước đá lớn làm cho kích thước tinh thể nước đá lớn ngày to lên Sự tăng kích thước tinh thể nước đá ảnh hưởng xấu đến thực phẩm cụ thể cấu trúc tế bào bị phá vỡ, sử dụng sản phẩm mềm hơn, hao phí chất dinh dưỡng tăng nước tự tăng làm mùi vị sản phẩm giảm Để tránh tượng kết tinh lại nước đá, trình bảo quản nhiệt độ bảo quản phải giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép ± C Sự thăng hoa nước đá: Trong q trình bảo quản sản phẩm đơng lạnh tượng nước khơng khí ngưng tụ thành tuyết dàn lạnh làm cho lượng ẩm khơng khí giảm Điều dẫn đến chênh lệch áp suất bay nước đá bề mặt sản phẩm với môi trường xung quanh Kết nước đá bị thăng hoa, nước vào bề mặt sản phẩm với mơi trường khơng khí Nước đá bề mặt bị thăng hoa, sau lớp bên thực phẩm bị thăng hoa Sự thăng hoa nước đá thực phẩm làm cho thực phẩm có cấu trúc xốp, rỗng Oxy khơng khí dễ thâm nhập vào oxy hoá sản phẩm Sự oxy hoá xảy làm cho sản phẩm hao hụt trọng lượng, chất tan, mùi vị bị xấu đi, đặc biệt trình oxy hố lipit Để tránh tượng thăng hoa nước đá sản phẩm sản phẩm đơng lạnh đem bảo quản cần bao gói kín đuổi hết khơng khí rangồi Nếu có khơng khí bên xảy tượng hoá tuyết bề mặt bao gói q trình thăng hoa xảy Biến đổi hố học Trong q trình bảo quản đơng lạnh biến đổi sinh hố, hố học diễn chậm Các thành phần dễ bị biến đổi protêin hoà tan, lipit, vitamin, chất màu, … Sự biến đổi protêin: Trong loại protêin protêin hồ tan nước dễ bị phân giải nhất, phân giải chủ yếu dạng tác dụng enzyme có sẵn thực phẩm Sự khuếch tán nước kết tinh lại thăng hoa nước đá gây nên biến tính protêin hồ tan Biến đổi protêin làm giảm chất lượng sản phẩm sử dụng Sự biến đổi chất béo: Dưới tác động enzyme nội tạng làm cho chất béo bị phân giải cộng với trình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm Đó q trình thuận lợi cho q trình oxy hố chất béo xảy Q trình oxy hố chất béo sinh chất có mùi vị xấu làm giảm giá trị sử dụng sản phẩm Nhiều trường hợp nguyên nhân làm h ết thời hạn bảo quản sản phẩm Các chất màu bị oxy hoá làm thay đổi màu sắc thực phẩm Sự biến đổi vi sinh vật: Đối với sản phẩm đơng lạnh có nhiệt độ thấp -15 C bảo quản ổn định số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian bảo quản Ngược lại sản phẩm làm đông không đều, vệ sinh không tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quản không ổn định làm cho sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, chúng hoạt động gây thối rữa sản phẩm giảm chất lượng sản phẩm Tổng quan kho lạnh bảo quản 3.1 Kho lạnh bảo quản Kho lạnh bảo quản kho sử dụng để bảo quản loại thực phẩm, nông sản, rau quả, sản phẩm cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ,… Hiện kho lạnh sử dụng rộng rãi công nghiệp chế biến thực phẩm chiếm tỷ lệ lớn Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm: - Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: thịt, hải sản, đồ hộp,… - Kho bảo quản nông sản thực phẩm hoa - Bảo quản sản phẩm y tế, dược liệu - Kho bảo quản sữa - Kho bảo quản lên men bia - Bảo quản sản phẩm khác Việc thiết kế kho lạnh phải đảm bảo số yêu cầu sau: - Cần phải tiêu chuẩn hoá kho lạnh - Cần phải đáp ứng yêu cầu khắt khe sản phẩm xuất - Cần có khả giới hố cao khâu bốc dỡ xếp hàng - Có giá trị kinh tế: vốn đầu tư nhỏ, sử dụng máy thiết bị nước,… Với yêu cầu nhiều mâu thuẫn ta phải đưa phương pháp thiết kế với hoàn cảnh Việt Nam 3.2 Phân loại kho lạnh Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa phân loại khác nhau: a Theo cơng dụng: Người ta phân loại kho lạnh sau- Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ hay bảo quản tạm thời thực phẩm nhà máy chế biến trước chuyển sang khâu chế biến khác - Kho chế biến: Được sử dụng nhà máy chế biến bảo quản thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy ch ế biến thuỷ sản, nhà máy xu ất thịt,…) Các kho lạnh loại thường có dung tích lớn, cần phải trang bị hệ thống có cơng suất lạnh lớn Phụ tải kho lạnh thay đổi phải xuất nhập hàng thường xuyên - Kho phân phối, trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho khu dân cư, thành phố dự trữ lâu dài Kho lạnh phân phối thường có dung tích lớn, trữ nhiều mặt hàng có ý nghĩa lớn đời sống sinh hoạt cộng đồng - Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản mặt hàng thực phẩm hệ thống thương nghiệp Kho dùng bảo quản tạm thời mặt hàng doanh nghiệp bán thị trường - Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tàu hoả, ôtô): Đặc điểm kho dung tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi đến nơi khác - Kho sinh hoạt: Đây loại kho nhỏ dùng hộ gia đình, khách sạn, nhà hàng dùng bảo quản lượng hàng nhỏ b Theo nhiệt độ: Người ta chia ra: - Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm khoảng -2 C đến C Đối với số rau nhiệt đới cần bảo quản nhiệt độ cao (đối với chuối > 10 C, chanh >4 C) Nói chung mặt hàng chủ yếu rau mặt hàng nông sản- Kho bảo quản đông: Kho sử dụng để bảo quản mặt hàng qua cấp đơng Đó hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu phải đạt -18 C để vi sinh vật phát triển làm hư hại thực phẩm trình bảo quản - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản -12 C, buồng bảo quản đa thường thiết kế -12 C cần bảo quản lạnh đưa lên nhiệt độ bảo quản C cần bảo quản đơng đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18 C tuỳ theo yêu cầu công nghệ Khi cần sử dụng buồng đa để gia lạnh sản phẩm Buồng đa thường trang bị dàn quạt trang bị dàn tường dàn trần đối lưu khơng khí tự nhiên - Kho gia lạnh: Được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ bảo quản lạnh để gia lạnh sơ cho sản phẩm lạnh đông phương pháp kết đông pha Tuỳ theo u cầu quy trình cơng nghệ gia lạnh, nhiệt độ buồng hạ xuống -5 C nâng lên vài độ nhiệt độ đóng băng sản phẩm gia lạnh Buồng gia lạnh thường trang bị dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4 C c Theo dung tích chứa: Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng Do đặc điểm khả chất tải cho loại thực phẩm khác nên thường quy dung tích thịt (MT – Meat Tons) Ví dụ: Kho 50 MT, kho 100 MT, 200 MT, 500 MT,… kho có khả chứa 50, 100, 200, 500 thịt d Theo đặc điểm cách nhiệt: Người ta chia ra: - Kho xây: Là kho mà kết cấu kiến trúc xây dựng bên người ta bọc lớp cách nhiệt Kho xây chiếm diện tích lớn, giá thành tương đối cao, khơng đẹp, khó tháo dỡ, di chuyển Mặt khác mặt thẩm mỹ vệ sinh kho xây khơng đảm bảo tốt Vì vậy, nước ta thường sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm - Kho panel: Được lắp ghép từ panel tiền chế polyuretan lắp ghép với móc khố cam locking mộng âm dương Kho panel có hình thức đẹp, gọn giá thành tương đối rẻ, tiện lợi lắp đặt, tháo dỡ bảo quản mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu… Hiện nhiều doanh nghiệp nước ta sản xuất panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao Vì hầu hết xí nghiệp, cơng nghiệp thực phẩm sử dụng kho panel để bảo quản hàng hoá 1.4 Tính cấp thiết đề tài Tủ lạnh thương nghiệp kho lạnh thương nghiệp nhỏ dùng để bảo quản trưng bày bán sản phẩm thịt, cá , rau, quả…Các mặt hàng chủ yếu bầy bán siêu thị Xuất phát từ nhu cầu thực tế trêm mà định chon đề tài : “Tính tốn thiết kế tủ lạnh thương nghiệp bảo quản sản phẩm thịt dê sức chứa 90kg đặt siêu thị “ , với thời gian lưu kho tối đa 15 ngày 10 Hình 3.3 Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian phần có hồi nhiệt có bình q lạnh QL Để tăng thêm hiệu lạnh Aq người ta cịn tìm cách bố trí thêm bình q lạnh môi chất lạnh lỏng thiết bị hồi nhiệt van tiết lưu Hình 3.3 giới thiệu chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian phần, có hổi nhiệt bình q lạnh lỏng Bình lạnh lỏng sử dụng van tiết lưu nhiệt để tiết lưu phần lỏng vào làm mát môi chất lỏng từ thiết bị hồi nhiệt Môi chất lỏng khỏi bình q lạnh lỏng có nhiệt độ t5 gần nhiệt độ bình trung gian tIg = t8 Về lý thuyết tính t5 = t8 + 5K Hoi mơi chất khỏi bình bay có trạng thái qua hồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng nóng trở thành nhiệt trạng thái 1, máy nén hạ áp hút nén lên trạng thái Khi qua bình mát trung gian nén áp suất trung gian làm mát xuống đến t3 Hơi từ bình làm mát trung gian có trạng thái hịa trộn với từ bình q lạnh QL có trạng thái (hơi bão hịa khơ) thành trạng thái 3’ vào máy nén cao áp Sau nén có trạng thái Ở bình ngưng tụ ngưng tụ thành lỏng trạng thái lỏng bão hòa 5”, qua hồi nhiệt, giảm nhiệt độ xuống 5’ qua bình lạnh nhiệt độ giảm xuống điểm 5, cao nhiệt độ trung gian khoảng 5°c 20 Từ trạng thái 5, phần lỏng đưa qua van tiết lưu nhiệt TLN tiết lưu xuống áp suất trung gian 6’ để bay làm q lạnh mơi chất lỏng cịn phần lớn tiết lưu thẳng xuống áp suất bay đưa vào bình bay để bay sinh lạnh, khép kín chu trình lạnh Việc tính tốn chu trình theo hình 5.2 5.3 phải vào độ nhiệt hút ’-1 hồi nhiệt hay vào trao đổi nhiệt thực tế thiết bị trao đổi nhịêt Cũng giống chu trình biểu diễn hình 5.1 chọn thiết bị hồi nhiệt hoàn hảo với Atmin = t5 -1, = 5K t, = t5 - 5K = tk - 5K, tùy theo nhà chế tạo máy nén chọn độ nhiệt hút Atqn = tị - tị = 25 -ỉ- 35K để tính tốn Khi phương pháp đồ thị xác định điểm 5’ điểm xác định qua quan hệ t5 - tg = Atmin = 5K hay t5 = t8 + 5K - Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0 = hr-h6, kJ/kg - Công nén riêng: (3.3a) (3.3b) lj — h2 hị 14 = h4 - hr 3.4 Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian phần 21 Hình biểu diễn chu trình cấp tiết lưu làm mát trung gian l phần Hình Chu trình cấp, tiết lưu làm mát trung gian phần, BTG - bình trung gian So với chu trình tiết lưu (hình 5.1), sơ đồ bố trí thêm van tiết lưu, bình trung gian đường ống nối bình trung gian với ống hút máy nén cao áp Các trình bản: 1-2: Nén đoạn nhiệt qua máy nén hạ áp s1 = s2 = const 2-3: Làm mát trung gian xuống nhiệt độ môi trường t3 = tk 3-4: Hòa trộn dòng nén từ máy nén hạ áp với dòng từ bình trung gian BTG có trạng thái thành trạng thái 4-5: Nén đoạn nhiệt máy nén cao áp s4 = s5 = const 5-6: Làm mát ngưng tụ đẳng áp bình ngưng 6-7: Tiết lưu đẳng entanpy từ áp suất ngưng tụ pk xuống áp suất trung gian ptg đẩy vào bình trung gian h6 = h7 Thành phần máy nén cao áp, thành phần lỏng vào tiết lưu có trạng thái 9-10: Tiết lưu đẳng entanpy (h9 = h10) đưa vào bình bay 10-1: Bay lỏng thu nhiệt môi trường, tạo hiệu ứng lạnh Ưu nhược điểm so với chu trình tiết luu - Năng suất lạnh riêng tăng khoảng Aqo đáng kể so với việc tiết lưu trực 22 tiếp từ điểm -Công nén giám khoảng AI iàm mát từ xuống xuống điếm -Nhiệt độ cuối tầm nén giảm đáng kể từ 2’ xuống nên độ tin cậy hiệu suất làm việc cao đỡ cháy dầu, độ bền tuổi thọ máy nén tăng Tính tốn chu trình Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0 = hl - h10 kJ/kg Công nén riêng cấp hạ áp cao áp: l1 = h2 - h1 kJ/kg l4 = h5-h4 kJ/kg Hệ số lạnh: Tỷ số m4/m1, xác định qua cân chất cân entanpy bình trung gian: Vậy: Nên: 23 Các điểm nút chu trình xác định tương đối dễ dàng Riêng điểm phải tính tốn entanpy h4 Có thể tính h4 nhờ cân entanpy điểm hòa trộn: Như vậy, tất điểm nút chu trình xác định Ứng dụng Chu trình ứng dụng cho mơi chất amoniắc freon dùng Nếu dùng cho freon, nên có thêm hồi nhiệt Nếu ứng dụng cho môi chất amoniắc cần hạn chê' tối đa nhiệt độ cuối tầm nén đặc điểm mơi chất amoniắc có nhiệt độ cuối tầm nén cao Nói chung NH3 người ta sử dụng chu trình làm mát trung gian tồn phần giới thiệu 3.5 Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần Nhược điểm chủ yếu chu trình làm mát trung gian phần hút máy nén cao áp chưa làm mát “toàn phần” xuống đến trạng thái bão hịa khơ nên cơng nén tiết kiệm chưa phải tối đa nhiệt độ cuối tầm nén cao áp t5 chưa phải thấp Để làm mát toàn phần nén hạ áp sau qua mát trung gian người ta cho sục thẳng nén cấp hạ áp vào bình trung gian Ở đây, phần lỏng áp suất nhiệt độ trung gian bay làm mát trạng thái xuống trạng thái bão hịa khơ Điểm trùng với điểm Hình giới thiệu chu trình cấp tiết lưu làm mát trung gian tồn phần 24 Hình Chu trình cấp, tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần Ưu điểm Hơi hút máy nén cao áp làm mát xuống đến đường bão hịa khơ, cơng nén tiết kiệm đạt tối đa lmax Nhiệt độ cuối tầm nén t5 nhiệt độ thấp với trình nén đoạn nhiệt Đây ưu điểm bán cúa chu trình so với chu trình làm mát phần Nhược điểm Chu trình có nhược điểm vận hành dầu từ máy nén hạ áp vào bình trung gian theo môi chất lỏng, qua tiết lưu vào bình bay nhiệt độ thấp (khoảng -40°C) dầu bị đặc qnh khó lưu thơng, phủ lên bề mặt trao đổi nhiệt bình bay cản trở trình trao đổi nhiệt ứng dụng: Chu trình chủ yếu ứng dụng cho mơi chất amơniắc Tính tốn chu trình Các điểm nút chu trình xác định dễ dàng đồ thị Igp-h tương tự chu trình hình Riêng tỷ số m4/m1 xác định qua cân entanpy bình trung gian: Hệ số lạnh chu trình: 25 Thí dụ 2.: Một buồng kết đông kiểu tunel yêu cầu Qo = 100kW, to = -40°C, tk = +40°C; môi chất lạnh NH3 Hãy tính tốn chu trình lạnh cấp tiết lưu làm mát trung gian toàn phần theo hình tính chọn máy nén Giải: Từ tk = 40°C xác định Pk = 15,56 bar Từ to = -40°C xác định po = 0,719 bar Tỷ số nén: = pk/po = 21,64 > 9: sử dụng chu trình cấp Áp suất trung gian: ptg = = 3,34 bar tương ứng ttg = -6,8°c Tỷ số nén: Xây dựng chu trình đồ thị lgp-h đọc thông số trạng thái điểm nút chu trình Các thơng sơ' tập hợp bảng - Tỷ số lưu lượng: 26 Bảng p, bar t, oC h, kJ/kg v, m3/kg 0,719 -40 1707 1.55 3,34 64 1920 - 3,34 40 1862 - 3,34 -6,8 1753 0,37 15,56 105 1972 - 15,56 40 688 - 3,37 -6,8 688 - 3,34 -6,8 1753 - 3,34 -6.8 469 - 10 0,719 -40 469 - a) Tính tốn chu trình: - Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0 = h1 - h10 = 1707 - 469 = 1238 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích: - Năng suất nhiệt riệng thải bình ngưng: qk = h5 - h6 = 1972 - 688 = 1284 kJ/kg - Công nén riêng: 11 = h2 – h1 = 1920 - 1707 = 213 kJ/kg 12 = h5 – h4 = 1972 - 1753 = 219 kJ/kg - Tỷ số nén: - Hệ số lạnh chu trình: 27 (lớn so với hệ số lạnh chu trình R22 thí dụ 1: = 2,33) b) Tính tốn máy nén: - Nãng suất lạnh Qo = 100kW (đầu cho) - Lưu lượng nén qua máy nén hạ áp cao áp: - Thể tích hút thực tế máy nén hạ áp cao áp: - Hệ số cấp : tra đồ thị h.3.4 cho máy nén MYCOM cấp NH3, = 4,65 - Thể tích hút lý thuyết hạ áp cao áp: =Vlt1/Vlt4= 3,2 (cứ xilanh hạ áp có xilanh cao áp) - Cơng nén đoạn nhiệt hạ áp cao áp: Nsl =m1.l1 = 17,2 kW Ns4 = m4.l4 = 23,2 kW - Hiệu suất nén hữu ích 28 Tra đồ thị h.3.10 môi chất amoniắc với = 4,65 được: - Công nén hữu ích hạ áp cao áp: - Cơng nén tiêu thụ thực tế hạ áp cao áp: - Chọn máy nén: Với ( = 3,2 chọn máy nén kiểu xilanh hạ áp có cao áp Với Vlt, = 910,0 m3 chọn máy N62B với đặc tính kỹ thuật: Qo = x 56,1 = 112,2 kW lớn yêu cầu 30,5% Ne = x 42,7 = 85,4 kW lớn tính tốn 39,3% Ở chế độ làm việc to = -40°C, tk = 40°C Đặc tính máy nén: Hiệu MYCOM, ký hiệu N62B với d = 130mm; s = 100mm; n = 900vg/ph; xilanh hạ áp xilanh cao áp Theo phụ lục chọn máy N42B, suất lạnh gần với yêu cầu x 54,2 kW áp suất trung gian giảm so với tính tốn 29 3.6 Chu trình cấp chế độ bay Về nguyên tắc, chu trình cấp có nhiệt độ bay nhiệt độ bay thiết kế nhiệt độ trung gian Nếu cần dàn bay có nhiệt độ trung gian người ta mắc vào bình trung gian dàn bay theo ý muốn, bình trung gian đóng vai trị bình tách lỏng cho dàn bay trung gian Tuy nhiên để phải tiến hành tính tốn chu trình để đạt nhiệt độ trung gian phù hợp yêu cầu suất lạnh cấp nhiệt độ yêu cầu Áp suất trung gian tính tốn giói thiệu mà phải phù hợp với nhiệt độ bay trung gian yêu cầu Hình giới thiệu sơ đồ cấp chế độ bay R22 với bình lạnh lỏng Bitzer Hình Sơ đồ cấp chê độ bay hơi, R22, có bình q lạnh lỏng - Máy nén cấp hạ áp; - Máy nén cao áp; - Bình tách dầu; - Bình chứa dầu; - Van áp suất (1,4 bar); -Đường cần áp suất; - Van phao hạ áp điều chinh mức dầu (thiết kế cho 6,5 bar), - Van phao hạ áp điều chinh mức dầu (giống kiểu tiêu chuẩn); - Dàn ngưng; 10 - Van tiết lưu phun lỏng bổ sung để lạnh lỏng; 11 - Thiết bị lạnh lỏng; 12, 13 - Van tiết lưu dàn bay nhiệt độ thấp; 14,15 - Van tiết lưu dàn bay nhiệt độ trung gian Ở đây, máy nén riêng lé không phái loại cấp nén máy, chúng tính tốn đê đạt suất lạnh áp suất bay áp suất trung gian yêu cầu Để kiểm soát nhiệt độ cuối tầm nén cấp cao áp cần có van tiết lưu phun lỏng bổ 30 sung 10 Việc khống chế mức dầu tự động cho hệ thống máy nén tiến hành nhờ bình chứa dầu van phao hạ áp 7, Tất nhiên, so với hệ thống cấp hình hệ thống phức tạp nhiều máy nén, đường ống hệ thống điện điều khiển Đối với máy nén trục vít tua bin, người ta bố trí thân máy cửa hút có áp suất trung gian nằm khoảng pk p0 Mơi chất lạnh hút qua cửa với áp suất trung gian mà q trình nén khơng bị ảnh hưởng Do đặc điểm thuận lợi đó, bố trí chu trình giống chu trình hai cấp có máy nén để đạt hiệu nhiệt độ giống chu trình hai cấp Ngồi máy nén trục vít tuabin cịn có khả tạo nhiều cấp nhiệt độ bay hơi, sử dụng phổ biến cơng nghiệp hóa học Hình mơ tả khả lạnh lỏng môi chất lỏng tiết lưu xuống áp suất trung gian giống chu trình hình sử dụng máy nén trục vít Hình biểu diễn chu trình hai tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn sử dụng máy nén trục vít tuabin tương tự chu trình biểu diễn hình 5.6 M N T Hình 5.6 Chu trình q lạnh lỏng mơi chất tiết lưu Hình 5.7 Chu trình làm mát trung gian hai tiết lưu máy nén trục vít xuống áp suất trung gian plg Thí dụ Cho biết nhiệt độ ngưng tụ 45°c, nhiệt độ bay thấp có thê đạt sử dụng máy nén pittơng trục vít, mơi chất 31 NH3Giải: Đối với máy nén pittông NH3, tỷ số nén khuyên dùng tối đa 7ĩmax = với tk = 45°c nên pk = 17,83 bar po = pk/= 17,83 bar/9 = 1,98 bar Vậy nhiệt độ bay thấp đạt tomin = -19°c Đối với máy nén trục vít NH3, tỉ số nén đạt tới 20 p0 = 17,83 bar/20 = 0,89 bar tương ứng tomin = -36°c Với nhiệt độ thực buồng bảo quản đông lạnh tới nhiệt độ buồng -28°c mà dùng chu trình cấp máy nén trục vít Thí dụ 4: Cho biết nhiệt độ ngưng tụ 45°c, môi chất R22 Hỏi nhiệt độ bay thấp đạt sử dụng: Máy nén R22 pittơng? Máy nén R22 trục vít? Giải Nhiệt độ ngưng tụ 45°c, áp suất tương ứng 17,3 bar Đối với máy nén pittông R22, tỷ số nén khuyên dùng =12 max = 13 Vậy pomin = 17,3/13 = 1,33 bar, Tương ứng tomin = -35°c Đối với máy nén trục vít ta đạt nhiệt độ sôi thấp nhiều so với máy nén pittông Pomin = 17,3/20 = 0,865 bar tương ứng tomin = -44°c 32 Lời kết Nội dung đề tài đồ án nhiệt lạnh em “Nghiên cứu hệ thống lạnh sử dụng chu trình cấp nén dụng tiết lưu ” Mặc dù cố gắng tìm đọc tài liệu, kết hợp với trình học tập kiến thức thực tế hạn chế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo, giúp đỡ để em bổ sung thêm để khắc phục thiếu sót học hỏi thêm kinh nghiệm có ích cho cơngviệc sau Và theo hiểu biết em, phòng thực hành máy lạnh điều hồ khơng khí có nhiều thiết bị làm lạnh sinh viên thực hành Nhưng chưa đủ Vậy nên, em xin kiến nghị nhà trường bố trí thêm số máy điều hòa tủ lạnh, tủ kem, tủ đá cso sử dụng chu trình cấp nén nói chung cấp nén tiết lưu nói riêng cho phịng thực để cải thiện phần kiến thức sinh viên máy móc, thiết bị Một lần emxin chân thành cảm ơn cô giáo Đặng Thị Bình thầy, giúp đỡ tạo điều kiện cho em nhiều để em hoàn thành đổ án Em xin chân thành cảm ơn! 33 Tài liệu tham khảo + Nguyễn Đức Lợi – Giáo trình Kỹ thuật lạnh, NXB Bách Khoa Hà Nội + Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư – thiết bị trao đổi nhiệt NXB KH KT, 2001 + Đinh Văn Hiền, máy lạnh, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2008 + ĐInh Văn Thuận, Võ Chí Chính, Hệ thống máy thiết bị lạnh 34 ... = 21 3 kJ/kg 12 = h5 – h4 = 19 72 - 17 53 = 21 9 kJ/kg - Tỷ số nén: - Hệ số lạnh chu trình: 27 (lớn so với hệ số lạnh chu trình R 22 thí dụ 1: = 2, 33) b) Tính tốn máy nén: - Nãng suất lạnh Qo = 10 0kW... nhiều cấp với cách bố trí thiết bị khác Ở khảo sát số chu trình thơng dụng 16 3 .1 .chu trình cấp, tiết lưu, làm mát phần Đây chu trình cấp nén đơn giản Quá trình ngưng tụ, tiết lưu bay giống chu trình. .. so với máy nén pittông Pomin = 17 ,3 /20 = 0,865 bar tương ứng tomin = -44°c 32 Lời kết Nội dung đề tài đồ án nhiệt lạnh em ? ?Nghiên cứu hệ thống lạnh sử dụng chu trình cấp nén dụng tiết lưu ” Mặc