II, Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống lạnh: thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau quá t[r]
(1)LêI NãI §ÇU Kỹ thuật lạnh là ngành khoa học quan trọng, có liên quan và hỗ trợ tích cực cho các ngành khác như: công nghiệp thực phẩm, chế biến thịt cá, rau quả,rượu bia, nước giải khát, đánh bắt và xuất thuỷ, hải sản Ngày naykỹ thuật lạnh đại đã tiến bước xa, phát triển mạnh mẽ cuing với phát triển ngành khoa học khác, có trình độ khoa học cao Công suất lạnh, hiệu suất máy lạnh tang, mức độ tự đọng hoá các hệ thống lạnh và máy lạnh tang lên rõ rệt Những thiết bị lạnh tự dộng hoàn toàn điện tử Lĩnh vực ứng dung quan trọng kỹ thuật lạnh là công nghiệp bảo quản và chế biến thực phẩm Đặc biệt là ngành lạnh đông thực phẩm phát triển mạnh mẽ Các sở lạnh thực phẩm: lạnh đông thuỷ sản, gia cầm, rau quả, sở lạnh để bảo quản: sữa, bơ, men , sở kem, nước đá ngày xây dựng và phát triển, hoàn thiện với qui mô lớn và đại Công nghiệp thực phẩm như: chế biến thịt, cá, rau quả, công nghiệp dánh bắt hải sản dài ngày trên biển nhờ hỗ trợ tích cực kỹ thuật lạnh Các kho bảo quản lạnh, kho lạnh chế biến phân phối các máy lạnh, tủ lạnh gia đình, nhà máy sản xuất nước đá, máy lạnh lắp đặt trên tàu thuỷ, các máy lạnh đông nhanh thực phẩm, công nghệ rượ, bia, bánh kẹo, kem, nước đá ứng dung rộng rãi và phổ biến nước ta Với đề tài môn học này em sâu nghiên cứu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, ưu, nhược điểm và tính toán thiết bị ngưng tụ ống võ thẳng đứng Tuy nhiên với kiến thức kỹ thuật lạnh hạn chế và kinh nghiệm làm đồ án chưa nhiều nên không thể tránh khỏi thiếu sót Mong cùng với hướng dẫn thầy Trần Thế Truyền đóng góp phê bình thầy và các bạn, đề tài này hoàn chỉnh Em xin chán thaình caím ån Đà nẵng, ngày 7/11/2003 Sinh viên thực Nguyễn Thị Phương Tâm (2) Phần1 LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT LAÌM LẠNH THỰC PHẨM I, Ý nghĩa việc làm lạnh thực phẩm: Để đảm bảo việc cung cấp nguyên liệu (cá, thịt, rau, ) với chát lượng tốt và số lượng đây đủ Bảo đảm giữ nguyên vẹn tính chất ban đầu nguyên liệu ban đầu hình dạng bên ngoài và chất lượng dinh dưỡng bãn Tăng cường chất sản phẩm Tăng thời gian bảo quản , phục vụ cho điều hoà dự trữ nguyên liệu và kéo dài thời vụ xuất cho xí nghiệpchế biến thực phẩm, cung cấp thực phẩm và phục vụ xuất II, Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống lạnh: ( thiết bị ngưng tụ) Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt để biến môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái loíng yêu cầu: Nhanh chóng tách tác nhân lạnh đã ngưng khỏi bề mặt truyền nhiệt Tạch khäng khê vaì cạc loải khê khäng ngỉng Tách dầu khỏi bình ngưng Dễ dàng vệ sinh bề mặt truyền nhiệt III, Môi chất lạnh( R717): Môi chất lạnh là chất môi giới sử dung chu trình nhiệt độngngược chiều để thu nhiệt môi trường có nhiệt độ thấpvà thải môi trường có nhiệt độ cao Môi chất tuần hoàn hệ thống là nhờ quá trình nén Ở máy lạnh nén hơi, thu nhiệt môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay áp suất thấp và nhiệt độ thấp, thải nhiệt cho môi trường có nhiệt độ cao nhờ quá trình ngơng tụ áp suất cao và nhiệt độ cao, tang áp suất quá trìnhnén và giảm áp suất nhờ quá trình tiết lưu và giản nở lỏng Ở máy lạnh nén khí, môi chất lạnh không thay đổi trạng thái R717: Nhiệt độ sôi áp suất thường:-33.4oC Là chất khí không màu, có mùi hắc, có tính chất nhiệt động tốt Không ăn mòn các kim loại đen chế tạo máy ăn mònđồng và các hợp kim đồng, đó không sử dung đồng các máy lạnh amäniac Gây cháy nổ nguy hiểm không khí nên cần các biện pháp đề phòng cháy nổ cho gian máy và thiết bị Không hoà tan dầu, khó bôi trơn chi tiết chuyển động và các bề mặt ma sát (3) Nhược điểm: Độc hại thể người, gây kích thích niêm mạc mắt, dày, gây co thắt quan hô hấp , làm bỏng da Làm giảm chất lượng thực phẩm bảo quản, làm cho thực phẩm, rau biến màu, giảm chất lượng nhanh chóng có rò rỉ NH vào buồng lạnh Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản tương đối dể dàng Được sử dung rộng rãi nơichấp nhận tính độc hại đã có biện pháp an toàn Sử dung máy lạnh suất lớn NH3 ứng dung cho máy nén pittông, không áp dung chomáy nén tuabin vì tỉ số nén quá nhỏ IV, Chất tải lạnh: Chất tải lạnh là môi chất trung gian , nhận nhiệt đối tượng cần làm lạnh chuyển tới thiét bị bay Hệ thống dùng chất tải lạnh là hệ thống gián tiếp: sản phẩm làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh Nước: Công thức hoá học:H2O, điểm hoá rắn:0oC, điểm sôi áp suất khí quyển: 100oC Nhược điểm: Điểm hoá rắn cao, ứng dung cho nhiệt độ cao, nước bị đóng đá thì ống dễ bị nổ Ưu điểm: Nhiệt độ sôi cao Không ăn mòn thiết bị Không cháy, không gây nổ Không độc hại thể sống Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản (4) Phần THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG VỎ THẲNG ĐỨNG I Cấu tạo: Có vỏ trụ tròn đặt thẳng đứng, các mặt sang hàn vào các vỏ Ống trao đổi nhiệt chế tạo thép, đường kính 57x3.5mm và núc vào mặt sàng đầu bình ngưng Nước không chứa đầy toàn ống mà chảy thành lớp mỏng bề mặt ống Trên bình ngưng đặt thùng cấp nước có các lỗ và các nát hình côn để phân phôi nước và làm chảy thành màng mặt ống Các nút có rãnh xoán để nước chuỷen động vòng theo bề mặt nhằm tang cường truyền nhiệt Môi chất lạnh sau toả nhiệt cho nước làm mát chảy ống Nước đổi nhiệt chảy vào bể chứa đáy bình Môi chất lạnh sau ngưng tụ đưa vào bình chứa qua ống dẫn lỏng có miệng cao mặt sàng dước 80mm II Ưu điểm: Tương đối chắn, gọn nhẹ Dễ phá cặn nước, có thể sử dung các nguồn nước chất lượng thấp không qua xử lý Loại này sử dung cho các hệ thống lạnh amôniac công suất lớn Hệ số truyền nhiệt cao Ít tốn kim loại, ít tốn diện tích lắp đặt III.Cäng dủng cuía cạc loải loải dung củ: 1.Van an toaìn: (5) Van an toàn bố trí thiết bị có áp suất cao và chứa nhiều môi chất lỏng Nó dùng để đề phòng trường hợp áp suất vượt quá mớc qui định thì van an toàn mở để xả môi chất thiết bị có áp suất thấp xả trực tiếp vào không khí 2Áp kế: Dùng để đo áp suất môi chất đường ống và thiết bị Trên mặt áp kế có thang chia ghi giá trị áp suất Thường gặp loại áp kế kiểu ống đàn hồi 3.Van chiều: Van chiều cho dòng chảy theo hướng Van chiều đươc lắp đăẳttên đường đẩy máy nén và thiết bị ngưng tụ, có nhiệm vụ ngăn không cho dòng môi chất từ thiết bị ngưng tụ chảy trở lại máy nén trường hợp dừng máy nén máy nén bị cố (6) TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Phần Tính toán, thiết kế và kiểm tra sức bền thiết bị ngưng tụ ống vỏ thẳng đứng: Công suất nhiệt: Qk =700 kw Nhiệt độ ngưng tụ: tk =28oC Nhiệt độ nước lạnh: t1=20oC Môi chất lạnh: R717 Dộ chênh lệch nhiệt độ: t = 56(thiết kế hệ thống laûnh/tr217) Choün t = 6ok Nhiệt độ nước ra: t2= t1+t = 20+6 =28oC Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit môi chất lạnh và môi trường làm lạnh: ttb = Δt = =4 , 33o k t k −t 28 −20 ln ln 28 −26 t k −t Lưu lượng nước lạnh: Mn = Qk C pn Δt Qk: công suất nhiệt (kw) Cpn=4,18 kj/kg: nhiệt dung riêng nước t: độ chênh lệch nhiệt độ Mn: lưu lượng nước lạnh (kg/s) Mn= 700 =27 , 91(kg /s) , 18 Các thông số hình học chùm ống bình ngưng: (kỹ thuật lạnh sở_bảng 6.1/141) đường kính ống: d2 =50 mm đường kính ngoài ống: d1 =57 mm Äng theïp trån daìi: H= 46 m Choün H=5,5m Với các thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ thẳng đứng thì nước chảy thành màng mỏng ống đứng, hệ số toả nhiệt trung bình chế độ có Re 2000 có thể tính qua trị số Nu: Nu= 0,01(Ga Pr Re) ❑1 /3 Chuẩn số Nu đặc trưng cho cường độ cấp nhiệt trên biên giới tiếp xúc doing chất tải nhiệt Chuẩn số Ga đặc trưng cho tương quan lực ma sát phân tử và troüng læûc doìng Chuẩn số Pran đặc trưng cho tính chất vật lý dòng chất tải nhiệt Chuẩn số Re đặc trưng cho tương quan lực lỳ và lực ma sát phân tử dòng Tính chất vật lý nước nhiệt độ trung bình màng nước: tn = t +t 20+ 26 = =24o C 2 hệ số dẫn nhiệt (dùng nội suy): (7) taûi t=20oC: = 0,579 (w/mk) taûi t=30o0: = 0,612 (w/mk) taûi tn=24oc: =0,0597 + (0,612 – 0,612) (24 − 20) (30 −20) = 0,603 (w/mk) Độ nhớt động học : Taûi t=20oc: =1,006 10−6 ( m2/s) Taûi t=30oc: =0,805 10−8 (m2/s) Taûi tn=24oc: =1,006 10−6 (24 − 20) +(0,805 10−8 - 0,006 10−6 ) (30 −20) =0,9256 10−6 (m2/s) Độ nhớt động học : (Pa/s) Taûi t=20oC : = 1004.10-6 (Pa/s) Taûi t=30oC : = 801,5 10-6 (Pa/s) tn =24oC : = 1004,10-6 + (801,5 10-6 - 1004.10-6 ) (24 − 20) (30 −20) = 923.10-6 (Pa/s) số Pran : Taûi t=20oC : Pr = 7.03 Taûi t=30oC : Pr = 5.45 tn =24oC : Pr = 7,03 + (5,45- 7,03) (24 − 20) (30 −20) = 6.398 số Galilê: Ga= 5,5 ¿ ¿ , 9256 10 −6 ¿2 ¿ ¿ , 81 ¿ g H =¿ ν Số Re là hàm số phụ thuộc vào mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt q2 : đậi lượng chưa biết Re = ω d â ω d ρ Mn = = ν μ Π d2 μ Mn: lưu lượng nước (kg/s) d2: đường kính ống(mm) : độ nhớt động lực học (Pa/s) goi m1 là lưu lượng nước trên 1m chu vi tiết diện ống (kg/s) m1 = Re = Mn Π d2 m1 μ Nhiệt nước hấp thu Qk=Qn Qn = Qk = .d2H.q2 q2 : mật độ dòng nhiệt đối lưu từ phía môi chất, kw/m Re = Mn Mn q H 27 , 91 5,5 = = q = 0,95.q2 μ Π d2 Qk μ 700 103 923 10− (8) Số Nu: Nu = 0,01 (Pr.Ga.Re)1/3 Nu = 0,01 (6,398.1,9.1015.0,95.q2) ❑1 /3 Nu= 2260,34.q2 ❑1 /3 Hệ số toả nhiệt phía nước: 2260, 34 q , 603 2 = Nu λ = =247 , 82 q2 /3 H 5,5 1/3 mật độ dòng nhiệt phía nước: tv− tn q 2= δi +∑ α2 λi = Δt tb − Δt a δi +∑ α2 λi ttb= 4,33oK ta : độ chênh lệch nhiệt nhiẹt độ ngưng tụ và nhiệt độ vaïch δi =0,6.10 ❑− (m2k/w): tổng nhiệt trở ống và lớp cáu λi (giá trị chọn sách bài tập kỹ thuật lạnh_ trang 91) , 33− Δt a q 2= + 0,6 10− 247 ,82 q2 −3 −3 ,04 10 q +0,6 10 q 2+ Δt a − , 33=0 1/3 /3 hệ số toả nhiệt phía môi chất lạnh: α 1=0 , 943 √ r ρ2 λ g d ε Hμ Δt d v v : hệ số hiệu chỉnh chế độ chuyển động sóng màng nước Các thông số vật lí NH3 nhiệt độ tk=28oC ( phụ lục 1b/126_ kỹ thuật lạnh sở) nhiệt hoá : r =1151,7 (kj/kg) khối lượng riêng: = 594,9 kg/m3 hệ số dẫn nhiệt : o t=20 C: =0,497 w/mk t=30oC: =0,473 w/mk t=28oC: =0,497 +(0,473-0,497) 28 −20 =0,4778 w/mk 30 −20 độ nhớt động lực: (môi chất lạnh_ bảng 7.21/127) t=27oc: =140,6.10-6 Pa/s t=47oc: = 113,1.10-6 Pa/s t= 28oc: = 140,6.10-6 +(113,1.10-6 - 140,6.10-6) −3 μ , 139 10 =0 ,23 10−7 ( m2 /s) ρ 594 , độ nhớt đọng học : ν = = trị số Re: 28 −20 =0,139.10-3 Pa/s 30 −20 q1 t H q1 t H 5,5 = =q1 t =0 , 137 q1 t r μ Re= Q k 1151 ,7 , 139 10− μ M q1 t : mật độ dòng nhiệt từ phía amoniac ngưng tụ (9) ,137 q1 t , 04 ¿ Hệ số : Re ¿0 , 04=¿ ε v =¿ , 4778¿ , 81 ¿ ¿ , 139 10−3 5,5 Δt a ¿ , 137 q1 t ,04 ¿ ¿ 594 , ¿2 ¿ 1151 , 103 ¿ ¿ ¿ α 1=0 , 943 √4 ¿ q1 t =α Δt a =4913 , q1 t Δt a ,04 − 0,25 Δt a=4913 ,6 Δt a ,78 để xác định mật độ dòng nhiệt thiết bị ta dùng đồ thị để giải hệ phương trinh: q1 t =4913 , Δt a ,78 −3 −3 ,04 10 q +0,6 10 q 2+ Δt a − , 33=0 /3 Mật độ dòng nhiệt: 40005200 w/m2 q2 (w/m2) ta (oK) q1t (w/m2) 4000 4500 5000 0,91 6505 0,5 4078 0,15 1594 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Dựa vào đồ thị: q2 =4480 (w/m2) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F2 = Q K 700000 = =156(m 2) q2 4480 chọn các thông số kết cấu: (kỹ thuật lạnh sở_tr103) (10) bước ống: s = 1,4.d1 =1,4.0,057 =0,0798 (m) Tỷ số chiều dài và đường kính vùng đặt ống: l1 =4 , 79 D Số ống trên đường chéo lớn hình lục giác bố trí ống: √ m=0 , 75 F2 156 =0 ,75 =15 , l1 , 05 , 79 , 0798 d2 s D √ lấy m =15 (ống) tổng số ống thiết bị: n=0 ,75 m2+0 ,25=169 (ống) Đường kính vùng đặt ống: D=m.s =15.0,0798=1,197 (m) Chiều dài ống thiết bị: l 1=D l1 =1 ,197 ,79=5,7(m) D Kiểm tra diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F2 =π d l n=π , 05 5,7 169=151 (m2) Tóm lại: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F2 = 156 (m2) chiều dài ống thiết bị : H = 5,5 (m) đường kính ngoài ống: d2 =0,057 (m) đường kính ống : d1 = 0,05 (m) tổng số ống n = 169 (ống) (11) (12) TÍNH SỨC BỀN Phần 1.Thán bçnh: Chiều dày than bình xác định theo công thức: δ 1≥ p Dt +C ,m δ cp ϕ+ p Dt = 1,157(m): đường kính P = Mpa: áp suất tính toán Ưïng suất bền cho phép: cp = .*cp Chọn thép CT3:(bài tập ktl_ bảng 7.1/133) Taûi to= 28oC: *cp= 136.3 Mpa Hệ số hiệu chỉnh ứng suất: = 0,85 Hệ số bền mối hàn: =0,7 Trị số bổ sung chiều dày: c=0,002 (m) δ 1≥ 1, 197 =0 , 014(m) 115 , 0,7+ chiều dày thực than bình: 1 = 15 (m) Mặt sàng: chiêù dày mặt sàng: δ ≥ 0,5 d r √ p +c ,m δ cp áp suất tính toán:p =2Mpa Ưïng suất bền cho phép : cp =136,3 Mpa (thép CT3), 28oC Đường kính đường tròn lớn có thể vẽ các khoảng mặt sàng không chứa ống dr =1,197 (m) δ ≥ 0,5 , 197 √ +0 , 002=0 , 074 (m) 136 , δ =74 mm choün 3.ống nước: Chiều dày ống nước xác định : p l −6 ¿0,4 +C , m 10 E d n δ ≥ , 47 dn 10−2 ¿ chiều dài ống nước l1=5,5 (m) áp suất tính toán:p =2Mpa đường kính ngoài ống: dn=0,057 (m) môđun đàn hồi E=1,92.105 (Mpa) (sách bài tập ktl/150) Trị số bổ sung chiều dày: c=0,001 (m) 5,5 0,4 ¿ +0 , 001 ≥0 ,00345 m 10 1, 92 10 , 057 δ ≥ , 47 , 057 10− ¿ −6 Chiều dày ống nước: 3,5 (mm) (13) TAÌI LIỆU THAM KHẢO Máy lạnh _ Trần Thanh Kỳ Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh_ Nguyễn Đức Lợi Vật liệu kỹ thuật lạnh_ Nguyễn Đức Lợi Kỹ thuât lạnh sở_ Nguyễn Đức Lợi & Phạm Văn Tuỳ Bài tập Kỹ thuât lạnh_Nguyễn Đức Lợi Môi chất lạnh_ Nguyễn Đức Lợi & Phạm Văn Tuỳ MUÛC LUÛC Lời nói đầu Phần LÝ THUYẾT VỀ KỸ THUẬT LAÌM LẠNH THỰC PHẨM I, Ý nghĩa việc làm lạnh thực phẩm II, Giới thiệu thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống lạnh III, Môi chất lạnh( R717) IV, Chất tải lạnh (14) Phần THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG VỎ THẲNG ĐỨNG I.Cấu tạo II Ưu điểm III.Cäng dủng cuía cạc loải loải dung củ 4 12 Phần Phần TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TÍNH SỨC BỀN TAÌI LIỆU THAM KHẢO MUÛC LUÛC 14 15 (15) ĐẠI HỌC ĐAÌ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT KHOA HOẠ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài :THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG VỎ AMONIAC THẲNG ĐỨNG SVTH : LỚP : GVHD: TRẦN THẾ TRUYỀN KHOA HOÁ _ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT ĐAÌ NẴNG-2003 (16)