Tài liệu ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH - KHO LẠNH, chương IX pdf

CHƯƠNG IX: CHU TRÌNH LẠNH 3.3.1 Chọn chu trình lạnh t 0 = -28 0 C  p 0 = 1,3 Mpa t k = 38 0 C  p k = 1,47 Mpa T ỷ số nén: 3,11 3,1 47,1 0  p p k > 9 Đối với máy nén piston tỷ số nén càng cao, thì hệ số cấp càng nh ỏ, nhiệt độ cuối quá trình nén càng cao, nhất là đối với môi chất Amoniac. Như vậy tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện l àm việc không thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén lớn hơn 9 đối với môi chất NH 3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp nén có làm mát trung gian. Vi ệc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một bài toán tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu đảm bảo an toàn cho máy nén trong quá trình làm vi ệc, để tránh những điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén và thiết bị, tôi quyết định chọn máy nén 2 cấp. Yêu cầu đối với việc chọn chu trình: + S ử dụng máy nén 2 cấp + Môi chất lạnh Amoniac NH 3 + Nhiệt độ ngưng tụ t k = 38 0 C + Nhi ệt độ sôi t 0 = -28 0 C Trong các chu trình máy lạnh, sau khi phân tích ưu nhược điểm của mỗi chu tr ình tôi chọn chu trình 2 cấp bình trung gian có ống xoắn ruột gà. Ta có: P tg = MPaPP ok 43,0  t tg = 0 0 C 3.3.2 Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-i Hình 3-1 Chu trình 2 c ấp nén bình trung gian có ống xoắn - Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi có nhiệt độ t 0 , áp suất p 0 có trạng thái 1’ và được quá nhiệt do: qua nhiệt trong thiết bị bay hơi nhờ van tiết lưu nhiệt v à do tổn thất trên đường ống hút từ dàn lạnh về máy nén đến trạng thái quá nhiệt 1 có nhiệt độ t h , p o và được máy nén tầm thấp hút về và được đẩy vào bình trung gian. Ở 5’ bình trung gian thì hơi quá nhiệt 1 sẽ được làm mát về trạng thái hơi b ão hoà khô 3 do hoà trộn với lượng hơi ẩm 7 và được máy nén tầm cao hút về, được nén đến trạng thái 4 đưa vào bình ngưng. Ở b ình ngưng thì môi chất được làm mát và ngưng tụ nhờ nước. Môi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5. Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ v ào bình chứa cao áp thì môi ch ất lỏng chia làm hai nhánh: một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu thứ nhất v ào bình trung gian để làm mát hơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái hơi bão hoà khô 3. Còn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6. Sau đó v ào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu xuống nhiệt độ t 0 , áp su ất p 0 để cấp cho dàn bay hơi. Như vậy môi chất lạnh được tuần hoàn trong hệ thống. Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t 6 ) phải bằng nhiệt độ trung gian(t tg ). Nhưng thực tế có tổn hao không thuận nghịch nên nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5) 0 C. Ta chọn 5 0 C. - Các quá trình của chu trình: + 1’ – 1: quá nhiệt hơi hút về máy nén hạ áp. + 1 – 2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p 0 lên p tg . + 2 – 3: làm mát hơi nén hạ áp. + 3 – 4: nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ p tg lên p k . + 4 – 5: làm mát ngưng tụ, quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ. + 5 – 7: tiết lưu từ p k về p tg để làm mát hơi nén hạ áp và quá l ạnh môi chất trong ống xoắn. + 5 – 6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian. + 6 – 10: ti ết lưu từ p k về p 0 cấp cho dàn bay hơi. + 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh. 3.3.3 Tính toán chu trình hai cấp bình trung gian có ống xoắn. 1. Xác định các thông số trạng thái các điểm nút của chu tr ình Ta lấy t 6 = t 9 + 5 0 C Tra trên đồ thị lgP-i của môi chất NH 3 cho chu trình 2 cấp, bình trung gian có ống xoắn ta có: Bảng 3-6 Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình. Điểm nút t 0 ( 0 C) P (MPa) i (kj/kg) v (m 3 /kg) Trạng thái 1’ -28 0,13 1420 Hơi bão hoà khô 1 -20 0,13 1435 0,92 Hơi quá nhiệt 2 60 0,43 1585 0,35 Hơi quá nhiệt 3=8 2 0,43 1455 0,28 Hơi bão hoà khô 4 92 1,47 1640 0,12 Hơi quá nhiệt 5’ 38 1,47 370 Lỏng 5 33 1,47 350 0,005 Lỏng 6 5 1,47 230 Lỏng 7 0 0,43 350 Bão hòa ẩm 9 0 0,43 200 Lỏng 10 -28 0,13 230 Bão hòa ẩm 2. Năng suất lạnh riêng q 0 : q 0 = i 1 ’ – i 10 = 1420 – 230 = 1190 kj/kg 3. Năng suất lạnh riêng thể tích q v : q v = q 0 /v 1 = 1190/0,92 = 1293,4 kj/m 3 4. Công nén riêng l: kgkj ii iiii ii m lm ll /377 )3501455( )14551460()2301585( )14351585( )()(. 73 3462 12 1 23 1        Trong đó: m 1 - lưu lượng khối lượng môi chất qua máy nén hạ áp m 3 - lưu lượng khối lượng môi chất qua máy nén cao áp 5. Hệ số lạnh: 15,3 377 1190 2 1 3 1 0    l m m l q N Q o  3.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 3.4.1 Tính toán phía hạ áp Năng suất lạnh riêng: q 0 = 1190 kj/kg Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén hạ áp m 1 : 033,0 1190 6,39 0 0 1  q Q m kg/s Thể tích thực tế của máy nén hạ áp: V ttHA =m 1 ×v 1 =0,033×0.92=0,03m 3 /s Hệ số cấp của máy nén hạ áp: 78,0 273 245 }] 130 5-130 130 10430 [04,0 130 5-130 { T T }] p )[( p { tg 0 0 00 /1 00 00          p p p tp c p p m tgtg HA  Thể tích lý thuyết: sm V V HA ttHA ltHA /04,0 78,0 03,0 3   Công nén đoạn nhiệt: N sHA = m 1 .l 1 = m 1 (i 2 – i 1 ) = 0,033(1585 - 1435) = 4,95 KW Công suất chỉ thị: là công nén thực hiện do quá trình nén l ệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết. W69,5 87,0 95,4 k N N iHA sHA iHA   Trong đó: iHA  là hiệu suất chỉ thị được tính theo công thức: 87,0)28.(001,0 273 245 . 0  tb WiHA  Với b là hệ số thực nghiệm, ta lấy: b = 0,001 tg w T T 0   Với T 0 , T tg - nhiệt độ sôi và trung gian tuyệt đối của môi chất. Công suất ma sát: là công ma sát sinh ra do sự ma sát trong các chi tiết chuyển động của máy nén, công suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ hoạt động của máy nén. W77,159.03,0. kPVN msttHAmsHA  Trong đó P ms là áp suất ma sát riêng. Với máy nén NH 3 thì: P ms = (0,049 ÷ 0,069) MPa, ta chọn P ms = 0,059 MPa = 59 KPa Công suất hữu ích trên trục của máy nén: N eHA = N msHA + N iHA = 1,77+ 5,69 =7,46 kW 3.4.2 Tính toán phía cao áp Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp: m 3 Cân bằng enthalpy ở bình trung gian ta có: (m 3 -m 1 )i 7 + m 1 i 5 +m 1 i 2 = m 3 i 3 +m 1 i 6 → 73 62 73 6752 1 3 ii ii ii iiii m m       → 04,0 3501455 2301585 033,0 73 62 13        ii ii mm kg/s Thể tích hút thực tế cao áp: V ttCA = m 3. v 3 =0,04.0,28=0,011m 3 /s Hệ số cấp nén phía cao áp CA  : 78,0 311 273 430 5430 430 101470 04,0 430 5430 A                                                    K tg tg tgtg tg kk tg tgtg C T T p pp p pp c p pp  Thể tích hút lý thuyết cao áp: 0145,0 78,0 011,0  HA ltHA ltCA V V  m 3 /s Công nén đoạn nhiệt phía cao áp: N sCA = m 3 l 2 = 0,04.(1640 – 1455) = 7,4 kW Công suất chỉ thị: 5,8 87,0 4,7  iCA sCA iCA N N  kW Trong đó: iCA  - hiệu suất chỉ thị phía cao áp được xác định theo công thức: 87,00.001,0 311 273  tg k tg tgWiCA tb T T tb  Công suất ma sát phía cao áp (N msCA ): là công sinh ra trong các chi ti ết chuyển động của máy nén, suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ của máy nén. N msCA = V ttCA .P ms = 0,011.59 = 0,649 kW Trong đó: P ms – áp suất ma sát riêng, với máy nén amoniac ta chọn P ms = 59 KPa. Công suất hữu ích phía cao áp: N eCA = N iCA + N msCA = 8,5 + 0,649 =9,15 kW Tổng công suất hữu ích cao áp và hạ áp: N e = N eCA + N eHA = 9,15 + 7,46 = 16,61 kW Tổng công suất điện cao áp và hạ áp: 4,19 9,0.95,0 61,16 .  dctd e el N N  kW Trong đó: td  - hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ta lấy td  = 0,95 dc  - hiệu suất động cơ lắp đặt, chọn dc  = 0,9 Chọn công suất động cơ N dc : Được xác định như sau: N dc = (1,1÷2,1)N el = 1,3.19,4 = 25,22 kW Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh trong quá trình làm vi ệc ta chọn hệ số an toàn là 1,3. Nhiệt thải của thiết bị ngưng tụ Q k : Q k = m 3 .l 3 = m 3 (i 4 – i 5 ) = 0,04(1640 - 350) = 51,6 kW 3.4.3 Tính chọn máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt 1. Chọn máy nén Qua việc tính toán nhiệt tải kho lạnh ở chương III, ta xác định đượ c nhiệt tải của máy nén Q 0MN = 39,6 kW. Đây chính là năng suất lạnh m à máy nén cần phải đạt được để bảo đảm duy trì được nhiệt độ kho lạnh ở điều kiện thiết kế. Với chế độ làm việc như sau: + Máy nén 2 cấp + Môi chất lạnh amoniac NH 3 + Nhiệt độ ngưng tụ t k = 38 0 C + Nhi ệt độ sôi môi chất t 0 = -28 0 C + 6,39 0  MN yc Q kW, N dc = 25,2 Kw Tra ph ần mềm chọn máy hãng Mycom, tôi chọn 2 máy nén Mycom 2 cấp có kí hiệu N42A với các thông số sau: Bảng 3-7 Thông số kỹ thuật của máy nén MYCOM N42A Kí hiệu Pittong  và S, mm Số xi lanh T ốc độ (v/ph) Thể tích quét, (m 3 /h) Q 0 (kW) N e (kW) N42A 95x76 4+2 1000 193,9 35,4 17,3 [...]... thiết bị ngưng tụ: - Chọn kiểu thiết bị thiết kế và chế độ làm việc của nó Tôi chọn: thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm vỏ bọc nằm ngang sử dụng cho môi chất NH3 giải nhiệt bằng nước qua tháp giải nhiệt với các chế độ làm việc là:  Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw1 = 280C  Nhiệt độ nước ra bình ngưng tw2 = 330C  Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk = 380C - Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng... thiết bị ngưng tụ Được xác định theo công thức: F Qk K t tb , m2 Trong đó: K - hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ, W/m2K Với bình ngưng ống chùm vỏ bọc amoniac nằm ngang thì K = 700 ÷ 1000 W/m2K, ta chọn K = 700 W/m2K Qk - phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW t tb - độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi chất và môi trường làm mát, 0K Được xác đinh theo công thức: t tb  t max  t min...Hình 3-2 Máy nén MYCOM N42A 2 Tính chọn thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó môi chất lạnh có áp suất cao, nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng không khí, nước hay chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngưng tụ thành lỏng Quá trình ngưng tụ luôn kèm theo hiện... biến hơi môi chất lạnh thành lỏng cũng không thực hiện được Mặt khác trong thiết bị ngưng tụ nếu áp suất của môi chất lạnh không thay đổi thì nhiệt độ ngưng tụ sẽ giữ không đổi Chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh cũng có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc và đặc tính năng lượng của toàn thể hệ thống Do bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị không thể quá lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk... t max  t min 10  5   7,210 K t max 10 ln ln 5 t min Với : t max 10K - hiệu nhiệt độ lớn nhất, t max = tk – tw1 = 38 - 28 = t min - hiệu nhiệt độ nhỏ nhất, t min = tk – tw2 = 38 – 33 = 5K Khi đó: F 51,6  10m 2 0,7.7,21 Chọn bình ngưng tụ do hãng Guentner (Đức) có kiểu AK – 25,20 với các thông số như sau: Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật của bình ngưng của hãng Guentner L1 Qk V p Aa D1 L 3 2... lệch nhiệt độ nhỏ thì tổn thất năng lượng nhỏ, chi phí vận hành giảm nhưng thiết bị lại lớn dẫn đến vốn đầu tư ban đầu tăng Quá trình ngưng tụ môi chất amoniac là quá tình ngưng màng, do vậy việc xác định cường độ trao đổi nhiệt phải tính tới nhiệt trở của màng chất ngưng Để tăng cường trao đổi nhiệt khi ngưng tụ ta phải tìm cách tạo ra dòng chảy rối, phá vỡ và tách màng chất ngưng khỏi bề mặt đổi nhiệt. .. không thể quá lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk trong máy phải cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh Chính trị số độ chênh lệch nhiệt độ này đã gây nên độ không thuận nghịch bên ngoài và dẫn tới tổn thất năng lượng Như vậy xuất hiện bài toán tối ưu về kinh tế - kỹ thuật trong việc lựa chọn thiết bị ngưng tụ Khi tăng trị số độ chênh lệch nhiệt độ thì tổn thất năng lượng và chi phí vận hành tăng nhưng bề . máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt 1. Chọn máy nén Qua việc tính toán nhiệt tải kho lạnh ở chương III, ta xác định đượ c nhiệt tải của máy nén Q 0MN =. máy nén 2 cấp + Môi chất lạnh Amoniac NH 3 + Nhiệt độ ngưng tụ t k = 38 0 C + Nhi ệt độ sôi t 0 = -2 8 0 C Trong các chu trình máy lạnh, sau khi phân tích