(Đề tài NCKH) tính toán thiết kế chế tạo máy lạnh hấp thụ ứng dụng năng lượng mặt trời sử dụng than hoạt tính methanol

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LUỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL SKC003854 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Khoa Cơ Khí Động Lực Ngành Công Nghệ Nhiệt – Điện Lạnh  Đề tài nghiên cứu khoa học: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC SVTH: TRỊNH HỒNG NGỌC NGUYỄN LÊ TRUNG VIỆT Tp HCM tháng - 2012 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO GVHD: Ts HỒNG AN QUỐC CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM *************** KHOA: NGÀNH: NIÊN KHÓA: ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRỊNH HỒNG NGỌC NGUYỄN LÊ TRUNG VIỆT Ngày giao nhiệm vụ nghiên cứu khoa học: 25/02/2012 Ngày hoàn thành nghiên cứu khoa học: Giáo viên hướng dẫn: Chủ nhiệm môn Giáo viên hướng dẫn Ts LÊ XN HỊA Ts HỒNG AN QUỐC Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kỹ thuật lạnh đại tiến bước xa, có trình độ khoa học kỹ thuật ngang với ngành kỹ thuật khác Thế nhưng, nhiều loại freôn lại thủ phạm phá huỷ, làm suy giảm tầng ôzôn gây hiệu ứng nhà kính, làm nóng trái đất Để bảo vệ mơi trường sống frêơn phải loại bỏ loài người phải đứng trước thử thách đường tìm kiếm mơi chất lạnh thay Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng gió lượng mặt trời hướng quan trọng kế hoạch phát triển lượng, nước phát triển mà với nước phát triển Việt Nam Việc tiếp cận để tận dụng nguồn lượng khơng góp phần cung ứng kịp nhu cầu lượng xã hội mà giúp tiết kiệm điện giảm thiểu ô nhiễm môi trường Hiện Việt Nam có xu hướng nghiên cứu đem vào sử dụng máy lạnh hấp phụ sử dụng lượng mặt trời để thay máy lạnh nén nhằm tận dụng tối đa tiết kiệm nguồn lượng Trong đề tài nghiên cứu khoa học này, nhóm chúng em giao nhận đề tài “Tính tốn – thiết kết – chế tạo máy lạnh hấp phụ ứng dụng lượng mặt trời, sử dụng than hoạt tính – Methanol” Sau thời gian nỗ lực làm việc cộng với bảo thầy HOÀNG AN QUỐC, với giúp đỡ q Thầy Cơ khoa, đóng góp ý kiến bạn lớp giúp nhóm chúng em hồn thành đề tài Tuy nhiên, thời gian cịn hạn chế, tài liệu tham khảo khơng nhiều nên khơng tránh khỏi sai sót Nhóm chúng em kính mong nhận bảo thêm quí Thầy Cô khoa để nghiên cứu tốt Nhân đây, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn q Thầy Cơ tận tình hướng dẫn chúng em suốt năm học để có ngày hơm hồn thành nghiên cứu khoa học Nhóm sinh viên thực Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC NHẬN XÉT CỦA GVHD Ngày tháng năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Ts Hoàng An Quốc Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC MỤC LỤC Lời nói đầu Trang PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài 06 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 06 Những đóng góp mặt khoa học 06 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 06 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 07 Giả thuyết nghiên cứu 07 Khách thể nghiên cứu 07 Phương pháp phương tiện sử dụng nghiên cứu 07 Bố cục đề tài 07 PHẦN II: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL Tính tốn thiết kế collector lượng mặt trời dùng cho máy lạnh hấp phụ 1.1 Các loại collector lượng mặt trời 1.2 Cấu tạo collector loại tập trung kiểu ống trụ đặt cố định 1.3 Phương trình cân nhiệt thu 1.4 Tính tốn chọn kích thước thu 1.5.Tính tổn thất nhiệt toàn phần Ul thu 1.5.1 Tổn thất nhiệt qua mặt đáy Ud 1.5.2 Tổn thất nhiệt qua thành bên Ub 1.5.3 Tổn thất cho mặt Ut 1.6.Hướng góc nghiêng collector hệ thống 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 Tính tốn thiết kế hệ thống sản xuất nước đá Tính toán dàn bay Tính tốn kích thước dàn bay Tính cách nhiệt cho vách Tính cách nhiệt cho đáy Tính cách nhiệt cho nắp Tính nhiệt dàn bay Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Tổn thất nhiệt làm đông đá Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.2.3 2.3 2.3.1 2.3.2 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 2.5.1 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 Tổn thất nhiệt làm lạnh khuôn đá 22 Tính toán thiết bị ngưng tụ 24 Chọn loại thiết bị ngưng nhiệt độ ngưng tụ 24 Tính chọn diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 24 Tính tốn q trình hấp phụ 26 Tính chọn tung độ a 26 Tính chọn hồnh độ p 27 Đường hấp phụ đẳng nhiệt 28 Tính lượng nhiệt cần cấp cho hấp phụ để làm môi chất tách khỏi chất hấp phụ 29 Lượng nhiệt Qbhp1 để gia nhiệt cho hấp phụ chất hấp phụ từ nhiệt độ Ta2 đến nhiệt độ Tg2 29 Lượng nhiệt cần Qbhp2 để gia nhiệt cho môi chất trước lúc bốc 29 Lượng nhiệt cần Qbhp3 để làm bay môi chất khỏi hấp phụ 29 Tổng lượng nhiệt cần cấp cho hấp phụ Qbhp 30 Lượng nhiệt thải Qll2 mơi chất q trình hấp phụ 30 PHẦN III: 3.1 3.2 3.3 GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC CHẾ TẠO, ĐO ĐẠC THÔNG SỐ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG Các vật liệu chế tạo 30 Nạp môi chất cho hệ thống 30 Kết thực nghiệm hệ số làm lạnh COP 30 Kết luận 31 PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Lý chọn đề tài Ngày nay, kỹ thuật lạnh đại tiến bước xa, có trình độ khoa học kỹ thuật ngang với ngành kỹ thuật khác Thế nhưng, nhiều loại môi chất freon lại thủ phạm phá huỷ, làm suy giảm tầng ơzơn gây hiệu ứng nhà kính, làm nóng trái đất Máy lạnh sử dụng NLMT dùng pin mặt trời để vận hành máy nén sử dụng Tuy nhiên giá thành cao khơng phù hợp với vùng sâu, xa khơng có điện lưới Việc nghiên cứu, chế tạo máy lạnh hấp phụ sử dụng trực tiếp nguồn lượng mặt trời không gây ô nhiểm môi trường, giảm phát thải CO khơng có chất CFC gây phá huỷ tầng ôzôn có giá thành phù hợp việc làm cần thiết giai đoạn mà giá nhiên liệu truyền thống không ngừng tăng cao Năng lượng mặt trời – nguồn lượng tiềm tàng – loài người thực đặc biệt quan tâm Đối với Việt Nam, nước có tiềm NLMT, nằm khu vực có cường độ xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ lớn từ 2 100 – 175 kcal/cm năm (4,2 – 7,3 GJ/m năm) việc sử dụng NLMT nước ta đem lại hiệu kinh tế lớn Hệ thống lạnh hấp phụ sử dụng NLMT đề tài hấp dẫn có tính thời nhiều nhà khoa học ngồi nước nghiên cứu Với tiêu chí đó, nhóm nghiên cứu thống định chọn đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu – thiết kế – chế tạo hệ thống lạnh hấp phụ ứng dụng lượng mặt trời” Ý nghĩa thực tiễn đề tài Xuất phát từ thực tế nay, vấn đề lượng Việt Nam nói riêng giới nói chung vấn đề cấp thiết quan tâm hàng đầu Giải pháp chế tạo hệ thống sản xuất nước đá lượng mặt trời phù hợp với điều kiện thực tế nước ta nhằm bảo vệ môi trường, vừa nâng cao hiệu thiết bị sử dụng lượng mặt trời, vừa ứng dụng chúng vào thực tế vừa giải nhu cầu thiếu hụt lượng cho tương lai Những đóng góp mặt khoa học Tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế chế tạo mẫu hệ thống lạnh vận hành phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, nêu lên vai trò nguồn lượng – lượng mặt trời; đồng thời đáp ứng nhu cầu sử dụng lạnh, đặc biệt nơi vùng sâu vùng xa mà điện lưới chưa thể đến Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống lạnh hấp phụ sử dụng lượng mặt trời  Phạm vi nghiên cứu: Cặp chất hấp phụ than hoạt tính methanol dùng lượng mặt trời để gia nhiệt Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu  Mục tiêu nghiên cứu: Chế tạo hệ thống sản xuất nước đá sử dụng lượng mặt trời phù hợp với tiêu:  Tạo sản phẩm nước đá theo yêu cầu  Dễ vận hành  Giảm ô nhiễm môi trường chi phí lượng  Giá thành rẻ Bên cạnh đó, đề tài mơ hình thực nghiệm cho sinh viên ngành Nhiệt – Điện lạnh trường Đại học sư phạm kỹ thuật Tp.HCM, mơ hình nghiên cứu khoa học sở để nhóm nghiên cứu hồn thành khóa luận tốt nghiệp  Nhiệm vụ nghiên cứu  Tìm hiểu loại hệ thống lạnh hấp phụ  Sử dụng lượng mặt trời để tiết kiệm bảo vệ môi trường  Chế tạo mơ hình hệ thống lạnh hấp phụ với chi phí thấp Giả thuyết nghiên cứu  Tiết kiệm lượng lớn lượng điện  Đem lại hướng việc nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời  Kết đạt khẳng định kiến thức khoa học công nghệ đại Khách thể nghiên cứu  Năng lượng mặt trời ứng dụng lượng mặt trời  Ảnh hưởng môi trường xung quanh nhiệt độ, thời tiết,… Phương pháp phương tiện sử dụng nghiên cứu: để giải vấn đề đề tài đặt ra, nhóm chúng em sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây:  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm  Phương pháp kế thừa  Phương pháp khảo sát tham khảo ý kiến  Phương pháp phân tích – thống kê Và phương tiện nghiên cứu:  Tài liệu chuyên ngành thông qua thư viện, nhà sách, mượn bạn bè, tham khảo Thầy Cơ, tìm kiếm mạng Internet,…  Những thiết bị đồ nghề xưởng Nhiệt nhiệt kế, máy hút chân không, đồng hồ nạp môi chất, máy hàn, máy cắt,… Bố cục đề tài Ngoài phần giới thiệu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, đề tài gồm có phần sau đây:  TÍNH TỐN - THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH – METHANOL  CHẾ TẠO, ĐO ĐẠC THƠNG SỐ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC PHẦN II: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL 1.Tính tốn thiết kế collector lượng mặt trời dùng cho máy lạnh hấp phụ 1.1 Các loại collector lượng mặt trời Collector loại thiết bị thu nhận NLMT, trường hợp nghiên cứu để cung cấp nhiệt cho máy lạnh hấp phụ Trong thực tế có nhiều loại collector NLMT, nhiên chúng chủ yếu xuất phát từ dạng là: collector phẳng collector loại tập trung Về nguyên lý, hướng collector di chuyển theo chuyển động mặt trời hiệu thu NLMT cao Trong máy lạnh NLMT, nhiều trường hợp, người ta dùng loại collector loại o tập trung cần nhiệt độ cung cấp cao( xấp xỉ 100 C) Trong khuôn khổ đề tài, nhóm chúng em chọn thiết kế loại collector tập trung loại parabol trụ cố định Ưu điểm loại collector nắng nhẹ, nhiệt độ ống hấp thụ NLMT đủ lớn để vận hành máy lạnh hấp phụ 1.2 Cấu tạo collector loại tập trung kiểu ống trụ đặt cố định  Bộ thu gồm ống INOX chứa than hoạt tính bên trong, bên ngồi sơn đen để hấp thụ nhiệt tốt  Tấm phủ suốt: làm thuỷ tinh, nhiệm vụ tạo hiệu ứng nhà kính nhằm giảm bớt tổn thất lượng xạ từ bề mặt làm việc collector ngồi mơi trường, đồng thời hạn chế tổn thất nhiệt đối lưu  Chất làm việc: máy lạnh hấp phụ nhóm nghiên cứu sử dụng chất hấp phụ là than hoạt tính môi chất tương ứng methanol  Lớp cách nhiệt: lớp cách nhiệt đặt phía thành đáy để giảm tổn thất nhiệt  Lớp than hoạt tính chứa bên collector vật liệu Inox chiều dày mm Phía có lớp lưới để mơi chất ngồi đến phận ngưng tụ ngăn khơng cho than hoạt tính rớt khỏi collector Hai bên collector bọc cách nhiệt Trang BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC Vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che: Qt = 5,28273 + 1,30823 + 1,16994 = 7,7609 W 2.2.2 Tổn thất nhiệt làm đông đá q Q2đ tính theo cơng thức: Q2đ = E τ0 , W Trong : E – suất làm đá, E = kg  - thời gian làm đông đá Ở thời gian làm đông đá là: τ = 12h = 12x3600 = 43200 s qo – nhiệt lượng cần làm lạnh kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến đơng đá hồn tồn tính theo: q0 = CPn t1 + r + C pd t2 , J / kg Cpn - nhiệt dung riêng nước Cpn = 4186 J/kg.K r - nhiệt đông đặc nước r = 333600 J/kg Cpd - nhiệt dung riêng đá Cpd = 2090 J/kg.K t1 - nhiệt độ nước đá đầu vào, lấy t1 = 300C t2 - nhiệt độ nước đá, t2 = -50C Thay vào ta có: qo = 4186*30 + 333600 + 2090*5 = 469630 J/kg = Suy Q2 d 2.2.3 Tổn thất nhiệt làm lạnh khuôn đá Q = M M – tổng khối lượng khuôn đá, kg CPk – nhiệt dung riêng khuôn, khuôn làm inox nên nhiệt riêng 460 J/kg tk1 – nhiệt độ khn lúc ban đầu Nhiệt độ ban đầu lấy nhiệt nước 300C tk2 – nhiệt độ khn lúc đá hồn thiện, tk2 nhỏ nhiệt độ trung bình đá 0 khoảng C tk2 = t2 – = -5 – = -8 C Khối lượng khn tính theo cơng thức: M = ρK.VK (kg) Trong đó: ρK – khối lượng riêng khn Vì khn inox nên ρK =7850 kg/m δK – chiều dày khuôn δK = 0,001 m Fb – diện tích mặt bên khn Mặt bên khn hình trụ trịn Fd- diện tích mặt đáy khn, hình trịn đường kính 0,09m đường kính 0,07 m Fb = (F xq lớn + F xq nhỏ) + (F đáy lớn + F đáy nhỏ) Fb = (0,07*3,14*0,23*3 + 0,09*3,14*0,23*3) + (0,09 *3,14*0,25*3 + 2 0,06 *3,14*0,25*3) = 0,3742 m Suy khối lượng khuôn là: M = 7850*0,001*0,3742 =2,93747 kg Trang 22 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Vậy nhiệt làm lạnh khuôn là: Q = 2, 93747 K Do nhiệt làm đơng đá làm lạnh khuôn Q2 = 21,74 + 1,18859 = 22,92859 W Tổng công suất nhiệt tổn thất Q = Q1 + Q = 7,7609+ 22,92859 = 30,68949 W Do thời gian làm việc thiết bị, tồn tổn thất nhiệt truyền qua đường ống hệ thống không cách nhiệt nên suất lạnh hệ thống phải tính lại có k.Q thêm hệ số: Q = ,W Trong đó: k – hệ số tính đến tổn thất đường ống thiết bị hệ thống, hệ thống làm lạnh trực tiếp phụ thuộc vào nhiệt độ bay môi chất , với t0 = -10 chọn k = 1,02 b – hệ số thời gian làm việc Đối với hệ thống lạnh nhỏ ta có b = 0,8 1, 02 ×30,805 Q0 = = 39,1291W Nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho dàn bay suốt thời gian làm việc hệ thống: Q’ = Q0 τ = 39,1291 43200 = 1690377,12 J Q' r , kg Với r - nhiệt ẩn hoá rượu methanol phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ tới hạn tth nhiệt độ bay t0 rượu Ta có tth – t0 = 240 -(-10) = 250 C Suy nhiệt ẩn hoá r = 290 kcal/kg = 1214172 J/kg Từ ta suy lượng rượu cần cung cấp theo công thức: M mc = = Vậy M mc với ρ - khối lượng riêng rượu, ta có ρ = 792 kg/m Hình – Kết cấu dàn bay thực tế Trang 23 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HỒNG AN QUỐC 2.3 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 2.3.1 Chọn loại thiết bị ngưng nhiệt độ ngưng tụ Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát thiết bị ngưng tụ Hệ thống ngưng tụ chọn hệ làm mát khơng khí tự nhiên Hiệu nhiệt độ ngưng tụ ∆t1 môi chất lạnh ngưng tụ khơng khí 10 – 15 C 0 Chọn ∆t1 = ts – tmt= 10 C Ta có tmt = 37,3 C Do ts = 37,3 + = 47,3 C Dàn ngưng loại ống mỏng,nên coi t w1=tw2 (nhiệt độ vách ngồi nhau) 2.3.2 Tính tốn diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Ta có phương trình truyền nhiệt: QK = k * F * ∆t , W QK – phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ Vì hệ thống làm việc theo chu kỳ nên Q K lượng nhiệt làm Mmc kg mơi chất ngưng tụ thời gian làm việc ban ngày Đây nhiệt lượng bay mơi chất lạnh Ta có: QK = Q0 = 39,1291 W kF1 – hệ số truyền nhiệt, W/m K Đây tốn ngưng tụ bên ống trơn Đường kính ngồi ống 16mm, đường kính 14,4 mm d2 d1 = Ở Với: α1: hệ số toả nhiệt phía mơi chất ngưng tụ ống α2: hệ số toả nhiệt phía khơng khí bên ngồi Bộ ngưng tụ làm mát đối lưu tự nhiên đặt bên ngồi có gió đối lưu qua nên α2 2o lấy W/m K Vì tốc độ dòng bé, nên hệ số toả nhiệt ngưng tính: Trang 24 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tính hệ số toả nhiệt bên α1= 0,943 g, gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s λ- hệ số dẫn nhiệt màng môi chất ngưng, W/m.K r- nhiệt ẩn hoá nước, J/kg ρ- khối lượng riêng nước, kg/m µ- độ nhớt động học nước, Ns/m l- chiều cao ống ống, m ∆t1 = ts- tw ts- nhiệt độ ngưng tụ nước tw- nhiệt độ bề mặt ống, ống mỏng, nên t w1 = tw2, nhiệt độ bề mặt bên bên vách Các thông số vật lý lấy theo nhiệt độ ngưng tụ nước.Vì hệ thống ngưng tụ kiểu đối lưu tự nhiên khơng khí, nên nhiệt độ ngưng tụ chọn cao nhiệt độ môi trường 10 C Nhiệt độ khơng khí lấy trung bình cho tháng nắng Tp Hồ Chí Minh 0 37,3 C, nhiệt độ ngưng lấy 47,3 C Bảng 3.9 Các thông số vật lý methanol STT Thay số ta có: α = 0, 943 Trang 25 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hệ số truyền nhiệt K = Kiểm tra lại độ chênh nhiệt độ t: q1=K*∆t= 7,95198*10 = 79,5198 W/m q1=α1*∆t suy ra: ∆t= o Gần với chọn ∆t= 0,05 C nên không cần tính lại 2o Kết ta có: α1= 1453,0544 W/m K Từ diện tích bề mặt ống truyền nhiệt ngưng tụ là: F = Ống có đường kính 0,0144m, dài 0,65m, ta tính số ống cần phải làm: Diện tích ống: F =0,0144*3,14*0,65= 0,03 m2 Vậy số ống là: n= 0,4921/0,03 = 16,4 ống Cho an toàn ta chọn số ống 18 ống Dàn ngưng chế tạo ống INOX hình vẽ 2.4 2.4.1 Hình – Thiết bị ngưng tụ thực tế Tính tốn q trình hấp phụ Tính chọn tung độ a Dựa vào đường hấp phụ đẳng nhiệt Benzen (Hình X.1 trang 245 Sổ tay Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2), ta xây dựng đường hấp phụ đẳng nhiệt a2 = a1 Methanol theo công thức: V V Trong đó: tính tung độ a *  a1 - tung độ cấu tử chuẩn, thường chọn benzen, [kg/kg than] *  a2 - tung độ cấu tử cần tính, kg/kg than Trang 26 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Cơng thức tính thể tích mol: Trong đó:  M – khối lượng phân tử (kg/kmol) Khối lượng phân tử benzen M = 78 (kg/kmol) Khối lượng phân tử methanol M = 32 (kg/kmol)  ρ - khối lượng riêng (kg/m ) Khối lượng riêng benzen ρ1 = 879 (kg/m ) Khối lượng riêng methanol ρ2 = 792 (kg/m ) Ta có: V = M = ρ1 2.4.2 Tính chọn hoành độ p lg p p1, p2: Áp suất riêng phần Benzen Methanol (mmHg)  pS-1 - p suất bão hòa cấu tử benzen nhiệt độ T1, [mmHg]  pS-2 - p suất bão hịa cấu tử cần tính nhiệt độ T2, [mmHg]  T1, T2: Nhiệt độ Benzen methanol hấp phụ (oK) Ta có: Áp suất bão hòa benzen nhiệt độ T1 ps,1 = 75 (mmHg) Cần tìm pS-2 Cơng thức áp suất bão hịa tính theo: -1 -3 -7 lg pS-2 = a0 + a1.(T2 - (7,9151-2,6726.lgT2).10 -8,625.10 T2), [Pa] Trong đó: a0 = 9,1716 a1 = -2,7596.10 T1 - nhiệt độ hấp phụ benzen, (K) Chọn T1 = 20 C = 293K T2 - nhiệt độ hấp phụ metanol, (K) Chọn T2 = 30 C = 303K Thay vào công thức ta được: -1 -3 -7 lg pS-2 = 9,1716+ (-2,7596.10 ).(303 - (7,9151-2,6726.lg303).10 -8,625.10 303) = 4,3308 (Pa) 4,3308 Suy :pS-2= 10 = 21419,04 Pa = Hệ số lực (hệ số aphin) β tính theo công thức: Trang 27 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC 2.4.3 Đường hấp phụ đẳng nhiệt : Ta lấy số điểm đường đẳng nhiệt hấp phụ Benzen, ta tính toạ độ điểm tương ứng đường đẳng nhiệt hấp phụ Methanol Ta bảng số liệu: * a1 , kg/kg 0,103 0,122 0,208 0,233 0,262 0,276 p (mmHg) Dựa vào điểm tìm được, ta vẽ đường hấp phụ đẳng nhiệt Methanol: Và từ đường hấp phụ đẳng nhiệt này, ta tính lượng than hoạt tính cách tính áp suất bay rượu methanol vào đồ thị đường hấp phụ để có hoạt độ tĩnh a rượu Nhiệt độ bay rượu methanol T0 = - 10 C = 263K Vậy áp suất bay rượu tính theo cơng thức : -1 -3 -7 lgp = a0 + a1.(T - (7,9151-2,6726.lgT).10 -8,625.10 T), [Pa] Suy : lgp = 3,2294 => p = 1992,501 (Pa) => p = 14,945 (mmHg) Suy hoạt độ tĩnh methanol -10 C a = 0,1430 (công thức gần đúng) Trang 28 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Do lượng than cần chứa hết môi chất -10 C là: M Khối lượng riêng xốp than ta có ρX =800 kg/m Vậy thể tích than là: V = than Lượng than chứa hết hấp thụ nên cấu tạo hấp thụ phải đảm bảo chứa hết lượng than thể tích chứa than thu 0,019 m 2.5 Tính lượng nhiệt cần cấp cho hấp phụ để làm môi chất tách khỏi chất hấp phụ 2.5.1 Lượng nhiệt để gia nhiệt cho hấp phụ chất hấp phụ Q bhp1 từ nhiệt độ Ta2 đến nhiệt độ Tg2 Nhiệt lượng cần thiết Trong đó: Mbhp - khối lượng hấp phụ Mbhp = kg Cbhp - nhiệt dung riêng kim loại chế tạo hấp phụ Cbhp = 0,46 kJ/kg.K Mhp - khối lượng than hấp phụ Mhp = 11,188 kg Chp - Nhiệt dung riêng than hấp phụ Chp = 1,214kJ/kgK Suy Qbhp1 = (6*0,46)*(90-30)*6 + (11,188*1,214)*(64,5-30) = 1462,187 kJ Ở ta tính nhiệt độ than mơi chất gia nhiệt đến nhiệt độ sôi methanol o o 64,5 C, nhiệt độ ống hấp thụ đến nhiệt độ cao đạt đến thu 90 C 2.5.2 Lượng nhiệt cần thiết để gia nhiệt cho môi chất trước lúc bốc Qbhp2 Tg Q bhp Q bhp = ∫ Ta M C = M mc pmc C mc pmc dT (T − T g1 ) a2 Mmc - Khối lượng mơi chất tính Mmc = 1,6 kg Tg1 - nhiệt độ bắt đầu nhả than Đây nhiệt độ ngưng tụ môi chất Tg1 =47,3 C Cpmc - nhiệt dung riêng môi chất: Cpmc = a0 + a1.T + a2.T + a3.T , KJ/kg Với a0 = 2,4894 0 T - nhiệt độ methanol, K Nhiệt độ khoảng từ 30 C đến 47,3 C ta lấy nhiệt độ trung bình tính tốn: T = ( 30 + 47,3) /2 = 38,65 C = 311,65K Cpmc=2,4894-1,1237.10 -5 -8 311,65-1,1081.10 311,65 +5,2757.10 311,65 =2,6598 KJ/kg Suy :Qbhp2 = 1,6 * 2,6598 * (47,3 – 30) = 73,623 kJ 2.5.3 Lượng nhiệt cần Qbhp3 để làm bay môi chất khỏi hấp phụ Nhiệt lượng cần thiết để làm bốc mơi chất lạnh khỏi hấp thụ tính theo công thức: Qbhp3 = r Mmc , kJ Trang 29 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC Với r - nhiệt hóa methanol, r =1214172J/kg Vậy Qbhp3 = 1214,172 1,6 = 1942,675 kJ 2.5.4 Tổng lượng nhiệt cần cấp cho hấp phụ Qbhp = Qbhp1 + Qbhp2 + Qbhp3 Qbhp = 1462,187 kJ + 73,623 kJ + 1942,675 kJ = 3478,485 kJ Nhiệt lượng collector hấp thụ NLMT cung cấp 2.5.5 Lượng nhiệt thải Qll2 môi chất trình hấp phụ Qll2 = q Mmc , kJ Lượng nhiệt nhiệt lượng trình tách mơi chất lạnh Qll2 = Qbhp3 = 1942,675 kJ Vào ban đêm, trình hấp phụ-bay diễn ra, cần ý để nhiệt thoát dể dàng, thực tế với kết cấu thu giới thiệu, việc làm mát ban đêm đủ để trình hấp phụ-bay diễn dễ dàng PHẦN III: CHẾ TẠO, ĐO ĐẠC THÔNG SỐ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 3.1.Chế tạo  Để thực chế tạo, nhóm chúng em chọn loại vật liệu INOX Ống chứa than hoạt tính làm ống INOX đường kính 76 mm, chiều dày mm  Thiết bị ngưng tụ chế tạo ống INOX đường kính 16 mm dày mm  Thiết bị bay làm Inox dày mm  Sau kiểm tra độ kín, tiến hành hút chân không hệ thống áp suất -750 mmHg 3.2 Nạp mơi chất cho hệ thống Trong q trình chế tạo, điều đặc biệt ý hệ thống làm việc điều kiện chân không cao (-750mmHg), việc xử lý mối hàn đặc biệt trọng Sau thử kín xong, tiến hành hút chân khơng Chú ý than hoạt tính hấp phụ mạnh khí nước khơng khí q trình gia cơng, phải tiến hành làm nóng hấp phụ để khí, nước hết q trình hút chân khơng Việc kiểm tra độ chân không trọng Dùng máy hút chân khơng chun dùng, hút kết khí -6 nước hệ thống đến độ chân không 10 mmHg, kiểm tra độ chân không chân không kế Sau bảo đảm độ kín hệ thống, tiến hành nạp methanol Luợng methanol nạp vào hệ thống 1,7 lít theo tính tốn 3.3 Kết thực nghiệm hệ số làm lạnh COP Gọi m khối lượng đá tạo ra, nhiệt ẩn hoá hơi(ngưng tụ) nước r, hệ số hiệu làm lạnh định nghĩa tỷ số lượng có ích lượng toàn phần nhận từ mặt trời: COP = Ở đây, Qe nhiệt cần thiết cho dàn bay để làm đông đá Qh tổng xạ mặt trời thu thu từ mặt trời mọc đến mặt trời lặn Trang 30 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC Do điều kiện đo tổng lượng tới G mặt trời gặp khó khăn, thiếu thiết bị, chúng tơi xây dựng thí nghiệm dùng đèn chiếu sáng tương tự ánh sáng mặt trời, cường độ xạ có giá trị khơng đổi cơng việc tính tổng lượng tới dể dàng Giá trị Q’ tính = 1690377,12 J Thời gian cần thiết để làm bốc hết lượng methanol hấp thụ Cường độ xạ đo 917 w/m Diện tích thu: F= 0,4921 m Tổng lượng tới là: 0,4921*917*6*3600 = 9747123J.Vậy COP= 1690377,12 9747123 = 0,173 Đánh giá COP: hệ số lạnh không cao so sánh kết nghiên cứu công bố giới, hiệu suất cao đạt trung bình 0,2 Nhóm chúng em sử dụng vật liệu rẻ tiền lớp sơn đen bình thường thay phải sơn có tính chọn lọc bề mặt nhận nhiệt phủ Crôm đen tốn kém, ngày trời nhiều mây, khơng có sản phẩm đá KẾT LUẬN Nội dung luận văn đề cập đến vấn đề mang tính thời sự: ứng dụng lượng mặt trời, nguồn lượng siêu sạch, dồi vào kỹ thuật lạnh Khi mà nguồn lượng truyền thống dần cạn kiệt, giá nhiên liệu giới khơng ngừng tăng cao đề tài có tính hấp dẫn Bằng sở lý thuyết hấp phụ, lý thuyết NLMT, nhóm chúng em thiết kế chế tạo mẫu máy lạnh phù hợp với điều kiện Việt Nam: Giá thành thấp, nguyên vật liệu dễ kiếm( than sọ dừa, methanol), dễ chế tạo hàng loạt Mục đích luận văn đạt được: nghiên cứu chế tạo thành công máy lạnh hấp phụ NLMT phù hợp nhằm sản xuất nước đá bảo quản lạnh Điều có ý nghĩa lớn nơi chưa có điện lưới Hướng phát triển: Để phát triển ứng dụng máy lạnh hấp phụ rắn, ngồi việc sử dụng NLMT, tận dụng nguồn nhiệt thải có nhiệt độ thấp khói thải động điezen để vận hành máy lạnh hấp phụ Việc hiệu trường hợp tàu đánh cá biển, nhiệt thải lớn Trang 31 BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: Ts HOÀNG AN QUỐC PHẦN IV: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin (2000), Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực [2] [3] [4] [5] [6] [7] phẩm, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Bốn, Hoàng Dương Hùng (2000), Năng lượng mặt trời - lý thuyết ứng dụng, Đại học Bách khoa Đà Nẵng Võ Chí Chính, Đinh Đức Thuận(2002), Máy thiết bị lạnh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Hoàng Dương Hùng (2002), Nghiên cứu nâng cao hiệu thiết bị thu lượng mặt trời để cấp nhiệt điều hồ khơng khí, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Đà nẵng Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư (1999), Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Chí Hiệp (2004), Máy lạnh hấp thụ kỹ thuật điều hồ khơng khí, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Nguyễn Đức lợi (1992), Hướng dẫn thiết kế máy lạnh, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trang 32 ... tiện sử dụng nghiên cứu 07 Bố cục đề tài 07 PHẦN II: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL Tính tốn thiết kế. .. ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL 1 .Tính tốn thiết kế collector lượng mặt trời dùng cho máy lạnh hấp phụ 1.1 Các loại collector lượng mặt trời Collector loại thiết bị... Ngành Cơng Nghệ Nhiệt – Điện Lạnh  Đề tài nghiên cứu khoa học: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MÁY LẠNH HẤP PHỤ ỨNG DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI SỬ DỤNG THAN HOẠT TÍNH - METHANOL GVHD: Ts HOÀNG AN