3 7 p C 3,56393 1,83918.10 .T 7,13920.10 .P.T 3 6 (0,54245 4, 40232.10 .T 1,875280.10 .P.T). (2.10)
2.2.6. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch
O H NH3 (1 ξ).λ 2 ξ.λ λ (2.11) Trong đú: 3 NH : hệ sụ́ dẫn nhiệt của NH3, W/(m K) 3 3 6 2 NH 0,528 1,669.10 .t 6, 2.10 .t 2 H O
:hệ sụ́ dẫn nhiệt của nước, W/(m K)
2
3 6 2
H O 0,562 1,893.10 .t 7,11.10 .t
40 2.2.7. Độ nhớt động học của dung dịch a a a n.(1-ξ ) ξ .μ μ ν (2.12) Trong đú: àn: Độ nhớt động lực học của nước, Ns/m2 3 1 5 2 n ln 6,87757 2,1919.10 .T 6,38605.10 .T (2.13) àa: Độ nhớt động lực học của amoniac, Ns/m2 1 2 3 a ln ( 7,9732 2,61441.T 243288.T ).10 (2.14)
2.3. Cơ sở tớnh chu trỡnh của mỏy lạnh hấp thụ NH3/H2O
Những thụng sụ́ cần xỏc định ở mỗi điểm trạng thỏi là: nhiệt độ t, oC, ỏp suất P, bar, enthalpy I, kJ/kg và nồng độ của dung dịch ξ, kg/kg.
Để tính toỏn chu trỡnh mỏy lạnh hấp thụ NH3/H2O tỏc giả xõy dựng đồ thị enthalpy - nồng độ khụ́i lượng (i – ξ) cho cỏc điểm nỳt của chu trỡnh tương ứng với cỏc điểm trờn sơ đồ nguyờn lý. Đồng thời cú thể kết hợp với cỏc bảng tra hoặc cụng thức tính toỏn đó giới thiệu mục (2.2).
2.3.1. Xỏc định thụng số trạng thỏi của mụi chất tại cỏc điểm nỳt trờn chu trỡnh
Ban đầu phải xỏc định cỏc thụng sụ́ cho trước của chu trỡnh gồm: - Nhiệt độ nguồn gia nhiệt tH tại bỡnh sinh hơi.
- Nhiệt độ ngưng tụ tk tại dàn ngưng tụ và bỡnh hấp thụ. - Nhiệt độ bay hơi t0 tại dàn bay hơi.
Giả thiết quỏ trỡnh tinh luyện được tiến hành cho đến khi chỉ cũn hơi NH3 tinh khiết với ξd = 1 kg/kg, trong dàn ngưng chỉ cú lỏng tinh khiết.
- Đầu tiờn, tỏc giả xỏc định được ỏp suất ngưng tụ pk bằng điểm giao cắt giữa đường cong tk và đường thẳng ξd = 1 vỡ đường ỏp suất sụi pk phải đi qua điểm cắt đú.
- Áp suất bay hơi p0 cũng được xỏc định tương tự qua điểm cắt của t0 và ξd. Cỏc điểm trạng thỏi của chu trỡnh được tính như sau:
41
- Theo tài liệu [12], nếu coi điểm 1 là hơi bóo hũa khụ, sử dụng đồ thị i – ξ xỏc định giao của đường ngưng P1 = Pk và ξ1 = ξd = 1 sẽ xỏc định được điểm. Từ đú xỏc định được enthalpy i1. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t1, P1, i1, ξ1).
- Nếu điểm 1 nằm trong vựng quỏ nhiệt thỡ sử dụng đồ thị lgp-i của NH3 để xỏc định điểm 1 thụng qua đường P1 = Pk và t1 = tqn. Từ đú xỏc định được enthalpy i1. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t1, P1, i1, ξ1).
Điểm 2: Lỏng NH3 sau thiết bị ngưng tụ.
Ta cú: P2 = Pk, t2 = tk, ξ2 = ξd = 1: Điểm 2 là giao điểm của đường cong Pk ở vựng lỏng và đường thẳng ξd = 1. Từ đú xỏc định được enthalpy i2. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t2, P2, i2, ξ2).
Điểm 3:Điểm quỏ lạnh NH3 sau khi qua thiết bị hồi nhiệt mụi chất vào tiết lưu.
Dựa vào phương trỡnh cõn bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt mụi chất ta xỏc định được i3 và P3 = Pk. Từ đú xỏc định điểm 3 qua đồ thị i – ξ là giao điểm của i3 và ξd = 1. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t3, P3, i3, ξ3).
Điểm 4:Lỏng NH3 ra khỏi van tiết lưu vào dàn bay hơi.
Ta cú ta cú ỏp suất P4 = P0, t4 = t0, i4 = i3, ξ3 = ξd = 1. Vậy điểm 4 cú cỏc thụng sụ́ (ivàξ) bằng điểm 3 trờn đồ thị i – ξ. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t4, P4, i4, ξ4).
Điểm 5: Hơi NH3 sau dàn bay hơi.
Với P5 = P0, t5 = t0, ξ4 = ξd = 1. Trờn đồ thị i – ξ điểm 5 là giao điểm của đường cong pha hơi P0 và đường thẳng ξd = 1. Từ đú xỏc định được i5. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t5, P5, i5, ξ5).
Điểm 6: Hơi NH3 sau hồi nhiệt mụi chất.
Xỏc định tương tự như điểm 3. Dựa vào phương trỡnh cõn bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt mụi chất để xỏc định được t6 và i6. Từ đú xỏc định điểm 6 qua đồ thị i – ξ là giao điểm của i6, ξd = 1, P6 = P0. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t6, P6, i6, ξ6).
Điểm 7: Dung dịch NH3/H2O cú nồng độ thấp ra khỏi bỡnh sinh hơi vào thiết bị hồi nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
42
Ta cú: P7 = Pk, t7 = tH. Trờn đồ thị i – ξ điểm 7 là giao điểm của đường cong lỏng Pk và đường cong nhiệt độ tH. Từ đú ta xỏc định được ξ7 = ξa và i7. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t7, P7, i7, ξ7).
Điểm 8:Dung dịch NH3/H2O cú nồng độ thấp ra khỏi thiết bị hồi nhiệt.
Dựa vào phương trỡnh cõn bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt dung dịch để xỏc định được t8. Từ đú viết phương trỡnh cõn bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt, xỏc định được i8, ξ8 = ξa và P8 = Pk. Trờn đồ thị i – ξ điểm 8 là giao điểm của đường và đường ξ8 = ξa và đường i8. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t8, P8, i8, ξ8).
Điểm 9:Dung dịch NH3/H2O cú nồng độ thấp ra khỏi tiết lưu dung dịch.
Ta cú ta cú ỏp suất P9 = P0, t9 = t8, i9 = i8, ξ9 = ξ8 = ξa. Vậy điểm 9 trựng điểm 8 trờn đồ thị i – ξ. Vậy ta xỏc định được bộ thụng sụ́ (t9, P9, i9, ξ9).
Điểm 10: Dung dịch NH3/H2O cú nồng độ cao ra khỏi bỡnh hấp thụ vào bơm dung dịch.
Ta cú: P10 = P0, t10 = tk. Trờn đồ thị i – ξ điểm 10 là giao điểm của đường cong lỏng P0 và đường cong nhiệt độ tk. Từ đú ta xỏc định được ξ10 = ξr và i10. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t10, P10, i10, ξ10).
Điểm 11: Dung dịch NH3/H2O cú nồng độ cao ra khỏi bơm dung dịch vào thỏp ngưng tụ hồi lưu.
Do cụng suất của bơm khỏ nhỏ nờn phần năng lượng tổn thất của bơm biến thành nhiệt làm núng dung dịch đậm đặc, qua đú làm tăng entanpy của dung dịch được bỏ qua Ta cú: P11 = Pk, t11 = t10, ξ11 = ξr, i11 = i10. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t11, P11, i11, ξ11).
Theo [12] để kiểm tra cụng suất bơm ta sử dụng cụng thức 10 b 10 k 0 B v N = m ì(P -P )ì η (2.15) Trong đú: 10
v : Thể tích riờng của dung dịch, m3/kg B: Hiệu suất bơm B = 0,5ữ0,7
43
Để xỏc định lưu lượng tuần hoàn trong hệ thụ́ng ta quy ước: d d d m m = =1 m , r r d m m = m , a a d m m = m (2.16)
Trong đú: md, mr, ma: là cỏc đại lượng lưu lượng khụng thứ nguyờn, đơn vị là kg/kg.
Lưu lượng mụi chất lạnh được xỏc định qua năng suất lạnh riờng q0
0 0 d 0 5 4 Q Q m = = q i -i (2.17)
Trong đú: Q0là năng suất lạnh
Lưu lượng dung dịch đậm đặc khụng thứ nguyờn d a r r a ξ -ξ m = ξ -ξ (2.18)
Lưu lượng dung dịch đậm đặc
r r d
m = m .m (2.19)
Lưu lượng dung dịch loóng khụng thứ nguyờn
a r d
m = m - m (2.20)
Lưu lượng dung dịch loóng
a a d
m = m .m (2.21)
Điểm 12:Dung dịch NH3/H2O cú nồng độ cao ra khỏi thỏp ngưng tụ hồi lưu và vào hồi nhiệt dung dịch.
Ta cú: P12 = Pk, ξ12 = ξr. Dựa vào giải hệ phương trỡnh cõn bằng nhiệt tại thiết bị ngưng tụ hồi lưu và phương trỡnh lưu lượng nước ngưng tụ hồi lưu để xỏc định được i12 và t12. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t12, P12, i12, ξ12). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điểm 13:Trạng thỏi của dung dịch đậm đặc ra khỏi hồi nhiệt và vào bỡnh sinh hơi.
Ta cú: P13 = Pk, ξ13 = ξr. Dựa vào giải hệ phương trỡnh cõn bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt để xỏc định được i13 và t13. Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t13, P13, i13, ξ13).
Điểm 14: Trạng thỏi hơi NH3 cũn lẫn hơi nước ra khỏi thỏp tinh cấp vào thỏp ngưng tụ hồi lưu.
44
Ta cú: P14 = Pk, t14 = t7 = tH. Trờn đồ thị i – ξ điểm 14 là giao điểm của đường cong hơi Pk với đường đẳng nhiệt t13. Từ đú ta xỏc định được ξ14 và i14.
Vậy xỏc định được bộ thụng sụ́ (t14, P14, i14, ξ14).
Điểm 15:Hơi nước từ bỡnh hồi lưu trở lại bỡnh sinh hơi.
Ta cú: P15 = Pk, ξ15 = 0. Theo tài liệu [8] phõn ỏp suất riờng phần của hơi nước trong hỗn hợp NH3/H2O được tính:
2 2
H O H O hh
P = r ìP (2.22)
Trong đú: rH O2 là thành phần thể tích của hơi
2 2 2 3 2 2 3 H O H O H O NH H O H O NH g μ r = g g + μ μ (2.23)
Phh: Phõn ỏp suất của hỗn hợp, bar
Tra bảng nước và hơi nước bóo hũa cho PH O2 ta xỏc định được t15 và i15 Vậy ta xỏc định được bộ thụng sụ́ (t15, P15, i15, ξ15).
2.3.2. Xỏc định cỏc dũng nhiệt của hệ thống và chu trỡnh
Theo tài liệu [12] ta cú:
Cõn bằng nhiệt toàn thiết bị khi bỏ qua cụng suất bơm NB
Q0 + QH = QK + QA, kW (2.24)
Năng suất lạnh riờng
q0 = i5 – i4, kJ/kg (2.25)
Năng suất nhiệt riờng ngưng tụ
qk = i1 – i2, kJ/kg (2.26)
Nhiệt lượng hấp thụ riờng cho 1kg mụi chất trong bỡnh hấp thụ
A 6 a 9 r 10
q = i + m ìi - m ìi , kJ/kg (2.27)
Nhiệt lượng nhiệt gia riờng cho 1 kg mụi chất trong bỡnh sinh hơi
H 1 a 7 r 13 hl
q = i + m ìi - m ìi + q , kJ/kg (2.28) Nhiệt thải ra cho dung dịch đậm đặc làm mỏt trong bỡnh ngưng hồi lưu
45 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hl 14 1 15
q = (1+R)ìi - i - Rìi , kJ/kg (2.29)
Trong đú:
R là lưu lượng nước hồi lưu tạo ra ở thiết bị ngưng hồi lưu khụng thứ nguyờn d h d h ξ - ξ r R = = m ξ (2.30)
Nhiệt trao đổi trong thiết bị hồi nhiệt mụi chất
mc
hn 2 3 6 5
q = i - i i - i , kJ/kg (2.31)
Nhiệt trao đổi trong thiết bị hồi nhiệt dung dịch
dd r hn 13 12 d m q = ì(i - i ) m , kJ/kg (2.32)
Phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi
0 d 0
Q = m ìq , kW (2.33)
Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ
k d k
Q = m ìq , kW (2.34)
Phụ tải nhiệt của bỡnh hấp thụ
A d A
Q = m ìq , kW (2.35)
Phụ tải nhiệt của bỡnh sinh hơi
H d H
Q = m ìq , kW (2.36)
Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi lưu hl d hl
Q = m ìq , kW (2.36)
Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi nhiệt mụi chất
mc mc
HN d hn
Q = m ìq , kW (2.38)
Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi nhiệt dung dịch
dd dd (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HN d hn
Q = m ìq , kW (2.39)
2.3.3. Cơ sở tớnh toỏn cỏc thiết bị trong chu trỡnh 2.3.3.1. Cơ sở tớnh cỏc thiết bị trao đổi nhiệt
46
Thiết bị trao đổi nhiệt cú vai trũ truyền nhiệt giữa cỏc mụi trường cần trao đổi với nhau. Trong hệ thụ́ng MLHT NH3/H2O gồm những thiết bị trao đổi nhiệt như: Thiết bị bay hơi, thiết bị ngưng tụ, thiết bị sinh hơi, thiết bị ngưng tụ hồi lưu, thiết bị hấp thụ, thiết bị hồi nhiệt mụi chất và thiết bị hồi nhiệt dung dịch, bộ thu nhiệt từ khúi thải. Cỏc thiết bị này đều là loại thiết bị trao đổi nhiệt cú vỏch ngăn và được tớnh chọn như sau.
b. Tớnh chọn thiết bị trao đổi nhiệt
Cỏc phương trỡnh cơ bản khi tính toỏn thiết bị trao đổi nhiệt - Phương trỉnh truyền nhiệt
Q = kFt , W (2.40)
Trong đú:
Q: Lượng nhiệt trao đổi giữa hai mụi trường, W F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2
k: Hệ sụ́ truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, W/(m2K) t: Độ chờnh nhiệt độ trung bỡnh, K
- Phương trỡnh cõn bằng nhiệt
Q = G1Cp1(t1’- t1”) = G2Cp2(t2”- t2’), W (2.40) Trong đú:
Cỏc đại lượng chỉ sụ́ 1 là chất cú nhiệt độ cao Cỏc đại lượng chỉ sụ́ 2 là chất cú nhiệt độ thấp Dấu ' là chỉ cỏc thụng sụ́ đi vào thiết bị
Dấu '' là chỉ cỏc thụ́ng sụ́ đi ra thiết bị G: lưu lượng khụ́i lượng, kg/s
Cp: nhiệt dung riờng khụ́i lượng đẳng ỏp, J/(kgK)
- Độ chờnh nhiệt độ trung bỡnh 1 2 1 2 Δt -Δt Δt= Δt ln Δt , K (2.40)
47 Q
F=
k.Δt, m2 (2.41)
Từ kết quả tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị sẽ xỏc định được kớch thước của thiết bị tính toỏn.
2.3.3.2. Cơ sở tớnh đường ống kết nối
a. Đặc điểm đường ống kết nối
Trong hệ thụ́ng lạnh, đường ụ́ng cú vai trũ kết nụ́i giữa cỏc thiết bị trong hệ thụ́ng như: đường ụ́ng dẫn mụi chất lạnh, đường ụ́ng dẫn dung dịch, đường ụ́ng dẫn chất tải lạnh, đường ụ́ng dẫn nước giải nhiệt, …Vật liệu và kích thước của đường ụ́ng cú thể lựa chọn như sau.
b. Tớnh chọn đường ống
Căn cứ vào vai trũ và vị trí cụ thể của đường ụ́ng mà ta lựa chọn vật liệu đường ụ́ng để đảm bảo cỏc yờu cầu về: gia cụng, ỏp suất làm việc, nhiệt độ làm việc, tính ăn mũn, tính kinh tế, tính phổ thụng.
Đường kính của đường ụ́ng được cỏc định theo cỏc bảng tra hoặc cụng thức tính. Theo 5 đường kính trong của ụ́ng được tính theo theo cụng thức:
tr 4V d =
πω , m (2.42)
Trong đú: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
V: Lưu lượng thể tích của bơm, m3/s : Tụ́c độ chuyển động của mụi chất, m/s
2.3.3.3. Cơ sở tớnh chọn thiết bị tiết lưu
a. Đặc điểm thiết bị tiết lưu
Trong hệ thụ́ng lạnh thiết bị tiết lưu cú nhiệm vụ giảm ỏp suất cho mụi chất lạnh từ lỏng cao ỏp (pk) xuụ́ng lỏng hạ ỏp (p0) đồng thời đảm bảo lượng mụi chất lạnh cho thiết bị bay hơi phự hợp với yờu cầu làm lạnh.
Theo nguyờn lý giảm ỏp suất thiết bị tiết lưu cú một sụ́ loại như sau: - Cỏp tiết lưu (ụ́ng mao) là thiết bị giảm ỏp nhờ trở lực ma sỏt.
48
- Van tiết lưu (van tiết lưu tay, van tiết lưu nhiệt cõn bằng trong, van tiết lưu nhiệt cõn bằng ngoài, van tiết lưu điện tử) là những thiết bị tiết lưu giảm ỏp nhờ trở lực cục bộ.
a. Tớnh chọn thiết bị tiết lưu
Do cú nhiều loại thiết bị tiết lưu với cỏc đặc điểm khỏc nhau vỡ thế để chọn được loại thiết bị thiết lưu phự hợp cần phải căn cứ vào một sụ́ yếu tụ́ sau:
- Cụng suất lạnh Q0;
- Loại mụi chất lạnh sử dụng; - Nhiệt độ bay hơi t0;
- Phương phỏp điều chỉnh cho phự hợp với yờu cầu vận hành; - Tính kinh tế.
Hiệu ỏp suất qua van (p pk po pi), trong đúpi là tổng tụ́t thất ỏp suất trong hệ thụ́ng. Thụng thường tổng tổn thất ỏp suất được lấy theo kinh nghiệm. Năng suất lạnh danh định của van tiết lưu lựa chọn nờn nằm trong khoảng (11,2)Qo yờu cầu.
Sau khi xỏc định được yờu cầu thực tế tỏc giả sẽ lựa chọn được chủng loại và thụng sụ́ kỹ thuật phự hợp cho van.
49
Chương 3. NGHIấN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CHẾ TẠO Mễ HèNH 3.1. Yờu cầu của mụ hỡnh thực nghiệm
Xõy dựng mụ hỡnh MLHT sử dụng năng lượng mặt trời và nhiệt thải làm việc trong điều kiện cú rung lắc là cơ sở để tiến hành những nghiờn cứu thực nghiệm về MLHT hướng tới sử dụng trờn cỏc phương tiện đỏnh bắt xa bờ. Do đú, mụ hỡnh này cần được chế tạo đảm bảo những yờu cầu sau:
- Cú thể đạt nhiệt độ bay hơi đến õm 15 oC.
- Cú khả năng làm việc ổn định ở điều kiện tĩnh cũng như rung lắc.
- Cú khả năng vận hành linh hoạt ở những chế độ làm việc khỏc nhau như: thay đổi được nhiệt độ bay hơi, thay đổi cỏc chế độ gia nhiệt đồng phỏt hay riờng rẽ, thay đổi được mức độ rung lắc để phục vụ cho việc thực nghiệm của MLHT.
- Cú kết cấu ổn định, vững chắc phự hợp với điều kiện địa hỡnh như trờn tàu cỏ, cú khả năng thỏo lắp, thay thế cỏc bộ phận thuận tiện, chịu được ăn mũn trong