Thiết kế bỡnh tinh luyện:

. Năng suất lạnh của dàn bay hơi: Q0, KW

9.7.4 Thiết kế bỡnh tinh luyện:

Số ống của thiết bị tinh luyện: n1=

1 tl F 1,326 .d .L =3,14 0,017 0,9 π ì ì = 27,6 ống Chọn số n1=30 ống Số hành trỡnh của thiết bị: N=n1 30 n = 5 = 6 hành trỡnh

Cỏc ống trao đổi nhiệt được bố trớ theo cỏc gúc của một tam giỏc đều.

Đường kớnh trong của bỡnh: Dt = Nìs+c=5ì0,022+2ì0,02=0,15 m Trong đú: N1= 5 số ống nằm ngang S=1,3ìd=1,3ì0,017=0,022 m bước ống C=0,02 m Khoảng cỏch từ mộp ngồi ống đến mộp trong của bỡnh 9.8 THỂ TÍCH BèNH CHỨA LỎNG CAO ÁP : 9.8 THỂ TÍCH BèNH CHỨA LỎNG CAO ÁP :

Gọi : Gdt khối lượng lỏng NH3 cần dự trữ để sản xuất thờm một mẻ đỏ:

Gdt = md.τ

Trong đú :

md : lưu lượng lỏng NH3 tuần hồn trong một giõy , kg/s τ : Thời gian sản xuất một mẻ đỏ , 25phỳt

Gdt = 0,0147.25.60 = 22,05 kg Dung tớch của bỡnh chứa lỏng NH3

Vtớch = 1,2.

k dt

ρk : Khối lượng riờng của lỏng NH3 ở nhiệt độ tk và ỏp suất pk , ρk = k ν 1 = 3 1 1,69.10− = 591,72 kg/m3 Theo cụng thức (5.3) 1,2 :Hệ số dự trữ Vtớch = 1,2.591, 7222,05 = 0,0447 m3

9.9. THỂ TÍCH BèNH CHỨA DUNG DỊCH LỖNG DỰ TRỮ :

Dung tớch của bỡnh thu chứa dung dịch loĩng: Vthu = 1,2. dd a G ρ Trong đú :

Ga: khối lượng của dung dịch loảng dự trữ: Ga= ma.τ =0,3131ì25ì60 =469,65 kg

ρdd :khối lượng riờng của dung dịch ở nhiệt độ t9 = 38,60C

ν1 :Thể tớch riờng của nước , m3/kg

ν1 = 244,122 3,711149. 5,70889.10 3. 2 2,63825.10 6. 3 1 X X X − − + − + Với X = 1,8.(273 + 36,6) =568,6380K ν1 = 3 2 6 3 1 244,122 3,711149 568,638 5,70889.10+ ì − − ì568,638 +2,63825.10 .568,638− = 1.10-3 ν2 :Thể tớch riờng của NH3 : ν2 = 688,956 0,784907. 2,25861.10 3. 2 9,25709.10 7. 3 1 X X X − − + − + ν2 =688,956 0,784907.553,68 2,25861.10 3.553,682 9,25709.10 7.553,683 1 − − + − + = 1,72.10-3

νhh : Sự thay đổi số hạng, đặc tớnh của thể tớch ở hỗn hợp nước và amụniăc

νhh = - 0,0001.[0,747 +0,94.10-2.t +0,318.10-3.t2 + (4,84 + 1,33.10-2.t - 0,214.10-3.t2).ξ]. [(1- ξ).ξ + ((1 -ξ).ξ)2]

1,33.10-2ì35 - 0,214.10-3ì352).0,423].[(1- 0,368)ì0,368 + ((1 - 0,368)ì 0,368)2] = - 1,2.10-4 ⇒ dd ( ) 1 1 0,425 .0,001 0,425.0,0017 0,00012 ρ = − + − = 855,728kg/m3 Vthu = 1,2.855,728469,65 = 0,659 m3

Chọn đường kớnh của bỡnh chứa lỏng: D=0,8 m Chiều cao của bỡnh chứa lỏng: h= 2 2

V 0,659 1,31m 0,8 D 3,14. . 4 4 = = π

Vỡ thiết bị hấp thụ chứa dung dịch trong cỏc bỡnh dự trữ về khi bơm khụng làm việc. Nờn thể tớch bỡnh bằng tổng của thể tớch lỏng NH3+ thể tớch dung dịch loảng+thể tớch chứa ống:

VNH3=0,0447 m3 Vloảng=0,569 m3

Vống =nì3,14ì(d/2)2ìL=85ì3,14ì(0,022/2)2ì2=0,0645 =>V= 0,0447+ 0,569+ 0,0646=0,6783

Vậy đường kớnh của thiết bị hấp thụ là:

4 V 4 0,6783 d 0,432 3,14 L 3,14 2 ì ì = = = ì ì m

CHƯƠNG X CHƯƠNG X

GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA

MÁY LẠNH HẤP THỤ NH

MÁY LẠNH HẤP THỤ NH33/H/H22OO MỘT CẤP

MỘT CẤP

Mục đớch chớnh của chương này là xỏc định chớnh xỏc dĩy nhiệt độ làm việc của nguồn gia nhiệt, dĩy làm việc của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ cho mỏy lạnh hấp thụ.

10.1. GỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ

MỘT CẤP:

Đối với mỏy lạnh hấp, điều kiện vựng khử khớ ∆ξ = ξ − ξr a> 0 là điều kiện nhiệt động để duy trỡ chu trỡnh mỏy lạnh hoạt động. Từ điều kiện này, đối với mỏy lạnh hấp thụ một cấp, dẫn đến cỏc giỏ trị giới hạn mà cỏc thụng số nhiệt độ bay hơi t0, nhiệt độ ngưng tụ tk và nhiệt độ dung dịch trong bỡnh bay hơi khụng vược qua được. Ta cú thể thấy rừ giỏ trị giới hạn đú trờn đồ thị P-T (hỡnh sau):

P T0’’ T 0 TK = TA Th’’’ T h T P0’’ 6’’ 1’’ P0 6 PK 5 5’ PK’ 1 1’≡4’ 4 3 2 2’≡3’

Hỡnh 11.1. Giỏ trị giới hạn của mỏy lạnh hấp thụ một cấp trờn đồ thị P-T

Chu trỡnh mỏy lạnh một cấp bỡnh thường bao gồm quỏ trỡnh sinh hơi 1-2-5 và 1- 2 - 3, quỏ trỡnh hấp thụ 3 - 4 - 1 và điểm 5 là ngưng tụ, 6 là bay hơi.

Nếu giữ nguyờn nhiệt độ dung dịch trong bỡnh sinh hơi th , nhiệt độ bay hơi to , khi ỏp suất ngưng tụ PK lớn lờn thỡ nồng độ dung dịch loĩng ξa lớn lờn, dịch dần về phớa trỏi trong khi nồng độ dung dịch đậm đặc ξr nhỏ đi và dịch dần về phớa phải. Khi ỏp suất ngưng tụ PK tiến tới điểm PK’ thỡ điểm 2’ và 3’ trựng lờn nhau : nồng độ dung dịch đặc và loĩng trựng nhau, vựng khử khớ bằng khụng, như vậy P’K và ứng với nú là tK’ là giới hạn cực đại của ỏp suất và nhiệt độ ngưng tụ.

Tương tự, khi giữ nguyờn th và tK, hạ t0 xuống t0” thỡ nồng độ dung dịch đậm đặc sẽ giảm tới nồng độ dung dịch loĩng, vựng khử khớ bằng khụng : t0” là giới hạn cực tiểu của nhiệt độ bay hơi.

Tương tự như vậy, khi giữ nguyờn to và tK, hạ th xuống th’” thỡ nồng độ dung dịch loĩng sẽ tiến tới nồng độ dung dịch đậm đặc, vựng khử khớ bằng khụng : th’” là giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bỡnh sinh hơi.

Tuy nhiờn, lưu ý rằng, cỏc giới hạn cực đại (đối với tK), cực tiểu (đối với to và th) được xỏc định với giả thiết vựng khử khớ ∆ξ = 0, cỏc quỏ trỡnh hấp thụ, sinh hơi, chưng luyện là hồn hảo và cỏc quỏ trỡnh trao đổi nhiệt là thuận nghịch. Vỡ vậy, đối với cỏc chu trỡnh thực, cỏc giỏ trị giới hạn phải được điều chỉnh thờm + 10 đến + 20 0C .

Ngồi ra, cũn từ cỏc điều kiện cụ thể khỏc như để trỏnh hiện tượng đúng băng, phõn hủy mụi chất, điều kiện kết tinh, ăn mũn kim loại... thỡ cỏc nhiệt độ trờn cũn cú cỏc giỏ trị giới hạn khỏc. Cụ thể là, nhiệt độ phõn huỷ của dung dịch NH3/H2O thấp nờn nhiệt độ của dung dịch dung dịch khụng nờn quỏ 160 0C và để trỏnh lượng nước cuốn theo hơi amụniăc nhiều thỡ nhiệt độ dung dịch khụng nờn quỏ 120 0C . Cũn đối với dung dịch H2O/LiBr, để trỏnh xảy ra sự kết tinh thỡ nồng độ LiBr khụng trờn 70 % .

10.2. GIỚI HẠN CỦA NHIỆT ĐỘ NGUỒN GIA NHIỆT TRONG

MÁY LẠNH HẤP THỤ NH3/ H2O MỘT CẤP :

10.2.1. Phạm vi khảo sỏt :

+ Nhiệt độ ngưng tụ tK : nếu tK càng cao tương ứng PK càng cao so với P0thỡ tổn thất lạnh do quỏ trỡnh tiết lưu càng tăng và cụng tiờu

tốn cho bơm dung dịch từ ỏp suất P0 lờn PKcàng tăng dẫn đến hệ số nhiệt của mỏy lạnh hấp thụ giảm đỏng kể vỡ vậy tK càng nhỏ càng tốt. Nhiệt độ ngưng tụ tK phụ thuộc chủ yếu vào tớnh chất , nhiệt độ của mụi trường giải nhiệt và diện tớch bề mặt truyền nhiệt.Ở khớ hậu Việt nam, nhiệt độ ngưng tụ tK chỉ dao động trong khoảng (26 ữ 45) 0C .

+ Nhiệt độ bay hơi t0 : Do mụi chất là NH3 nờn mỏy lạnh cú thể làm việc ở nhiệt độ thấp

+ Nhiệt độ nước gia nhiệt: Nhiệt độ phõn huỷ của dung dịch NH3/H2O thấp nờn nhiệt độ của dung dịch dung dịch khụng nờn quỏ 160 0C

10.2.2. Xỏc định giỏ trị nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt :

10.2.2. Xỏc định giỏ trị nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : tHmin Từ phõn tớch ở trờn, ta biết rằng ứng với một giỏ trị nhiệt độ bay hơi to và nhiệt độ ngưng tụ tK thỡ cú một giỏ trị giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bỡnh sinh hơi th min. Giỏ trị này được xỏc định khi ∆ ξ → 0 hay nồng độ dung dịch đậm đặc tiến đến bằng nồng độ dung dịch loĩng.

Cỏch tớnh như sau :

+ Xỏc định ỏp suất bay hơi P0 và ỏp suất ngưng tụ PK theo cụng thức (2.1)

+ Xỏc định nồng độ dung dịch đậm đặc ξr ra khỏi bỡnh hấp thụ (P0 và tA = tK ) suy từ cụng thức (2.1) và theo phương phỏp lặp (cho đến khi sai số < 0,01 % là thỏa mĩn).

+ Ở điều kiện tối thiểu, trạng thỏi dung dịch ra khỏi bỡnh sinh hơi (PK, th min và ξr = ξa ) , theo cụng thức (2.1) suy ra nhiệt độ cực tiểu của dung dịch ra khỏi bỡnh sinh hơi thmin .

+ Nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : tHmin = thminT + 10 0C (10.2)

Bảng 3.4: Nhiệt đĩ cực tiểu của dung dịch ra khõi bình sinh hơI

t0 th -7,00000 -8,00000 -9,00000-10,00000-11,00000-12,00000 26,00000 64,65000 65,80000 67,10000 68,00000 69,35000 70,70000 28,00000 69,14500 70,40000 71,45000 72,50000 74,00000 75,50000 30,00000 73,64000 74,98000 76,24000 77,50000 78,75000 80,00000 32,00000 78,25000 79,50000 80,77500 82,05000 83,02500 84,00000 34,00000 81,38500 82,92500 83,71250 84,50000 85,75000 87,00000 35,00000 84,52000 86,38000 86,90500 87,43000 88,51500 89,60000 36,00000 87,78500 89,79000 90,32000 90,85000 91,87500 92,90000 38,00000 91,05000 93,20000 94,66000 96,99000 97,78000 98,70000

Từ cơng thức (3.2), xác định đợc giá trị cực tiểu của nguơn gia nhiệt tHmin Ta xây dựng đợc đơ thị nh hình 3.3 . t0 th -7,00000 -8,00000 -9,00000-10,00000 -11,00000 -12,00000 26,00000 74,65000 75,80000 77,10000 78,00000 -59,35000 80,70000 28,00000 79,14500 80,40000 81,45000 82,50000 -64,00000 85,50000 30,00000 83,64000 84,98000 86,24000 87,50000 -68,75000 90,00000 32,00000 88,25000 89,50000 90,77500 92,05000 -73,02500 94,00000 34,00000 91,38500 92,92500 93,71250 94,50000 -75,75000 97,00000 35,00000 94,52000 96,38000 96,90500 97,43000 -78,51500 99,60000 36,00000 97,78500 99,79000 100,32000 100,85000 -81,87500 102,90000 38,00000 101,05000 103,20000 104,66000 106,99000 -87,78000 108,70000

70 80 90 100 110 120 26 28 30 32 34 35 36 38 -7,00000 -8,00000 -9,00000 -10,00000 -11,00000 -12,00000 CHƯƠNG XI CHƯƠNG XI TÍNH SỨC BỀN CÁC THIẾT BỊ TÍNH SỨC BỀN CÁC THIẾT BỊ

TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG HỆ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG HỆ THỐNG MÁY LẠNH HẤP THỤ THỐNG MÁY LẠNH HẤP THỤ

NH33/H/H22O MỘT CẤPO MỘT CẤP

Mục đớch của chương này là tớnh độ dày cỏc chi tiết của thiết bị trao đổinhiệt, để đảm bảo an tồn cho cỏc thiết bị ở ỏp suất và nhiệt độ làm việc trong hệ thống mỏy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp.

11.1.TÍNH ĐỘ DÀY CÁC THÂN BèNH HèNH TRỤ:

11.1.1.Tớnh độ dày của bỡnh chứa thiết bị hấp thụ:

Bỡnh chứa thiết hấp thụ được chế tạo bằng inox cú đường kớnh trong Dt = 0,22 m cú ỏp suất trong bỡnh là (ỏp suất tuyệt đối) P0= 0,262 MPa, Aùp suất ngồi của khụng khớ Pk =0,0981 MPa. Vậy ỏp suất tớnh toỏn (ỏp suất dư) là:

P =P0- Pk = 0,262-0,0981 = 0,1639 MPa.

Lê Đức DỊu 99N2

Lê Đức DỊu 99N2  Trang94

Hỡnh 11.1. Bỡnh chứa thiết bị hấp thụ:

Chiều dày nhỏ nhất δ của bỡnh chịu ỏp suất trong, theo [TL12-tr390] được xỏc định theo cụng thức sau:

δ = 2 .. t cp P D C P σ ϕ− + ,[m] trong đú:

+ Dt: đường kớnh trong của bỡnh, Dt = 0,432 m + P: ỏp suất tớnh toỏn,[MPa]; P = 0,1639 MPa + l: chiều dài của bỡnh,[m]; l = 2 m

+σcp: ứng suất bền cho phộp của kim loại chế tạo. Theo [TL1- Tr333]

σ =σ*cp ì η

với: - σ*cp : Ứùng suất cho phộp đinh mức của kim loại chế tạo, ở đõy bỡnh được chế tạo bằng thộp 10 theo [TL1-Tr133] ta cú: σ*cp

=88,2 MPỏ

- η: Hệ số hiệu chỉnh tớnh đến loại thiết bị, với loại thiết bị nguy hiểm theo [TL12-Tr391] ta cú: η=0,9

Suy ra: σcp= 88,2ì0,9=79,38 MPa

+ C: trị số bổ sung chiều dày dự phũng ăn mũn ,[m] theo [TL12- Tr391]

ta cú C = 0,003 m

+ ϕ: Hệ số độ bền của cỏc mối hàn, đối với hàn bằng tay: ϕ

=0,9

Suy ra chiều dày nhỏ nhất của bỡnh là:

δ = 0,1639 0, 432 0,003 2 79,38 0,9 0,1639

ì +

ì ì − =3,5.10-3 m

Vậy ta chọn: δ = 4 mm

11.1.2. Tớnh độ dày của bỡnh chứa thiết bị sinh hơi:

Bỡnh chứa thiết hấp thụ được chế tạo bằng inox cú đường kớnh trong Dt = 0,286 m cú ỏp suất trong bỡnh là (ỏp suất tuyệt đối) PK= 1,2376 MPa . Vậy ỏp suất tớnh toỏn (ỏp suất dư) là P =PK- Pk = 1,2376 - 0,0981=1,1395 MPa.

Hỡnh 6.1. Bỡnh chứa thiết bị sinh hơi:

Chiều dày nhỏ nhất δ của bỡnh chịu ỏp suất trong, theo [TL12-tr390] được xỏc định theo cụng thức sau:

δ = 2 .. t cp P D C P σ ϕ− + ,[m] trong đú:

+ Dt: đường kớnh trong của bỡnh, Dt = 0,416 m + P: ỏp suất tớnh toỏn,[MPa]; P = 1,1395 MPa + l: chiều dài của thõn bỡnh,[m]; l = 1,5 m

+σcp: ứng suất bền cho phộp của kim loại chế tạo. Theo [TL12- Tr390]

σ =σ*cp ì η

với:

- σ*cp : Ứùng suất cho phộp định mức của kim loại chế tạo, ở đõy bỡnh được chế tạo bằng thộp 10 theo [TL1-Tr134] ta cú:

σ = 88,2 MPa

- η: Hệ số hiệu chỉnh tớnh đến loại thiết bị, với loại thiết bị nguy hiểm theo [TL12-Tr391] ta cú: η= 0,9

Suy ra: σcp= 88,2ì0,9=79,38 MPa

+ C: trị số bổ sung độ dày dự phũng ăn mũn ,[m] theo [TL12- Tr391]

ta cú C = 0,004 m

+ ϕ: Hệ số độ bền của cỏc mối hàn, đối với hàn bằng tay: ϕ

=0,9

Suy ra độ dày nhỏ nhất của bỡnh là:

δ = 1,1395 0,416 0, 003 2 79,38 0,9 1,1395

ì +

ì ì − =6,34.10-3 m

Vậy ta chọn: δ = 6,5 mm

11.1.3.Tớnh kiểm tra độ dày ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng

tụ:

Áp suất trong bề mặt ống là ỏp suất ngưng tụ PK=1,353 MPa, xem ỏp suất của nước giải nhiệt là ỏp suất khớ quyển Pk=0,0 981 MPa.

Vậy ỏp suất tớnh toỏn( ỏp suất dư) P =P0- Pk = 1,2376 - 0,0981=1,1395 MPa

Đường kớnh trong của ống: d1=0,018 m, Đường kớnh ngồi của ống: d2=0,022 m

Và δ=0,002 m

Chiều dày nhỏ nhất của ống trao đổi nhiệt chịu ỏp lực trong theo [TL12-Tr390] được xỏc định theo cụng thức sau:

δtt = PD P cp t + ϕ σ . 2 . + C ,[m]

Hỡnh 11.3. Ống trao đổi nhiệt của cỏc thiết bị trao đổi nhiệt:

trong đú:

+ P: ỏp suất tớnh toỏn, [MPa]. P=1,1395 [MPa]

+ Dt: đường kớnh trong của ống trao đổi nhiệt, [m] Dt=0,015 m

+ σcp: ứng suất bền cho phộp của kim loại chế tạo. Theo [TL1-tr133]

σcp = σ*

cpì η

với:

- σ*

cp: ứng suất cho phộp định mức của kim lọai chế tạo, ở đõy ống trao đổi nhiệt được làm bằng thộp 10 theo [TL1-Tr134] ta cú σ*

cp= 88,2 MPa

- η: hệ số hiệu chỉnh ứng suất phụ thuộc vào đặc điểm cấu trỳc và điều kiện làm việc của thiết bị ỏp lực. Ơớ đõy ống trao đổi nhiệt được chế tạo liền là thiết bị khụng gia nhiệt theo [TL12-Tr391] ta cú η = 0,95.

Suy ra σcp = 88,2 ì 0,95 = 83,79 MPa

+ ϕ: hệ số bền của mối hàn, vỡ ống trao đổi nhiệt được chế tao liền nờn

ϕ = 1

+ C: trị số bổ sung chiều dày dự phũng ăn mũn ,[m] theo [TL1-Tr390]

ta cú C = 0,001 m

Vậy chiều dài của ống:

P cp σ D t δ

δtt = 2 83,79 1 1,1395ì1,1395 0, 018ì −ì + 0,001=1,12.10-3m < δ=2.10-3m, thoả mĩn với việc chọn

11.2. TÍNH KIỂM TRA ĐỘ DÀY ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT:

11.2.1.Tớnh kiểm tra độ dày ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi:

Ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay được chế tạo bằng thộp 10 cú đường kớnh trong dt = 0,018 m, đường kớnh ngồi dn= 0,022 m và δ

= 0,002m. Nước tải lạnh đi ngồi ống xem nước tải lạnh cú ỏp suất khớ quyển Pk= 0,981MPa . Aùp suất trong của ống là ỏp suất bay hơi P0 = 0,262 MPa Vậy ỏp suất tớnh toỏn (ỏp suất dư) là P = P0- Pk = 0,262- 0,0981 = 0,1639 MPa.

+ P: ỏp suất tớnh toỏn, P = 0,1639 MPa.

+ Dt: đường kớnh trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,018 m

Tổn thất lạnh do mở cửa Q42, , W:

Phương ỏn mỏy lạn h1 cấp hay 2 cấp: