1. Các thông số làm việc của cối đá
a. Nhiệt độ sôi của môi chất t0
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc nhiệt độ cối đá và cách làm lạnh.
t0 = tb - ∆t0 .
tb - Nhiệt độ cối đá. tb = -100C.
∆t0 - Hiệu nhiệt độ yêu cầu. Chọn: ∆t0 = 50C
t0 = -10 – 5 = -150C
Nhiệt độ ngưng tụ tk phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ. Chọn thiết bị ngưng tụ là bình ngưng ống nằm ngang, dùng tháp giải nhiệt bằng nước.
tk = tw2 + ∆tk .
tw2 - Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng.
∆tk - Hiệu nhiệt độ yêu cầu. ∆tk = 3 ÷ 50C. Chọn: ∆tk = 30C.
Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng được xác định theo công thức tw2 = tw1 + ∆tw
Nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra chênh nhau 2÷60C và phụ thuộc vào kiểu bình ngưng, chọn ∆tw = 50C.
Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw1 phụ thuộc vào điều kiện môi trường và được xác định theo công thức
tw1 = tư +∆tư
Theo quy định chung của viện tháp giải nhiệt CTI thì ∆tư=5 độ
Nhiệt độ môi trường ngoài 320C, độ ẩm 80%, tra đồ thị t-d được tư = 290C tw1= 29+5=340C tw2 =34+5=390C => tk = 39+3=420C Từ to= -150C => P0 = 2,966 bar tk = 420C => Pk = 14.945 bar Tỉ số nén π = p p o k = 957 . 2 16 = 5.4 <9 Vì π <9 nên chọn máy nén một cấp
Có rất nhiều chu trình làm lạnh như chu trình Carnot ngược chiều, chu trình khô, chu trình quá lạnh quá nhiệt, chu trình hồi nhiệt,… Ở đây ta chọn chu trình hồi nhiệt.
Chu trình hồi nhiệt là chu trình có thiết bị trao đổi nhiệt trong giữa môi chất lỏng( trước khi vào van tiết lưu) và hơi lạnh trước khi về máy nén.
Hình IV
c. Nhiệt độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén, t1’.
Nhiệt độ hơi hút về máy nén t1’ bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt. Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau. Nhưng đối với máy nén freôn do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn rất cao.
Ở đây ta chọn chu trình hồi nhiệt nên việc quá nhiệt ở đây được thực hiện trong bình hồi nhiệt, giữa môi chất lỏng nóng trước khi vào van tiết lưu và hơi lạnh ở bình bay hơi ra trước khi về máy nén.
Qlỏng=m1Cpl(t3’-t3)= Qhơi=m2Cph(t1’-t1) Do m1=m2 nên Cpl(t3’-t3)= Cph(t1’-t1) Do Cpl = Cph => (t1’-t1) = (t3’-t3) Chọn ∆t = 5K = t3’ – t3 => t1’ = t1+5 Mà t1=t0 => t1’= -15+5 = -100C
d. Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu, t3
Nhiệt độ quá lạnh t3 là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt. Ngày nay, do thiết bị quá lạnh làm cho máy lạnh thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng giá thành tăng mà hiệu quả lại đem lại không cao, các máy lạnh hầu như không còn trang bị thiết bị quá lạnh.
Ơ đây ta chọn chu trình hồi nhiệt nên (t1’-t1) = (t3’-t3)
=> t3=37
Bảng điểm nút chu trình
Điểm Nhiệt độ (oC) Áp suất bar Hh (kJ/Kg) V (m3/Kg)
1′ -10 2.957 402.9 0.079589 1 -15 2.957 399.3 0.07723 2 75 16 447.1 0.017641 3′ 42 16 252.4 - 3 37 16 245.7 - 4 -15 2.957 245.7 -
a. Sơ đồ nguyên lý
b. Quá trình hoạt động
Quá trình 1’-2: Là quá trình ép nén đoạn nhiệt môi chất ( ở dạng hơi). Hơi môi chất từ điểm 1’ được máy nén hút và ép nén lên đến trạng thái tại điểm 2, trong quá trình ép nén này tiêu tốn một công l. Ở quá trình này có đặc điểm: S1’ = S2, nhiệt độ môi chất tăng từ t0 đến tk, áp suất tăng từ p0 đến pk. Quá trình này xảy ra tại vùng hơi quá nhiệt, hơi hút về máy nén cũng là hơi quá nhiệt.
Quá trình 2-3: Quá trình làm mát và ngưng tụ đẳng áp hơi môi chất xảy ra ở thiết bị ngưng tụ. Quá trình này được chia làm 3 giai đoạn. Giai đoạn 1, môi chất sau khi được đưa đến thiết bị ngưng tụ, môi chất trao đổi nhiệt với môi trường làm mát và được hạ nhiệt độ xuống tới nhiệt độ bão hòa khô, trong quá trình này nhiệt độ thì giảm còn áp suất thì không đổi. Giai đoạn 2, đây là quá trình ngưng tụ đẳng áp môi chất chuyển đổi pha từ dạng bão hòa khô sang dạng lỏng, trong quá trình này áp suất cũng không đổi. Giai đoạn 3 là quá trình quá lạnh lỏng hơi môi chất ở thiết bị hồi nhiệt, môi chất ở điểm 3′ được đưa vào hồi
nhiệt và đựơc hạ nhiệt độ từ t3’ xuống nhiệt độ t3 do trao đổi nhiệt với hơi môi chất có nhiệt độ thấp từ thiết bị bốc hơi về.
Quá trình 3-4: Đây là quá trình tiết lưu đẳng Enthalpy môi chất lạnh ở điểm 3 được tiết lưu đến điểm 4, trong quá trình tiết lưu này môi chất có nhiệt độ và áp suất từ tk, pk giảm xuống t0, p0. Trong quá trình này h = const.
Quá trình 4-1: Đây là quá trình bốc hơi đẳng áp và đẳng nhiệt hơi môi chất, trong quá trình này môi chất trao đổi nhiệt với môi trường cần làm lạnh môi chất lấy nhiệt của môi trường sôi bốc hơi.
Quá trình 1-1’: Quá trình hút hơi môi chất trong thiết bị hồi nhiệt