Đối với mây lạnh hấp thụ, điều kiện vùng khử khí = r - a > 0 lă điều kiện nhiệt động để duy trì chu trình mây lạnh hấp thụ hoạt động. Từ điều kiện năy, đối với mây lạnh hấp thụ một cấp, dẫn đến câc giâ trị giới hạn mă câc thơng số nhiệt độ bay hơi t0, nhiệt độ ngưng tụ tk vă nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th khơng vượt qua được. Ta cĩ thể thấy rõ giâ trị giới hạn đĩ trín đồ thị P - T (hình 4.1) : P =1 2’ 3’ ’ 5’ PK 5 2 3 PK r 6 P0 1 1’ 4’ 4 6’’ 1’’ P ’’ 0 T ’’0 T0 T = Tk A T ’’’h Th T
Hình 5.1. Giâ trị giới hạn của mây lạnh hấp thụ một cấp trín đồ thị P - T
Chu trình mây lạnh một cấp bình thường bao gồm quâ trình sinh hơi 1-2-5 vă 1- 2 - 3, quâ trình hấp thụ 3 - 4 - 1 vă điểm 5 lă ngưng tụ, 6 lă bay hơi.
Nếu giữ nguyín nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th , nhiệt độ bay hơi to , khi âp suất ngưng tụ PK lớn lín thì nồng độ dung dịch loêng a lớn lín, dịch dần về phía trâi trong khi nồng độ dung dịch đậm đặc r nhỏ đi vă dịch dần về phía phải. Khi âp suất ngưng tụ PK tiến tới điểm PK’ thì điểm 2’ vă 3’ trùng lín nhau : nồng độ dung dịch đặc vă loêng trùng nhau, vùng khử khí bằng khơng, như vậy P’K vă ứng với nĩ lă tK’ lă giới hạn cực đại của âp suất vă nhiệt độ ngưng tụ.
Tương tự, khi giữ nguyín th vă tK, hạ t0 xuống t0” thì nồng độ dung dịch đậm đặc sẽ giảm tới nồng độ dung dịch loêng, vùng khử khí bằng khơng : t0” lă giới hạn cực tiểu của nhiệt độ bay hơi.
Tương tự như vậy, khi giữ nguyín to vă tK, hạ th xuống th’” thì nồng độ dung dịch loêng sẽ tiến tới nồng độ dung dịch đậm đặc, vùng khử khí bằng khơng : th’” lă giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi.
Tuy nhiín, lưu ý rằng, câc giới hạn cực đại (đối với tK), cực tiểu (đối với to vă th) được xâc định với giả thiết vùng khử khí = 0, câc quâ trình hấp thụ, sinh hơi, chưng luyện lă hoăn hảo vă câc quâ trình trao đổi nhiệt lă thuận nghịch. Vì vậy, đối với câc chu trình thực, câc giâ trị giới hạn phải được điều chỉnh thím + 10 đến + 20 0C .
Ngoăi ra, cịn từ câc điều kiện cụ thể khâc như để trânh hiện tượng đĩng băng, phđn hủy mơi chất, điều kiện kết tinh, ăn mịn kim loại... thì câc nhiệt độ trín cịn cĩ câc giâ trị giới hạn khâc. Cụ thể lă, nhiệt độ phđn huỷ của dung dịch NH3/H2O thấp nín nhiệt độ của dung dịch dung dịch khơng nín quâ 160 0C vă để trânh lượng nước cuốn theo hơi amơniăc nhiều thì nhiệt độ dung dịch khơng nín quâ 120 0C . Cịn đối với dung dịch H2O/LiBr, để trânh xảy ra sự kết tinh thì nồng độ LiBr khơng trín 70 % .
5.2. Giới hạn của nhiệt độ nguồn gia nhiệt trong mây lạnh hấp thụ H2O/ LiBr một cấp :
5.2.1. Phạm vi khảo sât :
+ Nhiệt độ ngưng tụ tK : nếu tK căng cao tương ứng PK căng cao so với P0thì tổn thất lạnh do quâ trình tiết lưu căng tăng vă cơng tiíu tốn cho bơm dung dịch từ âp suất P0 lín PKcăng tăng dẫn đến hệ số nhiệt của mây lạnh hấp thụ giảm đâng kể vì vậy tK căng nhỏ căng tốt. Nhiệt độ ngưng tụ tK phụ thuộc chủ
t h
H
h
yếu văo tính chất , nhiệt độ của mơi trường giải nhiệt vă diện tích bề mặt truyền nhiệt.Ở khí hậu Việt nam, nhiệt độ ngưng tụ tK chỉ dao động trong khoảng (26 45) 0C .
+ Nhiệt độ bay hơi t0 : Do nước đĩng băng ở 0 0C vă dùng trong lĩnh vực điều hoă khơng khí dùng nước lăm chất tải lạnh, nín nhiệt độ bay hơi t0 chỉ dao động trong khoảng (3 7) 0C .
min
5.2.2. Xâc định giâ trị nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : tH
Từ phđn tích ở trín, ta biết rằng ứng với một giâ trị nhiệt độ bay hơi to vă nhiệt độ ngưng tụ tK thì cĩ một giâ trị giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th min. Giâ trị năy được xâc định khi
độ dung dịch đậm đặc tiến đến bằng nồng độ dung dịch loêng. Câch tính như sau :
0 hay nồng + Xâc định âp suất bay hơi P0 vă âp suất ngưng tụ PK theo cơng thức (1.11) + Xâc định nồng độ dung dịch đậm đặc r ra khỏi bình hấp thụ (P0 vă tA = tK ) suy từ cơng thức (1.1) vă (1.11) theo phương phâp lặp (cho đến khi sai số < 0,01 % lă thỏa mên).
+ Ở điều kiện tối thiểu, trạng thâi dung dịch ra khỏi bình sinh hơi (PK, th min vă r = a ) , theo cơng thức (1.1) suy ra nhiệt độ cực tiểu của dung dịch ra khỏi bình sinh hơi thmin .
+ Nhiệt độ cực tiểu thực của dung dịch ra khỏi bình sinh hơi : minT
h = t min+ 100C (5.1) + Nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : t min = thminT+ 5 0C (5.2)
Kết quả tính t min
được lập thănh bảng sau :
t0 ( 0C) tK ( 0 C) 3 4 5 6 7 26 28 30 32 34 64,7 71,4 78,4 85,9 93,6 62,0 68,5 75,4 82,5 89,9 59,4 65,8 72,4 79,3 86,4 57,0 63,2 69,7 76,3 83,2 54,7 60,8 67,1 73,5 80,3
h h 36 101,6 97,6 93,9 90,4 87,2 38 110,1 105,6 101,6 97,9 94,4 40 118,9 114,1 109,6 105,6 101,8 42 128,2 122,9 118,1 113,6 119,6 45 143,1 136,9 131,4 126,4 121,8
5.2.3. Xâc định giâ trị nhiệt độ cực đại của dung dịch : t max
Nhiệt độ của dung dịch trong bình sinh hơi cĩ giới hạn cực đại thmax được xâc định từ điều kiện kết tinh (
suy từ (PK , r = 0,7) .
r 0,7) : được xâc định theo cơng thức (1.1)
Kết quả tính t max được lập thănh bảng sau :
tK= 26oC PK = 0,0333 Bar Suy ra t Hmax = 129,110C tK= 28o
C PK = 0,0374 Bar Suy ra t max
= 135,240
C
H
tK= 30oC PK = 0,0420 Bar Suy ra t max
= 141,370
C
H
tK= 32oC PK = 0,0471 Bar Suy ra t max
= 147,510
C
H
tK= 34oC PK = 0,0527 Bar Suy ra t max
= 153,640
C
H
tK= 36o
C PK = 0,0588 Bar Suy ra t max
= 159,780
C
H
tK= 38oC PK = 0,0656 Bar Suy ra t max
= 165,910
C
H
tK= 40o
C PK = 0,0731 Bar Suy ra t max
= 172,040
C
H
tK= 42oC PK = 0,0812 Bar Suy ra t max
= 178,180
C
H
tK= 44oC PK = 0,0902 Bar Suy ra t max
= 184,400
C
H
t t 190 tH°C 170 150 130 110 90 t0 =3°C max H t0=4°C t0=5° C t0=6° C t0=7°C min H 70 50 26 28 30 32 34 36 38 40 tk°C 42 44 Kết luận: Hình 5.2
Mây lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thì nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi khơng được thấp dưới 54,7oC khi nhiệt độ ngưng tụ 26oC vă khơng được vực quâ nhiệt độ 129,11oC. Chính vì vậy mây lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp chỉ sử dụng nguồn gia nhiệt cĩ nhiệt độ thấp, khơng nín nhận nhiệt trực tiếp từ sản phẩm chây khi đốt dầu, gas, khí đốt hoặc câc loại nhiín liệu khâc.
C
h ư ơ ng6:
TÍNH SỨC BỀN CÂC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG
t t
D
t
Mục đích của chương năy lă tính độ dăy câc chi tiết của thiết bị trao đổinhiệt, để đảm bảo an toăn cho câc thiết bị ở âp suất vă nhiệt độ lăm việc trong hệ thống mây lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp.
6.1.Tính chiều dăy câc thđn bình hình trụ:
6.1.1.Tính chiều dăy của bình chứa thiết bị bay hơi vă hấp thụ:
Bình chứa thiết bị bay hơi vă hấp thụ đươc chế tạo bằng inox cĩ đường kính trong Dt = 0,22 m cĩ âp suất trong bình lă (âp suất tuyệt đối) P0=
0,782.10-3MPa. Vậy âp suất tính tơn (âp suất chđn khơng) lă P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa.
P
Hình 6.1. Bình chứa thiết
cp
bị bay hơi vă hấp thụ:
Chiều dăy nhỏ nhất của bình chịu âp suất ngoăi, theo [TL12-tr391] được xâc định theo cơng thức sau:
= 0,47 trong đĩ: Dt 100 P.l 10 6.E .D 0, 4 C ,[m] + Dt: đường kính trong của bình, Dt = 0,22 m
+ P: âp suất tính tơn,[MPa]; P = 97,318.10-3 MPa + l: chiều dăi của bình,[m]; l = 1,2 m
+ Et: mơđun đăn hồi của vật liệu, [MPa], tra theo đồ thị [TL12-tr391]với vật liệu inox ta cĩ Et=1,95.10-6 at = 191295 MPa
+ C: trị số bổ sung chiều dăy dự phịng ăn mịn ,[m] theo [TL1-tr136] ta cĩ C = 0,001 m
suy ra chiều dăy nhỏ nhất của bình lă:
= 0,47 0,22 97,318.10 6 3 1,2
0, 4
0,001 = 2,55.10-3 m
vậy ta chọn: = 3 mm
t t
D
t
6.1.2.Tính chiều dăy của bình chứa thiết bị ngưng tụ vă sinh hơi:
Bình chứa thiết bị ngưng tụ vă sinh hơi đươc chế tạo bằng inox cĩ đường kính trong Dt = 0,257 m cĩ âp suất trong bình (âp suất tuyệt đối) lă PK=
5,62.10-3 MPa. Vậy âp suất tính tơn (âp suất chđn khơng) lă P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa.
P
Hình 6.2. Bình chứa cp thiết bị ngưng tụ vă sinh hơi:
Chiều dăy nhỏ nhất của bình chịu âp suất ngoăi, theo [TL12-tr391] được xâc định theo cơng thức sau:
= 0,47 trong đĩ: Dt 100 P.l 10 6.E .D 0, 4 C ,[m] + Dt: đường kính trong của bình, Dt = 0,257 m
+ P: âp suất tính tơn,[MPa]; P = 92,48.10-3 MPa + l: chiều dăi của bình,[m]; l = 1,2 m
+ Et: mơđun đăn hồi của vật liệu, [MPa], tra theo đồ thị [TL12-tr391]với vật liệu inox ta cĩ Et=1,95.10-6 at = 191295 MPa
+ C: trị số bổ sung chiều dăy dự phịng ăn mịn ,[m] theo [TL1-tr136] ta cĩ C = 0,001 m
suy ra chiều dăy nhỏ nhất của bình lă:
= 0,47 0,257 92,48.10 6 3 1,2
0, 4
0,001 = 2,673.10-3 m
vậy ta chọn: = 3 mm
100 10 .191295 0,257
6.1.3.Tính kiểm tra chiều dăy ống trao đổi nhiệt của câc thiết bị trao đổi nhiệt:
Chiều dăy nhỏ nhất của ống trao đổi nhiệt chịu âp lực trong theo [TL1- tr135] được xâc định theo cơng thức sau:
D
t
tt = 2 P.Dt
cp . P + C ,[m]
P
Hình 6.3. Ống trao đổi nhiệt của câc thiết cp
nhiệt: bị trao đổi
trong đĩ:
+ P: âp suất tính tơn, [MPa].
+ Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, [m]
+ cp: ứng suất bền cho phĩp của kim loại chế tạo. Theo [TL1-tr133]
*
với:
*
cp = cp
- cp : ứng suất cho phĩp định mức của kim lọai chế tạo, ở đđy ống trao
*
đổi nhiệt được lăm băng inox theo [TL1-tr134] ta cĩ cp = 88,2 MPa
- : hệ số hiệu chỉnh ứng suất phụ thuộc văo đặc điểm cấu trúc vă điều kiện lăm việc của thiết bị âp lực. Ơí đđy ống trao đổi nhiệt được chế tạo liền lă thiết bị khơng gia nhiệt theo [TL1-tr133] ta cĩ
Suy ra cp = 88,2 0,95 = 83,79 MPa
= 0,95.
nín
+ : hệ số bền của mối hăn, vì ống trao đổi nhiệt được chế tao liền = 1
+ C: trị số bổ sung chiều dăy dự phịng ăn mịn ,[m] theo [TL1-tr136] ta cĩ C = 0,001 m
6.1.3.1.Tính kiểm tra chiều dăy ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi:
Ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay được chế tạo bằng inox cĩ đường kính trong dt = 0,009 m, đường kính ngoăi dn= 0,011 m vă = 0,002 m. Nước tải lạnh đi trong ống xem nước tải lạnh cĩ âp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoăi của ống lă âp suất bay hơi P0 = 782 Pa Vậy âp suất tính tơn (âp suất chđn khơng) lă P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa.
+ P: âp suất tính tơn, P = 97,318.10-3 MPa.
+ Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,009 m Suy ra chiều dăy nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi lă:
97,318.10 3
0,009 -3
tt =
2 83,79 1 97,318.10 3 + 0,001 = 1,005.10 m
= 0,002 m > tt = 0,001 m Vậy thỏa mên điều kiện bền
6.1.3.2.Tính kiểm tra chiều dăy ống trao đổi nhiệt của thiết bị hấp thụ:
Ống trao đổi nhiệt của thiết hấp thụ được chế tạo bằng inox cĩ đường kính trong dt = 0,015 m, đường kính ngoăi dn= 0,017 m vă = 0,002 m. Nước lăm mât đi trong ống xem nước lăm mât cĩ âp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoăi của ống lă âp suất bay hơi P0 = 782 Pa Vậy âp suất tính tơn (âp suất chđn khơng) lă P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa.
+ P: âp suất tính tơn, P = 97,318.10-3 MPa.
+ Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,015 m Suy ra chiều dăy nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi lă:
97,318.10 3
0,015 -3
tt =
2 83,79 1 97,318.10 3 + 0,001 = 1,0087.10 m
= 0,002 m > tt = 0,0010087 m Vậy thỏa mên điều kiện bền
6.1.3.3.Tính kiểm tra chiều dăy ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
Ống trao đổi nhiệt của thiết ngưng tụ được chế tạo bằng inox cĩ đường kính trong dt = 0,015 m, đường kính ngoăi dn= 0,017 m vă = 0,002 m. Nước lăm mât đi trong ống xem nước lăm mât cĩ âp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoăi của ống lă âp suất ngưng tụ PK = 5,62.10-3 MPa Vậy âp suất tính tơn lă P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa.
+ P: âp suất tính tơn, P = 92,48.10-3 MPa.
+ Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,015 m Suy ra chiều dăy nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi lă:
92,48.10 3
0,015 -3
tt =
2 83,79 1 92,48.10 3 + 0,001 = 1,0083.10 m
= 0,002 m > tt = 0,0010083 m Vậy thỏa mên điều kiện bền
*
cp
Ống trao đổi nhiệt của thiết sinh hơi được chế tạo bằng inox cĩ đường kính trong dt = 0,02 m, đường kính ngoăi dn= 0,022 m vă = 0,002 m. Nước gia nhiệt đi trong ống xem nước lăm mât cĩ âp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoăi của ống lă âp suất ngưng tụ PK = 5,62.10-3 MPa Vậy âp suất tính tơn lă P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa.
+ P: âp suất tính tơn, P = 92,48.10-3 MPa.
+ Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,02 m Suy ra chiều dăy nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi lă:
92,48.10 3
0,02 -3
tt =
2 83,79 1 92,48.10 3 + 0,001 = 1,011.10 m
= 0,002 m > tt = 0,001011 m Vậy thỏa mên điều kiện bền
6.2.Tính chiều dăy câc mặt săng:
6.2.1.Tính chiều dăy của mặt săng chứa thiết bị bay hơi vă hấp thụ: Mặt săng được lăm bằng inox cĩ đường kính D = 0,22 m cĩ âp suất mặt trong lă (âp suất tuyệt đối) P0= 0,782.10-3 MPa ,. Mặt ngoăi của săng tiếp xúc với nước lăm mât vă nước tải lạnh xem nước cĩ âp suất khí quyển. Vậy âp suất tính tơn (âp suất chđn khơng) lă P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa =
97,318.10-3 MPa.
P = 97,318.10-3 MPa.
6.2.1.1.Chiều dăy nhỏ nhất của mặt săng:
Chiều dăy nhỏ nhất của mặt săng theo [TL1-tr137] ta cĩ cơng thức sau:
P
trong đĩ :
= 0,5.de. + C ,[m]
cp
+ de: đường kính của đường kính của đường trịn lớn nhất cĩ thể vẽ được ở câc khoảng câch mặt săng khơng chứa ống,[m]; de= 0,033 m
+ P: âp suất tính tơn,[MPa]; P= 97,318.10-3 MPa
+ cp: ứng suất bền cho phĩp của vật liệu chế tạo mặt săng,[MPa]. Mặt săng lăm bằng inox cĩ *
= 88,2 MPa theo [TL1-tr134]. Do mặt săng cĩ lỗ khơng được gia cường theo [TL1-tr147]ta cĩ hệ số hiệu chỉnh ứng suất
ra = 0,85. Suy
cp=
70
70
a
+ C: trị số bổ sung chiều dăy dự phịng ăn mịn, theo[TL1-tr137] ta cĩ C = 0,002
Suy ra chiều dăy nhỏ nhất của mặt săng lă:
97,318.10 3
= 0,5 0,033
74,97 + 0,002 = 2,594.10-3 m
Vậy ta chọn chiều dăy của mặt săng = 3 mm
6.2.1.2.Kiểm tra ứng suất chịu uốn của mặt săng:
Kiểm tra ứng suất chịu uốn của mặt săng theo [TL1-tr138] ta cĩ cơng thức: