. Năng suất lạnh của dàn bay hơi: Q0, KW
6.2.2. Phương ỏn mỏy lạn h1 cấp hay 2 cấp:
6.2.2. Phương ỏn mỏy lạnh 1 cấp hay 2 cấp:
Mỏy lạnh hấp thụ 2 cấp cú tớnh hiờu quả hơn mỏy lạnh hấp thụ 1 cấp, nhưng hệ thống mỏy lạnh hấp thụ 2 cấp phức tạp và chi phớ đầu tư nhiều, nờn hiện nay mỏy lạnh hấp thụ 2 cấp sử dụng năng lượng mặt trời ớt được sử dụng. Do đú trong đề tài này, ta chọn mỏy lạnh hấp thụ 1 cấp
6.3. CHỌN Mễ HèNH MÁY LẠNH HẤP THỤ: 6.3. CHỌN Mễ HèNH MÁY LẠNH HẤP THỤ:
Một vấn đề đặt ra ở đõy là thời gian cú mặt trời trong ngày khụng dài (khoảng 10 giờ), trong khi nhu cầu nước đỏ trong sinh hoạt cú thể kộo dài đến đờm và lỳc sỏng sớm (uống cafe).
Trong đề tài này ta chọn phương ỏn giải quyết như sau: Chọn khuụn đỏ loại 0,45 kg cú cấu tạo 2 lỏi:
Lỏi trong cú đường kớnh φ1 = 10 mm, φ1’ = 12 mm Lỏi ngoài cú đường kớnh φ2 = 40 mm, φ2’ = 36 mm, Chiều cao của lỏi : l = 0,8ì500 = 400 mm
Đõy là khuụn trong mỏy sản xuất nước đỏ sạch đang phổ biến trờn thị trường, cú thời gian đụng đỏ khoảng 25 phỳt.
Để mỏy lạnh hấp thụ cú thể hoạt khi hết ỏnh nắng mặt trời, để cú thể sản xuất nước đỏ thờm một vài mẻ hoặc duy độ lạnh trong bể đến khi xuất đỏ vào sỏng hụm sau, ta dựng thờm một bỡnh tớch đặt sau thiết bị ngưng tụ, một bỡnh thu đặt sau thiết bị hồi nhiệt II và tăng thể tớch chứa ở thiết bị hấp thụ. Ban ngày, cường độ bức xạ năng lượng mặt trời nhiều, lượng amoniăc bốc hơi nhiều. Sau khi ngưng tụ tại thiết bị ngưng tụ, nú sẽ được tớch gúp lại tại bỡnh tớch để cú thể duy trỡ cấp lỏng mụi chất cho thiết bị bay hơi thờm một thời gian khi hết ỏnh nắng mặt trời. Bỡnh thu dựng để chứa dung dịch loóng để khi vào ban đờm ta dựng dung dịch loóng này hỳt hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi vào ban đờm khi dàn bay hơi hoạt động. Thiết bị hấp thụ vừa đúng vai trũ là thiết bị hấp thụ vừa là bỡnh chứa dung dịch đậm đặc khi dung dịch loóng hấp thụ hơi NH3 sinh ra tại thiế bị bay hơi về. Do đú thiết bị hấp thụ cú thể tớch lớn hơn thể tớch cỏc bỡnh hấp thụ cú cựng cụng suất khụng cú dự trữ.
Từ những phõn tớch trờn, ta chọn mụ hỡnh mỏy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời sản xuất nước đỏ như sau:
♦ Sử dụng cặp mụi chất là NH3/H2O
♦Đốt núng giỏn tiếp dựng nước làm chất tải nhiệt
♦Mỏy lạnh 1 cấp
♦Cú thờm một bỡnh chứa lỏng cao ỏp, bỡnh chứa dung dịch loảngỷ
♦Do nguồn gia nhiệt từ năng lượng mặt trời cú nhiệt độ thấp, nờn để tăng hiệu suất làm lạnh, ta dựng nước giếng khoan để giải nhiệt (nước giếng khoan cú nhiệt độ luụn ổn định và cú nhiệt độ thấp hơn so với cỏc nguồn nước như nước bề mặt ,mạng nước thành phố) cho thiết bị hấp thụ và thiết bị ngưng tụ. Để giảm bớt tổn thất nước làm mỏt ta cho nước làm mỏt sau khi đi qua thiết bị hấp thụ ta đưa lờn thiết bị ngưng tụ. Thiết bị ngưng tụ ở đõy ta dựng thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngõm trong bể nước. Bởi vỡ, khi ta ngõm thiết bị ngưng tụ trong bể nước thỡ độ chờnh nhiệt độ của nước vào và ra là thấp từ (1ữ2)0C, sẽ làm cho nhiệt độ ngưng tụ tk thấp
♦Do cú lượng hơi nước rất lớn cuốn theo hơi amoniăc tại thiết bị sinh hơi, nờn cần cú thờm bộ chưng cất để tinh luyện hơi amoniăc. Chỳng ta đề xuất một phương ỏn nhằm trỏnh dựng nước làm mỏt bộ tinh luyện gõy cồng kềnh tốn kộm, đú là dựng dung dịch đậm đặc sau khi ra khỏi thiết bị hấp thụ để làm mỏt bộ tinh luyện. Đõy thực chất là dựng như bỡnh hồi nhiệt vừa làm tăng thờm hiệu suất của hệ thống
♦Để duy trỡ độ ổn định hoạt động của mỏy lạnh trong những ngày trời rõm mỏt, ta dựng thờm một lũ nung nước núng để dự phũng.
♦Tuy hơi NH3 sinh ra sau thiết bị bay hơi khụng cú lỏng cuốn theo nhưng để tăng hệ số làm lạnh của chu trỡnh ta cho hơi NH3 sinh ra sau thiết bị bay hơi đi qua thiết bị hồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng NH3 trước khi qua van tiết lưu. Mặt dự, ta dựng thờm thiết bị hồi nhiệt I tốn kộm thờm thiết bị hồi nhiệt I và lượng nước làm mỏt tại thiết bị hấp thụ cũng tăng lờn, nhưng hiệu quả của việc làm quỏ lạnh lỏng trước khi qua van tiết lưu cao hơn. Trao đổi nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt I là giữa lỏng và hơi NH3 nờn ta chọn thiết bị hồi nhiệt ống xoắn nằm ngang, lỏng NH3 đi bờn trong ống, hơi đi bờn ngoài khụng gian của bỡnh.
♦Để giảm bớt lượng nước làm tại thiết bị hấp thụ ta cho dung dịch loóng trước khi về thiết bị hấp thụ ta cho dung dịch loóng đi qua thiết bị hồi nhiệt II. Tại đõy dung dịch loóng được làm mỏt, dung dịch đậm đặc được đốt núng thờm. Dung dịch đậm đặc được đốt núng thỡ ta giảm được lượng nhiệt cấp cho dung dịch đậm đặc tại thiết bị sinh hơi. Do trao đổi nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt là của hai dung dịch lỏng nờn ta chọn thiết bị hồi nhiệt II cú cấu tạo ống lồng ống.
B SH HT BH BCLCA BCDDL TLDD HN II HN I TL NT VTL
NƯỚC GIA NHIỆT RA NƯỚC GIA NHIỆT VÀO NƯỚC LÀM MÁT VÀO
NƯỚC LÀM MÁT VÀO NƯỚC LÀM MÁT RA
Ghi chỳ :
NT :Thiết bị ngưng tụ. HN 1 : Thiết bị hồi nhiệt I. TL : Van tiết lưu.
TLDD: Tiết lưư dung dịch. BH : Thiết bị bay hơi. HT : Thiết bị hấp thụ. TL’ : Thiết bị tinh luyện. SH :Thiết bị sinh hơi.
CHƯƠNG VII: CHƯƠNG VII: LẬP PHƯƠNG TRèNH TÍNH TOÁN LẬP PHƯƠNG TRèNH TÍNH TOÁN CÁC THễNG SỐ VẬT Lí CÁC THễNG SỐ VẬT Lí
Qua chỉnh lý cỏc số liệu thực nghiệm và cỏc số liệu tra bảng đối với dung dịch NH3/H2O, cỏc nhà nghiờn cứu đó lập được phương trỡnh tớnh toỏn cỏc thụng số nhiệt động lực học và nhiệt vật lý học của dung dịch NH3/H2O cú nồng độ amụniac trong dung dịch ξ
như sau :
♦Entanpi pha lỏng của dung dịch: il = (1-ξ).in +ξ.ina- qhh
(1.1) Trong đú: Trong đú: in = 1039,5+3,56393.T+0,919594.10-3.T2+0,124376.P- 0,222979.10-5.P2- 0,356960.P.T2 (1.2) ina = 10580,43+3,02148.T+0,312072.10-2.T2+0,155360.P- 0,123079.10- 4.P2-0,129460.P.T2 (1.3) qhh =-839,87.(1-0,071.ξ).((1-ξ).ξ+((1-ξ).ξ)2)
♦ỏp suất của dung dịch: p= +b T a 10 . 98067 , 0 (2.1) Trong đú: a=-2103,50+4669,96.ξ-20228,3.ξ2+56507.ξ3-80989,9.ξ4+55286,5.ξ5- 14361,4.ξ6 b=5,65208-7,03170.ξ+37,9018.ξ2-102,912.ξ3+135,789.ξ4- 82,1706.ξ5+18,4113.ξ6
♦Nồng độ khối lượng hơi amụniăc trong pha hơi:
ξh =1-(1-ξ). ( T ) d c e + (3.1) c=-6571,06+39,9544.T-0,243781.10-2.T2+0,39792.10-6.T3-22,7722.P- 0,4979.10-7.P2 +8286,02.TP +0,172363.10-1.P.T+0,77344.10-6.P.T2- 3,62962.T.lnT-T.lnP d= -1467.ξ2.(1,25.ξ3-5,58.ξ2 +5,96.ξ-0,42)+(17,3 .ξ3-13,8.ξ4).T
♦Entanpi hỗn hợp hơi nước - hơi amụniăc:
ihn =1993,19+1,88878.T-0,205512.10-3.T2+0,367295.10-6.T3+10,6342.P- 7648,34. T P (4.2) iha=770,761+1,86947.T+0,587293.10-4.T2+0,731509.10-6.T3+8,98074.P- 4580,15. TP
(4.3) ♦Khối lượng riờng của dung dịch: ρ = (1−ξ ).ν1+ξ .ν2 +νhh
1 (5.1) Trong đú : ν1 = 244,122 3,711149. 5,70889.10 3. 2 2,63825.10 6. 3 1 X X X − − + − + Với X = 1,8.T ν2= 688,956 0,784907. 2,25861.10 3. 2 9,25709.10 7. 3 1 X X X − − + − + 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]
♦Nhiệt dung riờng của dung dịch:
Cp=4,18+0,71ìξ (6.1)
♦Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch loóng
λ = (1- ξr). λn’ +ξr. λa’ (7.1) Trong đú:
λn’: Hệ số dẫn nhiệt của nước, W/m.K
λn’ = 0,562 + 1,893.10-3.t - 7,11.10-6.t2
(7.2) λa’ :Hệ số dẫn nhiệt của lỏng NH3
λa’ = 0,528 - 1,669.10-3.t - 6,2.10-6.t2 (7.3)
♦Độ nhớt động học: à= à(1-ξa)àn-ξa.àa
Trong đú: àn: độ nhớt động học của nước
(8.1)
lnàn=-6,87757-2.1916.103.T-1+6,38605.105.T-2 (8.2)
àa: độ nhớt động học của amụniăc
CHƯƠNG VIII : CHƯƠNG VIII : LẬP CHU TRèNH VÀ TÍNH PHỤ TẢI LẬP CHU TRèNH VÀ TÍNH PHỤ TẢI NHIỆT NHIỆT
Trong mỏy lạnh hấp thụ NH3/H2O, hỗn hợp dung dịch NH3
và H2O cú nhiệt độ phõn huỷ thấp. Do đú khụng thể sử dụng nguồn nhiệt cú nhiệt độ cao để gia nhiệt. Thường nhiệt độ nguồn nhiệt khụng nờn cao quỏ 1600C. Hơn nữa, trong bỡnh sinh hơilượng nước cuốn theo nhiều nờn nhiệt độ gia nhiệt cho dung dịch thường khụng cao quỏ 1200C để trỏnh lượng nước ngưng hồi lưu quỏ nhiều và thiết bị tinh cất quỏ cồng kềnh.
Trong đề tài này, ta dựng năng lượng mặt trời nung núng nước và sau đú nước được đưa đến gia nhiệt cho thiết bị sinh hơi.Nhiệt độ gia nhiệt cho thiết bị sinh hơi tH = 950C
8.1. LẬP CHU TRèNH VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THễNG SỐ : 8.1. LẬP CHU TRèNH VÀ XÁC ĐỊNH CÁC THễNG SỐ :
8.1.1.Sơ đồ nguyờn lý mỏy lạnh hấp thụ NH
8.1.1.Sơ đồ nguyờn lý mỏy lạnh hấp thụ NH33/H/H22O 1 cấp:O 1 cấp:
B SH HT BH BCLCA BCDDL TLDD HN II HN I TL NT VTL
NƯỚC GIA NHIỆT RA NƯỚC GIA NHIỆT VÀO NƯỚC LÀM MÁT VÀO
NƯỚC LÀM MÁT VÀO NƯỚC LÀM MÁT RA
Bỡnh hấp thụ ”Hỳt” hơi sinh ra từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xỳc với dung dịch loóng từ van tiết lưu dung dịch đến. Do nhiệt độ thấp, dung dịch loóng hấp thụ hơi mụi chất để trở thành dung dịch đậm đặc. Nhiệt lượng toả ra trong quỏ trỡnh hấp thụ được nhó ra cho nước làm mỏt. Dung dịch đậm đặc được bơm qua thiết bị tinh chiết nhận nhiệt của hổn hợp hơi trong thiết bị này và tiếp tục về thiết bị hồi nhiệt II nhận nhiệt của dung dịch loóng từ thiết bị sinh hơi về bỡnh hấp thụ và núng lờn sau đú đưa vào thiết bị sinh hơi. Ở thiết bị sinh hơi dung dịch tiếp tục nhận nhiệt của nguồn nước núng, dung dịch đậm đặc sụi lờn và sinh hơi. Hơi sinh ra cú lẫn một lượng hơi nước cuốn theo và được đưa vào thiết bị tinh luyện. Dung dịch đậm đặc sau khi sinh hơi cũn lại dung dịch loóng, dung dịch loóng trước khi về thiết bị hấp thụ đi qua thiết bị hồi nhiệt II nhó nhiệt cho dung dịch đậm đặc và qua van tiết lưu để giảm ỏp. Hơi sinh ra qua thiết bị tinh luyện, ở đõy hơi nhó nhiệt cho dung dich đậm đặc làm mỏt. Do nước cú nhiệt độ ngưng tụ cao hơn NH3 nờn lượng nước cuốn theo ngưng tụ lại và đi về thiết bị sinh hơi. Hơi NH3 tinh khiết được đưa về thiết bị ngưng tụ . Tại thiết bị ngưng tụ, hơi NH3 nhó nhiệt cho nước làm mỏt và ngưng tụ lại thành lỏng cao ỏp và về bỡnh chứa cao ỏp. Để giảm tổn thất lạnh cho chu trỡnh tại dàn bay hơi, ta cho lỏng cao ỏp qua van tiết lưu và về bàn bay hơi. Tại thiết bị bay hơi lỏng NH3 nhận nhiệt của chất tải lạnh (nước muối) sụi và bay hơi. Hơi này đi về thiết hấp thụ và được dung dịch loóng hấp thụ để trở thành dung dịch đậm đặc. Dung dịch đậm đặc được bơm bơm lờn thiết bị tinh luyện để tiếp tục chu trỡnh mới.
8.1.2 Tớnh toỏn chu trỡnh mỏy lạnh hấp thụ :
8.1.2 Tớnh toỏn chu trỡnh mỏy lạnh hấp thụ :
Mục tiờu xỏc định cỏc điểm nỳt của chu trỡnh và xỏc định cỏc phụ tải nhiệt của cỏc thiết bị trao đổi nhiệt của mỏy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp dựng cho bể đỏ.
• Chọn mụi trường giải nhiệt là nước giếng khoan vỡ dựng nước giếng khoan giảm được chi phớ đầu tư do khụng dựng thỏp giải nhiệt, quạt giải nhiệt. Nước giếng cú nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ mụi trường nờn càng làm giảm nhiệt độ ngưng tụ tăng hệ số lạnh của chu trỡnh, do hệ thống nhỏ nờn lượng nước tiờu hao cho khụng lớn chi phớ vận hành chỉ là bơm giếng so với dựng bơm và quạt giải nhiệt. Ta dựng nước giếng khoan để giải nhiệt vỡ nước giếng khoan cú nhiệt độ ổn định trong cả năm (mựa hố và mựa đụng) và cú nhiệt độ thấp so với cỏc nguồn nước sụng hồ, mạng nước thành phố. Theo [TL2-tr7] ta sử dụng nước giếng khoan khụng tuần hoàn cú thể lấy cao hơn hoặc bằng nhiệt độ
trong bỡnh hằng năm(0 1)ữ oC,tra bảng theo [TL2-tr8] ta cú nhiệt độ trung bỡnh hằng năm tại Đà Nẵng t =25,6oC
Thụng số làm việc
Chọn nhiệt độ ra của nước tải lạnh tm2 theo [TL4-tr102] : tm2= -8oC
Nhiệt độ bay hơi của mụi chất lạnh thấp hơn nhiệt độ của nước muối tải nhiệt từ o
(4 6)ữ C. t0=tm2-∆t0
t0= -8 -4= -120C
⇒ ỏp suất bay hơi: Po=2,62 Bar Theo cụng thức (2.1) trờn .
Nhiệt độ ngưng tu ỷ:
Thiết bị làm mỏt bằng nước nờn: tk =tW1+ ∆tk
Trong đú : ∆ = ữ(3 6)o k
t Chiệu nhiệt độ ngưng tụ yờu cầu [TL2 - tr158], chọn ∆tk=60C
tW1 : nhiệt độ nước làm mỏt vào khỏi thiết bị ngưng tụ,
tw1=25,60C
tW2 : nhiệt độ nước làm mỏt ra khỏi thiết bị ngưng tụ.
do đú:
=>tK =tW1+ =5 25, 6 6 31,6+ = 0C Vậy: Chọn o
k
t = 32 C
Nhiệt độ nước gia nhiệt:
Nhiệt độ nước gia nhiệt vào: tH1= 95 oC
Nhiệt độ nước gia nhiệt ra : tH2=tH1-2= 95-2=93oC theo [TL2-Tr158]
th nhiệt độ của dung dịch lỏng trong thiết bị sinh hơi : th=tH1-5 theo [TL1-Tr108]
th = 95-5= 90oC
11 10 12 13 7 8 9 TL SH BH HN II HN I NT 14 15 1 2 3 4 5 6 VTL HT
Sơ đồ nguyờn lý của mỏy lạnh hấp thụ 1 cấp NH3/H2O
Đầu tiờn giả thiết rằng quỏ trỡnh tinh luyện được tiến hành cho đến khi chỉ cũn hơi NH3 tinh khiết vớiξ =d 1. Theo cụng thức (2.1)
t0=-120C => P0= Pa= 2,620 Bar tk= 320C => Pk = Ph = 12,376 Bar
Điểm 10: Trạng thỏi dung dịch đậm đặc ra khỏi thiết bị hấp thụ là
giao điểm của:
P10=P0= 2,620 MPa t10 = tk= 320C
Theo cụng thức (2.1) ta suy ra được nồng độ của dung dịch: ξr=0,425
Và cụng thức (1.1) suy ra entanpy của dung dịch đậm đặc : h10= 43,69 KJ/kg.
Điểm 7 : là điểm dung dịch loảng ra khỏi thiết bị sinh hơi về thiết bị
P7= Pk= 12,376 bar t7 = th= 90 0C
Theo cụng thức (2.1) ta suy ra được nồng độ của dung dịch: ξa=0,398 Và cụng thức (1.1) suy ra entanpy của dung dich loảng: h7=301,27 KJ/kg Vựng khử khớ: ∆ = − =ξ ξ ξr a 0, 425 0,398 0, 027 0− = >
Vậy chu trỡnh mỏy lạnh hấp thụ hoạt động được.
Trạng thỏi NH3 tại điểm 2, điểm 5 là trạng thỏi lỏng bảo hoà và hơi bảo hoà khụ.
Điểm 2: Trạng thỏi lỏng NH3 ra sau thiết bị ngưng tụ :
t2 =tk= 32oC
P2=Pk=12,376 bar => suy ra entanpy nú: h2= 340,34 KJ/kg ξd =1
Điểm 5: hơi Nh3 sau thiết bị bay hơi:
t5= t0=-120C
P5=P0=2,62 bar => suy ra entanpy nú: h5= 1447,19 KJ/kg ξd=1
Xỏc định nhiệt độ ra khỏi thiết bị hồi nhiệt I: Phương trỡnh cõn bằng nhiệt:
QHNI=G1ìCpl (t2-t3) = GhìCphì(t6-t5)
vỡ G1=Gh , Cpl>Cph
=> t2- t3 < t6 - t5 hoặc t2- t6< t3- t5
Hiệu nhiệt độ ∆tmin nằm về phớa đầu núng của thiết bị hồi nhiệt I: t2- t6= ∆t t6= t2- ∆t = 32 - 5= 27 0C P6 = P0= 2,62 bar ξd=1 (4.1) => suy ra entanpy nú: h6=1534,09 KJ/kg Cõn bằng nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt I: h5+h2=h3+h6
h3= h2+h5- h6 =340,34+1447,19-1534,09=253,44 KJ/kg
Xỏc định nhiệt độ t3 sau khi ra khỏi thiết bị hồi nhiệt I, lượng nhiệt do lỏng mụi chất thải ra bằng lượng nhiệt do hơi mụi chất thu vào.
⇒ 6 5 3 2 ( ) t ph pl C t t t C ì − = −
Trong đú Cph ,Cpl: nhiệt dung riờng của hơi amoniac ở trờn đường bảo hoà , tra bảng phụ lục ra “Tớnh chất vật lý của NH3 trờn đường bảo hoà”
Theo [TL-tr209] :
pl
C = 4,820 (KJ/kg) nhiệt dung riờng của lỏng NH3 ở 32 0C
ph
C = 2,990 (KJ/kg) nhiệt dung riờng của hơi NH3 ở -12 0C Do đú: t3= 32 2,99 (27 ( 12))