1. Các thông số ban đầu
Điều kiện khí hậu nơi lắp đặt hệ thống là
- Nhiệt độ lấy ở điều kiện nóng nhất của năm là 370C - Độ ẩm trung bình là 76% nhiệt độ tư = 330C
Chọn:
- Nhiệt độ vào của nước: = tư + 30C = 360C - Nhiệt độ ra của nước: = + 60C = 420C
- Nhiệt độ ngưng tụ: tc = tw + (57) 0C = tw + 70C = 460C
2. Chu trình lạnh đối với thiết bị kết tinh:
Ở đây ta xét chu trình quá nhiệt và quá lạnh.
Tra đồ thị: nếu vẽ lên đồ thị lgp-h của NH3 ta sẽ được các thông số trạng thái của các điểm nút chu trình như sau:
Thông số Đơn vị 1’ 1 2 3’ 3 4 Áp suất p Bar 2,9075 2,9075 18,302 18,302 15,548 2,9075 Nhiệt độ t 0C -10 -5 133 46 40 -10 Entanpi h kJ/kg 1449,4 1461,9 1744,78 415,37 386,32 386,32 Thể tích riêng v dm3/kg - 427,73 - - - - Entropi kJ/kg.K 5,7519 5,7992 5,7992 1,7204 1,63 - Bảng 11a: Thông số trạng thái của NH3 trong chu trình lạnh ở thiết bị kết tinh 1
Thông số Đơn vị 1’ 1 2 3’ 3 4 Áp suất p Bar 2,3620 2,3620 18,302 18,302 15,548 2,3620 Nhiệt độ t 0C -15 -10 133 46 40 -15 Entanpi h kJ/kg 1443,2 1455,4 1744,78 145,37 386,32 368,32 Thể tích riêng v m3/kg - 0,5206 - - - - Entropi kJ/kg.K 5,8243 5,8715 5,7992 1,7204 1,63 -
Tính toán chu trình lạnh theo số liệu điều tra 1. Năng suất lạnh riêng khối lượng:
= h1 – h4 = 1075,58 kJ/kg
= h1 – h4 = 1087,08 kJ/kg 2. Năng suất nhiệt riêng khối lượng:
= h2 – h3 = 1358,46 kJ/kg
= h2 – h3 = 1358,46 kJ/kg 3. Năng suất lạnh riêng thể tích:
= = 2514,62 kJ/m3 = = 2088,13 kJ/m3 4. Công nén riêng: l1 = - = h2 – h1 = 282,88 kJ/kg l2 = - = h2 – h1 = 289,38 kJ/kg 5. Hệ số lạnh: = 3,8; = 3,694 6. Hệ số cấp máy nén hơi: Từ tỷ số = 7,75 dựa vào đồ thị hình 9.5 ([8], tập 1, tr.218) = 0,58 7. Năng suất lạnh cần thiết:
= Qkt1 = 1073375,14 kJ/h = 298,16 kW
= Qkt2 = 488144,98 kJ/h = 135,60 kW 8. Lượng Amoniac (thực tế) trong hệ thống:
m1 = = 997,95 kg/h = 0,2772 kg/s
m2 = = 499,04 kg/h = 0,1247 kg/s 9. Năng suất thể tích thực tế của máy nén:
Vtt1 = m1.v1 = 997,95.0,42773 = 426,85 m3/h = 0,1186 m3/s
Vtt2 = m2.v1 = 499,04. 0,5206 = 259,8 m3/h = 0,0722 m3/s 10. Thể tích chạy pittong trong 1 giờ (thể tích hút lý thuyết)
Vlt1 = = 735,95 m3/h = 0,2044 m3/s
Vlt2 = = 447,93 m3/h = 0,1244 m3/s 11. Công nén lý thuyết:
Ns1 = m1.l1 = 282300,10 kJ/h = 78,42 kW
Ns2 = m2.l2 = 144412,20 kJ/h = 40,11 kW 12. Công nén chỉ thị:
Ni1 = = 91,19 kW; với = 0,86 ([8], tập 1, H. 9.5, tr 218)
Ni2 = = 49,21 kW; với = 0,815 ([8], tập 1, H. 9.5, tr 218) 13. Công suất hữu ích (công suất trên trục):
Ne1 = Ni1 + Nms1 = 91,19 + 6,9974 = 98,19 kW
Ne2 = Ni2 + Nms2 = 49,21 + 4,2598 = 53,47 kW Trong đó Nms1 = Pms1.Vtt1 = 59.0,1186 = 6,9974 kW
Nms2 = Pms2.Vtt2 = 59.0,0722 = 4,2598 kW 14. Công suất điện thiêu thụ:
Nel(1) = = = 121,60 kW
Nel(2) = = = 66,22 kW
Trong đó: = 0,85 – Hiệu suất khớp truyền động = 0,95 – Hiệu suất động cơ
15. Hiệu suất chung: = = 0,64 ; = 0,61
3. Tính toán quá trình ngưng tụ3.1. Các thông số ban đầu 3.1. Các thông số ban đầu
Chọn loại thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang. Đây là thiết bị có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT3 bên trong là các ống trao đổi nhiệt làm bằng thép áp lực C20. Các ống trao đổi nhiệt được hàn kín hoặc núc hai bên hai mặt sàng hai đầu. Để có thể hàn hoặc núc các ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, nó phải có độ dày khá lớn, từ 20 đến 30 mm. Hai đầu thân bình là nắp bình. Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nước để nước có thể tuần hoàn nhiều lần trong bình ngưng.
3.2. Tính toán cho thiết bị ngưng tụ
Diện tích trao đổi nhiệt cần cho thiết bị ngưng tụ
- Phụ tải nhiệt yêu cầu của thiết bị ngưng tụ Qk1 = QQL + QLL + QNT = m1 – (h2 – h3)
Qk1 = m1.(h2(1) – h3(1)) = 997,95.(1744,78 – 386,32) = 1355675,157 kJ/h = 376,58 kW
Qk2 = m2.(h2(2) – h3(2)) = 499,04.(1744,78 – 386,32) = 677925,88 kJ/h = 188,31 kW - Lượng nhiệt cấp khi làm lạnh và ngưng tụ hơi quá nhiệt
Q’1 = QLL + QNT = m1.(h2(1) – h3’(1)) = 997,95.(1744,78 – 415,37) = 1326684,71 kJ/h = 368,52 kW
Q’2 = QLL + QNT = m2.(h2(2) – h3’(2)) = 499,04.(1744,78 – 415,37) = 663428,77 kJ/h = 184,29 kw - Lượng nhiệt cấp khi làm quá lạnh NH3 lỏng:
Q’’1 = Qk1 - Q’1 = 28990,447 kJ/h = 8,053 kW
Q’’2 = Qk2 - Q’2 = 14497,11 kJ/h = 4,027 kW
- Lượng nước lạnh đưa vào thiết bị ngưng tụ (cho 10 thùng kết tinh 1)
Gw1 = = = 53925,03 kg/h = 14,98 kg/s
Gw2 = = = 26966,03 kg/h = 7,49 kg/s
- Nhiệt độ nước trước khi amoniac lỏng được làm quá lạnh
t1 = 36 + = 36,130C
t2 = 36 + = 36,130C
- Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit ở giai đoạn làm lạnh và ngưng tụ = = = 6,50C
- Chênh lệch nhiệt độ trung bình ở giai đoạn làm quá lạnh tác nhân lạnh = = 2,9350C
Giả sử ta chọn một loại thiết bị ngưng tụ chung cho hệ thống gồm 10 thùng kết tinh. Bề mặt truyền nhiệt F bao gồm ở giai đoạn ngưng tụ (F’) và giai đoạn quá lạnh (F’’). Hệ số truyền nhiệt K có thể xác định theo kinh nghiệm và muốn chính xác hơn thì xác định theo lý thuyết. Tuy nhiên các bài toán thực tế luôn phức tạp nên thường ta tính theo kinh nghiệm. Có thể tham khảo ở bảng 6.1 ([5], tr 276). Từ đó với 60C, ta chọn K 700 W/m2.K và qf 4200 W/m2. Từ đó xác định được F = F’ + F’’
F1 = = = 89,66 m2
F2 = = = 44,84 m2
Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng là chùm ống tép bố trí so le trên mặt sàng có các thông số: da = 25 mm; di = 20 mm; = 2,5 mm
Diện tích cho 1m chiều dài ống: fa = 0,0785 m2/m ống; fi = 0,0628 m2/m ống. Chọn tốc dộ nước trong bình ngưng là: = 1,5 (m/s)
Nước Amoniac t,0C 46 42 40 36 Q, 103 KJ
- Số ống trong một lối của bình ngưng: n’1 = = = 32,12
n’2 = = = 16,05
Chọn n1 = 33 ống; n2 = 17 ống
- Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác, với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn (m) là: ([2],58) m1 = 0,75. = 0,75. = 20,8 Chọn m1 = 21 ống
m2 = 0,75. = 0,75. = 16,51 Chọn m2 = 17 ống
Với s – bước ống ngang. Chọn s = 1,4da = 1,4.0,025 = 0,035 (m)
: tỷ số giữa chiều dài ống và đường kính mặt sàng tính là: = 48. Chọn = 6 - Đường kính d của mặt sàn tính là:
D1 = s.(m1 – 1) + 4da = 0,035.(20,8 – 1) + 4.0,025 = 0,793 m D2 = s.(m2 – 1) + 4da = 0,035.(16,51 – 1) + 4.0,025 = 0,643 m
- Tổng số ống n được xác định theo công thức: m = n1 = 324,73; n2 = 204,69
- Số đường nước: z1 = = = 10,12 ; z2 = = 12,75 Chọn z1 = 11 ; z2 = 13
n1 = z1.n’1 = 11.33 = 363 chọn số ống là 363 ống n2 = z2.n’2 = 13.17 = 165 chọn số ống là 221 ống - Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt:
L1 = = = 1427.71 m L2 = = = 714,01 m
- Chiều dài một ống trao đổi nhiệt trong bình ngưng tụ: l1 = = = 3,93 m
l2 = = = 3,23 m
Kiểm tra lại = = 4,96 (4,8) Thỏa mãn điều kiện đã chọn.