Tác nhân lạnh ảnh hưởng đến: kích thước máy lạnh, vật liệu chế tạo, áp suất làm việc. Các yêu cầu với tác nhân lạnh:
- Nhiệt độ tới hạn lớn: đảm bảo có thể dùng nước hoặc khơng khí để làm lạnh hơi ngưng tụ.
- Nhiệt bay hơi lớn: lượng tác nhân lạnh dũng ít.
- Thể tích hơi riêng phần nhỏ: kích thước máy lạnh nhỏ. - Áp suất bay hơi lớn hơn áp suất khí quyển.
- Khơng tạo thành hợp chất với dầu bôi trơn máy. - Không cháy nổ, không độc hại, rẻ tiền.
i) Amoniac.
Ưu điểm
- Được dùng phổ biến cho máy lạnh dùng máy nén Pittong - Thể tích nhỏ
- Nhiệt độ tới hạn lớn (132,4°C)
41 - Áp suất bốc hơi không quá thấp - Dễ phát hiện khi dò rỉ.
Nhược điểm - Độc hại
- Có mùi đặc trưng
- Ăn mòn đồng và các hợp kim đồng
- Có thể tạo hỗn hợp cháy nổ với khơng khí
Ứng dụng: dùng cho máy lạnh có cơng suất lớn. ii) Cloflocarbon (CFC)
Ưu điểm
- Được dùng phổ biến vì khơng độc hại, cháy nổ
Nhược điểm
- Rất nhẹ, có thể tồn tại trong khí quyển lâu dài, tạo chất Clorin phá hủy tầng ôzon.
Ứng dụng: khơng cịn sử dụng từ năm 2010. iii) Hydrocarbon
Bao gồm: Propan nguyên chất (R290), izo-butan nguyên chất (R600a), hợp chất R290/R600a.
Ứng dụng:
- R290 dùng trong công nghiệp. - R600a: dùng cho tủ lạnh gia đình.
- R290/R600a: dùng cho máy lạnh thương mại.
Ưu điểm:
- Nhiệt lượng bay hơi lớn hơn CFC - Khối lượng riêng nhỏ hơn CFC
Nhược điểm: dễ gây cháy nổ khi trộn lẫn khơng khí và có mồi nổ.
4.1.6. Chất tải lạnh
Dùng chất tải lạnh với vai trò là chất trung gian mang nhiệt từ vật làm lạnh đến tác nhân lạnh
Chu trình vận chuyển của chất tải lạnh: + Bơm tuần hoàn đi theo vịng kín.
42
+ Lấy nhiệt của vật làm lạnh tại thiết bị bốc hơi Chất tải lạnh thường dùng: NaCl, CaCl2, MgCl2
Lựa chọn nồng độ tùy thuộc vào mức độ làm lạnh. Nồng độ phải đủ lớn để dung dịch khơng đóng băng ở nhiệt độ thấp nhất trong hệ thống
Chất tải lạnh phải được chuẩn bị bằng muối tinh khiết, nếu có lẫn Na2SO4.
4.1.7. Máy nén hai bậc.
- Máy nén Amoniac chỉ làm việc thích hợp với chỉ số nén khơng q 8-9
- Khi nén áp suất cao, làm tăng nhiệt độ hơi tác nhân lạnh, có thể làm phân hủy Amoniac (120 C) nén 2 – 3 bậc
- Khi nhiệt độ bay hơi T0 = -25°C : 1 bậc
- Khi nhiệt độ bay hơi T0 = -25°C - 50°C : 2 bậc - Khi nhiệt độ bay hơi T0 = -50°C - 75°C : 3 bậc
- Trong máy lạnh hai cấp, mức độ nén của cấp thấp và cấp cao nhỏ hơn máy nén một cấp nên hiệu suất thể tích máy nén sẽ lớn hơn
4.1.8. Sơ đồ làm lạnh liên hợp.
Với tác nhân lạnh có áp suất ngưng tụ không cao lắm và nhiệt độ bay hơi thấp, máy nén phải làm việc trong điều kiện chân không.
Với các máy nén Pittong hiện đại có thể làm việc ở áp suất hút tuyệt đối 0,1 at. Với tác nhân lạnh NH3 hoặc Freon có nhiệt độ ứng với áp suất đó là -70°C. Với các tác nhân ạnh có áp suất hút cao, nhiệt độ thấp thì khi ngưng tụ cần phải có áp suất cao
Khi cần phải làm việc ở nhiệt độ -70°C, phải dùng máy lạnh liên hợp (trong hệ thống có 2 tác nhân lạnh).
43
Độ lạnh thu được ở khâu thứ nhất dùng để ngưng tụ tác nhân lạnh ở khâu thứ hai, thường dùng nén một cấp hay hai cấp.
Khâu thứ nhất tác nhân lạnh là R13 (-13°C đến -90°C). Thiết bị bốc hơi NH3 đồng thời là thiết bị ngưng tụ R13.
4.1.9. Máy làm lạnh kiểu hấp phụ.
Trong các máy lạnh kiểu hấp thụ, năng lượng tiêu hao cho quá trình là nhiệt năng chú khơng phải cơ năng.
Khi tác nhân lạnh là NH3, thì chất chất hấp thụ dùng là dung dịch Amoniac loãng.
Nguyên tắc làm việc:
Hơi NH3 từ đỉnh tháp chưng luyện (>90%) đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu để ngưng tụ một phần về tháp chưng luyện. Hơi NH3 đi qua thiết bị ngựng tụ làm lạnh. Lỏng sau ngưng tụ đi qua van tiết lưu 4 giãn đến áp
suất bốc hơi rồi đi vào thiết bị bốc hơi. Hơi từ thiết bị bốc hơi đi vào thiết bị hấp thụ 6, được hấp thụ bằng NH3 lỗng, sau đó được bơm về tháp chưng luyện. Trong thiết bị trao đổi nhiệt, dung dịch loãng cấp nhi cho dung dịch đặc: dung dịch đăc được đốt nóng trước khi vào tháp chưng luyện, dung dịch loãng được làm mát trước khi vào tháp hấp thụ
Áp suất trong thiết bị hấp thụ được duy trì bằng áp suất trong thiết bị bốc hơi, áp suất trong tháp chưng luyện bằng áp suất ngưng tụ.
4.1.10. Máy làm lạnh kiểu Tuy-e
Trong các máy lạnh kiểu tuy-e, năng lượng tiêu hao cho quá trình là nhiệt năng chứ không phải cơ năng. Tác nhân là nước lạnh.
Nguyên tắc làm việc: Hơi nước từ nồi hơi áp suất cao đi vào tuye, giãn qua ốn loa, áp suất giảm xuống bằng áp suất trong thiết bị bốc hơi. Hơi có vận tốc lớn hút tác nhân lạnh (nước) từ thiết bị bốc h sang, trộn lẫn với nhau. Hỗn hợp hơi đi qua ống giãn, vận tốc
44
giảm nhiều, động nănn chuyển thành thế năng, hỗn hợp lại được nén đến áp suất cao hơn. Hỗn hợp đi vào thiết bị ngưng tụ rồi hóa lỏng.
Nước từ thiết bị ngưng tụ một phần được bơm về nồi hơi, một phần qua van tiết lưu 6 giãn đến áp suất bốc hơi đươc đưa vào thiết bị bốc hơi, nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh để bốc hơi
Để tạo độ chân không cao, thường dùng tuye nhiều bậc. Thường dùng sản xuất nước đá, dùng nước làm chất tải lạnh.
4.1.11. Máy làm lạnh bằng khơng khí
Ngun tắc làm việc: Khơng khí được nén đoạn nhiệt đến áp suất tuyệt đối 5-6 at trong máy nén.Sau đó được làm lạnh bắng nước đến mức tối trong thiết bị làm lạnh. Giãn đoạn nhiệt trong máy giãn
Nhiệt độ khơng khí hạ thấp rồi đi vào phòng lạnh. Khơng khí lấy nhiệt của vật cần làm lạnh và nón lên rồi được hút vào máy nén.
Nhiệt dung riêng của khơng khí nhỏ nên ngay trong máy có năng suất lạnh nhỏ cũng phải tuần hồn một lượng khơng khí lớn cho nên loại máy lạnh này rất cồng kềnh.
45
Tài liệu tham khảo
1. PGS.TS. Phạm Xuân Toản. Các q trình,thiết bị trong cơng nghệ hóa chất và thực phẩm. tập 3. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2003
2. Perry’s Chemical Engineers' Handbook. 8th Edition, McGraw-Hil, 2008. 3. Visual Encyclopedia of Chemical Engineering Equipments. MIT, 2001.