Thông số cần xác định ở mỗi điểm trạng thái là: nhiệt độ t [°C], áp suất P [bar], enthalpy i [kJ/kg] và nồng độ của dung dịch ξ [kg/kg].
Ban đầu phải xác định các thông số cho trước của chu trình gồm:
- Nhiệt độ nguồn gia nhiệt tH [°C] tại bình sinh hơi;
- Nhiệt độ ngưng tụ tk [°C] tại dàn ngưng tụ và bình hấp thụ;
- Nhiệt độ bay hơi t0 [°C] tại dàn bay hơi.
Giả thiết quá trình tinh luyện được tiến hành cho đến khi chỉ còn hơi NH3 tinh khiết với ξd= 1 [kg/kg], trong dàn ngưng chỉ có lỏng tinh khiết.
- Đầu tiên, tác giả xác định được áp suất ngưng tụ pk bằng cách tra bảng với nhiệt độ tk và ξd = 1.
- Áp suất bay hơi p0 tra bảng với nhiệt độ t0 và ξd. Các điểm trạng thái của chu trình được tính như sau Điểm 1: Hơi NH3 ra khỏi tháp tinh luyện vào dàn ngưng tụ.
Tại điểm 1, t1 = tH, P1 = Pk và ξ1 = ξd = 1 tra bảng xác định được enthalpy i1. Vậy xác định được bộ thông số (t1, P1, i1, ξ1).
34 Điểm 2: Lỏng NH3 sau thiết bị ngưng tụ.
Ta có: P2 = Pk, t2 = tk, ξ2 = ξd = 1 theo [1] lấy thông số là phía lỏng ta được xác định được enthalpy i2. Vậy xác định được bộ thông số (t2, P2, i2, ξ2).
Điểm 3: Điểm quá lạnh NH3 sau khi qua thiết bị hồi nhiệt môi chất vào tiết lưu.
Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt môi chất ta xác định được i3 và P3 = Pk. Từ đó xác định điểm 3 theo [1]. Vậy xác định được bộ thông số (t3, P3, i3, ξ3).
Điểm 4: Lỏng NH3 ra khỏi van tiết lưu vào dàn bay hơi.
Ta có áp suất P4 = P0, t4 = t0, i4 = i3,ξ4 = ξd = 1. Vậy xác định được bộ thông số (t4, P4, i4, ξ4).
Điểm 5: Hơi NH3 sau dàn bay hơi.
Với P5 = P0, t5 = t0, ξ5 = ξd = 1. Theo [1] lấy thông số ở phía hơi ta xác định được i5. Vậy xác định được bộ thông số (t5, P5, i5, ξ5).
Điểm 6: Hơi NH3 sau hồi nhiệt môi chất.
Xác định tương tự như điểm 3. Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt môi chất để xác định được t6 và i6 theo [1]. Ta xác định được điểm 6.
Vậy xác định được bộ thông số (t6, P6, i6, ξ6).
Điểm 7: Dung dịch NH3/H2O có nồng độ thấp ra khỏi bình sinh hơi vào thiết bị hồi nhiệt.
Ta có: P7 = Pk, t7 = tH. Theo [4] lấy về phía dung dịch ta xác định được ξ7 = ξa
và i7. Vậy xác định được bộ thông số (t7, P7, i7, ξ7)
Điểm 8: Dung dịch NH3/H2O có nồng độ thấp ra khỏi thiết bị hồi nhiệt.
Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt dung dịch để xác định được t8. Với ξ8 = ξa và P8 = Pk và t8 theo [4] lấy về phía dung dịch ta xác định được i8. Vậy xác định được bộ thông số (t8, P8, i8, ξ8).
Điểm 9: Dung dịch NH3/H2O có nồng độ thấp ra khỏi tiết lưu dung dịch.
Ta có ta có áp suất P9 = P0, i9 = i8, ξ9 = ξ8 = ξa. Theo [4] lấy về phía dung dịch ta xác định được t9. Vậy ta xác định được bộ thông số (t9, P9, i9, ξ9).
35
Điểm 10: Dung dịch NH3/H2O có nồng độ cao ra khỏi bình hấp thụ vào bơm dung dịch.
Tại điểm 10 ta có: t10 = tngn + ∆t, P10 = P0 theo [4] lấy về phía dung dịch ta xác định được ξ10 = ξr và i10. Vậy xác định được bộ thông số (t10, P10, i10, ξ10).
Điểm 11: Dung dịch NH3/H2O có nồng độ cao ra khỏi bơm dung dịch vào tháp ngưng tụ hồi lưu.
Do công suất của bơm khá nhỏ nên phần năng lượng tổn thất của bơm biến thành nhiệt làm nóng dung dịch nồng độ cao, qua đó làm tăng entanpy của dung dịch được bỏ qua. Ta có: P11 = Pk, t11 = t10, ξ11 = ξr, i11 = i10. Vậy xác định được bộ thông số (t11, P11, i11, ξ11).
Theo [11] để kiểm tra công suất bơm ta sử dụng công thức:
10
b 10 k 0
B
N = m ×(P -P )×v
η (2.15)
Trong đó:
v10 - Thể tích riêng của dung dịch, [m3/kg];
B - Hiệu suất bơm B = 0,5÷0,7
m10 = mr - Lưu lượng dung dịch nồng độ cao, [kg/s];
Để xác định lưu lượng tuần hoàn trong hệ thống ta có:
d d d
m =m =1
m , r r
d
m = m
m , a a
d
m =m
m (2.16)
Trong đó:
md, mr,ma- là các đại lượng lưu lượng không thứ nguyên, [kg/kg];
Lưu lượng môi chất lạnh được xác định qua năng suất lạnh riêng q0
0 0
d
0 5 4
Q Q
m = =
q i -i (2.17)
Trong đó: Q0- năng suất lạnh, [kW].
Lưu lượng dung dịch nồng độ cao không thứ nguyên
d a r
r a
m = ξ -ξ
ξ -ξ (2.18)
36 Lưu lượng dung dịch nồng độ cao
r r d
m = m .m (2.19)
Lưu lượng dung dịch nồng độ thấp không thứ nguyên
a r d
m = m - m (2.20)
Lưu lượng dung dịch nồng độ thấp
a a d
m = m .m
Điểm 12: Dung dịch NH3/H2O có nồng độ cao ra khỏi tháp ngưng tụ hồi lưu và vào hồi nhiệt dung dịch.
Ta có: P12 = Pk, ξ12 = ξr. Dựa vào giải hệ phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị ngưng tụ hồi lưu và phương trình lưu lượng nước ngưng tụ hồi lưu để xác định được i12 và t12. Vậy xác định được bộ thông số (t12, P12, i12, ξ12).
Điểm 13: Trạng thái của dung dịch nồng độ cao ra khỏi hồi nhiệt vào bình sinh hơi.
Ta có: P13 = Pk, ξ13 = ξr. Dựa vào giải hệ phương trình cân bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt để xác định được i13 và t13. Vậy xác định được bộ thông số (t13, P13, i13, ξ13).
Điểm 14: Trạng thái hơi NH3 còn lẫn hơi nước ra khỏi tháp tinh cấp vào tháp ngưng tụ hồi lưu.
Ta có: P14 = Pk, t14 = t7 = tH. Theo [4] lấy về phía hơi ta xác định được ξ14 và i14. Vậy xác định được bộ thông số (t14, P14, i14, ξ14).
Điểm 15: Hơi nước từ bình hồi lưu trở lại bình sinh hơi.
Ta có: P15 = Pk, ξ15 = 0. Phân áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp NH3/H2O được tính:
2 2
H O H O hh
P = r ×P (2.22)
Trong đó: rH O2 là thành phần thể tích của hơi
37
2
2 2
2 3
2 3
H O H O H O
NH H O
H O NH
g r = μ
g
g +
μ μ
(2.23)
Phh- Phân áp suất của hỗn hợp, [bar].
Tra bảng nước và hơi nước bão hòa cho
H O2
P ta xác định được t15 và i15 Vậy ta xác định được bộ thông số (t15, P15, i15, ξ15).