Đề tài Thiết kế máy lạnh hấp thụ để điều hòa không khí văn phòng làm việc

Fxq0= p.dn0.l0 = p ´ 0,011´ 1,2 = 0,041 m2 tổng số ống của thiết bị bay hơi N0== = 14,6 ống, chọn N0 = 16 ống 4.1.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị hấp thụ: Nguyên lý làm việc: Hơi nước được tạo ra ở dàn bay hơi sẽ được dung dịch loãng hấp thụ ở thiết bị phận hấp thụ , trong quá trình hấp thụ nhiệt lượng tỏa ra sẽ được nước làm mát lấy đi. Nước làm chuyển động cưỡng bức trong ống, nhận nhiệt hấp thụ của dung dịch loãng được tưới tự nhiên thành màng bên ngoài ống. Trong thiết kế này các ống trao đổi nhiệt được làm bằng inox có Đường kính trong dta= 0,015 m Đường kính ngoài dna= 0,017 m Phụ tải nhiệt của thiết bị hấp thụ Qa = Gd . i6+ Ga’ .i3’- Gr . i1 , [W] Qa = Gw .Cpw.(tw2 - tw1) , [W] Qa = Ka.Fa.Dttba , [W] Trong đó: i6: Entanpi của hơi nước bảo hòa khô ra khỏi thiết bị bay hơi ở t0 ,[kj/kg] i3’ , i1 : Entanpi của dung ịch vào và ra khỏi thiết bị hấp thụ ,[kj/kg] Gw: Lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị hấp thụ ,[kg/s] Cpw : Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát thiết bị hấp thụ,[kj/kg.độ] tw1 ,tw2 : nhiệt độ vào và ra của nước làm mát ,[oC] Fa : Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[m2] Dttba : Độ chênh nhiệt độ trung bình ,[oC] Ka : Hệ số truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[W/m2.độ] Ta có : Qa = 7,26KW Cpw= 4,186 kj/kg.độ tw1= 25,6 » 26 [oC] tw2= ( tw1+ 2 ) [oC] theo [TL4-tr10] tw2= 26 + 2 = 28 oC Suy ra : Gw= ,[kg/s] Gw = = 0,867kg/s Xem gần đúng nhiệt độ dung dịch trong bình hấp thụ là không đổi và bằng nhiệt độ ngưng tụ nên ta có: Dttba== Dttba= 7,96 oC Ka = ,[W/m2.độ] Với: - : Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống. Trong tính toán này theo [TL4-tr10] giá trị được chọn bằng 0,000568 m2 aa: Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch theo[TL4-11] , hệ số tỏa nhiệt từ màng của dung dịch đến thành ống nằm ngang: aa= 1,03 ´ (Rea.Pra.) 0,46. tiêu chuẩn Rea được xác định như sau:Rea = Ga =: mật độ tưới nước,[kg/m.s] Ba: Bề mặt tưới vì ống nằm ngang nên Ba= 2.la.Na la : Chiều dài đoạn ống ,[m] Na: Số cụm ống thẳng đứng Suy ra Ba = 2 ´ 1,2 ´ 4 = 9, 6 m Suy ra Ga = = 0,0025 kg/m.s + La= ; dna: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt ,[m] suy ra La= = 0,0267 m + da= 1,27.:Độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch loãng , [m] trong đó: Cp: nhiệt dung riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC , theo công thức (1.3), Cp= 3,6371- 0,029 ´ 0,365 + 1,4285714.10-5´ (65 ´ 35 + 30 ´ ´ 0,365 - 0,365 ´35) = 3,66 kj/kg.độ la: hệ số dẫn nhiệt của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC ,theo công thức (1.6) la = - 3,5552933 + 3,407759.10-2 ´ 308 - 9,381419.10-5´ 3082 + + 8,834924.10-8 ´ 3083 - 0,03456 = 0,588 W/m.độ, với A(x) = 0,4923607 ´ 0,365 - 0,422476.10-2 ´ 308 ´ 0,365 + 5,658527.10-6 ´ 3082 ´ 0,365 - - 0,1522615 ´ 0,365 2 - 1,730562.104 ´ 308 ´ 0,365 2 + 1,895136 ´ 0,365 3 A(x) = - 0,03456 ma: độ nhớt động lực học của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk = 35oC, theo công thức (1.9) ma= (1,87930 - 0,025765 ´ 0,365 + 0.035 ´ 35 + 0,0004 ´ 0,365 ´ 35 + ) ´ 10-3 = 0,001782 N.s/m2 ra: khối lượng riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk= 35oC, theo công thức (1.5) ra= 1049 + 53,54 ´ 0,04218 - 0,718 ´ 0,042182 - 35 ´ (0,584 - - 0,0146 ´ 0,04218) - = 1011,3 kg/m3, với: m =11,514 ´ = 0,04218 na: độ nhớt động học của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk= 35oC , na= 1,782.10 -6 m2/s Pra:tiêu chuẩn Prăng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC, Pra = = = 7,33 Suy ra độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch loãng. da= 1,27´= 1,1.10-4 m Re == 2,1 Vậy suy ra aa= 1,03 ´ (2,1 ´ 7,33 ´ ) 0,46 ´ = 1548,23 W/m2.độ aw1: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát , theo [TL4- tr11] , nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống hệ số tỏa nhiệt được tính bằng: aw1 = 1780.ww10,8/dta0,2 ,[W/m2.độ] ww1: Tốc độ của nước làm mát : ww1 = r: khối lượng riêng của nước làm mát,r = 1000 kg/m3 na: số ống trong một hành trình(chọn [TL-tr] ww1= 1,5 m/s ,tính ra na, rồi làm tròn navà tính ngược lại ww1) na = = = 3, 27 ống chọn na = 3 ống suy ra ww1 = = = 1,62 m/s. Suy ra aw1=1780 ´ 1,620,8/0,0150,2 = 6064,76 W/m2.độ Suy ra Ka= = 725,27 W/m2.độ Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ là: Fa=== 1,26 m2 4.1.4.Tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ: Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều. bước ống ngang [TL1-tr86]: S = 1,3.dna= 1,3 ´ 0,017 = 0,022m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la= 1,2 m Fxqa= p.dna.la= p ´ 0,017 ´ 1,2 = 0,064 m2 tổng số ống của thiết bị bay hơi Na== = 19,7 ống , chọn Na= 20 ống Vậy đường kính của bình chứa hai thiết bị bay hơi và hấp thụ: m: Tổng số bước ống lớn nhất tính theo phương ngang, m=10 ống D = m ´ S D = 10 ´ 0,022 = 0,22 m 4.2.Thiết bị ngưng tụ và sinh hơi: 4.2.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ: Nguyên lý làm việc: Hơi môi chất từ thiết bị sinh hơi đi vào bình sinh hơi và nhã nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống và ngưng tụ lại thành lỏng cao áp .Ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ được làm bằng inox Có đường kính trong dtK = 0,015 m Có đường kính ngoài dnK= 0,017 m Hình4.2.Thiết bị sinh hơi và ngưng tụ ống vỏ nằm ngang. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ: QK=7,04 KW QK= Gw.Cpw.(tw4-tw3) ,[KW] QK= KK.FK.DttbK ,[KW] Trong đó: Gw: Lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị ngưng tụ, cũng chính là lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị hấp thụ. Gw= 0,867 kg/s Cpw: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát,Cpw= 4,186 kj/kg.độ tw3, tw4: Nhiệt vào và ra của nước làm mát , do nước làm mát thiết bị hấp thụ trước rồi đến làm mát thiết bị ngưng tụ nên nhiệt độ vào của nước làm mát thiết bị hấp thụ tw3= tw2= 27,6 oC, theo [TL1-tr83]ta có Dtw= 6oC nên tw4= tw3+ Dtw= 27,6 + 6 = 33,6 oC tK: Nhiệt độ ngưng tụ theo [TL4-tr12] tK= = tK= 35,6oC FK: Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[m2] DttbK: Độ chênh nhiệt độ trung bình . KK: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ (ống trơn xem như vách phẳng) DttbK= = = 4,33oC KK= Với: + :Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống.Trong tính toán này theo [TL4-tr12] giá trị được chọn bằng 0,00026 m2.độ/W + aw2: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát, theo [TL4-tr12],nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống , hệ số tỏa nhiệt được tính bằng: aw2= ,[W/m2.độ] + dtK: Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ + ww2: Tốc độ nước làm mát của thiết bị ngưng tụ cũng chính bằng tốc độ của nước làm mát thiết bị hấp thụ , nên ww2 = ww1= 1,62 m/s Do đó số ống trong một hành trình là: nK = = 3 ống , nK= 3 ống rw: khối lượng riêng của nước làm mát, rw=1000 kg/m3 Suy ra hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát là: aw2== 6064,76 W/m2.độ + aK: Hệ số tỏa nhiệt của hơi môi chất lạnh (nước) ,theo [TL4-tr12],hệ số tỏa nhiệt của hơi môi chất ngưng tụ trên bề mặt chùm ống nằm ngang được tính theo công thức: aK= 0,72 ´ + rK, lK, rK, mK: Nhiệt ẩn hóa hơi, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêngvà độ nhớt động lực học của nước ngưng ở áp suất ngưng tụ PK= 0,0562 Bar. Theo [TL5-tr284], rK= 2418 kj/kg Theo [TL5-tr330], lK= 62,65.10-2 W/m.độ, rK= 993,95 kg/m3, mK = 727,4.10-6 Ns/m2. + dnK: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt. + nK: Số ống trao đổi nhiệt theo chiều thẳng đứng trong một dãy ống. Chọn nK = 4 ống + Dta = tK- tv : Độ chênh nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ vách ngoài của ống. Để giải bài toán này ta dùng phương pháp lặp a/ Mật độ dòng nhiệt về phía nước làm mát có kể đến nhiệt trở của vách q1= Coi độ chênh nhiệt độ trung bình DttbK là độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ trung bình của nước làm mát : DttbK= tK- = (tK - tv) + (t v- ) = Dta + (tv - ) Suy ra: q1= , trong thiết kế này giá trị được chọn bằng 0,00026 m2độ/W Suy ra: q1= ,[W/m2] b/Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh đối với bề mặt trong: q2= aK.Dta.=0,72. ,[W/m2] q2= 0,72´ ,[W/m2] q2= 20473 ´ ,[W/m2] Ở chế độ ổn định ta có : q1=q2 Û = 17215,8 ´ (*) Giải phương trình (*) bằng phương pháp lặp với sai số < 0,02% Với Dta= 3oC ta có = 0,014% < 0,02% thỏa mãn điều kiện Suy ra aK= 0,72´ ´ aK = 12728 W/m2.độ Suy ra KK= = 1986,27 W/m2.độ Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ FK là: FK= = ,[m2] FK= 0,82 m2 4.2.2.Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ: Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều. bước ống ngang [TL1-tr86]: S= 1,3dnK= 1,3´0,017 = 0,022 m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la=1,2 m FxqK= p.dnK.lK = p ´ 0,017 ´ 1,2 = 0,064 m2 tổng số ống của thiết bị ngưng tụ NK = = = 12,8 ống , chọn NK= 13 ống 4.2.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi: Nguyên lý làm việc: Nước nóng từ nguồn gia nhiệt chuyển động cưỡng bức trong ống trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi , truyền nhiệt cho dung dịch đậm đặc sôi màng do bơm tưới liên tục bên ngoài ống. Ôúng trao đổi nhiệt được làm bằng inox, có đường kính trong dtH= 0,02 m Đường kính ngoài dnH= 0,022 m. Phụ tải nhiệt của thiết bị sinh hơi: QH= 8,64 KW QH= GH .CpH.(tH1-tH2) ,[KW] QH= KH.FH.DttbH ,[KW] Trong đó: GH: Lưu lượng khối lượng của nước gia nhiệt thiết bị sinh hơi ,[kg/s] CpH: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước gia nhiệt ,CpH= 4,186 kj/kg.độ tH1,tH2: Nhiệt độ vào và ra của nước gia nhiệt ,theo mục 3.1.1,ta có tH1= 90oC.theo mục 3.1.4,ta có tH2 = 88oC. FK: Diên tích truyền nhiệt của thiết bị sinh hơi ,[m2]. DttbH: Độ chênh nhiệt độ trung bình ,[oC]. KH: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị sinh hơi ,[W/m2.độ]. th: nhiệt độ dung dịch đâm đặc trong bình sinh hơi, ta có th= 85oC. suy ra: GH=1,03 kg/s. DttbH== = 3,9 oC KH= Với: + : Nhiệt của các chất bẩn và của vách ống ,[m2độ/W] trong thiết tính toán này ,theo[TL4-tr14] giá trị được chọn bằng 0,000568 m2.độ/W + aH: Hệ số tỏa nhiệt của nước gia nhiệt,[W/m2.đô],theo [TL4-tr14], nước gia nhiệt chuyển động cưỡng bức trong ống, hệ số tỏa nhiệt được tính bằng aH = ,[W/m2.độ] wH: tốc độ chuyển động của nước gia nhiệt , [m/s] wH = ,[m/s] rH: Khối lượng riêng của nước gia nhiệt, rH= 1000 kg/m3 dtH: Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, [m]. nH: Số ống trong một hành trình,(chọn theo [TL4-tr9] wH = 1,5 m/s, tính ra nH rồi làm tròn nH và tính ngược lại wH nH == = 2,18 ống chọn nH = 2 ống suy ra wH= = = 1,6 m/s Vậy hệ số tỏa nhiệt của nước gia nhiệt là: aH= = 5669,04 W/m2.độ + ah: Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch khi sôi do được tưới chảy màng trên bề mặt ống chùm nằm ngang, theo [TL4-tr14] , ta có: ah=1,03(Reh.Prh.)0,46. ,[W/m2.độ] Tiêu chuẩn Reh được xác định như sau: Reh = + Gh: Mật độ tưới nước,[kg/m.s]. Gh= + Bh: Bề mặt tưới, ống chùm nằm ngang nên Bh= 2.lh.Nh lh: Chiều dài ống, lh= 1,2 m Nh: Số cụm ống thẳng đứng, Nh= 4 cụm dh=1,27´: độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch đậm đặc, [m] Trong đó : + lh: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ th= 85oC , theo công thức (1.7) ta có, lh = - 8,8574733 + 6,973969.10-6´ 358- -1,694229.10-4 ´ 3582 + 13,689024.10-8 ´ 3583 - 0,01576 = 0,66 W/m.độ với A(x) = 0,4923607 ´ 0,43 - 0,422476.10-2 ´ 328 ´ 0,43 + + 5,658527.10-6 ´ 3282 ´ 0,43 - 0,1522615 ´ 0,43 2 - 1,730562.104 ´ 328 ´ ´ 0,43 2 + 1,895136 ´ 0,43 3 = - 0,01576 + mh: Độ nhớt đông lực học của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ th= 85oC , theo công thức (1.9) ta có, mh= = 797.10-6 N.s/m2 + nh: Độ nhớt động học của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ th= 85oC , theo công thức () ta có, nh= 0,797.10-6 m2/s + rh: Khối lượng riêng của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ th= 85oC , theo công thức (1.5) ta có, rh=1049 + 53,54 ´ 0,0497 - 0,718 ´ 0,04972 - - 85 ´ (0,584 - 0,0146 ´ 0,0497) - = 989,7 kg/m3, với: m = 11,514 ´ = 0,0497 + Cph: Nhiệt dung riêng của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ th= 85oC , theo công thức (1.3) ta có, Cph= 3,6371- 0,029 ´ 0,43 + 1,4285714.10-5´ ´ (65 ´ 85 + 30 ´ 0,43 - 0,43 ´ 85) = 3,7 kj/kg.độ + Prh: Tiêu chuẩn Prăng của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ th= 85oC , theo công thức (Pr = ) ta có,Prh = 4,47 Suy ra: Bh = 2 ´ 1,2 ´ 4 = 9,6 m Gh= = 2,8.10-3 kg/m.s dh= 1,27´= 0,09.10-3 m Lh= = = 0,0345 m Re =5,27 ah= 1,03´(5,27´4,47´)0,46´ = 2093,47 W/m2.độ Kh= = 818,28 W/m2.độ Vậy suy ra diên tích trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi là: Fh= = 2,7 m2 4.2.4.Tính toán thiết kế thiết bị sinh hơi: Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều. bước ống ngang[TL1-tr86] : S = 1,3dnh= 1,3 ´ 0,022 = 0,0286 m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la=1,2 m Fxqh=p.dnh.lh= p ´ 0,022 ´ 1,2 = 0,083 m2 tổng số ống của thiết bị sinh hơi Nh== = 32,53 ống , chọn Na= 32 ống Vậy đường kính của bình chứa hai thiết bị sinh hơi và ngưng tụ: m: Tổng số bước ốmg lớn nhất tính thêo phương ngang, m =9 ống D= m´ S D= 9 ´ 0,0286 =0,257 m 4.3.Thiết bị hồi nhiệt: 4.3.1.Cấu tạo: Thiết hồi nhiệt dùng để tận dụng nhiệt của dung dịch loãng từ thiết bị sinh hơi về gia nhiệt cho dung dịch đậm đặc sau khi ra khỏi thiết bị hấp thụ nhằm mục đích giảm lượng nhiệt cấp cho thiết bị sinh hơi và giảm lượng nước làm mát thiết bị hấp thụ. Vì hai môi chất trao đổi nhiệt đều ở trạng thái lỏng ,nên chọn loại thiết bị kiểu ống lồng ống. Dung dịch đậm đặc cần gia nhiệt nên đi trong ống trong dung dịch loãng cần làm nguội nên đi ở trong không gian giữa hai ống. Hai dòng dung dịch chuyển động ngược chiều. Thiết bị được chế tạo bằng vật liệu là inox , ống trong của thiết bị hồi nhiệt có f 18/22. Ống ngoài của thiết bị hồi nhiệt có f 24/28 Hình 4.3. Thiết bị hồi nhiệt kiểu ống lồng ống 4.3.2.Tính diên tích trao đổi nhiệt: Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: Qhn= 3,5 KW Qhn= Khn.Fhn.Dttbhn Trong đó: + Khn: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị hồi nhiệt ,[W/m2.độ] + Fhn: Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hồi nhiệt ,[m2] + Dttbhn: Độ chênh nhiệt độ trung bình, [oC]. Dttbhn= với: + t1, t1’:Nhiệt độ vào và ra khỏi thiết bị hồi nhiệt của dung dịch đậm đặc t1= 35oC, t1’= 74oC. + t3,t3’: Nhiệt độ vào và ra khỏi thiết bị hồi nhiệt của dung dịch loãng, t3= 85oC, t3’= 45oC. suy ra Dttbhn= = 10,5oC Khn= ,[W/m2.độ] Với: + : Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống.trong tính toán này theo[TL4-tr16] giá trị được tính bằng 0,000568 m2.độ/W * al: Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch loãng chảy trong khoảng không gian giữa hai ống theo [TL4-tr16] ta có công thức: Nul = 0,41. Tiêu chuẩn Nul = Suy ra al = ,[W/m2.độ] Tiêu chuẩn Rel = Trong đó: + wl = Với: - Gl: Lưu lượng khối lượng của dung dịch loãng,Gl=0,024 kg/s - rl: Khối lượng riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ trung bình, tl = = = 65oC, theo công thức (1.5) rl =1049 + 53,54 ´ 0,04218 - 0,718 ´ 0,042182 - 65 ´ (0,584 - 0,0146 ´ 0,04218) - = 998,59 kg/m3 , với: m =11,514 ´ = 0,04218 - ml: Độ nhớt động lực học của dung dịch loãng ở nhiệt độ trung bình tl= 65oC , theo công thức (1.8) ta có ml = (1,8793 - 0,025765 ´ 0,365 + 0.035 ´ 65 + 0,0004 ´ 0,365 ´ 65 + +) ´10-3 = 0,00309 N.s/m2 - ll: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch loãng ở nhiệt độ trung bình tl = 65oC , theo công thức (1.6) ta có: ll =- 3,5552933 + 3,407759.10-2 ´ 338 - 9,381419.10-5 ´ 3382 + + 8,834924.10-8 ´ 3383 - 0,041 = 0,615 W/m.độ, với A(x) = 0,4923607 ´ 0,365 - 0,422476.10-2´ 338 ´ 0,365 + 5,658527.10-6 ´ ´ 3382 ´ 0,365 - 0,1522615 ´ 0,3652- 1,730562.104 ´ 338 ´ 0,3652 + 1,895136 ´ ´ 0,3653 = - 0,041 - Cpl: Nhiệt dung riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ trung bình tl = 65oC , theo công thức (1.3) ta có: Cp= 3,6371 - 0,029 ´ 0,365 + 1,4285714.10-5 ´ (65 ´ 65 + 30 ´ 0,365 - - 0,365 ´ 65) = 3,686 kj/kg.độ - nl: Độ nhớt động học của dung dịch loãng ở nhiệt độ trung bình tl = 65oC , theo công thức (n = m¤r) ta có: nl = 0,00309/998,59 = 3,09.10-6 m2/s - Prl: Tiêu chuẩn Prăng của dung dịch loãng ở nhiệt độ trung bình t l= 65oC , theo công thức (Pr = (m´Cp)/l) ta có: Pr l= 0,00309 ´ 3,686.103/ 0,615 = 18,52 + d1n,d2t: Đường kính ngoài của ống trong , đường kính trong của ống ngoài của thiết bị hồi nhiệt, [m]. d1n= 0,022 m, d2t= 0,024 m + nhn: Số ống lồng ống trong lối đi của dung dịch. nhn= 1 ống suy ra: wl = = 0,.33 m/s Rel = = 2349,5 al = = 3452,8 W/m2.độ * ađ: Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch đậm đặc chảy trong ống trong, theo [TL4-tr16],ta có công thức: + Khi Ređ ³ 2300: Nuđ = 0,023.Re.Pr + Khi Ređ < 2300: ađ = 1,55 ´ ,(*) Tiêu chuẩn Nuđ và Ređ đươc xác định như sau: + Nuđ = , Re = trong đó: wđ = - Gđ: Lưu lượng khối lượng của dung dịch đậm đặc,Gđ= 0,027 kg/s - rđ: Khối lượng riêng của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ trung bình, tđ= = = 55oC, theo công thức (1.5) rđ = 1049 + 53,54 ´ 0,0497 - 0,718 ´ 0,04972 - 55 ´ (0,584 - 0,0146 ´ 0,0497 )- - = 1003,44 kg/m3 , với: m =11,514 ´ = 0,0497 -mđ: Độ nhớt động lực học của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ trung bình tl = 55oC , theo công thức (1.8) ta có mđ = (1,87930 - 0,025765 ´ 0,43 + 0.035 ´ 55 + 0,0004 ´ 0,43 ´ 55 + +) ´ 10-3 = 0,002449 N.s/m2 - lđ: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ trung bình tl = 55oC , theo công thức (1.6) ta có: lđ =- 3,5552933 + 3,407759.10-2 ´ 328 - 9,381419.10-5 ´ 3282 + 8,834924.10-8 ´ ´ 3283- 0,01037 = 0,636 W/m.độ, với A(x) = 0,4923607´ 0,43- 0,422476.10-2 ´ 328 ´ 0,43 + 5,658527.10-6 ´ 3282 ´ 0,43 - 0,1522615 ´0,43 2-1,730562.104 ´ ´ 328 ´ 0,43 2 + 1,895136 ´ 0,43 3 = -0,01037 - Cpđ: Nhiệt dung riêng của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ trung bình tl = 55oC , theo công thức (1.3) ta có: Cpđ= 3,6371- 0,029 ´ 0,43 + 1,4285714.10-5 ´(65 ´ 65 + 30 ´ 0,43 - - 0,43 ´ 55) = 3,675 kj/kg.độ - nđ: Độ nhớt động học của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ trung bình tl = 55oC , theo công thức (n = m ¤ r) ta có: nđ = 0,002449 / 1003,44 = 2,44.10-6 m2/s - Prđ: Tiêu chuẩn Prăng của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ trung bình tl=55oC , theo công thức (Pr = (m´Cp) /l) ta có: Prđ= 0,002449 ´ 3,675.103 / 0,636 = 14,15 - d1t: Đường kính trong của ống trong thiết bị hồi nhiệt, d1t= 0,018 m - Lhn: Chiều dài đoạn ống lồng ống Lhn= 1 m suy ra: wđ== 0,105 m/s Ređ= = 774,6 < 2300 . Vậy ta chọn công thức (*) ađ= 1,55´ = 313,2 W/m2.độ Suy ra hệ số truyền nhiệt của thiết bị hồi nhiệt là: Khn= = 246,88 W/m2.độ Vậy suy ra diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị hồi nhiệt là: Fhn= =1,35 m2 Chiều dài của ống trong: L1hn= == 19,4 m. Chương5: GIỚI HẠN VÙNG LÀM VIỆC CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/LiBr MỘT CẤP Việc khẳng định nhiệt độ nào của nguồn nhiệt thứ cấp có thể dùng cho máy lạnh hấp thụ, hiện nay vẫn chưa có xác định rõ ràng. Chương này, nhằm mục đích xác định chính xác dải nhiệt độ làm việc của nguồn gia nhiệt, dải làm việc của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ cho máy lạnh hấp thu.û 5.1. Giới hạn vùng làm việc của máy lạnh hấp thụ một cấp . Đối với máy lạnh hấp thụ, điều kiện vùng khử khí Dx = xr - xa > 0 là điều kiện nhiệt động để duy trì chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động. Từ điều kiện này, đối với máy lạnh hấp thụ một cấp, dẫn đến các giá trị giới hạn mà các thông số nhiệt độ bay hơi t0, nhiệt độ ngưng tụ tk và nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th không vượt qua được. Ta có thể thấy rõ giá trị giới hạn đó trên đồ thị P - T (hình 4.1) : P T0’’ T0 Tk = TA Th’’’ Th T P0’’ 6’’ 1’’ P0 6 PK 5 5’ PK’ 1 1’º4’ 4 3 2 2’º3’ x=1 Hình 5.1. Giá trị giới hạn của máy lạnh hấp thụ một cấp trên đồ thị P - T Chu trình máy lạnh một cấp bình thường bao gồm quá trình sinh hơi 1-2-5 và 1- 2 - 3, quá trình hấp thụ 3 - 4 - 1 và điểm 5 là ngưng tụ, 6 là bay hơi. Nếu giữ nguyên nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th , nhiệt độ bay hơi to , khi áp suất ngưng tụ PK lớn lên thì nồng độ dung dịch loãng xa lớn lên, dịch dần về phía trái trong khi nồng độ dung dịch đậm đặc xr nhỏ đi và dịch dần về phía phải. Khi áp suất ngưng tụ PK tiến tới điểm PK’ thì điểm 2’ và 3’ trùng lên nhau : nồng độ dung dịch đặc và loãng trùng nhau, vùng khử khí bằng không, như vậy P’K và ứng với nó là tK’ là giới hạn cực đại của áp suất và nhiệt độ ngưng tụ. Tương tự, khi giữ nguyên th và tK, hạ t0 xuống t0” thì nồng độ dung dịch đậm đặc sẽ giảm tới nồng độ dung dịch loãng, vùng khử khí bằng không : t0” là giới hạn cực tiểu của nhiệt độ bay hơi. Tương tự như vậy, khi giữ nguyên to và tK, hạ th xuống th’” thì nồng độ dung dịch loãng sẽ tiến tới nồng độ dung dịch đậm đặc, vùng khử khí bằng không : th’” là giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi. Tuy nhiên, lưu ý rằng, các giới hạn cực đại (đối với tK), cực tiểu (đối với to và th) được xác định với giả thiết vùng khử khí Dx = 0, các quá trình hấp thụ, sinh hơi, chưng luyện là hoàn hảo và các quá trình trao đổi nhiệt là thuận nghịch. Vì vậy, đối với các chu trình thực, các giá trị giới hạn phải được điều chỉnh thêm + 10 đến + 20 0C . Ngoài ra, còn từ các điều kiện cụ thể khác như để tránh hiện tượng đóng băng, phân hủy môi chất, điều kiện kết tinh, ăn mòn kim loại... thì các nhiệt độ trên còn có các giá trị giới hạn khác. Cụ thể là, nhiệt độ phân huỷ của dung dịch NH3/H2O thấp nên nhiệt độ của dung dịch dung dịch không nên quá 160 0C và để tránh lượng nước cuốn theo hơi amôniăc nhiều thì nhiệt độ dung dịch không nên quá 120 0C . Còn đối với dung dịch H2O/LiBr, để tránh xảy ra sự kết tinh thì nồng độ LiBr không trên 70 % . 5.2. Giới hạn của nhiệt độ nguồn gia nhiệt trong máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr một cấp : 5.2.1. Phạm vi khảo sát : + Nhiệt độ ngưng tụ tK : nếu tK càng cao tương ứng PK càng cao so với P0thì tổn thất lạnh do quá trình tiết lưu càng tăng và công tiêu tốn cho bơm dung dịch từ áp suất P0 lên PKcàng tăng dẫn đến hệ số nhiệt của máy lạnh hấp thụ giảm đáng kể vì vậy tK càng nhỏ càng tốt. Nhiệt độ ngưng tụ tK phụ thuộc chủ yếu vào tính chất , nhiệt độ của môi trường giải nhiệt và 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 đóng băng ở 0 0C và dùng trong lĩnh vực điều hoà không khí dùng nước làm chất tải lạnh, nên nhiệt độ bay hơi t0 chỉ dao động trong khoảng (3¸ 7) 0C . 5.2.2. Xác định giá trị nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : tHmin Từ phân tích ở trên, ta biết rằng ứng với một giá trị nhiệt độ bay hơi to và nhiệt độ ngưng tụ tK thì có một giá trị giới hạn cực tiểu của nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi th min. Giá trị này được xác định khi D x ® 0 hay nồng độ dung dịch đậm đặc tiến đến bằng nồng độ dung dịch loãng. Cách tính như sau : + Xác định áp suất bay hơi P0 và áp suất ngưng tụ PK theo công thức (1.11) + Xác định nồng độ dung dịch đậm đặc xr ra khỏi bình hấp thụ (P0 và tA = tK ) suy từ công thức (1.1) và (1.11) theo phương pháp lặp (cho đến khi sai số < 0,01 % là thỏa mãn). + Ở điều kiện tối thiểu, trạng thái dung dịch ra khỏi bình sinh hơi (PK, th min và xr = xa ) , theo công 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 : thminT = thmin + 10 0C (5.1) + Nhiệt độ cực tiểu của nguồn gia nhiệt : tHmin = thminT + 5 0C (5.2) Kết quả tính thmin được lập thành bảng sau : t0 ( 0C) tK ( 0C) 3 4 5 6 7 26 64,7 62,0 59,4 57,0 54,7 28 71,4 68,5 65,8 63,2 60,8 30 78,4 75,4 72,4 69,7 67,1 32 85,9 82,5 79,3 76,3 73,5 34 93,6 89,9 86,4 83,2 80,3 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. Xác định giá trị nhiệt độ cực đại của dung dịch : thmax Nhiệt độ của dung dịch trong bình sinh hơi có giới hạn cực đại thmax được xác định từ điều kiện kết tinh (xr £ 0,7) : được xác định theo công thức (1.1) suy từ (PK , xr = 0,7) . Kết quả tính thmax được lập thành bảng sau : tK= 26oC PK = 0,0333 Bar Suy ra tHmax = 129,110C tK= 28oC PK = 0,0374 Bar Suy ra tHmax = 135,240C tK= 30oC PK = 0,0420 Bar Suy ra tHmax = 141,370C tK= 32oC PK = 0,0471 Bar Suy ra tHmax = 147,510C tK= 34oC PK = 0,0527 Bar Suy ra tHmax = 153,640C tK= 36oC PK = 0,0588 Bar Suy ra tHmax = 159,780C tK= 38oC PK = 0,0656 Bar Suy ra tHmax = 165,910C tK= 40oC PK = 0,0731 Bar Suy ra tHmax = 172,040C tK= 42oC PK = 0,0812 Bar Suy ra tHmax = 178,180C tK= 44oC PK = 0,0902 Bar Suy ra tHmax = 184,400C Ta xây dựng được đồ thị như hình 5.2 . Hình 5.2 Kết luận: Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thì nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi không được thấp dưới 54,7oC khi nhiệt độ ngưng tụ 26oC và không được vực quá nhiệt độ 129,11oC. Chính vì vậy máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp chỉ sử dụng nguồn gia nhiệt có nhiệt độ thấp, không nên nhận nhiệt trực tiếp từ sản phẩm cháy khi đốt dầu, gas, khí đốt hoặc các loại nhiên liệu khác. Chương6: TÍNH SỨC BỀN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG HỆ THỐNG MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/LiBr MỘT CẤP Mục đích của chương này là tính độ dày các chi tiết của thiết bị trao đổinhiệt, để đảm bảo an toàn cho các thiết bị ở áp suất và nhiệt độ làm việc trong hệ thống máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp. 6.1.Tính chiều dày các thân bình hình trụ: 6.1.1.Tính chiều dày của bình chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ: Bình chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ đươc chế tạo bằng inox có đường kính trong Dt = 0,22 m có áp suất trong bình là (áp suất tuyệt đối) P0= 0,782.10-3MPa. Vậy áp suất tính toán (áp suất chân không) là P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa. Hình 6.1. Bình chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ: Chiều dày nhỏ nhất d của bình chịu áp suất ngoài, theo [TL12-tr391] được xác định theo công thức sau: d = 0,47 ´ ,[m] trong đó: + Dt: đường kính trong của bình, Dt = 0,22 m + P: áp suất tính toán,[MPa]; P = 97,318.10-3 MPa + l: chiều dài của bình,[m]; l = 1,2 m + Et: môđun đàn hồi của vật liệu, [MPa], tra theo đồ thị [TL12-tr391]với vật liệu inox ta có Et=1,95.10-6 at = 191295 MPa + C: trị số bổ sung chiều dày dự phòng ăn mòn ,[m] theo [TL1-tr136] ta có C = 0,001 m suy ra chiều dày nhỏ nhất của bình là: d = 0,47 ´ = 2,55.10-3 m vậy ta chọn: d = 3 mm 6.1.2.Tính chiều dày của bình chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi: Bình chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi đươc chế tạo bằng inox có đường kính trong Dt = 0,257 m có áp suất trong bình (áp suất tuyệt đối) là PK= 5,62.10-3 MPa. Vậy áp suất tính toán (áp suất chân không) là P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa. Hình 6.2. Bình chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi: Chiều dày nhỏ nhất d của bình chịu áp suất ngoài, theo [TL12-tr391] được xác định theo công thức sau: d = 0,47 ´ ,[m] trong đó: + Dt: đường kính trong của bình, Dt = 0,257 m + P: áp suất tính toán,[MPa]; P = 92,48.10-3 MPa + l: chiều dài của bình,[m]; l = 1,2 m + Et: môđun đàn hồi của vật liệu, [MPa], tra theo đồ thị [TL12-tr391]với vật liệu inox ta có Et=1,95.10-6 at = 191295 MPa + C: trị số bổ sung chiều dày dự phòng ăn mòn ,[m] theo [TL1-tr136] ta có C = 0,001 m suy ra chiều dày nhỏ nhất của bình là: d = 0,47 ´ = 2,673.10-3 m vậy ta chọn: d = 3 mm 6.1.3.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt: Chiều dày nhỏ nhất của ống trao đổi nhiệt chịu áp lực trong theo [TL1-tr135] được xác định theo công thức sau: dtt = + C ,[m] Hình 6.3. Ống trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt: trong đó: + P: áp suất tính toán, [MPa]. + Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, [m] + scp: ứng suất bền cho phép của kim loại chế tạo. Theo [TL1-tr133] scp = s´ h với: s: ứng suất cho phép định mức của kim lọai chế tạo, ở đây ống trao đổi nhiệt được làm băng inox theo [TL1-tr134] ta có s= 88,2 MPa h: hệ số hiệu chỉnh ứng suất phụ thuộc vào đặc điểm cấu trúc và điều kiện làm việc của thiết bị áp lực. Ơí đây ống trao đổi nhiệt được chế tạo liền là thiết bị không gia nhiệt theo [TL1-tr133] ta có h = 0,95. Suy ra scp = 88,2 ´ 0,95 = 83,79 MPa + j: hệ số bền của mối hàn, vì ống trao đổi nhiệt được chế tao liền nên j = 1 + C: trị số bổ sung chiều dày dự phòng ăn mòn ,[m] theo [TL1-tr136] ta có C = 0,001 m 6.1.3.1.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi: Ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay được chế tạo bằng inox có đường kính trong dt = 0,009 m, đường kính ngoài dn= 0,011 m và d = 0,002 m. Nước tải lạnh đi trong ống xem nước tải lạnh có áp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoài của ống là áp suất bay hơi P0 = 782 Pa Vậy áp suất tính toán (áp suất chân không) là P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa. + P: áp suất tính toán, P = 97,318.10-3 MPa. + Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,009 m Suy ra chiều dày nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi là: dtt = + 0,001 = 1,005.10-3 m d = 0,002 m > dtt = 0,001 m Vậy thỏa mãn điều kiện bền 6.1.3.2.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt của thiết bị hấp thụ: Ống trao đổi nhiệt của thiết hấp thụ được chế tạo bằng inox có đường kính trong dt = 0,015 m, đường kính ngoài dn= 0,017 m và d = 0,002 m. Nước làm mát đi trong ống xem nước làm mát có áp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoài của ống là áp suất bay hơi P0 = 782 Pa Vậy áp suất tính toán (áp suất chân không) là P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa. + P: áp suất tính toán, P = 97,318.10-3 MPa. + Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,015 m Suy ra chiều dày nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi là: dtt = + 0,001 = 1,0087.10-3 m d = 0,002 m > dtt = 0,0010087 m Vậy thỏa mãn điều kiện bền 6.1.3.3.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ: Ống trao đổi nhiệt của thiết ngưng tụ được chế tạo bằng inox có đường kính trong dt = 0,015 m, đường kính ngoài dn= 0,017 m và d = 0,002 m. Nước làm mát đi trong ống xem nước làm mát có áp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoài của ống là áp suất ngưng tụ PK = 5,62.10-3 MPa Vậy áp suất tính toán là P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa. + P: áp suất tính toán, P = 92,48.10-3 MPa. + Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,015 m Suy ra chiều dày nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi là: dtt = + 0,001 = 1,0083.10-3 m d = 0,002 m > dtt = 0,0010083 m Vậy thỏa mãn điều kiện bền 6.1.3.4.Tính kiểm tra chiều dày ống trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi: Ống trao đổi nhiệt của thiết sinh hơi được chế tạo bằng inox có đường kính trong dt = 0,02 m, đường kính ngoài dn= 0,022 m và d = 0,002 m. Nước gia nhiệt đi trong ống xem nước làm mát có áp suất khí quyển Pk= 98100 Pa . Aïp suất mặt ngoài của ống là áp suất ngưng tụ PK = 5,62.10-3 MPa Vậy áp suất tính toán là P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa. + P: áp suất tính toán, P = 92,48.10-3 MPa. + Dt: đường kính trong của ống trao đổi nhiệt, Dt = 0,02 m Suy ra chiều dày nhỏ nhất ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi là: dtt = + 0,001 = 1,011.10-3 m d = 0,002 m > dtt = 0,001011 m Vậy thỏa mãn điều kiện bền 6.2.Tính chiều dày các mặt sàng: 6.2.1.Tính chiều dày của mặt sàng chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ: Mặt sàng được làm bằng inox có đường kính D = 0,22 m có áp suất mặt trong là (áp suất tuyệt đối) P0= 0,782.10-3 MPa ,. Mặt ngoài của sàng tiếp xúc với nước làm mát và nước tải lạnh xem nước có áp suất khí quyển. Vậy áp suất tính toán (áp suất chân không) là P = Pk- P0 = 98100 - 782 = 97318 Pa = 97,318.10-3 MPa. P = 97,318.10-3 MPa. 6.2.1.1.Chiều dày nhỏ nhất của mặt sàng: Chiều dày nhỏ nhất của mặt sàng theo [TL1-tr137] ta có công thức sau: d = 0,5.de.+ C ,[m] trong đó : + de: đường kính của đường kính của đường tròn lớn nhất có thể vẽ được ở các khoảng cách mặt sàng không chứa ống,[m]; de= 0,033 m + P: áp suất tính toán,[MPa]; P= 97,318.10-3 MPa + scp: ứng suất bền cho phép của vật liệu chế tạo mặt sàng,[MPa]. Mặt sàng làm bằng inox có = 88,2 MPa theo [TL1-tr134]. Do mặt sàng có lỗ không được gia cường theo [TL1-tr147]ta có hệ số hiệu chỉnh ứng suất h = 0,85. Suy ra scp= h.= 0,85 ´ 88,2 = 74,97 MPa + C: trị số bổ sung chiều dày dự phòng ăn mòn, theo[TL1-tr137] ta có C = 0,002 Suy ra chiều dày nhỏ nhất của mặt sàng là: d = 0,5 ´ 0,033 ´ + 0,002 = 2,594.10-3 m Vậy ta chọn chiều dày của mặt sàng d = 3 mm 6.2.1.2.Kiểm tra ứng suất chịu uốn của mặt sàng: Kiểm tra ứng suất chịu uốn của mặt sàng theo [TL1-tr138] ta có công thức: su £ scp= 74,97 MPa Ứng suất uốn su theo [TL1-tr138] được xác định theo công thức sau: su = ,[ MPa ] trong đó: + P: áp suất tính toán , P = 97,318.10-3 MPa + d: chiều của dày mặt sàng, d = 3.10-3 m + dn: đường kính ngoài của ống trao trao đổi nhiệt,[m] + l: chiều dài tính toán theo [TL1-tr138] được xác định như sau: l = , [m] với: a,b - là các khoảng được xác định theo hình 6.4. a = S ´ sin 60o = ´ S ,[m] b = S + n = S + = ,[m] Hình 6.4.Vị trí ống trao đổi nhiệt được hàn vào mặt sàng : Mặt sàng của bình chứa thiết bị bay hơi và hấp thụ vừa được bố trí ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi có đường kính ngoài dn0= 0,011 m và có bước ống S0 = 0,0143 m, vừa được bố trí ống trao đổi nhiệt của thiết bị hấp thụ có đường kính ngoài dna= 0,017 m và có bước ống Sa = 0,022 m. Nên ta tính ứng suất uốn cả hai trường hợp ứng với dn0= 0,011 m, S0 = 0,0143 m và dna= 0,017 m, Sa = 0,022 m. Sau đó ta chọn ứng suất uốn lớn nhất để kiểm tra với ứng suất cho phép (scp). Trường hợp 1: dn0= 0,011 m, S0 = 0,0143 m. Ta có : a = 0,0124 m b = 0,0213 m l = 0,0169 m su = = 0,01577 MPa Trường hợp 2 : dn0= 0,017 m, S0 = 0,022 m. Ta có : a = 0,0191 m b = 0,033 m l = 0,026 m su = = 0,0375 MPa Vậy cả hai trường hợp su < scp nên thỏa mãn điều kiệu bền 6.2.2.Tính chiều dày của mặt sàng chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi: Mặt sàng được làm bằng inox có đường kính D = 0,257 m có áp suất mặt trong là (áp suất tuyệt đối) PK= 5,6210-3 MPa ,. Mặt ngoài của sàng tiếp xúc với nước làm mát và nước gia nhiệt xem nước có áp suất khí quyển. Vậy áp suất tính toán (áp suất chân không) là P = Pk- PK = 98100 - 5620 = 92480 Pa = 92,48.10-3 MPa. P = 92,48.10-3 MPa 6.2.2.1.Chiều dày nhỏ nhất của mặt sàng: Chiều dày nhỏ nhất của mặt sàng theo [TL1-tr137] ta có công thức sau: d = 0,5.de.+ C ,[m] trong đó : + de: đường kính của đường kính của đường tròn lớn nhất có thể vẽ được ở các khoảng cách mặt sàng không chứa ống,[m]; de= 0,035 m + P: áp suất tính toán,[MPa]; P = 92,48.10-3 MPa + scp: ứng suất bền cho phép của vật liệu chế tạo mặt sàng,[MPa]. Mặt sàng làm bằng inox có = 88,2 MPa theo [TL1-tr134]. Do mặt sàng có lỗ không được gia cường theo [TL1-tr147]ta có hệ số hiệu chỉnh ứng suất h = 0,85. Suy ra scp= h.= 0,85 ´ 88,2 = 74,97 MPa + C: trị số bổ sung chiều dày dự phòng ăn mòn, theo[TL1-tr137] ta có C = 0,002 Suy ra chiều dày nhỏ nhất của mặt sàng là: d = 0,5 ´ 0,035 ´ + 0,002 = 2,61.10-3 m Vậy ta chọn chiều dày của mặt sàng d = 3 mm 6.2.2.2.Kiểm tra ứng suất chịu uốn của mặt sàng: Kiểm tra ứng suất chịu uốn của mặt sàng theo [TL1-tr138] ta có công thức: su £ scp= 74,97 MPa Ứng suất uốn su theo [TL1-tr138] được xác định theo công thức sau: su = ,[ MPa ] trong đó: + P: áp suất tính toán , P = 92,48.10-3 MPa + d: chiều của dày mặt sàng, d = 3.10-3 m + dn: đường kính ngoài của ống trao trao đổi nhiệt,[m] + l: chiều dài tính toán theo [TL1-tr138] được xác định như sau: l = , [m] với: a,b - là các khoảng được xác định theo hình 6.4. a = S ´ sin 60o = ´ S ,[m] b = S + n = S + = ,[m] Mặt sàng của bình chứa thiết bị ngưng tụ và sinh hơi vừa được bố trí ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ có đường kính ngoài dnK= 0,017 m và có bước ống SK = 0,022 m, vừa được bố trí ống trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi có đường kính ngoài dna= 0,022 m và có bước ống Sa = 0,0286 m. Nên ta tính ứng suất uốn cả hai trường hợp ứng với dn0= 0,017 m, S0 = 0,022 m và dna= 0,022 m, Sa= 0,0268 m. Sau đó ta chọn ứng suất uốn lớn nhất để kiểm tra với ứng suất cho phép (scp). Trường hợp 1: dn0= 0,017 m, S0 = 0,022 m. Ta có : a = 0,0191 m b = 0,033 m l = 0,026 m su = = 0,0356 MPa Trường hợp 2 : dn0= 0,022 m, S0 = 0,02286 m. Ta có : a = 0,0248 m b = 0,0429 m l = 0,0338 m su = = 0,0599 MPa Vậy cả hai trường hợp su < scp nên thỏa mãn điều kiệu bền Chương7: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HỆ THỐNG LẠNH HẤP THỤ 7.1.Mục đích tự động hóa hệ thống lạnh: Trong quá trình vận hành hệ thống lạnh, nhiệt độ của đối tượng cần làm lạnh thường bị biến động do tác động của những dòng nhiệt khác nhau từ bên ngoài hoặc bên trong phòng lạnh. Để giữ cho nhiệt độ này không đổi hoặc thay đổi trong một giới hạn cho phép là một nhiệm vụ của việc điều chỉnh máy lạnh. Đôi khi việc điều khiển những quá trình công nghệ lạnh khác nhau lại yêu cầu phải làm thay đổi theo một quy luật nhất định trị số của nhiệt độ , độ ẩm trong phòng lạnh và các đại lượng vật lý khác. Hệ thống tự động hóa hệ thống lạnh có chức năng điều khiển toàn bộ sự làm việc của máy lạnh, duy trì được chế độ vân hành tối ưu. Bên cạnh duy trì các thông số trong nhưng giới hạn đã cho, cũng cần bảo vệ hệ thống thiết bị tránh chế độ làm việc nguy hiểm. Yêu cầu này được bảo vệ tự động. Tự động hóa sự làm việc của máy lạnh có ưu điểm so với điều chỉnh bằng tay là giữ ổn định liên tục chế độ làm việc hợp lý. Điều này kéo theo một loạt ưu điểm về tăng thời gian bảo quản, chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao điện năng , nước giải nhiệt ...việc bảo vệ tự động cũng được thực hiện thường nhanh nhạy, đảm bảo hơn con người. Tuy vậy, việc trang bị hệ thống tự động hóa chỉ hợp lý khi hoạch toán kinh tế là có lợi và những quá trình không thể điều chỉnh bằng tay do tính chính xác của quá trình công nghệ đòi hỏi hay do phải thực hiện trong những môi trường độc hại hoặc dễ nổ. 7.2.Đặc tính hoạt động của máy lạnh hấp thụ: 7.2.1.Aính hưởng của nhiệt độ vào của nước giải nhiệt tw1: Nhiệt độ nước giải nhiệt vào máy lạnh hấp thụ tw1, có những ảnh hưởng tới đặc tính của máy lạnh hấp thụ như sau: tw1 thấp hơn dẫn tới năng suất làm mát cao hơn. tw1 thấp hơn dẫn tới tK thấp hơn. tw1 thấp hơn làm cho hiệu suất hấp thụ trong bình hấp thụ tăng lên dẫn tới dòng nhiệt vào thiết bị sinh hơi thấp hơn. Do đó hiệu suất của máy lạnh hấp thụ cao hơn. 7.2.2.Aính hưởng của nhiệt độ nguồn gia nhiệt tq: Khi nhiệt độ gia nhiệt tq tại bình sinh hơi giảm thì lượng hơi nước bay hơi giảm và nồng độ của dung dịch còn lại trong bình sinh hơi càng đậm đặc nên khi quay về bình hấp thụ, khả năng hấp thụ hơi môi chất lạnh giảm xuống nên lượng hơi nước về bình hấp thụ giảm làm giảm khả năng làm giảm khả năng bốc hơi của môi chất lạnh tại thiết bị bay hơi. Cho nên, năng lực làm lạnh của máy lạnh hấp thụ giảm xuống. Ngược lại, khi tăng nhiệt độ của nguồn gia nhiệt tq thì năng lực làm lạnh của máy lạnh hấp thụ tăng lên nhưng lưu ý nhệt độ tq bị giới hạn bởi điều kiện ăn mòn kim loại và điều kiện kết tinh của dung dịch H2O/LiBr. 7.3.Điều chỉnh năng suất máy lạnh hấp thụ: 7.3.1.Điều chỉnh bằng phương pháp điều tiết nguồn gia nhiệt: Điều chỉnh năng suất máy lạnh hấp thụ theo phụ tải bằng cách thay đổi nhiệt cấp vào thiết bị sinh hơi thông qua bộ đốt trực tiếp hoặc các nguồn gia nhiệt khácû như sau: - Bộ cảm biến đặt ở miệng ra của thiết bị bay hơi để điều khiển nhiệt độ ra khỏi thiết bị bay hơi của nước tải lạnh tm2. khi phụ tải lạnh của hệ thống giảm tm2 giảm theo. Khi tm2 giảm dưới mức định trước thì các thiết bị điều khiển sẽ giảm lượng khí đốt hoặc các nguồn năng lượng khác. Vì thế , nồng độ dung dịch loãng về thiết bị hấp thụ tăng lên, lượng hơi nước vào thiết bị ngưng tụ giảm xuống, vì vậy tốc độ bay hơi và hiệu quả làm lạnh ở thiết bị bay hơi đều giảm cho tới khi chúng cân bằng với sự giảm phụ tải lạnh để tm2 được duy trì trong giới hạn chấp nhận được. Trong khi đó, do lượng hơi nước từ thiết bị bay hơi đưa tới thiết bị hấp thụ giảm, nên áp suất bay hơi P0 và nhiệt độ bay hơi t0 tăng. - Cho dù lượng hơi nước bay hơi ở thiết bị sinh hơi giảm, nhưng tốc độ truyền nhiệt ở bề mặt thiết bị ngưng tụ và lượng hơi nước ngưng tụ thành nước ở thiết bị ngưng tụ vẫn ổn định nên áp suất ngưng tụ PKvà nhiệt độ ngưng tụ tK giảm đến khi sự cân bằng mới được thiết lập. Ngược lại nếu tm2 cao hơn định mức, thì nhiệt cung cấp vào thiết bị sinh hơi tăng, nồng độ dung dịch loãng về thiết bị hấp thụ giảm xuống và sản lượng lạnh tăng thì tm2 lại giảm trong giới hạn định trước. Dĩ nhiên, sự giảm nồng độ loãng không vược quá giới hạn kết tinh. Ưu điểm của phương pháp điều tiết này thực thi cụ thể tương đối đơn giản, an toàn vì không liên quan đến độ chân không, không tiếp xúc với dung dịch H2O/LiBr và không cần chú ý đến vấn đề ăn mòn. Ngoài ra, lúc máy hoạt động ở phụ tải thấp, vì lượng hơi gia nhiệt giảm nồng độ dung dịch loãng trong bình sinh hơi tăng lên, điều này rất có lợi trong việc đề phòng LiBr kết tinh. Nhược điểm của phương pháp điều tiết này là lúc phụ tải thấp hơn 50%.vì lượng tuần hoàn dung dịch đậm đặc đến thiết bị sinh hơi không thay đổi và lượng nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch đến khi sôi giảm không đáng kể nên đơn vị tiêu hao nhiệt lượng tăng lên đáng kể,vì vậy phạm vi điều tiết của phương pháp này là 60 ¸ 100% phụ tải. 7.3.2.Điều chỉnh bằng phương pháp điều tiết lượng tuần hoàn dung dịch đậm đặc: phương pháp này cũng dựa vào bộ cảm biến đặt ở miệng ra của thiết bị bay hơi để điều khiển nhiệt độ ra khỏi thiết bị bay hơi của nước tải lạnh. Ngoài ra, trên đoạn ống dẫn dung dịch đậm đặc từ bình hấp thụ đến bình sinh hơi có đặt một van điều tiết ba ngả nối ống đến đường về của dung dịch loãng đến bình hấp thụ. Khi phụ tải lạnh của hệ thống giảm nhiệt độ ra khỏi thiết bị bay hơi của nước tải lạnh tm2 giảm theo, khi tm2 giảm dưới mức định trước, hệ thống điều khiển sẽ xoay van ba ngả và trích một phần lượng dung dịch đậm đặc về bình hấp thụ, hòa trộn với dung dịch loãng về làm tăng nồng độ dung dịch vào bình hấp thu. Do lượng dung dịch đậm đặc đến thiết bị sinh hơi giảm nên lượng hơi nước bốc hơi giảm, lượng hơi nước vào thiết bị hấp thụ giảm, vì vậy tốc độ bay hơi và hiệu quả làm lạnh ở thiết bị bay hơi đều giảm tới khi chúng cân bằng với sự giảm phụ tải lạnh để tm2 được duy trì trong giới hạn chấp nhận được. Ưu điểm của phương pháp điều tiết này là thao tác tương đối đơn giản nhưng vì lượng dung dịch đậm đặc về bình sinh hơi giảm mà lượng nhiệt gia nhiệt không giảm nên nồng độ của dung dịch loãng chảy về bình hấp thụ giảm thấp có khả năng gây ra kết tinh. 7.3.3.Điều chỉnh bằng cả hai phương pháp trên: Hai phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Khi phụ tải thay đổi trong phạm vi 60 ¸ 100% thì chỉ cần điều tiết nguồn gia nhiệt còn khi phụ tải giảm dưới 60% thì sủ dụng cả điều tiết nguồn gia nhiệt và điều tiết lượng tuần hoàn dung dịch đậm đặc. 7.3.4.Điều chỉnh bằng cách kết hợp máy nén hơi: Một số hệ thống điều hòa lớn hiện nay thường dùng kết hợp máy lạnh hấp thụ và máy lạnh nén hơi. Do máy lạnh hấp thụ khởi động chậm, quá trình điều chỉnh giảm phụ tải tăng suất tiêu hao nhiệt nên máy lạnh hấp thụ đáp ứng phụ tải nên. Còn máy lạnh nén hơi hoạt động ở tải đỉnh nhọn. 7.4.Sự kết tinh, các nguyên nhân, biên pháp khắc phục và đề phòng: 7.4.1.Sự kết tinh: Máy lạnh hấp thụ sử dụng H2O/LiBr, thì nhiệt độ của dung dịch quá thấp hoặc nồng độ của dung dịch quá loãng đều dễ dàng xảy ra sự kết tinh. Quá trình kết tinh sẽ không làm hại đến máy lạnh hấp thụ, nhưng sẽ dẫn đến kết quả là tăng nồng độ dung dịch còn lại. Đó là triệu chứng rối loạn các hoạt động, và nguyên nhân gây ra sự kết tinh phải được xác định trước khi các hoạt động bình thường được tiếp tục. Ngày nay, máy lạnh hấp thụ được thiết kế hoạt động trong vùng cách xa đường kết tinh và có những thiết bị ngăn chặn sự kết tinh và hòa tan những tinh thể nếu quá trình kết tinh xảy ra. Kết tinh không còn là vấn đề nghiêm trọng đối với các máy lạnh hấp thụ hiện nay. 7.4.2.những nguyên nhân gây ra kết tinh: + không khí lọt vào hệ thống làm tăng nhiệt độ bay hơi và tăng nhệt độ nước tải lạnh tm2 ra khỏi hệ thống. Nhiệt độ tm2 cao hơn sẽ làm tăng lượng nhiệt đưa vào thiết bị sịnh hơi và giảm nồng độ dung dịch tới điểm kết tinh. + khi hệ thống hoạt động đầy tải, nếu nhiệt độ nước giải nhiệt quá thấp thì nhiệt độ dung dịch đậm đặc có thể giảm thấp đủ để giảm nhiệt độ của dung dịch loãng ở thiết bị hồi nhiệt tới điểm kết tinh. + nếu cúp điện, hệ thống ngừng hoạt động, nhiệt độ dung dịch loãng ở thiết bị hồi nhiệt xuống và có thể sẽ thấp hơn đường kết tinh. 7.4.3.Các biện pháp khắc phục: Các nhà chế tạo sản xuất ra những thiết bị để giảm thiểu khả năng kết tinh. Một trong những thiết bị đó là dùng van by-pass cho phép môi chất lạnh chảy trực tiếp vào dòng dung dịch loãng, khi những điều kiện có thể gây ra kết tinh được bộ cảm biến phát hiện. Một phát minh mới là bộ vi xử lý dựa trên DDC panel sử dụng nhiệt độ và áp suất đo được tại điểm nút để tính toán nồng độ dung dịch và ngăn chặn kết tinh. Một thết bị khác là ống tràn thường được sử dụng để chuyển dung dịch loãng từ thiết bị sinh hơi đến thiết bị hấp thụ trong trường hợp xảy ra kết tinh hoặc các trường hợp hư hỏng khác (xem hình 2.2). hiện tượng kết tinh thường xảy ra đầu tiên ở đoạn đầu của dung dịch loãng chảy ra từ thiết bị hồi nhiệt vì dung dịch ở đó có nồng độ thấp, nhiệt độ tương đối thấp và đường đi nhỏ hẹp sau khi xảy ra kết tinh, đường đi của dung dịch loãng bị tắt nghẽn làm cho mức loãng của dung dịch trong bình hấp thụ hạ xuống, mức lỏng của dung dịch trong bình sinh hơi tăng lên cho đến khi mát lạnh hấp thụ không thể hoạt động. Để khắc phục hiện tượng trên, người ta dùng ống xả tràn loại ống mao hình chữ U đặc ở mức lỏng trên của bình sinh hơi về bình hấp thụ. Khi xảy ra kết tinh, mức lỏng trong bình sinh hơi tăng dần lên đến mức cao hơn mặt trên của ống chữ U, dung dịch loãng có nhiệt độ cao trực tiếp chảy vào bình hấp thụ qua ống chữ U làm cho nhiệt độ của dung dịch đậm đặc trong bình hấp thụ tăng lên. Vì nhiệt độ dung dịch đậm đặc đi vào thiết bị hồi nhiệt tăng làm tăng nhiệt độ dung dịch loãng trong thiết bị hồi nhiệt nên dung dịch loãng dần dần hòa tan tan thể LiBr kết tinh, như vậy máy lạnh có thể tự hồi phục và vận hành bình thường. 7.4.4.Các biện pháp đề phòng: Trong máy lạnh hấp thụ, thường sử dụng những biện pháp đề phòng sự kết tinh như sau: + Trên ống dẫn dung dịch loãng đi ra từ bình sinh hơi đặt một bầu cảm biến khống chế nhiệt độ của dung dịch, bằng cánh khống chế lượng nhiệt gia nhiệt trong bình sinh hơi phòng dung dịch có nồng độ quá thấp . + Lắp đặt rơle thơi gian để kéo dài thời gian cấp điện cho bơm môi chất lạnh và bơm dung dịch khoảng 10 phút sau khi ngưng cấp nguồn gia nhiệt để lượng môi chất môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi tiếp tục bay hơi và dung dịch loãng hấp thụ, dung dịch đậm đặc trong bình hấp thụ và dung dịch loãng trong bình sinh hơi kết hợp mạnh mẽ. Sau khi dung dịch được đậm đặc có thể phòng khi máy lạnh ngưng hoạt động, nhiệt độ dung dịch hạ thấp mà không kết tinh. + Trong khoan chứa mức lỏng của môi chất lạnh của thiết bị bay hơi, có đặc một thiết bị khống chế mức lỏng, khi mức lỏng của môi chất lạnh lên cao quá mức quy định thì được chảy tắt sang thiết hấp thụ để đề phòng dung dịch có nồng độ quá thấp kết tinh. 7.5.Bảo vệ tự động máy lạnh hấp thụ: 7.5.1.Khóa điều khiển: Máy lạnh hấp thụ chỉ khởi động khi bơm nước tải lạnh, bơm nước giải nhiệt, quạt tháp giải nhiệt ... hoạt động bình thường. Khi máy lạnh ngưng hoạt động thì bơm môi chất lạnh và bơm dung dịch vẫn tiếp tục hoạt động thêm từ 4¸10 phút. 7.5.2.Bảo vệ nhiệt độ nước tải lạnh ra khỏi máy lạnh: Khi phụ tải lạnh của máy lạnh thay đổi, nhiệt độ nước tải lạnh ra sẽ thay đổi trên một phạm vi hẹp. Người ta đặt một bầu cảm biến nhiệt trên đường nước tải lạnh ra. Khi phụ tải lạnh giảm, hệ thống điều khiển sẽ tác động làm giảm lượng nhiệt cấp vào máy. Nếu phụ tải lạnh tiếp tục giảm quá giá trị tối thiểu mà máy có thể hoạt động liên tục được thì mạch điều khiển sẽ tác động dừng bơm nước giải nhiệt dẫn đến ngừng máy. Sau đó, nếu nhiệt độ nước lạnh tăng lên tới giá tri tối thiều quy định trước, máy lạnh sẽ tự đông khởi động trở lại. 7.5.3.Bảo vệ lưu lượng nước tải lạnh: Máy lạnh được gắn một công tắc dòng trên đường ống nước tải lạnh. Công tắc này có tác dụng dừng sự vận hành của tháp giải nhiệt và bơm nước giải nhiệt nếu lưu lượng nước tải lạnh giảm xuống thấp quá giá trị tối thiểu định trước. Điều này được thực hiên để ngăn chặn khả năng máy bị đóng băng. 7.5.4.Bảo vệ lưu lượng nước giải nhiệt: Máy lạnh cũng được gắn một công tắc dòng trên đường ống nước giải nhiệt để ngừng máy khi lưu lượng nước giải nhiệt giảm quá định mức. Dĩ nhiên, cũng như máy lạnh nén hơi, công tắc dòng để bảo vệ nước tải lạnh và nước giải nhiệt được đấu với một rơle thời gian để chỉ tác dụng ngừng máy sau 10 ¸ 15 giây khi giảm lưu lượng nước, để đề phòng trường hợp mất lưu lượng nước giả tạo do bơm bị hút air hoặc đầu hút của bơm bị nghẹt nhưng khôi phục lại được ngay. 7.5.5.Bảo vệ nhiệt độ bay hơi: Khi nhiệt độ ở thiết bị bay hơi trở nên thấp một cách nguy hiểm thì rơle nhiệt độ thấp sẽ cắt điện các bơm và nguồn nhiệt cấp, ngừng mọi hoạt động lạnh. Khi nhiệt độ bay hơi tăng trên mức định trước thì máy lạnh sẽ tự động vận hành trở lại. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Đức Lợi- Phạm Văn Tùy, Bài tập kỹ thuật lạnh,NXB Giáo dục (1998) 2. Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kễ hệ thống lạnh,NXB khoa học và kỹ thuật (1999). 3. Võ Chí Chính,Tài liệu hướng dẫn thiết kế đồ án lạnh. 4. Nguyễn Thành Văn,Tính toán máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời dùng điều hòa không khí (chuyên đề nghiên cứu sinh),(2001) 5. Bùi Hải- Trần Thế Sơn, Bài tập nhiệt động, truyền nhiệt và kỹ thuật lạnh,NXB khoa học và kỹ thuật (1997). 6. Bùi Hải- Hà Mạnh Thư - Vũ Xuân Hùng, Hệ thống điều hòa không khí và thông gió, NXB Văn hóa và dân tộc,(2001). 7. Hà Đăng Trung - Nguyễn Quân, Cơ sở kỹ thuật điều tiết không khí NXB khoa học và kỹ thuật,(1997). 8. Nguyễn Thành Văn , Nghiên cứu sử dụng máy lạnh hấp thụ trong lĩnh vực điều hòa không khí tại Việt Nam. Luận án thạc sĩ khoa học (1998). 9. Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh cơ sở, NXB Giáo dục(1996). 10. Nguyễn Đức Lợi- Phạm Văn Tùy Môi chất lạnh, NXB Giáo dục, (1996). 11. Lê Quế Kỳ - Hoàng Đình Tín, Nhiệt Kỹ Thuật,(1980). 12. Bùi Hải - Dương Đức Hồng - Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt. NXB khoa học và kỹ thuật (1999). Chú thích: [TL1-tr10] là: tài liệu số một, trang số 10.