Tài liệu thiết kế hệ thống lạnh, chương 7 docx

Đặc điểm Bình ngưng dùng để truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt.. Hơi đi vào bình ngưng là hơi quá nhiệt, cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh

CHƯƠNG VII

7.1 Thiết kế thiết bị ngưng tụ của hệ thống NH3

7.1.1 Đặc điểm

Bình ngưng dùng để truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt Hơi đi vào bình ngưng là hơi quá nhiệt, cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ hơi bão hòa, rồi đến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng

7.1.2 Chọn thiết bị ngưng tụ

Ở đây ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu bốc hơi Loại này nên sử dụng ở những

có khí hậu nóng và khô, nên rất thích hợp

 Ưu điểm:

- Tiết kiệm được rất nhiều nước bổ sung

- Không cần thêm các thiết bị làm lạnh nước giải nhiệt

 Nhược điểm:

Hệ số truyền nhiệt tương đối nhỏ do đó phải tiêu tốn nhiều kim loại

7.1.3.Tính toán thiết kế bình ngưng

7.1.3.1) Các thông số ban đầu :

- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất : tk = t1 = 40C

- Nhiệt độ của nước ra khỏi bình ngưng : tw2 = 37C

- Phụ tải nhiệt của bình ngưng là tổng tải nhiệt của máy đá vảy, IQF,

Tủ đông tiếp xúc, Tủ đông gió

7.1.3.2) Tính toán :

1 = 77% ;

d1 = 34g/kgk.khí

i1 = 126 kJ/kg

tư = 34C

Khối lượng riêng của không khí :

4 1

1

1

1 1,081 /

034 , 0 61 , 1 1 7 , 310 287

034 , 0 1 10 81 , 9

61 , 1 1

1

m kg d

T R

d p















Vậy : mkk = 3,25.1,081.337,4.10-2 = 11,85 kg/s

kg kJ m

Q i

i

kk

85 , 11

4 , 337 126

1

2     

5 Hệ số toả nhiệt phía ngoài :

1 = 0,85.9750.m11/3 = 0,85.9750.0,051/3= 3053W/m2.K

m1= 0,05kg/s : lưu lượng tưới nước trên 1m chiều dài ống theo kinh nghiệm

6 Xác định bề mặt trao đổi nhiệt Fng :

-Hệ số toả nhiệt về phía NH3 :

3 , 0 1 2 ,

0

i

Để tính được i cần thiết chọn sơ bộ mật độ dòng nhiệt qi về phía nước, theo kinh nghiệm : qa= 1400  2300 W/m2 Chọn qa = 1900W/m2 , lúc đó :

2262 21

25 1900

1

2  



d

d q

q a

và  9733 2262  0 , 2 0 , 021  0 , 3  6617

i



- Hệ số truyền nhiệt qua vách ống :

765 3056

1 10

8 , 0 21

25 6617 1

1 1

1

1

3 1

1 2

















 

d

- Nhiệt độ của nước giải nhiệt được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt :

k

q t

k

765

1900 40

- Entanpi của không khí ở trạng thái trung bình được xác định theo công thức

kg kJ i

i

i i

i i i i

w w tb

154 160

126 160 ln

126 154 ln

2 1

1



















Ở trạng thái này không khí có các thông số như sau :

ttb= 36C ;

Ck= 1,005kJ/kg.K :Nhiệt dung riêng

k = 1,1363kg/m3 :Khối lượng riêng

k= 16,635.10-6m2/s :Độ nhớt động

Pr = 0,7: Trị số Prandtl

- Diện tích bề mặt ngoài của dàn ống ngưng tụ yêu cầu là :

2

3

6 , 177 1900

10 4 , 337

m q

Q F

a

k

- Tính kiểm tra Fng theo điều kiện truyền nhiệt, truyền chất giữa nước và không khí :

2

1

ln

i i A

m F

w

w kk







2

Trong đó : A= 0,935 : hệ số phụ thuộc vào tw

 = 1,6 : hệ số kể đến sưü tăng diện tích mặt ngoài của màng nước do tạo thành tia và giọt

không khí đi ngang qua chùm ống trơn đặt so le Trong trường này ta có :

Nu = C.Rem.Pr0,34.z

7514 10

635 , 16

025 , 0 5



k d

Ở chế độ quá độ : C = 0,4 ; m = 0,6 và n = 0,36

Chọn số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí z = 8 từ đó

z = 0,96

Vậy : Nu0,4.75140 , 6.0,70 , 36.0,9671,5

025 , 0

0274 , 0 5 , 71

2







d

Nu

k





C k

10 005 , 1

4 ,

3 







Diện tích bề mặt ngoài dàn ngưng là :

2

1 , 176 154 160

126 160 ln 6 , 1 078 , 0 935 , 0

85 11

m







6 , 177

1 , 176 6 ,



F ng

So sánh Fng được chọn và Fng tính toán gần giống nhau, cho nên chúng ta chọn

Fng= 180 m2

-Lượng nước phun :

s kg

Q

100

4 , 337 3 , 2 100

3 , 2







- Lượng nước bay hơi :

mwbh = mkk.(d2-d1) = 11,85.(44-34).10-3 = 0,12 kg/s

- Lượng nước bị gió cuốn theo ra ngoài nếu kể đến thì tổng lượng nước bay hơi theo gió sẽ là :

s kg m

m bh'  1 , 1 wbh  1 , 1 0 , 12  0 , 13 /

- Các kích thước chủ yếu của bình ngưng :

 Tổng chiều dài 1 hàng ống trên mặt cắt ngang :

m m

m

L wp 77,6

05 , 0 2

76 , 7



 Số ống trên mặt cắt ngang của thiết bị khi chọn chiều dài mỗi ống thẳng l= 2,8m

7 , 27 8 , 2

6 ,

77 





l

L

Z ống

Vì số ống trên mặt cắt ngang quá lớn sẽ không đảm bảo cho nước phun tưới đều đồng thời gây khó khăn cho vệ sinh nên ta chia làm 2 dàn ngưng, nên mỗi dàn gồm z= 14 ống

Số ống trong 1 dàn ống theo chiều thẳng đứng :

28 28 8 , 2 025 , 0

6 , 177





 d l z

F n

ng

ng

Như vậy mỗi dàn gồm 14 ống

Chiều cao dàn ống :

H = s2.nc = 0,028.14 = 0,39m

Vận tốc không khí thực tế trong tháp :

s m F

m

kk kk

kk

88 , 5 075 , 1

85 , 11







Trcng đó : Fkk : diện tích để không khí đi qua

Fkk= 2.l(B-dng.z) = 2.2,8(1,4-0,025.14) = 5,88m2

Tổng số ống mỗi dàn :

n = nc.z = 14.15 = 210 ống

Diện tích mắt cắt ngang của thiết bị :

S = B.l = 1,4.2,8 = 3,92 m2

7.2 Tính thiết kế dàn bay hơi tủ đông gió 250kg/mẻ

Dàn bay hơi là 1 thiết bị trao đổi nhiệt chính trong hệ thống lạnh Trong hệ thống lạnh này ta chọn phương pháp xử lý lạnh là bay hơi trực tiếp, không khí

các dàn ống thép có cánh tản nhiệt để tăng cường khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị

+ Các số liệu ban đầu:

Sự thay đổi trạng thái của không khí trong buồng lạnh được biểu diễn trên đồ thị i-d

Hình 7 - 2: ĐỒ THỊ I-d BIỂU DIỄN SỰ THAY ĐỔI TRẠNG THÁI

KHÔNG KHÍ TRONG BUỒNG LẠNH

Điểm 1: trạng thái không khí vào dàn lạnh

Điểm 2: trạng thái không khí ra khỏi dàn lạnh

Điểm v: trạng thái không khí tại bề mặt dàn lạnh

Góc nghiêng của các đường thẳng  được biểu diễn bởi phương trình:

v

v

d d

i i d d

i i













1

1 2 1

2 1



Lấy nhiệt độ không khí vào và ra khỏi dàn lạnh là:

I1

I (kJ/kG)

d(g/kG)

t1

I2

t2

Iv

tv

1 2

v

Xác định thông số của không khí vào dàn lạnh

t1 = - 32oC độ ẩm 1 = 0,9

d1 = 1 d”1 = 0,9 0,188 103 = 0,17 103 kg/kg

Với d”1:độ chứa hơi của không khí bảo hoà

i1 = ik1 + 1 i”1 = -32,19 + 0,9 0,46= - 31,7KJ/kg

Thông số không khí ra khỏi dàn lạnh

t2 = -34oC độ ẩm 2 = 0,95

d2 = 2 d”2 = 0,95 0,15 103 = 0,14 103 kg/kg

Với d”2:độ chứa hơi của không khí bảo hoà

i2 = ik2 + 2 i”2 = -34,2 + 0,95 0,37 = -33,84 KJ/kg

Trong đó: d1”, ik1, i1”, d2”, ik2, i2” tra bảng 7-10 TL2

Tỉ số nhiệt ẩm:

0,17 0,14.10 71333

84 , 33 7 , 31

3 2

1

2













d d

i i



hệ

 

v

v v

d d

i i t f









1

1



Sơ bộ ta lấy một vài giá trị tv để vẽ đường cong  = f(tv)

Khi tv = -36oC thì: iv = -35,68 KJ/kg

dv = v dv” = 1.0,12.103 = 0,12.103 kg/kg Khi tv = -37oC thì: iv = -36,62 KJ/kg

dv = v dv” = 1.0,11.103 = 0,11.103 kg/kg Khi tv = -38oC thì: iv = -37,72 KJ/kg

dv = dv” = 0,1.103 kg/kg Lập bảng:

v

v

d d

i i







1 1

Hình 7 -3: XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT DÀN LẠNH t V BẰNG ĐỒ THỊ

vách: tvt = -37,05oC  -37oC

Đăc tính của bề mặt truyền nhiệt: các ống trao đổi nhiệt dàn lạnh, làm bằng thép có cánh phẳng tỏa nhiệt hình tròn Các ống được bố trí song song trong chùm ống

Bề dày ống C = 0,3 mm

Bước ống theo chiều cao và chiều sâu S1 = S2 = 50 mm

Chiều cao cánh hC = 12 mm

Diện tích cánh trên một mét chiều dài ống

tv,0C -36

-37 -38

36425 51687

53478

=71333



n d D

4 4

2

2 1

2















(6-2)

01 , 0

1 025 , 0 012 , 0 012 , 0 2

1

1

2   

e C

h

= 0,279 m2/m

Với n =

C

S

1

là số cánh trên một mét dài ống Diện tích bề mặt ống giữa các cánh

















C

C

S d

F  

1 1

01 , 0

0003 , 0 1 025 , 0









 



Diện tích bề mặt bên trong của 1m ống

= .0,021 l = 0,066 m2/m

Hệ số làm cánh  được xác định theo

 =

2

0

2 F

F F F

F C 

066 , 0

3552 , 0 066

, 0

0762 , 0 279 , 0







Trị số Nutselt:

Đối với chùm ống bố trí song song ta có:

C = 0,18

m = 0,7

Cz = 1: khi số hàng ống theo chiều chuyển động của không khí z>4 ống

1 2

1

1 















d S

d S

(vì S1 = S2)

025 , 0

3552 , 0

1

0  





F F

F c

n = 0,6.10,07 = 0,6.4,520,07 = 0,667 Chiều dài quy ước của ống:

1 2 0

1 0

0 0,785D d

F F

F d

F F

F

C

C C







3552 , 0

279 , 0 025 , 0 3552 , 0

0762 ,

= 0,0443 m

Trị số Reynolds sẽ là:

10 08 , 10

0443 , 0 3

6 



l q

(6-8)

Do 500 < Re < 25000 nên trị số Nutselt được xác định theo phương trình:

Nu = 0,18.1.1.4,250,7.131750,667 = 35

Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí

9 , 16 0443

, 0

10 14 , 2





q k

l

Nu

Với  = 2,14.10-2 w/mk: hệ số dẫn nhiệt của không khí ở nhiệt độ -33oC

(tra bảng 2 TL7)

Hệ số tách ấm trong trường hợp tv < 0oC

2 1

2 1

2880 1

t t

d d









34 32

10 14 , 0 17 ,







Hệ số tỏa nhiệt quy ước về phía không khí

1 1

1 1







C k

q

R









Trong đó ta chọn:

Hệ số dẫn của lớp tuyết : 1 = 0,2 W/mk

Nhiệt trở tiếp xúc giữa cánh và ống : Rc = 0,005 m2 0k/W

Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí được quy đổi theo bề mặt trong của ống















2

0 2

F

F F

Với :

 = 0,85 : hệ số kể đến sự tỏa nhiệt không đồng của cánh

E = 0,87 : hệ số hiệu quả của cánh

Thay vào biểu thức (6-11) ta đựơc :









066 , 0

0762 , 0 85 , 0 87 , 0 066 , 0

279 , 0

= 66,3 W/m2 0k Mật độ dòng điện về phía không khí quy đổi theo bề mặt trong của ống

qtr= q2 (tb- tv)

Diện tích bề mặt trong ống:

8 , 81 265

10 7 ,

0  



tr tr

q

Q

F m2 Lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh:

2 1

0 0

i i

Q G





84 , 33 7 , 31

58 ,





Lưu lượng thể tích không khí đi qua dàn lạnh

95 , 6 452 , 1

1 ,





k

k k

G V

Với k = 1,452 kG/m3 khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t = -330C (Tra bảng 7-10 TL2)

Diện tích tiết diện để không khí đi qua:

31 , 2 3

95 , 6







k

k

V

Diện tích truyền nhiệt của một cụm ống:

















c

c c k

tr

S

h d

S

d f

F

2

1 1

2





(6-15)

01 , 0

012 , 0 10 3 , 0 2 025 , 0 05 , 0

021 , 0 14 , 3

31 , 2

3 

















Số cụm ống đặt song song trong dàn lạnh:

7 , 20 95 , 3

8 , 81



tr

tr

F

F z

Chọn z = 21

Chiều dài ống trong một cụm:



















c

c c k

S

h d

S

f L

2

1 1

1

01 , 0

012 , 0 10 3 , 0 2 025 , 0 05 , 0

31 , 2

3 

















Số hàng ống trong 1 cụm:

K K

S

L m

05 , 0

1 , 95

1

1 



Với

H

B

K 

H

B

H

B

H

B

27 05 , 0

1 , 95

2 



K

Chiều dài của một ống trong cụm:

52 , 3 27

1 , 95

1  



m L

Các kích thước hình học của dàn lạnh:

= 3,52 + 0,5 = 4,02 m

= 0,05.21 + 0,5 = 1,55 m

= 0,05.27 + 0,2 = 1,55 m