Chương 4: Quá trình lạnh pptx

Tác nhân lạnh sau ngưng tụ được đưa vào máy giãn đến ap suất P0, nhiệt độ T0... LẠNH ĐÔNGTÁC NHÂN LẠNH - Tác nhân lạnh ảnh hưởng đến: kích thước máy lạnh, vật liệu chế tạo, áp suất làm v

Chương 4

Quá trình lạnh

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 2

4.1 LẠNH ĐÔNG

Quá trình lạnh là quá trình thu nhiệt từ nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp rồi truyền cho vật có nhiệt độ cao hơn Cần phải tiêu tốn công bên ngoài

Kỹ thuật làm lạnh thường được dùng trong hấp thụ, sấy thăng hoa, tách khí, bảo quản thực phẩm,…

Phân loại quá trình lạnh:

- Lành lạnh ôn độ/lạnh đông: từ nhiệt độ thường đến -100°C

- Làm lạnh dưới -100°C

- Lạnh thâm độ: từ -100°C đến -231°C

- Lạnh băng thâm độ: 40 đến 0,3°K

- Siêu lạnh thâm độ: đến 0,00002°K

4.1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

4.1 LẠNH ĐÔNG

1 - 2: nén đoạn nhiệt hơi tác nhân lạnh,

nhiệt độ hơi thay đổi từ T 0 – T, tiêu hao

công L 1

4.1.1 CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG

2 - 3: ngưng tụ đẳng nhiệt tác nhân

lạnh, nhiệt lượng Q tỏa ra môi trường

xung quanh

3 - 4: giãn đoạn nhiệt lỏng tác nhân

lạnh, nhiệt độ cuối là T 0 , sinh công L 0

4 - 1: bay hơi lỏng tác nhân lạnh, thu

nhiệt Q 0 của nguồn lạnh

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 4

4.1 LẠNH ĐÔNG

Tác nhân lạnh thu nhiệt của nguồn lạnh, entropi giảm đi một lượng: Q 0 /T 0

4.1.1 CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH LẠNH ĐÔNG

Công tiêu hao cần thiết cho máy lạnh:

Lượng nhiệt Q 0 do tác nhân lạnh thu vào gọi là năng suất của máy lạnh

Tác nhân lạnh ngưng tụ tỏa nhiệt cho nguồn nóng, Entropi của nguồn nóng tăng lên một lượng: : Q 0 + L 1 -L 0 /T 0











 



0

0

T

T Q

L

4.1 LẠNH ĐÔNG

Năng suất lạnh biểu diễn bởi diện

tích 1- 4 - 5 - 6

Hệ số lạnh (hiệu quả làm việc của máy lạnh)

 1 02 1 02 1 2  0 0

0

0

0

T T

T S

S T

S S

T

S S

T Q

Q

Q L

Q























Lượng nhiệt do tác nhân lạnh ngưng

tụ tỏa ra cho nguồn nóng ở nhiệt độ

T biểu diễn bởi diện tích 2- 3 - 5 - 6

Hiệu số giữa hai diện tích là công

tiêu hao L biểu diễn bởi diện tích

1-2-3-4

BIỂU ĐỒ T-S CỦA QUÁ TRÌNH LẠNH

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 6

4.1 LẠNH ĐÔNG

CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG CỦA MÁY LẠNH NÉN HƠI

1 2

3 1

1 2

4 1

0

0

0

i i

i

i i

i

i

i Q

Q

Q L

Q





















Chu trình Carno nghịch được coi là chu trình lý tưởng cho máy lạnh nén hơi

Máy nén hút hơi ẩm tử thiết bị bay

hơi có nhiệt độ T0 và áp suất P0

Hơi được nén tới áp suất P và nhiệt

độ T

Hơi tác nhân lạnh được đưa vào

thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ thành

lỏng

Tác nhân lạnh ra khỏi máy giãn đi vào thiết bị bay hơi, hút vào máy nén và lặp lại

từ đầu

Tác nhân lạnh sau ngưng tụ được

đưa vào máy giãn đến ap suất P0,

nhiệt độ T0

4.1 LẠNH ĐÔNG

CHU TRÌNH THỰC CỦA MÁY LẠNH

Chu trình thực khác với chu trình lý tưởng

- Thay máy giãn bằng

van tiết lưu

- Hơi tác nhân lạnh

được nén ở trạng thái

bão hòa chứ (1’) không

phải ở vùng hơi ẩm

- Nén quá nhiệt : 1’-2’

- Làm lạnh hơi quá nhiệt, 2’-2

- Ngưng tụ : 2-3

- làm quá lạnh : 3-3’

- giãn qua van tiết lưu 3’-4’’’

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 8

4.1 LẠNH ĐÔNG

CHU TRÌNH THỰC CỦA MÁY LẠNH

Chu trình thực khác với chu trình lý tưởng

- Hệ số lạnh

' 1 ' 2

' 3 ' 1 '

1 ' 2

'' 4 ' 1

0

i i

i

i i

i

i

i L

Q

















- Năng suất lạnh Q0  G  i1  i3' , W

- Công tiêu hao lý thuyết L  Q0  Q  G  i2'  i1' , W

- Lượng nhiệt tác nhân lạnh cấp cho nguồn

- Năng suất lạnh Q0   Vnqv   Vn1 i1  i3' , W

- Công suất máy lạnh



1000 0

Q

L

Hiệu suất chung của máy lạnh

dc cd ck

i  



4.1 LẠNH ĐÔNG

TÁC NHÂN LẠNH

- 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 không 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

• Không tạo thành hợp chất với dầu bôi trơn máy

• Không cháy nổ, không độc hại, rẻ tiền

kW

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 10

4.1 LẠNH ĐÔNG

Amoniac

- Được dùng phổ biến

cho máy lạnh dùng

máy nén Pittong

- Thể tích nhỏ

- Nhiệt độ tới hạn lớn

(132,4°C)

- Áp suất làm việc trong

thiết bị ngưng tụ không

quá cao (9-14 at)

- Áp suất bốc hơi không

quá thấp

- Dễ phát hiện khi dò rỉ

- Độc hại

- Có mùi đặc trưng

- Ăn mòn đồng và các hợp kim đồng

- Có thể tạo hỗn hợp cháy nổ với không khí

Ứng dụng

- Dùng cho máy lạnh có công suất lớn

4.1 LẠNH ĐÔNG

Cloflocarbon (CFC)

- Được dùng phổ biến vì

không độc hại, cháy nổ

- Rất nhẹ, có thể tồn tại trong khí quyển lâu dài, tạo chất Clorin phá hủy tang ôzon

Ứng dụng

- Phải chấm dứt sử dụng tới năm 2010

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 12

4.1 LẠNH ĐÔNG

Hydrocarbon

- Propan nguyên chất , R290

- Izo Butan nguyên chất, R600a

- Dễ gây cháy nổ khi trộn lẫn không khí và

có mồi nổ

Ứng dụng

- R290 dùng trong CN

- R600a: dùng cho tủ lạnh gia đình

- R290/R600a: dùng cho máy lạnh thương mại

- Nhiệt lượng bay hơi

lớn hơn CFC

- Khối lượng riêng nhỏ

hơn CFC

Ưu điểm

4.1 LẠNH ĐÔNG

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 vòng kín

- 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 không đóng băng ở nhiệt độ thấp nhất trong hệ thống

- Chất tải lạnh phải được chuẩn bị bằng nuối tinh khiết, nếu có lẫn

Na2SO4

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 14

4.1 LẠNH ĐÔNG

MÁY NÉN HAI BẬC

- Máy nén Amoniac chỉ làmvieecj thích hợp với chỉ số nén không quá 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 LẠNH ĐÔNG

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 cóa 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, phai dùng máy lạnh liên hợp ( trong

hệ thống có 2 tác nhân lạnh

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

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 16

4.1 LẠNH ĐÔNG

MÁY LÀM LẠNH KIỂU HẤP THỤ

- Trong các máy lạnh kiểu hấp thụ, năng lượng tiêu hao cho quá trình là

nhiệt năng chú không 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 chưng luyện (>90%) đi

vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu để ngưng tụ một phần về

tháp chưng luyện

- Hơi NH3 từ 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 loãng, sau đó được bơm về tháp

chưng luyện

- Trong thiết bị trao đổi nhiệt, dung dịch loãng cấp nhiệt

cho dung dịch đặc: dung dịch đăc được đốt nóng trước

khi vào tháp chưng luyện, dung dịch loãng được làm

nguội 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 LẠNH ĐÔNG

MÁY LÀM LẠNH KIỂU TUYE

- Trong các máy lạnh kiểu TUYE, năng lượng tiêu hao cho quá trình là nhiệt năng chú không phải cơ năng

- Tác nhân là nước lạnh

Nguyên tắc làm việc:

- Hơi nước từ nồi hôiear áp suất cao đi vào tuye, giãn qua ống

loa, ap 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 hơi

sang, trộn lẫn với nhau

-Hỗn hợp hơi đi qua ống giãn, vận tốc giảm nhiều, động nănng

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

QTTB II 01 TS Nguyễn Minh Tân 18

4.1 LẠNH ĐÔNG

MÁY LÀM LẠNH BẰNG KHÔNG KHÍ

Tác nhân lạnh là không khí

Nguyên tắc làm việc:

- Không khí được nén đoạn nhiệt đến áp suất tuyệt

đối 5-6at trong máy nén

-Sau đó được làm lạnh bắng nước đến mức tối đa

trong thiết bị làm lạnh

-Giãn đoạn nhiệt trong máy giãn

-Nhiệt độ không khí hạ thấp rrooif đi vaog phòng

lạnh

-Không khí lấy nhiệt của vật cần làm lạnh và nóng

lên rồi được hút vào máy nén

-Nhiệt dung riêng của không khí nhỏ nên ngay

trong máy có năng suất lạnh nhỏ cũng phải tuần

hoàn một lượng không khí lớn -> loại máy lạnh

này rất cồng kềnh

- Hay tạo thành tuyết