TIỂU LUẬN KỸ THUẬT LẠNH P2

rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.Thuật ngữ làm lạnh nhân tạo, nghĩa là tọa ra nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh và thực hiện quá trình công nghệ khác nhau ở nhiệt độ thấp, ng

8 9 10

LỜI MỞ ĐẦU

Kỹ thuật lạnh là ngành khá phổ biến,đã và đang phát triển ở Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung.Ở Việt Nam chúng ta kỹ thuật lạnh được phát triển và ứng dụng

rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.Thuật ngữ làm lạnh nhân tạo, nghĩa là tọa ra nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh và thực hiện quá trình công nghệ khác nhau ở nhiệt

độ thấp, ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân.Kỹ thuật lạnh gần như cần thiết trong mọi lĩnh vực của đời sống con người.Nhiều lĩnh vực công nghiệp và cả nông nghiệp sẽ không thể nào phát triển được nếu không có làm lạnh nhân tạo

Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, thông qua làm lạnh chúng ta có thể bảo quản thực phẩm được lâu hơn so với khi không bảo quản

Hiện nay có rất nhiều ngành đòi hỏi phải có sự đóng góp của kỹ thuật lạnh như: tin học, máy tính, quang học, cơ khí chính xác, điện tử, dệt, bảo quản thực phẩm, điều tiết không khí, … Nhưng vấn đề đang được con người quan tâm nhất là thực phẩm vì đây là nguồn năng lượng cung cấp cho con người có thể tồn tại.Thự tế ở các nước phát triển , việc bảo quản thực phẩm được đặt lên hàng đầu

Riêng ở Việt Nam là vấn đề đang được quan tâm giải quyết.Đối với công nghiệp chếbiến và bảo quản thực phẩm thì yêu cầu sử dụng lạnh là tất yếu, vì vậy việc thiết kế hệ thống lạnh hoạt động hiệu quả là yêu cầu cấp thiết đối với các nhà máy chế biến là bảo quản thực phẩm

Các loại máy nén chủ yếu:

b Máy nhiều cấp hoặc máy bậc thang khi to = (–30 ¿ –110)0C

 Trong máy lạnh máy nén pittông là thường dùng nhất Phân loại máy nén pittông:

 Theo sự bố trí các xylanh có thể có các loại như: nằm ngang, thẳng đứng, đặtnghiêng góc, bố trí hình V, W, hướng tâm

 Theo cách chuyền động qua xylanh có thể có các loại như: trực lưu (chuyển độngtheo một hướng từ lúc vào đến lúc ra) và không trực lưu (hướng chuyển động thayđổi)

 Theo cấu tạo của hệ thanh truyền và theo số lượng của khoang nén làm việc có cácloại:máy nén không có con trượt hoạt động giản đơn chỉ nén về một phía và loạimáy nén có con trượt hoạt động hai phía và nén hai phía

 Theo số lượng cáp nén gồm có: máy nén một cấp và nhiều cấp

 Theo cách bố trí xylanh và hộp máy (cacte) gồm có: loại đặt chung (bloc-cacte) vàđặt riêng

 Theo độ kín và số lượng các bộ phận có thể tháo lắp gồm có: loại xylanh và động

cơ chưa trong một hộp kín hoàn toàn không tháo lắp được; loại xylanh và động cơchứ trong hộp không có chèn nhưng có nắp tháo mở được: loại hộp máy có chứahơi tác nhân lạnh chịu áp suất và có chèn đầu trục khuỷu (loại máy nén không cócon trượt); loại có hộp máy hở và chèn trục pittông ở đoạn ra khỏi xylanh (loạimáy nén có con trượt hoạt động hai phía)

 Theo cách truyền động gồm có: truyền động trực tiếp và truyền động bằng dây đai[3]

1.3 Cơ sở tính toán máy nén hai cấp

K

P

P    → chọn chu trình 2 cấp (không ống xoắn làm mát hoàn toàn)

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ CỦA CHU TRÌNH

Chú thích NHA: Máy nén hạ áp

NCA: Máy nén cao ápNT: Thiết bị ngưng tụBH: Thiết bị bay hơiBTG: Bình trung gian có ống xoắn

TL1: các van tiết lưu 1

TL2: các van tiết lưu 2

 Các quá trình nhiệt trong chu trình:

1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp

2-3 : làm mát hoàn toàn trong bình trung gian

3-4 : nén đoạn nhiệt cấp cao áp

4-5 : quá trình ngưng tụ trong bình ngưng 5-6 : quá trình môi chất lỏng tiết lưu đẳng entanpi qua van TL1 vào bìnhtrung gian; phần hơi có entanpi là i8 được hút về máy nén cao áp.

7-9 : quá trình tiết lưu đẳng entanpi từ ptg về p0 qua van TL2

Thuyết minh chu trình

Máy nén hạ áp hút hơi bão hòa khô có áp suất po, nhiệt độ to, thực hiệnquá trình ép nén đoạn nhiệt 1đến2, nhiệt độ tăng từ t1 = to đến t2, áp suất tăng từ po đến

ptg Miệng ống lỏng sụt thẳng xuống dưới mức lỏng ở bình trung gian, do đó được làmmát hoàn toàn xuống đến trạng thái bão hòa khô có nhiệt độ t3 Hơi ở trạng thái 3 đượcmáy nén cao áp hút về và nén lên trạng thái 4 có áp suất ngưng tụ pk nhiệt độ ngưng tụ t4

rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ Tại đây hơi môi chất được làm mát và ngưng tụ lạithành lỏng nhờ thải nhiệt cho môi trường làm mát (nước, không khí) làm cho nhiệt độgiảm từ t4 đến t5 (p = const) Môi chất tại điểm 5qua VTL1 thực hiện quá trình tiết lưu 5-

6, áp suất giảm từ pk xuống ptg và nhiệt độ giảm đến ttg Tại bình trung gian môi chất đượcchia làm hai nhánh

+ Nhánh 1: lỏng sôi đi qua van tiết lưu (TL2) để thực hiện quá trình giảm

áp từ áp suất ptg xuống áp suất po và nhiệt độ giảm xuống đến to.

+ Nhánh 2: lỏng sôi được giữ lại ở BTG để làm mát hơi quá nhiệt ở cấpnén hạ áp

Môi chất đi qua van tiết lưu TL2 vào thiết bị bay hơi Tại thiết bị bay hơi môi chấtlỏng thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh và bốc hơi trở về trạng thái hơi bão hòa khô

Do tổn thất nhiệt trên đường ống hút nên hơi môi chất trở thành trạng thái hơi quá nhiệttrước khi vào máy nén hạ áp

1.Xác định thông số tại các điểm của chu trình

 Điểm 1

Sử dụng phương pháp nội suy ta tìm được thông số tại điểm 2 :

Trạng thái hơi quá nhiệt: tk=400C ,Pk=15,315bar nên s3=s4=1,7583(kj/kgK)

Sử dụng phương pháp nội suy ta tìm được các thông số :

* Qk= G(i4-i5)=0,764(735,716-549,36)=142,367

* ɛ=

2,34616,567 26,057

0,7071 3600

V

m s x

Công suất đoạn nhiệt :

Nα = G(i4 – i3) = 0,764(735,716 – 701,61) = 26,075 (KW)

Hiệu suất chỉ thị :

1)Năng suất lạnh riêng: q0=i9 i1 687.38 491.82 195.56(kj  kg)

2) Lưu lượng hơi thực tế đi vào xi lanh:

0 1 0

5) Hệ số tổn thất không thấy được:

0.876

273 7

w tg

T T

a i i

N N

2

100.1126

12) Công suất hiệu dụng: N e N iN m17.03 10.01 27.04(  kw)

13)Công suất trên trục động cơ:

27.04

0.95

e tr

đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ, và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn củatoàn hệ thống lạnh Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả:

2.2 Phân loại

Thiết bị ngưng tụ có nhiều loại và nguyên lí làm việc cũng rất khác nhau Có thểphân loại thiết bị ngưng tụ theo nhiều đặc tính khác nhau: theo môi trường làm mát, theođặc điểm cấu tạo, theo đặc điểm đối lưu của không khí Trong phần này ta chỉ đi sâu vàonghiên cứu ưu và nhược điểm của từng loại để chọn ra thiết bị ngưng tụ thích hợp nhất vềyêu cầu kĩ thuật, kinh tế… cho hệ thống

1) Bình ngưng giải nhiệt bằng nước

1.1.2 Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độmôi trường

1.1.3 Cấu tạo chắc chắn, gọn và thích hợp lắp đặt trong nhà, suấttiêu hao kim loại nhỏ, độ thẩm mỹ cao

1.1.4 Dễ chế tạo, lắp đặt, vệ sinh và vận hành

1.1.5 Ít hư hỏng và tuổi thọ cao: do thường xuyên chứa nước nên

bề mặt trao đổi nhiệt hầu như không tiếp xúc với không khí, tốc độ ăn mòn diễn rachậm

 Nhược điểm

1.1.6 Đối với các nhà máy có hệ thống đông lạnh lớn thì sử dụngbình ngưng không phù hợp vì khi đó đường kính bình quá lớn, không đảm bảo antoàn

1.1.7 Chi phí đầu tư lớn vì khi sử dụng thiết bị bắt buộc phải trang

bị thêm hệ thống nước giải nhiệt gồm: tháp giải nhiệt, bơm nước giải nhiệt, đườngống…

1.1.8 Quá trình bám bẩn trên bề mặt đường ống khá nhanh, phảithường xuyên vệ sinh, xả cặn bẩn bằng hóa chất hoặc cơ khí

b) Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng

Hình 2.3 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng

 Ưu điểm

1.1.9 Hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn, phụ tải nhiệt của bình đạt

4500 W/m2 với ΔPt = 4÷5K, hệ số truyền nhiệt 800÷1000 W/m2K

1.1.10 Thích hợp cho hệ thống công suất trung bình và lớn, khônggian chật hẹp, phải bố trí bình ngưng ngoài trời

1.1.11 Khả năng bám bẩn ít do các ống trao đổi nhiệt đặt đứng1.1.12 Lỏng môi chất và dầu chảy ra ngoài thuận lợi, thu hồi dầu dễdàng, do đó bề mặt trao đổi nhiệt được giải phóng nhanh

 Nhược điểm

1.1.13 Chế tạo, vận chuyển, lắp đặt, vận hành khá phức tạp1.1.14 Lượng nước tiêu thụ lớn nên chỉ thích hợp ở nơi dồi dàonguồn nước

c) Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống

Được sử dụng rộng rãi trong các máy lạnh nhỏ, đặc biệt là các máy điềuhòa không khí công suất trung bình Thiết bị gồm 2 ống đồng lồng vào nhau vàcuộn lại cho gọn Nước chuyển động bên trong ống, môi chất lạnh chuyển độngngược lại ở phần không gian giữa các ống

 Ưu điểm: hiệu quả trao đổi nhiệt lớn, thiết bị nhỏ gọn

 Nhược điểm: chế tạo tương đối khó khăn, lưu lượng môi chất nhỏ do chỉ

chuyển động vào ra một ống duy nhất Do đó thiết bị chỉ thích hợp đối với hệthống nhỏ và trung bình

d) Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản

Cấu tạo có đặt trưng là gợn sóng được dập trên các tấm kim loại có tácdụng làm rối dòng chuyển động của môi chất và như vậy tăng hệ số truyền nhiệt

2) Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và không khí

a) Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi

 Ưu điểm

1.1.20 Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất có thể thiết kế rất lớn1.1.21 Ít tiêu tốn nước vì nước được sử dụng theo kiểu tuần hoàn1.1.22 An toàn, dễ chế tạo, vận hành và sửa chữa

 Nhược điểm

1.1.23 Năng suất lạnh riêng nhỏ nên suất tiêu tốn vật liệu khá lớn

1.1.24 Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước

và không khí nên bị ăn mòn mạnh Buộc phải nhúng kẽm nóng chống ăn mòn

1.1.25 Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào khí hậu và thay đổi theomùa trong năm

1.1.26 Chỉ thích hợp lắp đặt ngoài trời

b) Dàn ngưng kiểu tưới

 Ưu điểm

1.1.27 Hiệu quả trao đổi nhiệt cao

1.1.28 Suất tiêu hao kim loại nhỏ, giá thành rẻ do không sử dụng cácthiết bị phụ như khung đỡ, bao che

1.1.29 Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, có thể sử dụng nước bẩn do dànống để trần, rất dễ vệ sinh, thích hợp cho nông thôn

1.1.30 So với bình ngưng ống vỏ, tiêu hao nước không lớn, lượngnước bổ sung chỉ khoảng 30% lượng nước tuần hoàn

1.1.38 Hiệu quả trao đổi nhiệt phụ thuộc nhiều vào khí hậu

2.3 Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ

3.4.3.1 Điều kiện làm việc của thiết bị

- Phụ tải nhiệt bình ngưng:

Qk = 142,367 kW

- Nhiệt độ nước làm mát bình ngưng:

tw1 = 200C

tw2 = tw1 + tW = 20 + 5 = 250C Hiệu nhiệt độ nước làm mát: ΔPtw = = 50C

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: m 40C

Từ công thức:

1 1 2ln

w m

- Chọn tốc độ nước trong bình ngưng ωw = 1,6 m/s, nhiệt độ trung bình trong bình ngưng

G n

d  





x n

Chọn n1 = 14 ống, tốc độ nước thay đổi không đáng kể

- Xác định hệ số tỏa nhiệt αi từ vách trong của ống tới nước làm mát:

6 w

Hình 3.2 Trường nhiệt độ trên ống ngưng tụ nằm ngang

Gọi hiệu nhiệt độ trung bình logarit m là hiệu nhiệt độ tk – twtb và ΔPtv là độ chênh nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ ngưng tụ và vách ngoài ΔPtv = tk – tv ta có:

2132,181

1

26.104784,6

i i

3 w

0,75

k tr

Q m

q s d k



với s – bước ống ngang; s = 1,3xdng = 1,3.0,025 = 0,0325

k=l/Di = 8 – tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong của than

Chọn m = 14 ống Đây cũng là số ống theo chiều ngang nz

Hệ số tỏa nhiệt về phía môi chất đối với hơi R22 ngưng trên ống trơn nằm ngang:

qa = α2 t v0,25

 = 3051,5 Δtt v 0 ,75

Hệ phương trình xác định mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt trong ống:

 w

0 ,75

2132,18 43051,5

n = 0,75.(m2 -1)+ 1 = 0,75(142 -1)+ 1 = 147 ống

- Số đường nước: z= 1

14710,514

Q F q

và hiệu quả làm lạnh Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian

làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng không đảm bảo Ngược lại khi diện tích trao đổi nhiệtquá lớn so với yêu cầu thì chi phí đầu tư cao, độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn gây tăngcông suất nén do nhiệt độ cuối quá trình nén cao

2.1.2 Bình bay hơi frêon: có 2 loại là môi chất sôi ngoài ống vàtrong ống Trong đó, loại môi chất sôi trong ống thường được sử dụng để làm lạnhcác môi chất có nhiệt độ đóng băng cao như nước trong hệ thống water chiller

 Dàn lạnh panen

Dàn lạnh panen thường dùng để làm lạnh các chất lỏng trong chu trình

hở Dàn gồm hai ống góp lớn nằm phía trên và phía dưới, được nối bởi các ống traođổi nhiệt dạng thẳng và trơn Môi chất đi vào ống góp lớn và đi ra ống góp trên,chuyển động và sôi trong ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động ngang qua ống

Nhược điểm của dàn lạnh pannen ống thẳng là quảng đường của môichất quá ngắn và kích thước cồng kềnh

 Dàn lạnh xương cá

Dàn lạnh xương cá sử dụng phổ biến trong hệ thống làm lạnh nước hoặcnước muối, cấu tạo giống dàn lạnh panen nhưng các ống trao đổi nhiệt được uốncong

 Dàn lạnh tấm bản

Dùng làm lạnh nhanh các chất lỏng như dịch đường và glicol trong côngnghiệp bia Nhược điểm là chế tạo rất phức tạp, chỉ các hãng nổi tiếng mới có khảnăng, do đó khi hư hỏng không có vật tư thay thế

b) Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí

 Dàn lạnh đối lưu tự nhiên

Dàn lạnh đối lưu tự nhiên không dùng quạt được dùng để làm lạnhkhông khí trong các buồng lạnh Dàn có thể lắp đặt áp trần hoặc áp tường, ống traođổi nhiệt là ống trơn hoặc ống có cánh bên ngoài Cánh tản nhiệt là cánh thẳng hoặccánh xoắn Nhược điểm của dàn lạnh đối lưu tự nhiên là hiệu quả trao đổi nhiệt thấpnên ít được sử dụng

 Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức

Dàn lạnh đối lưu không khí cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi trongcác hệ thống lạnh để làm lạnh không khí như kho lạnh, thiết bị cấp đông, hệ thốngđiều hòa không khí…

Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức có hai loại: loại ống đồng và ống sắt.Thường các dàn được làm cánh nhôm hoặc cánh sắt Dàn lạnh có vỏ bao bọc, lồngquạt, ống khuếch tán gió, ống xả nước ngưng Việc xả nước ngưng thường được thựchiện bằng điện trở xả băng Mỗi dàn có từ 1 đến 6 quạt, hút không khí chuyển độngqua các dàn

Với dàn lạnh ống trơn NH3 có k = 35÷43 W/m2K, frêon có k = 12 W/

m2K

.3 Tính toán thiết kế thiết bị bay hơi

Giả thiết nhiệt độ hiệu của nhiệt độ vào và ra của muối là 4 k

t t

+ Khối lượng riêng  1232 kg/m3

+ Nhiệt dung riêng Cp= 2,767 KJ/Kg.K

d C P t



Chọn 16 ống , khi đó tốc độ thực của nước muối là

3

6,8

54331







= 8,3.10-3 m2K/WMật độ dòng nhietj phía môi chất lạnh qui đổi theo bề mặt trong

0,02

a bi

i

F q

Chiều dài vỏ ống : l = kD =7.0,52 = 3,64 m chon 4 m

Chùm ống được biểu diển theo các đỉnh của một tam giác đều và dọc theo các cạnh của hình lục giác với bước ống là:

tr

F n

tr tr

F n

Chọn thong số m =15 với điều kiện là bỏ trống phần trên của binh bốc hơi Như vậy, đường kính mặt ngoài là:

D= ms = 15 0,0325 = 0,4875 m

4 Van tiết lưu