Xây dựng phần mềm thiết kế máy lạnh hấp thụ h2o libr

Chu trình máy lạnh thể hiện trên đồ thị h-c như hình vẽ 8 cw kp0p 0 h kp Hình 1.7 Đồ thị h-c của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect • Quá trình phát sinh Điểm 2 dung dịch H2O-LiBr

-o0o -

HOÀNG AN QUỐC

XÂY DỰNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ

Chuyên Ngành: Công Nghệ Nhiệt

Mã Số: 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM, ngày … tháng… năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: HOÀNG AN QUỐC Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13-05-1974 Nơi sinh: Quảng Bình

Chuyên ngành: Công nghệ Nhiệt Mã số: 60.52.80

I TÊN ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG PHẦN MỀM THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP THỤ H 2 O-LiBr

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Đại cương về máy lạnh hấp thụ

2 Cơ sở lý thuyết tính toán máy lạnh hấp thụ

3 Xây dựng phần mềm tính toán

4 Thí nghiệm trên máy vi tính

5 Đánh giá kinh tế và tính toán áp dụng

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 09-02-2004

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09-07-2004

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1:

VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày tháng năm 2004 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

( Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh luận văn)

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

HOÀNG AN QUỐC

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất đến PGS.TS Lê Chí Hiệp đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng quý giá cho nội dung luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến PGS.TS Hoàng Đình Tín, TS Lê Xuân Hòa đã có nhiều ý kiến đóng góp cho việc hoàn thành nội dung khoa học của luận văn

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô và anh em trong Bộ môn Công nghệ Nhiệt – Điện lạnh trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tác giả góp phần vào sự thành công của luận văn

Thành công của luận văn còn thể hiện biết ơn sâu sắc đến những người thân, thương và bạn bè đồng nghiệp đã hỗ trợ và động viên tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

bởi nó có thể sử dụng nhiệt năng (không phải là điện năng), do đó nó có khả năng tận dụng được nhiệt thải hoặc năng lượng tái tạo Ngoài ra việc sử dụng dung dịch H2O-LiBr trong máy lạnh hấp thụ thay cho các môi chất lạnh như HCFC hoặc HFC nhằm hạn chế được tình trạng phá huỷ tầng Ozne và giảm nguy cơ gây

ra hiệu ứng nhà kính

Nội dung của quyển luận văn này đã trình bày nguyên lý hoạt động của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect và Doubl Effect, mô tả một số mô hình toán học để tính toán nhiệt động và truyền nhiệt của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Trên cơ sở đó, tác giả đã xây dựng được phần mềm tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect và Double Effect với những phương án cấp nhiệt, giải nhiệt và cấp dịch khác nhau

Luận văn đã tiến hành thí nghiệm trên máy vi tính để đưa ra biện pháp vận hành tối ưu nhằm nâng cao hiệu suất nhiệt của hệ thống, khảo sát được sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến nồng độ dung dịch loãng, ảnh hưởng của nhiệt độ nước cần làm lạnh và nhiệt độ nước giải nhiệt đến hệ số hiệu quả (COP) của máy lạnh hấp thụ Từ việc phân tích kinh tế-kỹ thuật, tác giả đã đề xuất được phương án lựa chọn cho một số ứng dụng cụ thể ở Việt Nam

Luận văn đã đánh giá kinh tế của các hệ thống thu hồi nhiệt thải cung cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ, tính toán vốn đầu tư và giá vận hành, thời gian chênh lệch thu hồi vốn của máy lạnh hấp thụ và máy lạnh máy nén hơi cho các năng suất lạnh khác nhau Luận văn cũng đã tính toán tận dụng nhiệt thải từ động cơ máy phát điện diesel của nhà máy điện AMATA Biên Hòa Đồng Nai để vận hành máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr

Những kết quả của luận văn có thể dùng để tham khảo trong việc chọn lựa phương án thiết kế và điều kiện vận hành của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr ở Việt Nam

can be operated on waste heat or renewable energies In addition, the use of water-lithium bromide solution instead of refrigerants such as HCFC or HFC to limit the ozone depletion potential (ODP) and reduce the global warming potential (GWP)

The objectives of this thesis include an introduction to working principle of Single Effect and Double Effect water-lithium bromide absorption chillers Author has established a mathematical model to calculate the thermodynamic and heat transfer of a water-lithium bromide absorption chiller The computer software for calculate and design water-lithium bromide absorption chiller based

on the model is developed with various heat supply, cooling and solution supply Computational experiments were done to find out the optimum operational option for water-lithium bromide absorption chiller to improve the coefficient of performance (COP) The study reported that theoretically the effect of chilled water and cooling water on the coefficient of performance (COP) of the Single Effect and Double Effect absorption chiller is investigated From the analysis of technical and economic characteristics, author has promoted the options for some specific applications in Vietnam

Thesis has also evaluated the economic of systems using waste heat to operate absorption chiller Evaluation of the capital, operating costs and differential payback for a water-lithium bromide absorption chiller and a conventional chiller has been done with a various cooling capacity The calculation of waste heat recovery from diesel engines of AMATA BIEN HOA DONG NAI Power Plant for a water-lithium bromide absorption chiller has been also done

The result of this thesis can be used as guide in choosing operational conditions or designing a water-lithium bromide absorption chiller in Vietnam

MỞ ĐẦU

1.1 Tình hình sử dụng máy lạnh trên thế giới và Việt Nam 1

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu 3 1.3 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr 3 1.3.1 Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect 7

1.3.2 Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Double Effect 11

2.2 Tính toán nhiệt của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect 27

2.2.3 Tính toán lưu lượng bơm và suất tiêu hao nhiên liệu 36 2.3 Tính toán nhiệt máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Double Effect 38 2.3.1 Máy lạnh hấp thụ Double Effect cấp dịch nối tiếp 38 2.3.2 Máy lạnh hấp thụ Double Effect cấp dịch song song 44 Chương 3 - XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN 47

3.2 Thiết kế giao diện người sử dụng 48

Chương 4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN 56 4.1 Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect: 56 4.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến COP 56 4.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ cần làm lạnh đến COP 57 4.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến

4.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến COP 61

4 3 Đánh giá độ tin cậy của phần mềm 62

Chương 5 - TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ ÁP DỤNG 68

5.2 So sánh giá của máy lạnh hấp thụ với máy lạnh máy nén hơi 76

5.3 Tính toán áp dụng cho nhà máy điện AMATA 83

Phụ lục 1: PHẦN MỀM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LẠNH

Phụ lục 2: PHẦN MỀM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY LẠNH

Phụ lục 4: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC

Phụ lục 5: BẢNG BÁO GIÁ CỦA NHÀ SẢN XUẤT 132 Phụ lục 6: BẢNG BÁO GIÁ CỦA CÔNG TY HEXA THAILAND

bình bay hơi nhiệt dung riêng nồng độ của dung dịch, nhiệt dung riêng hệ số hiệu quả của MLHT

bình hấp thụ đường kính, độ chứa hơi bơm dung dịch

diện tích bề mặt trao đổi nhiệt gia tốc trọng trường

khối lượng thiết bị trao đổi nhiệt enthalpy

suất thu hồi vốn nội bộ hệ số truyền nhiệt máy lạnh hấp thụ suất tiêu hao hơi gia nhiệt giá trị hiện tại ròng

áp suất tuyệt đối nhiệt lượng nhiệt ẩn hoá hơi, lãi suất chiếu khấu entropy

nhiệt độ nhiệt độ bão hoà ứng với áp suất p thiết bị trao đổi nhiệt

nội năng

thiên nhiên, thuỷ điện… thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng Vấn đề sử dụng năng lượng sao cho hiệu quả đang là một thách thức lớn đối với các nhà khoa học và sản xuất Hiện nay, xu hướng tận dụng nhiệt thải từ các nhà máy công nghiệp như nhà máy dệt, nhà máy sấy, nhà máy điện … đang là xu hướng toàn cầu hóa

Song song với vấn đề trên, tình trạng ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính và tình trạng phá hủy tầng Ozone do các chất thải ra từ các nhà máy cũng đang là vấn đề cấp bách hàng đầu cho các nhà khoa học Đã có các cuộc họp quốc tế như hội nghị Kyoto diễn ra gần đây với qui mô lớn của các quốc gia hàng đầu về công nghệ để đi đến vấn đề giảm thiểu lượng khí CO2 thải ra hàng năm nhằm giảm mức độ hủy hoại tầng Ozone và làm chậm lại tốc độ gia tăng hiệu ứng nhà kính Chính vì lý do đó, nhu cầu về nguồn năng lượng sạch, công nghiệp sạch cũng là một giải pháp hướng đến trong tương lai gần, như các nguồn năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng gió, năng lượng thủy triều… đang được nghiên cứu và phát triển rộng rãi tại nhiều quốc gia tiên tiến trên thế giới

Đối với Việt Nam chúng ta hiện nay, việc áp dụng công nghệ sạch vào công nghiệp còn khá ít, tuy nhiên trong tương lai gần theo xu thế phát triển chung của thế giới thì việc phải thực hiện các giải pháp sạch và xanh trong sản xuất và trong sinh hoạt là điều tất yếu phải xảy ra

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp thì nhu cầu về làm lạnh và điều hòa không khí cũng đang là một ngành công nghiệp đóng vai trò then chốt, công nghệ làm lạnh và điều hòa không khí tham gia vào tất cả các quá trình công nghệ sản xuất và đời sống sinh hoạt Hiện nay tình trạng sử dụng các loại tác nhân lạnh clorofluorocarbons (CFCs) trong công nghệ làm lạnh và điều hòa không khí là nguyên nhân chính gây ra tình trạng phá hủy tầng Ozone đang được loại bỏ dần để thay thế các loại tác nhân lạnh sạch hơn, đồng thời việc sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng hiện có là vấn đề hàng đầu của các nhà thiết kế và sản xuất

Chu trình máy lạnh hấp thụ đã đưa ra một giải pháp cho vấn đề trên, tránh được việc sử dụng tác nhân lạnh CFCs hơn nữa nó có thể hoạt động bằng năng lượng nhiệt thải hoặc những năng lượng tái tạo khác làm giảm nhu cầu điện năng Chính vì lý do đó mà máy lạnh hấp thụ ngày càng lôi cuốn sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới và có nhiều tác giả đã nghiên cứu về máy lạnh hấp

cứu áp dụng máy lạnh hấp thụ sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, Christen (1977:123) đã phát triển máy lạnh hấp thụ sử dụng nước nóng…

Có nhiều loại máy lạnh hấp thụ, nhưng trên thị trường thế giới hiện đang có hai loại chính đó là máy lạnh hấp thụ NH3-H2O và máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Trong quyển luận văn này, chúng tôi chỉ tập trung nghiên cứu về máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr sử dụng các nguồn nhiệt khác nhau để có thể từng bước đưa vào sử dụng hiệu quả trong lĩnh vực điều hòa không khí ở Việt Nam

Chương 1- TỔNG QUAN

1.1 Tình hình sử dụng Máy lạnh hấp thụ trên thế giới và ở Việt Nam

Máy lạnh hấp thụ được nghiên cứu bởi một người Pháp tên là Ferdinad Carre vào giữa thế kỷ 19 và Bằng sáng chế đầu tiên về làm lạnh hấp thụ được cấp vào năm 1859, hệ thống máy lạnh hấp thụ đầu tiên được ra đời vào năm 1860 Nó được phát triển tại Mỹ vào những thập niên 60 và 70, và sau đó là phát triển mạnh mẽ ở Nhật Bản, Trung Quốc, Nga, Hàn Quốc Ngày nay máy lạnh hấp thụ đang ngày càng phổ biến hơn ở những nước phát triển Các máy lạnh hấp thụ lớn, hiệu suất cao, sử dụng dung dịch H2O-LiBr hiện đang thống trị thị trường máy điều hòa nhiệt độ Nhật Bản và Mỹ

Ngày nay sản phẩm máy lạnh hấp thụ được hầu hết các hãng chế tạo máy lạnh danh tiếng trên thế giới cung cấp cho thị trường Sản phẩm này rất đa dạng về mặt cấu tạo, chủng loại tùy thuộc vào nguyên lý, mục đích sử dụng, năng lượng cung cấp v.v… Các sản phẩm máy lạnh hấp thụ trên thị trường hiện nay có công suất từ 10 tấn lạnh cho đến 1600 tấn lạnh (35kW đến 5600kW) chủ yếu được sản xuất bởi các hãng máy lạnh nổi tiếng trên thế giới như: Trane, York, Sanyo, Carrier, Mycom, McQuay, Shandong, Shijiazhuang v.v… Với mỗi loại sản phẩm máy lạnh hấp thụ này có những đặc thù riêng về tính năng, cấu tạo các chi tiết Các bí quyết về công nghệ đã tạo ra những thế mạnh khác nhau của từng hãng

Nhìn chung các sản phẩm máy lạnh hấp thụ trên thị trường thế giới hiện nay rất đa dạng và phong phú như một số sản phẩm sau:

- Máy lạnh hấp thụ Single-Effect, đốt gián tiếp (sử dụng hơi hoặc nước

nóng) Model 16JB có năng suất lạnh từ 108 đến 680 tấn lạnh (380 – 2392kW) là sản phẩm của hãng Carrier

Hình 1.1: MLHT Single Effect đốt gián tiếp

- Máy lạnh hấp thụ Double-Effect, đốt trực tiếp (bằng gas hoặc dầu) Model

ABDL có năng suất lạnh từ 100 đến 1100 tấn lạnh (350 – 3850kW) là sản phẩm của hãng Trane

Hình 1.2: MLHT Double Effect H2O-LiBr đốt trực tiếp

- Máy lạnh sử dụng năng lượng mặt trời: loại thiết bị này ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế, tuy nhiên các hệ thống này vẫn chưa được thương mại hoá và sử dụng rộng rãi vì giá thành còn rất cao và hơn nữa các bộ thu dùng trong các hệ thống này chủ yếu là bộ thu phẳng với hiệu suất còn thấp (dưới 45 %) nên diện tích lắp đặt bộ thu rất lớn do đó chưa phù hợp với yêu cầu thực tế

Hình 1.3: MLHT sử dụng năng lượng mặt trời

Ở Việt Nam, do giá thành quá đắt nên MLHT chưa được sử dụng nhiều, việc tính toán thiết kế MLHT chưa được đề cập đến Hiện tại, có hai khách sạn năm sao ở Tp Hồ Chí Minh dùng các tủ tạnh hấp thụ ELECTROLUX gas NH3 chạy bằng dây điện trở, Khoa Công nghệ Nhiệt-Điện lạnh trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng có một MLHT NH3-H2O phục vụ cho việc nghiên cứu thí nghiệm, còn hệ thống điều hòa không khí trung tâm thì có các nhà máy như Công ty dệt Việt Thắng, nhà máy bột ngọt VEDAN, nhà máy điện Hiệp Phước, Công ty Honda

Vĩnh Phú, Siêu thị Cora Đồng Nai… dùng máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr đốt dầu, khí đốt hoặc tận dụng nhiệt khói thải của cụm máy phát điện…

1.2 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Vấn đề nghiên cứu thiết kế, ứng dụng MLHT sử dụng nguồn nhiệt nào là hợp lý đã và đang được các nhà nghiên cứu trên thế giới cũng như các nhà nghiên cứu của Việt Nam quan tâm Tuy nhiên việc sử dụng các bảng và đồ thị để tra các thông số theo phương pháp cổ điển gặp rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian

Để giải quyết những vướng mắc trên, mục tiêu của luận văn này chúng tôi thiết kế một phần mềm tính toán thiết kế MLHT H2O-LiBr Single Effect và Double Effect với nhiều phương án cấp nhiệt và làm mát khác nhau nhằm giúp cho người sử dụng chọn lựa phương án phù hợp và đạt hiệu quả nhất

Để đạt được mục tiêu đã đề ra ở trên của luận văn thì phương pháp nghiên cứu cụ thể là:

- Nghiên cứu lý thuyết về MLHT H2O-LiBr để tính toán thiết kế hai loại Single Effect và Double Effect

- Xây dựng phần mềm tính toán cho hai loại MLHT trên

- Tiến hành thí nghiệm trên máy vi tính để đưa đến phương án cấp nhiệt và chế độ làm việc tối ưu của hệ thống

- Tiến hành phân tích kinh tế cho hệ thống

1.3 Tổng quan về máy lạnh hấp thụ

Khác với máy lạnh máy nén hơi, năng lượng sử dụng cho MLHT chủ yếu là nhiệt năng và môi chất sử dụng cho MLHT dung dịch của hai chất thuần khiết khác nhau, yêu cầu của chúng là không tác dụng hoá học với nhau và có nhiệt độ sôi khá cách biệt nhau khi ở cùng điều kiện áp suất Hai chất thuần khiết trong dung dịch này thì một chất đóng vai trò là tác nhân lạnh còn chất kia là dung môi đóng vai trò là chất hấp thụ

Dưới đây là bảng trình bày một vài dung dịch có thể sử dụng được trong các hệ thống MLHT Trong số các dung dịch trong bảng thì loại được sử dụng phổ biến hơn hết là hai cặp dung dịch NH3-H2O và H2O-LiBr Do các tính chất của nhiệt động đặc trưng của từng loại dung dịch thì trong MLHT người ta sử dụng dung dịch NH3-H2O khi cần làm lạnh dưới 0 0C và sử dụng dung dịch H2O-LiBr khi cần làm lạnh trên 0 0C Còn một điểm khác biệt nữa của hai hệ thống MLHT này là áp suất làm việc của hệ thống sử dụng dung dịch NH3-H2O là khá cao; còn

đối với dung dịch H2O-LiBr thì thường là áp suất âm và tùy theo một vài chu trình thì có thể làm việc với áp suất dương, nhưng nói chung không cao lắm Chính vì thế với hai loại máy lạnh hấp thụ này thì kết cấu của chúng cũng sẽ khác nhau nhiều Nhưng với yêu cầu đặt ra của luận văn này chúng tôi chỉ chủ yếu đề cập đến MLHT làm việc với dung dịch H2O-LiBr

NH4SCN LiNO3

NaI-NaSCN HO(CH2)4OH

H2O LiCl

H2O LiCl LiBr ZnBr2

LiBr-ZnBr2

LiI-ZnBr2

LiBr

LiCl LiI CaCl2

LiBr-LiCl LiBr-LiSCN LiBr-ZnBr2-CaBr2

LiBr-C2H6O2

LiCl-CaCl2

LiCl-LiNO3

LiCl-CsCl LiCl-Ca(NO3)2

CaCl2-MgCl2-KCl LiCl-CaCl2-Mg(NO3)2

• Đặc tính của dung dịch H2O-LiBr

LiBr ở dạng tinh thể không màu gần giống như NaCl, nếu không ngậm nước thì nóng chảy ở nhiệt độ 549 0C và sôi ở nhiệt độ 1265 0C, tính chất hoá học ổn định ở điều kiện khí trời không biến chất, không phân giải

LiBr hoà tan vào trong nước và tạo thành dung dịch H2O-LiBr Nồng độ dung dịch lớn nhỏ dựa trên cơ sở tính theo phần trăm khối lượng LiBr có trong dung dịch Ví dụ: có G1 kg LiBr hoà tan vào G2kg nước thì khối lượng của dung dịch là G1+G2và nồng độ dung dịch được tính theo công thức:

% 100

2 1

+

=

G G

G c

Dung dịch H2O-LiBr là một chất lỏng nhưng nó khác với chất lỏng thuần khiết, ví dụ ở áp suất khí quyển 1 bar thì nước sôi ở nhiệt độ 100 0C, nhưng cũng

ở áp suất khí quyển 1 bar thì nhiệt độ bão hòa của dung dịch H2O-LiBr thay đổi tuỳ theo nồng độ, cụ thể nồng độ của dung dịch lần lượt là 40 %, 50 %, 60 % thì nhiệt độ bão hòa tương ứng là 113 0C, 130 0C, 150 0C

- Nếu ở cùng nhiệt độ bão hòa so với nước thuần khiết thì phân áp suất của hơi nước trong dung dịch rất nhỏ so với áp suất nước thuần khiết, do đó dung dịch H2O-LiBr có tính hút nước rất mạnh

- Nhiệt độ bão hòa của dung dịch có quan hệ với áp suất và nồng độ

) , (p c

Đường kết tinh

Nhiệt độ dung dịch

còn được gọi là giản đồ Duhring Trục hoành của đồ thị biểu diễn nhiệt độ của

dung dịch, trục tung biểu diễn áp suất và nhiệt độ bão hòa tương ứng của hơi

nước Các giá trị áp suất trên trục tung được chia theo thang chia logarithm Ở

một số trường hợp, các giá trị này có thể được bố trí trên đường nằm nghiêng song song với đường c = 0 % để dễ đọc Quan sát đồ thị log p-t ở hình 1.4, ta thấy

ở phía dưới đồ thị, về phía phải, có đường kết tinh Điều này có nghĩa là, ứng với dung dịch có trạng thái ban đầu nào đó, nếu áp suất giảm và nhiệt độ tăng đến một mức giới hạn thì dung dịch mất đi tính đồng thể, có nghĩa là một bộ phận dung dịch sẽ bị kết tinh lại

• Đồ thị entanpi dung dịch-nồng độ (đồ thị h-c)

Hình 1.5 Đồ thị h-c của dung dịch H2O-LiBr Đồ thị này cho biết mối quan hệ giữa entanpi, nồng độ, nhiệt độ và áp suất của dung dịch Đối với dung dịch bão hòa, nếu biết hai thông số thì có thể xác định hai thông số còn lại, đồ thị này rất quan trọng khi phân tích về máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr

Đồ thị phân thành 2 phần:

- Đường phía dưới (phần dưới) là đường cong trạng thái dung dịch sôi

- Phần trên đường phụ trợ đẳng áp hơi nước tương ứng với dung dịch cân bằng

Dựa theo nguyên lý làm việc của MLHT H2O-LiBr người ta chia chúng ra làm 4 loại:

1.3.1 Máy lạnh hấp thụ Single Effect

Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect được trình bày ở Hình 1.6 Trong sơ đồ này, ta gọi A là bình phát sinh (Generator), B là bình

ngưng tụ (Condenser), C là bình bay hơi (Evaporator), D là bình hấp thụ

(Absorber), HE là thiết bị trao đổi nhiệt và E là bơm dung dịch

Nước làm mát

Nước cần làm lạnh

Bơm chân không

Nước làm mát

Ống chóng kết tinh HE

D

Ống giảm áp

Hơi gia nhiệt

C

A B

Hình 1.6 Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Single Effect

Quá trình thực hiện của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr dựa vào đặc tính của dung dịch H2O-LiBr ở nhiệt độ thấp nó hấp thụ hơi nước rất mạnh, còn ở nhiệt độ cao lại giải phóng hơi nước đã hấp thụ Dựa vào đặc tính này để hoàn thành chu trình công tác

Dung dịch loãng trong bình hấp thụ D được bơm qua HE vào bình phát sinh A, dung dịch được hơi nước gia nhiệt, vì nước có nhiệt độ sôi rất thấp so với LiBr do đó dung dịch loãng được gia nhiệt đến nhiệt độ nhất định Hơi tác nhân lạnh ở trạng thái quá nhiệt bay ra từ bình phát sinh vào bình ngưng tụ B được làm mát bằng nước giải nhiệt và ngưng tụ thành lỏng tác nhân lạnh

Lỏng tác nhân lạnh đi qua ống tiết lưu chữ U vào bình bay hơi C và được bơm lên phun thành giọt nhỏ trên bề mặt chùm ống bay hơi

Nước tác nhân lạnh hấp thụ nhiệt của nước cần làm lạnh và bay hơi, hơi tác nhân lạnh đi qua tấm chắn phân ly nước rồi đi xuống bình hấp thụ D Dung dịch trung gian trong bình hấp thụ được bơm đẩy phun giọt nhỏ để hấp thụ hơi tác

nhân lạnh và trở thành dung dịch loãng, trong quá trình hấp thụ có sản sinh ra nhiệt nên cần phải làm mát cho bình hấp thụ

Chu trình máy lạnh thể hiện trên đồ thị h-c như hình vẽ

8

cw

kp0p

0

h

kp

Hình 1.7 Đồ thị h-c của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect

• Quá trình phát sinh

Điểm 2 dung dịch H2O-LiBr có nồng độ loãng cw, áp suất po, nhiệt độ t2 biểu thị trạng thái dung dịch sau khi đi ra khỏi bình hấp thụ Khi qua bơm cấp dịch áp suất tăng lên đến áp suất pk đẩy vào HE, trong điều kiện đẳng áp nó là điểm 7, nồng độ không đổi, nhiệt độ tăng từ t2 đến t7 Đường 2-7 trên đồ thị biểu thị quá trình nhận nhiệt của dung dịch loãng trong HE Dung dịch loãng cấp vào bình phát sinh A là ở trạng thái 7, tại bình A dung dịch loãng được hơi công tác gia nhiệt làm tăng nhiệt độ từ t7 lên đến nhiệt độ t5 ứng với áp suất pk và bắt đầu sôi, nước tác nhân lạnh trong dung dịch không ngừng bay hơi, áp suất không đổi, nồng độ từ cw biến đổi thành dung dịch đậm đặc có nồng độ cs,nhiệt độ tăng dần từ t5 đến t4 Đường 7-5-4 biểu thị quá trình gia nhiệt và phát sinh trong bình phát sinh Trạng thái hơi tác nhân lạnh dùng giá trị trung bình của điểm đầu (đểm 5’) và điểm cuối (điểm 4’) tức là điểm 3’

• Quá trình ngưng tụ

Hơi tác nhân lạnh bay ra từ bình phát sinh (điểm 3’) đi vào bình ngưng tụ ở áp suất pk=const, hơi ở bề mặt ngoài chùm ống ngưng tụ thành nước tác nhân lạnh (điểm 3), đường 3’-3 là biểu thị quá trình ngưng tụ trong bình ngưng tụ

• Quá trình bay hơi

Nước tác nhân lạnh chảy qua ống chữ U tiết lưu, áp suất giảm xuống áp suất

po rồi đưa vào bình bay hơi Do áp suất giảm xuống, một phần tác nhân lạnh sôi thành hơi tác nhân lạnh ở trạng thái 1’, đa số lượng nước chưa sôi còn nằm trong bình ở trạng thái 1, nhờ bơm tuần hoàn bơm lên phun thành giọt nhỏ chảy thành màng mỏng trên chùm ống nước cần làm lạnh, nó lấy nhiệt từ nước cần làm lạnh để sôi và bay hơi từ trạng thái 1 đến trạng thái 1’ Đường 1-1’ biểu thị quá trình bay hơi trong bình bay hơi

• Quá trình hấp thụ

Dung dịch đậm đặc từ bình phát sinh ở trạng thái 4 có áp suất pk, nhiệt độ t4, nồng độ đậm đặc ca dưới tác dụng của trọng lực và sự chênh áp suất từ bình phát sinh chảy qua HE, truyền nhiệt lượng cho dung dịch loãng, nhiệt độ giảm dần xuống điểm 8

Đường 4-8 biểu thị quá trình trao đổi nhiệt của dung dịch đậm đặc trong HE Hỗn hợp dung dịch loãng ở trạng thái 2 và dung dịch đậm đặc ở trạng thái 8 hình thành dung dịch có nồng độ trung gian ở trạng thái 9 (nồng độ ci và nhiệt độ

t9), nó được bơm phun thành giọt nhỏ đều trên bề mặt ngoài chùm ống hấp thụ Dung dịch trung gian sau khi vào bình hấp thụ nhanh chóng biến thành trạng thái

10 Do liên tục hấp thụ hơi tác nhân lạnh từ bình bay hơi đến, nồng độ dung dịch trung gian ci trở thành dung dịch loãng có nồng độ cw, nhiệt độ từ t10 giảm xuống

t2

Đường 8-9 và 2-9 biểu diễn quá trình hỗn hợp, đường 10-2 biểu diễn quá trình hấp thụ đẳng áp trong bình hấp thụ Giả sử dung dịch loãng cấp vào bình phát sinh là Ga (kg) nồng độ là cw, sau khi được gia nhiệt (bằng hơi nóng) trong bình phát sinh, sản sinh ra hơi tác nhân lạnh là D (kg) như vậy ta có (Ga-D) kg biến thành dung dịch đậm đặc cs cấp vào bình hấp thụ

Căn cứ vào định luật bảo toàn vật chất thì khối lượng LiBr trong dung dịch đậm đặc đến từ bình phát sinh phải bằng khối lượng dung dịch LiBr trong dung dịch loãng từ bình hấp thụ vào bình phát sinh, tức là:

a

c × = − ×

chia cả hai vế cho D ta có:

s a

cs-cw được gọi là phạm vi thoát khí

Trong bình hấp thụ, để hấp thụ 1 kg hơi tác nhân lạnh, thực tế phải phun (giọt nhỏ) là (a-1) kg dung dịch đậm đặc ở điểm 8 và f kg dung dịch loãng ở điểm

2 dù nồng độ dung dịch trung gian có giảm một chút, nhưng do tăng mật độ phun giọt, do đó tăng hiệu quả hấp thụ

f: được gọi là bội suất tái tuần hoàn của dung dịch loãng của bình hấp thụ Thông thường chọn f =20÷50, tức là hấp thụ 1 kg hơi tác nhân lạnh thì trong (a-1) kg dung dịch đậm đặc phải cho thêm 20 ÷ 50 kg dung dịch loãng Trên thực tế do tồn tại trở lực lưu động, hơi tác nhân lạnh đi qua tấm chắn, áp suất có giảm xuống Trong bình phát sinh, áp suất bình phát sinh pg phải lớn hơn áp suất ngưng tụ pk, trong điều kiện nhiệt độ gia nhiệt không thay đổi sẽ dẫn đến sự giảm nồng độ dung dịch đậm đặc, đồng thời do ảnh hưởng của cột chất lỏng dung dịch không đổi làm cho nồng độ của dung dịch đậm đặc cuối quá trình phát sinh c’s thấp hơn nồng độ dung dịch đậm đặc của điều kiện lý tưởng cs, (cs-c’s) được gọi là phát sinh không đủ Trong bình hấp thụ, áp suất hấp thụ pa phải nhỏ hơn áp suất p0 ở bình bay hơi, trong điều kiện nước giải nhiệt không thay đổi sẽ khiến cho nồng độ dung dịch loãng tăng lên, cộng thêm sự tồn tại khí không ngưng trong hệ thống, nồng độ dung dịch loãng cuối quá trình hấp thụ cao hơn nồng độ dung dịch loãng của điều kiện lý tưởng cw, (c’w-cw) gọi là hấp thụ không đủ

Trong chu trình thực tế do nguyên nhân phát sinh không đủ và hấp thụ không đủ làm cho tính kinh tế của chu trình bị giảm

1.3.2 Máy lạnh hấp thụ Double Effect

Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect thường được cấp nhiệt bằng hơi nước ở áp suất 1~2.5 bar hoặc nước nóng có nhiệt độ 75~140oC nên hệ số sử dụng nhiệt của chu trình chỉ khoảng 0.65~0.75 Nếu có hơi áp suất cao (trên 4

bar) thì nên dùng máy lạnh hấp thụ Double Effect vì hệ số sử dụng nhiệt COP có thể lớn hơn 1 (COP≥ 0 95)

Trong máy lạnh hấp thụ Double Effect, có bình phát sinh A và bình phát sinh ngưng tụ AB Trong bình phát sinh A hơi thường có áp suất 7~10 bar hoặc đốt bằng khí, đốt bằng dầu (nguồn nhiệt có nhiệt độ cao), để sản sinh ra hơi tác nhân lạnh có nhiệt độ cao Hơi tác nhân lạnh có nhiệt độ cao này dùng để gia nhiệt cho bình phát sinh ngưng tụ AB sản sinh hơi tác nhân lạnh có nhiệt độ thấp, như vậy không những tận dụng hữu hiệu nhiệt ẩn hoá hơi của hơi tác nhân lạnh đồng thời có thể giảm phụ tải nhiệt của bình ngưng dẫn đến nâng cao hiệu quả kinh tế của chu trình

Dựa vào cách cấp dịch vào bình phát sinh A và bình phát sinh ngưng tụ AB mà người ta chia chu trình Double Effect thành 2 loại chính:

- Cấp dịch nối tiếp

- Cấp dịch song song

A Sơ đồ cấp dịch nối tiếp

HE1

Nước cần làm lạnh

Nước làm mát

Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr loại Double Effect được trình bày ở Hình 1.8 Trong sơ đồ này, ta gọi A là bình phát sinh (Generator), AB là bình phát sinh ngưng tụ, B là bình ngưng tụ (Condenser), C là bình bay hơi (Evaporator), D là bình hấp thụ (Absorber), HE1 & HE2 là thiết bị trao đổi nhiệt,

GP là bơm dung dịch cho bình phát sinh, AP là bơm tuần hoàn của bình hấp thụ và

EP là bơm tuần hoàn của bình bay hơi

Thông thường bình phát sinh bao giờ cũng chế tạo riêng một thùng Phần còn lại có thể chế riêng hoặc ghép vào nhau

• Đường dung dịch mắc nối tiếp

Bơm phát sinh đẩy dung dịch loãng từ bình hấp thụ qua thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) nhiệt độ thấp HE2 rồi qua TBTĐN nhiệt độ cao HE1 sau đó đi vào bình phát sinh A Trong bình phát sinh dung dịch được gia nhiệt và sinh ra hơi tác nhân lạnh dung dịch loãng bay hơi và biến thành dung dịch có nồng độ trung gian, dung dịch này chảy qua TBTĐN nhiệt độ cao HE1 rồi đi vào bình phát sinh ngưng tụ AB Ở bình phát sinh ngưng tụ AB dung dịch trung gian được gia nhiệt sinh ra hơi tác nhân lạnh có nhiệt độ thấp và dung dịch còn lại là dung dịch đậm đặc sau đó dung dịch đậm đặc đi qua TBTĐN nhiệt độ thấp HE2 rồi đi vào bình hấp thụ

• Đường hơi tác nhân lạnh

Hơi tác nhân lạnh đi ra khỏi bình phát sinh A đi qua chùm ống trao đổi nhiệt ở bình phát sinh ngưng tụ AB, nhả nhiệt ẩn hoá hơi và biến thành nước tác nhân lạnh và chảy vào bình ngưng tụ

Hơi tác nhân lạnh từ bình phát sinh ngưng tụ AB cũng đi vào bình ngưng tụ B, được làm mát bằng nước giải nhiệt và ngưng tụ thành nước tác nhân lạnh

• Nước tác nhân lạnh

Nước tác nhân lạnh từ bình ngưng tụ B đi qua cơ cấu tiết lưu chữ U chảy vào bình bay hơi Ở đây nước tác nhân lạnh sôi ở áp suất thấp và làm lạnh nước cần làm lạnh Hơi tác nhân lạnh sinh ra ở bình bay hơi có áp suất thấp đi vào bình hấp thụ, bị dung dịch đậm đặc hấp thụ và biến thành dung dịch loãng

Chu trình hoạt động được thể hiện trên đồ thị h-c như sau

• Đường dung dịch mắc nối tiếp

Dung dịch loãng đi ra khỏi bình hấp thụ ở trạng thái 2 có nhiệt độ t2 và nồng độ cw được bơm GP đẩy qua TBTĐN nhiệt độ thấp HE2 gia nhiệt đến nhiệt độ điểm 7 có dung dịch cw, sau đó qua TBTĐN nhiệt độ cao HE1 ở điểm 10 có nhiệt

độ t10 và nồng độ cw Đoạn 2-7-10 biểu thị quá trình gia nhiệt dung dịch loãng (cw=const) trong thiết bị gia nhiệt HE2 và HE1 Sau đó dung dịch này được đi vào bình phát sinh A (vào ở điểm 10), được hơi công tác gia nhiệt đến điểm 11 sau đó bắt đầu sôi, sản sinh ra hơi tác nhân lạnh nhiệt độ cao (điểm 3’’’), nhiệt độ và nồng độ dung dịch tăng lên đến dung dịch trung gian ở trạng thái điểm 12 có nồng độ ci và nhiệt độ t12, đoạn 10-11-12 biểu thị quá trình gia nhiệt và phát sinh của dung dịch loãng trong bình phát sinh A

k r

p

k 0

pr

Hình 1.9 Đồ thị h-c của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr

Double Effect cấp dịch nối tiếp Dung dịch trung gian qua TBTĐN nhiệt độ cao HE1, nhiệt độ giảm xuống đến điểm t13 Quá trình 12-13 biểu thị dung dịch trung gian được làm nguội trong TBTĐN nhiệt độ cao HE1 Dung dịch trung gian (điểm 13) chảy vào bình phát sinh ngưng tụ AB, đồng thời được hơi tác nhân lạnh nhiệt độ cao từ bình phát sinh

A (điểm 3’’’) gia nhiệt, nó lại một lần nữa sản sinh ra hơi tác nhân lạnh nhiệt độ thấp (điểm 3’), nồng độ dung dịch lại tăng lên từ ci đến cs, nhiệt độ tăng từ t13 đến

t4 (điểm 4) Đoạn 13-5-4 biểu thị quá trình gia nhiệt và phát sinh của dung dịch trung gian trong bình phát sinh ngưng tụ AB

Hơi tác nhân lạnh sinh ra từ bình phát sinh A ( điểm 3’’’) dùng để gia nhiệt cho dung dịch cho bình phát sinh ngưng tụ AB, sau khi nhả nhiệt ẩn hoá hơi nó

ngưng tụ thành nước tác nhân lạnh (điểm 3’’), đoạn 3’’’-3’’ biểu thị quá trình hơi tác nhân lạnh làm lạnh và ngưng tụ trong bình phát sinh ngưng tụ AB, nước tác nhân lạnh ở điểm 3’’ sau khi qua cơ cấu tiết lưu giảm áp cùng với hơi tác nhân lạnh sinh ra từ bình phát sinh ngưng tụ AB (điểm 3’), hai dòng này đều đi vào bình ngưng tụ và tất cả cùng được làm lạnh đến trạng thái điểm 3 Đoạn 3’’’-3 biểu thị quá trình ngưng tụ của hơi ẩm sau khi tiết lưu ở trong bình ngưng (nước tác nhân lạnh cao áp được tiết lưu đi vào bình ngưng), còn 3’-3 biểu thị quá trình làm lạnh và ngưng tụ của hơi tác nhân lạnh từ bình phát sinh ngưng tụ AB trong bình ngưng tụ B

Nước tác nhân lạnh từ bình ngưng tụ có nhiệt độ t3 chảy qua cơ cấu tiết lưu chữ U vào bình bay hơi, vì áp suất giảm xuống nên một phần nước tác nhân lạnh

bị hoá hơi thành hơi ẩm tổ hợp thành điểm 1 và điểm 1’ Nước ở trạng thái điểm

1 được bơm bay hơi bơm xối thành giọt nhỏ trên chùm ống bay hơi, nó hoá hơi và làm lạnh nước cần làm lạnh sau đó trở thành hơi tác nhân lạnh ở trạng thái 1’ Đoạn 1-1’ biểu thị quá trình hoá hơi của nước tác nhân lạnh trong bình bay hơi Dung dịch đậm đặc (điểm 4) từ bình phát sinh ngưng tụ AB chảy qua TBTĐN nhiệt độ thấp HE2 nhiệt độ giảm xuống đến điểm t8 (điểm 8), Đoạn 4-8 biểu thị quá trình làm nguội dung dịch đậm đặc trong TBTĐN nhiệt độ thấp HE2 Dung dịch đậm đặc ở trạng thái (điểm 8) và một bộ phận dung dịch loãng ở điểm 2 sau khi hỗn hợp lại thành dung dịch phun giọt ở điểm 9 Từ bình hấp thụ dung dịch được bơm lên và phun giọt trên chùm ống hấp thụ, đồng thời nó hấp thụ hơi tác nhân lạnh đến từ bình bay hơi (điểm 1) để trở thành dung dịch loãng (điểm 2) để rồi được bơm vào bình phát sinh A Đoạn 8-9 và 2-9 biểu thị quá trình hoà trộn của dung dịch đậm đặc và dung dịch loãng Đoạn 9-10-2 biểu thị quá trình hấp thụ của phun dung dịch và làm lạnh

Trên đây là sơ đồ cấp dịch nối tiếp vào bình phát sinh A, ngoài ra còn có sơ đồ cấp dịch nối tiếp vào bình phát sinh ngưng tụ AB cũng tương tự

B Sơ đồ cấp dịch song song

HE1

GP P

D

E Nước làm lạnh

Hình 1.10 Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Double Effect cấp dịch song song

• Dung dịch tuần hoàn

Trong sơ đồ này đường dung dịch loãng từ bơm phát sinh chia ra làm 2 đường:

- Đường thứ nhất: Dung dịch loãng được đẩy qua TBTĐN nhiệt độ cao

HE1, dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ t3, đoạn 2-3 là quá trình gia nhiệt dung dịch loãng trong TBTĐN nhiệt độ cao Sau đó dung dịch loãng được đẩy vào bình phát sinh A để gia nhiệt đến trạng thái 3’ và sôi ở áp suất ph tạo nên hơi tác nhân lạnh, nồng độ dung dịch thay đổi dần đến ci (điểm 4) trạng thái 4 là trạng thái cuối của quá trình phát sinh dung dịch trong bình phát sinh A Đoạn 3-3’-4 là quá trình thực hiện trong bình phát sinh A Dung dịch trung gian từ bình phát sinh A (điểm 4) chảy qua TBTĐN nhiệt độ cao HE1 bị làm lạnh đến điểm 5 có nhiệt độ t5 và chảy về bình hấp thụ, trong quá trình chảy vào bình hấp thụ áp suất giảm xuống áp suất

p0 (trạng thái 6), trên đồ thị h-c xem điểm 6 và điểm 5 trùng nhau nhưng điểm 6 biểu thị trạng thái hơi ẩm ở áp suất p0, còn điểm 5 là dung dịch quá lạnh ở áp suất

ph

- Đường thứ hai: Dung dịch loãng chảy qua TBTĐN nhiệt độ thấp HE2

được gia nhiệt và ra ở trạng thái 7 (nhiệt độ t7, nồng độ không thay đổi) rồi chảy qua TBTĐN phụ được gia nhiệt đến điểm 8 (nhiệt độ t8), áp suất dung dịch ở điểm này cao hơn áp suất p0 Ở bình phát sinh ngưng tụ AB dung dịch được gia nhiệt và sinh hơi, hơi tác nhân lạnh bay ra và dung dịch trở thành dung dịch đậm đặc có nồng độ cs, đoạn 9-9’-10 là quá trình của dung dịch xảy ra trong bình phát sinh ngưng tụ AB

Dung dịch đậm đặc ở trạng thái 10 chảy qua TBTĐN nhiệt độ thấp HE1, nhiệt độ giảm xuống đến t11 nồng độ không thay đổi (trạng thái điểm 11), sau đó chảy vào bình hấp thụ, trong khi chảy vào bình hấp thụ áp suất tiết lưu giảm xuống p0

(trạng thái điểm 12) Trên đồ thị điểm 12 và điểm 11 trùng nhau, nhưng điểm 12 là trạng thái hơi ẩm có áp suất p0

Dung dịch được bơm hấp thụ hút vào là dung dịch bão hòa ở điểm 6 và điểm

12 (điểm 6’ và điểm 12’) hoà trộn với dung dịch điểm 1 (điểm 13 nằm trên đường nối liền điểm 6’, 12’ và 1) Dung dịch ở trạng thái 13 qua bơm được tăng áp (13-14) nhưng nồng độ không thay đổi, nhiệt độ cơ bản cũng không thay đổi, điểm 13 và 14 trùng nhau, dung dịch này được phun giọt lên chùm ống truyền nhiệt của bình hấp thụ, hấp thụ hơi tác nhân lạnh và trở thành dung dịch loãng ở điểm 1

• Nước tác nhân lạnh tuần hoàn

Hơi tác nhân lạnh từ bình phát sinh A là sản phẩm hỗn hợp của hơi tác nhân lạnh trong quá trình 3’-4, chúng ta xem nó là trạng thái hơi trung bình của quá trình 3’-4 (trạng thái điểm 15) Hơi tác nhân lạnh đi vào chùm ống của bình phát sinh ngưng tụ AB, còn hơi tác nhân lạnh ngưng tụ thành nước tác nhân lạnh bão hòa (trạng thái điểm 16) Nước tác nhân lạnh bão hòa khi vào bình ngưng được tiết lưu thành hơi ẩm có áp suất pk (trạng thái điểm 17), nó gồm đại bộ phận là nước tác nhân lạnh bão hòa (điểm 17’) và một ít hơi bão hòa (điểm 17’’) hỗn hợp để tạo nên, một bộ phận nhỏ hơi bão hòa cũng được ngưng tụ thành nước bão hòa (điểm 17’) nhờ chùm ống giải nhiệt bình ngưng

Hơi tác nhân lạnh sinh ra từ bình phát sinh ngưng tụ AB (trạng thái 18) chảy vào bình ngưng tụ và được ngưng tụ thành nước tác nhân lạnh bão hòa (điểm 17’)

Nước bão hòa tác nhân lạnh từ bình ngưng sau khi chảy qua ống chữ U tiết lưu trở thành hơi ẩm có áp suất p0 chảy vào bình bay hơi (điểm 19) và một phần nhỏ là hơi bão hòa khô (điểm 19’) tạo thành Nước bão hòa tác nhân lạnh lại bay hơi trên chùm ống bay hơi để biến thành hơi tác nhân lạnh (điểm 19’’), khi bay hơi nó lấy nhiệt từ nước cần làm lạnh và làm lạnh nước Hơi tác nhân lạnh đi vào

bình hấp thụ được dung dịch đậm đặc hấp thụ và tạo thành dung dịch loãng, chu trình hoàn thành và quá trình lặp lại

14

13 2

ci cs

6

10 12

Hình 1 12 Đồ thị h-c của máy lạnh H2O-LiBr

Double Effect cấp dịch song song

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

2.1 Các công thức dùng để tính toán nhiệt động

Như đã đề cập ở chương 1, việc tính toán các thông số nhiệt động của dung dịch H2O-LiBr bằng cách tra bảng hoặc tra đồ thị là rất phức tạp và mất nhiều thời gian Vì vậy, trong phần này chúng tôi giới thiệu một số công thức mà chúng tôi dùng để tính toán trong các phần mềm như sau

1 Enthalpy của dung dịch

Công thức (1) trình bày cách xác định enthalpy h (kJ/kg) của dung dịch

H2O-LiBr khi biết nồng độ c (%) và nhiệt độ t (0C)

) 1 ( ) 1 ( 3 1 6

2,589577.10 – 3 -9,500522.10 – 5

Ngoài ra, có thể tham khảo thêm công thức (2.2) khi cần tính enthalpy Trong

công thức này, đơn vị của h là Btu/lb, đơn vị của c là %, còn đơn vị của t là 0F

2 Khối lượng riêng của dung dịch

Mối quan hệ giữa khối lượng riêng ρ (kg/m3) của dung dịch H2O-LiBr

theo nhiệt độ t (0C) và nồng độ c (%) được trình bày trong công thức (2.3)

ρ = 1000 ( i 1 ) ( j 1 )

ij

3 1 j

5 1

-1,667939.10 – 4 5,332835.10 – 6 -3,440005.10 – 8 -5,631094.10 – 4 1,633541.10 – 5 -1,110273.10 – 6 2,882292.10 – 8 -2,523579.10 – 10 1,392527.10 – 6 -2,801009.10 – 7 1,734979.10 – 8 -4,232988.10 – 10 3,503024.10 – 12

3 Nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh

Trong trường hợp này, tác nhân lạnh là nước và hơi nước Các công thức (2.4) và (2.5) dưới đây giúp ta tính được nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh T (K) khi đã biết áp suất p (MPa)

Khi p < 12,33 MPa

T = 42,6776 –

48654 , 9 ) p ln(

7 , 3892

Khi p ≥ 12,33 MPa:

T = – 387,592 –

2578 , 15 ) p ln(

5 , 12587

4 Enthalpy của tác nhân lạnh

Gọi h’ và h” lần lượt là enthalpy của tác nhân lạnh (kJ/kg) ở trạng thái lỏng sôi và trạng thái bão hòa khô ứng với nhiệt độ T (K), ta có thể tính h’ và h’’ theo các công thức (2.6) và (2.7) dưới đây

h’ = 2099,3.[a1 + ( i 1 )

R i

8 2

8 4

T 3 ,

72,1435404

4,57874342.10 – 1 5,08441288 -1,48513244 -4,81351884 2,69411792 -7,39064542 10,4961689 -5,46840036

5 Nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh cân bằng với dung dịch lỏng sôi

Khảo sát dung dịch H2O-LiBr đang sôi có nồng độ dung dịch c (%), nhiệt độ

t (0F) và áp suất p Ở trạng thái này, có thể xác định nhiệt độ bão hòa td (0F) của

tác nhân lạnh ứng với áp suất p bằng công thức (2.9) dưới đây

td = ( i 1 ) ( j 1 )

ij

3 1 j

6 1

-2,215597.10 – 4 5,913618.10 – 6

6 Aùp suất bão hòa của tác nhân lạnh

Gọi p là áp suất bão hòa của nước và hơi nước ứng với nhiệt độ t

Trong trường hợp t < 1000C thì ta có thể tính p theo công thức (2.10):

log p = 28,59051 – 8,2.log(t + 273,15) + 0,0024804.(t + 273,15)

– + 3142,31

Khi t có giá trị nhỏ (rất gần nhiệt độ đông đặc của nước), ta có thể tính p bằng công thức sau:

log p = 10,5380997 – 2663,91 / (273,15 + t) (2.11) Trong công thức (2.10) thì nhiệt độ t và áp suất p có đơn vị lần lượt là 0C và bar, trong công thức (2.11) thì nhiệt độ t và áp suất p có đơn vị lần lượt là 0C

J i

o i

-0.43839511319450×101

-0.28408632460772 0.21268463753307×10-1

8 Nhiệt độ sôi của dung dịch

Khảo sát dung dịch H2O-LiBr ở áp suất p và nồng độ dung dịch c Gọi t là

nhiệt độ sôi của dung dịch, ta có thể xác định giá trị của t bằng công thức sau

Trong công thức (2.13), đơn vị của áp suất p, nhiệt độ t và nồng độ c lần

lượt là psia, 0F và %

9 Áp suất bão hòa của dung dịch

Gọi p là áp suất bão hòa của dung dịch H2O-LiBr ở nhiệt độ t và nồng độ

dung dịch c, khi biết t và c ta có thể xác định giá trị tương ứng của p bằng công thức

Trong đó các hệ số A, B, D, E và F được xác định giống như ở công thức (2.13), TR là giá trị nhiệt độ trung gian được xác định như sau:

A Đơn vị của p và t trong công thức (2.14) là psia và 0F

10 Nồng độ của dung dịch

Khảo sát dung dịch H2O-LiBr ở áp suất p và nồng độ dung dịch c Gọi t (0C) là nhiệt độ sôi của dung dịch và t’(0C) là nhiệt độ bão hòa của hơi nước ứng với áp suất p Ta đã biết, hơi nước bay ra từ dung dịch H2O-LiBr đang sôi sẽ có trạng thái quá nhiệt và ở cùng nhiệt độ t với dung dịch Gọi tsv là độ quá nhiệt của hơi nước, có nghĩa là tsv = t – t’, ta có thể sử dụng công thức (2.15) dưới đây để xác định nồng độ c của dung dịch

2.2 Tính toán nhiệt của máy lạnh hấp thụ H 2 O-LiBr Single Effect:

Thông thường căn cứ theo điều kiện đã biết (Năng suất lạnh yêu cầu, nhiệt độ nước lạnh, nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nước nguồn nhiệt hoặc áp suất hơi gia nhiệt….), độ chênh nhiệt độ truyền nhiệt, phạm vi sôi…, từ đó tính toán phụ tải nhiệt của TBTĐN, diện tích truyền nhiệt…

2.2.1 Tính toán nhiệt động

1 Tham số đã biết

(1) Căn cứ vào phụ tải lạnh yêu cầu Qo, nhiệt độ nước lạnh vào và ra khỏi bình bay hơi tco1, tco2

(2) Nhiệt độ nước giải nhiệt tw1: căn cứ vào điều kiện môi trường nơi đặt thiết bị để xác định

(3) Áp suất hơi công tác ph: thông thường chọn hơi có áp suất tuyệt đối

2 Xác định thông số thiết kế

Trong phần này chúng tôi giới thiệu về các tính nhiệt động của máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect như hình vẽ 2.1

Nước làm mát

Nước cần làm lạnh

Bơm chân không

Nước làm mát

Ống chóng kết tinh HE

D

Ống giảm áp

Hơi gia nhiệt

C

A B

Hình 2.1 Máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr Single Effect

(1) Nước giải nhiệt

Tùy theo phương án giải nhiệt mà ta có cách tính nhiệt độ nước giải nhiệt khác nhau Ở đây ta lấy ví dụ là trường hợp giải nhiệt nối tiếp từ bình hấp thụ sang bình ngưng tụ Độ tăng nhiệt độ toàn bộ khoảng 7~9oC, xét đến phụ tải nhiệt bình hấp thụ lớn so với bình ngưng tụ, do đó độ tăng nhiệt độ trong bình hấp thụ lớn hơn độ tăng nhiệt độ trong bình ngưng tụ một ít

Nhiệt độ nước giải nhiệt đi ra khỏi bình hấp thụ

(2) Nhiệt độ ngưng tụ

Thông thường chọn cao hơn nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi bình ngưng khoảng 3~5 0C

k w

t = 3 + Δ

(3) Áp suất ngưng tụ p k

Căn cứ tk từ bảng hơi nước tìm được áp suất bão hòa tương ứng, hoặc bằng cách sử dụng công thức (2.10) để tính toán

(4) Nhiệt độ bay hơi t o

Thông thường thấp hơn nhiệt độ nước cần làm lạnh ra khỏi bình bay hơi khoảng 2~4 0C tức là:

C t

t e = co2 − ( 2 ~ 4 ) 0

(5) Áp suất bay hơi

Căn cứ vào nhiệt độ te mà ta tra bảng hơi nước tìm được áp suất bão hòa tương ứng hoặc có thể sử dụng công thức (2.10) để tính toán

(6) Nhiệt độ dung dịch loãng ra khỏi bình hấp thụ t 2

Thông thường chọn cao hơn nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi bình hấp thụ khoảng 3 ~ 5 0C tức là:

C t

t2 = w2 + ( 3 ~ 5 ) 0

(7) Áp suất trong bình hấp thụ

Do có tổn thất khi hơi tác nhân lạnh chuyển động qua cửa chớp nên áp suất bình hấp thụ thấp hơn áp suất bay hơi, độ giáng áp Δp e liên quan đến cấu tạo tấm chắn cửa chớp và tốc độ dòng chảy, thông thường chọn

p e = 0 13 ~ 0 67 × 102

e e

p = − Δ

(8) Nồng độ dung dịch loãng c w

Căn cứ vào áp suất trong bình hấp thụ và nhiệt độ dung dịch loãng ra khỏi bình hấp thụ t2, từ đồ thị h-c ta tra được nồng độ dung dịch loãng cw Ngoài ra ta có thể sử dụng công thức tính nồng độ dung dịch (2.15) để tính ra nồng độ cw