Tài liệu đồ án hệ thống lạnh cho nhà máy thủy sản, chương 4 ppt

Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất.. Hình 2-4 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP-h1/ Chu trình hoạt động như sau Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đượ

Chương 4: THÀNH LẬP SƠ ĐỒ , TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH

VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 2.5.1/ Chọn các thông số của chế độ làm việc

Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau :

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to

- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk

- Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql

- Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt) tqn

2.5.1.1/ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh

- Phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau :

to = tb- to

tb : Nhiệt độ tủ cấp đông

tb = - 350C

to : hiệu nhiệt độ yêu cầu ,oC Theo sách HDTKHTL trang 158 ta có

Chọn to = 9oC Vậy ta có : to = -35 –9 = -44oC

2.5.1.2/ Nhiệt độ ngưng tụ t k

- Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ

tk = tw + tk, oC Trong đó :

tw : Nhiệt độ nước tuần hoàn, oC

Do thiết bị ngưng tụ được chọn để thiết kế trong hệ thống lạnh

là thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng bay hơi

Vì vậy tw = tư + ( 4 8 k )

Mà tư = 34,5o C

==> tw = 34,5 + ( 4 8 k ) chọn 39 oC

tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, oC

tk = 3 5 oC Thay vào ta có :

tk = 39 + (3 5 oC ) chọn 42oC

2.5.1.3/ Nhiệt độ quá lạnh t ql

Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu

tql = tw1 + (3 5 oC ) Trong đó :

tw1 : nhiệt độ nước vào dàn ngưng, oC

tw1 = 30oC Thay vào ta có :

tql = 30 + ( 3 5 oC) Chọn tql = 33 oC

2.5.1.4/ Nhiệt độ hơi hút t h

Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất

Với môi chất là NH3, Nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 đến 15oC, nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút th = 5  15 K là có thể đảm bảo độ an toàn cho máy khi làm việc

th = to + ( 5 15)oC = -44oC + ( 5 15)oC Chọn th = -35oC

2.5.2/ Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh

Ta nhận thấy :

Po ( to = - 44oC ) = 0,0576 MPa

Pk ( tk = 42 oC) = 1,6429 MPa

Do đó ta có :

Tỷ số nén 28 , 52

0576 , 0

6429 , 1







o

k

p

p



Ta thấy tỷ số nén  = 28,52 > 9

Vì vậy ta chọn chu trình lạnh máy nén 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn bình trung gian có ống xoắn

2.5.2.1/ Thành lập sơ đồ

6

TL1 7

2

NT

NCA

NHA BTG

3

5

- BH : Bình bay hơi

- NHA :Máy nén hạ áp

- NCA : Máy nén cao áp

- NT : Bình ngưng tụ

- TL 1 , TL 2 : Van tiết lưu 1

và 2.

- BTG Bình trung gian

Hình 2-2 : Chu trình hai cấp nén bình trung gian có ống xoắn

Hình 2-3 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị T-S

to, Po

tK, PK

5’

5 6

9

3

1’

1

2

4 T

S

Ptg

tK,PK

Ptg

2

4

lg P

Hình 2-4 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP-h

1/ Chu trình hoạt động như sau

Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được máy nén hạ áp nén đoạn nhiệt đến áp suất trung gian (điểm 2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hoà khô, hỗn hợp hơi bão hoà khô tạo thành ở bình trung gian được máy nén cao

áp hút về và nén đoạn nhiệt đến áp suất ngưng tụ PK (điểm 4) Sau

đó đi vào thiết bị ngưng tụ và nhả nhiệt trong môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (điểm 5) Tại đây nó chia ra làm 2 dòng, một dòng nhỏ thì đi qua van tiết lưu 1 giảm áp suất đến áp suất trung gian Ptg

(điểm 7) rồi đi vào bình trung gian Tại đây lượng hơi tạo thành do van tiết lưu 1 cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung áp và lượng hơi tạo thành do làm quá lạnh lỏng cao

áp trong ống xoắn được hút về máy nén cao áp Một dòng lỏng cao áp còn lại đi vào trong ống xoắn của bình trung gian và được quá lạnh đẳng áp đến điểm 6 sau đó đi qua van tiết lưu 2 giảm áp suất đến áp suất bay hơi (điểm 9) Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của sản phẩm cần làm lạnh hoá hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục

2/ Các quá trình của chu trình

- 1’-1: Quá nhiệt hơi hút

- 1-2 : Nén đoạn nhiệt áp hạ áp từ Po lên Ptg

- 2-3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường bảo hoà x = 1

- 3-4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ Ptg lên Px

- 4-5’-5 : Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong dàn ngưng

tụ

- 5-7 : Tiết lưu từ áp suất PK vào bình trung gian

- 5-6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian

- 6-9 : Tiết lưu từ áp suất PK xuống Po

- 9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh

3/ Xác định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn

a/ Thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình

Bảng 2-2 : Các thông số trạng thái tại các điểm nút cơ bản của

chu trình

Điểm nút t, oC p, MPa h, kJ/kg v, m3/kg Trạng thái 1’

1

2

3

4

5’

5

6

7

8

9

- 44

- 35 70 -8 112 42 33 -5 -8 -8 -44

0,0576 0,0576 0,3151 0,3151 1,6429 1,6429 1,6429 1,6429 0,3151 0,3151 0,0576

1401 1421,1 1636,4 1451,8 1660,6 391,14 352,78 177,19 352,78 163,55 177,19

1,902 2,1 0,521 0,387 0,128 0,00173 0,00169 0,00155 0,387 0,00154 1,902

Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Lỏng bão hoà Lỏng bão hoà Lỏng quá lạnh Hơi bão hoà Lỏng trung áp Hơi bão hoà ẩm

Theo bảng hơi bão hoà ta xác định được :

Po ( to = - 44oC ) = 0,0576 MPa

Pk ( tk = 42 oC) = 1,6429 MPa

Từ đó ta có áp suất trung gian

Ptg = P O.P K  0 , 0576 1 , 6429  0 , 31MPa

Ta suy ra ttg = t3 = -8oC

- Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian

t6= -5oC cao hơn nhiệt độ trong bình trung gian 3oC, do đó nhiệt độ trong bình trung gian sẽ là t8 = - 8oC

b/ Năng suất lạnh riêng q o

qo = h1’ – h9 = 1401 – 177,19 = 1223,81 kJ/kg

c/ Năng suất lạnh riêng thể tích

qv =

1 , 2

81 , 1223

1



V

q O = 582,766 kJ/m3

d/ Công nén riêng

l = l1 +

1

2

3

m

l

m kJ/kg

m1 : Lưu lượng môi chất qua máy nén hạ áp

m3 : Lưu lượng môi chất qua máy nén cao áp

l1 , l2 : Công nén riêng cấp hạ áp và cấp cap áp

Cân bằng Entanpi ở bình trung gian ta có :

m1 h5 + ( m3– m1 ) h7 + m1h2 = m3h3 + m1h6

 m3 ( h3– h7 ) = m1 ( h5– h7– h6– h2 )

1

3

m

m =

7 3

6 7 5 2

h h

h h h h









Thay vào ta có :

L = l1 +

7 3

6 7 5 2

h h

h h h h







Mà theo đồ thị LgP-h ta có :

l1 = h2– h1

l2 = h4– h3

h5 = h7

Thay vào ta có :

l = ( h2– h1 ) +   

7 3

3 4 6 2

h h

h h h h







78 , 352 8 , 1451

8 , 1451 6

, 1660 19 , 177 4 , 1636





 = 215,3 + 277,231

= 492,531 kJ/kg

e/ Năng suất nhiệt riêng

qk = ( h4– h5 )

1

3

m

m , kJ/kg

mà

7 3

6 7 5 2 1

3

h h

h h h h m

m











do h5 = h7 nên

7 3

6 2 1

3

h h

h h m

m





Vậy ta có :

qk = (h4– h5 )  

h32 h76

h h





= ( 1660,6 – 352,78 )  

1451 , 8 352 , 78

19 , 177 4 , 1636





= 1736,441 kJ/kg

f/ Hệ số lạnh

531 , 492

81 , 1223





l

q O

2.5.2.2/ Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén

A/ Tính toán cấp hạ áp

1/ Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp

m1 =

O

O

q

Q kg/s Trong đó :

Qo : Năng suất lạnh của máy nén , W

Qo =

b

Q

K. MN , W Với :

K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết

bị của hệ thống lạnh

K = 1,1 ( Sách HDTKHTL – Trang 92 )

b: Hệ số thời gian làm việc Chọn b = 0,7

QMN : Tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi

Theo tính toán ở phần ( 2.4.4) Ta có QMN = 61059,492 W Thay vào ta có :

Qo =

7 , 0

492 , 61059 1 ,

1 = 95950,630 W  95,95 kW Vậy m1 =

81 , 1223

95 , 95



O

O

q

2/ Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp

VttHA = m1 v1

= 0,0784 2,1 = 0,16464 m3/s

3/ Hệ số cấp máy nén

tg

O O

O O m O

tg tg O

O O HA

T

T P

P P P

P P c P

P P

.

1

























































  











Trong đó :

Po : Áp suất tại thời điểm môi chất sôi

Po = 0,0576 MPa

Ptg : Áp suất trung gian

Ptg = 0,3151 MPa Theo sách HDTKHTL – Trang 168 :

Lấy Po = Ptg = 0,005 0,01 MPa

m = 0,95 1,1 đối với máy nén amoniac

c : Tỷ số thể tích chết

c = 0,03 0,05

To : Nhiệt độ tuyệt đối sôi

To = -44 + 273 = 229oK

Ttg : Nhiệt độ trung gian của môi chất

Ttg = -8 + 273 = 265 oK Thay vào ta có

265

229 0576 , 0

01 , 0 0576 , 0 0576

, 0

01 , 0 3151 , 0 05 , 0 0576 , 0

01 , 0 0576 ,

1

























































HA

 = 0,541

4/ Qui đổi năng suất lạnh sang chế độ tiêu chuẩn để chọn máy nén

- Chế độ tiêu chuẩn của hệ thống lạnh amoniac đối với chu trình

2 cấp được qui định theo bảng 7.1/ Sách HDTKHTL – Trang

172 Như sau :

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to = -40oC

- Nhiệt độ ngưng tụ tk = 35oC

- Nhiệt độ quá lạnh tql = 30oC

- Nhiệt độ hơi hút tqn = -30oC

- Theo các thông số nhiệt độ của chu trình tiêu chuẩn ta có thể

vẽ được chu trình tiêu chuẩn trên đồ thị lgP- h như sau :

Hình 2-5 : Chu trình tiêu chuẩn biểu diễn trên đồ thị lgP-h

to,Po

tK,PK

Ptg

9

8 7

1’ 1

2

h

lg P

TC

TC TC

5’TC

TC

3 TC

4 TC

Ta xác định 1 số thông số cần thiết để tính các đại lượng yêu cầu

- Tại điểm 1’TC : to = -400C ( Trạng thái hơi bão hoà )

Po = 0,0717 MPa ; h1’TC = 1407,3 kJ/kg

- Tại điểm 1TC ( Trạng thái quá nhiệt )

tqn = - 300C

pqn = 0,0717 MPa

h1TC = 1429,5 kJ/kg ; v1TC = 1,6246 m3/kg

- Tại điểm 5’TC ( Trạng thái lỏng bảo hoà )

tk = 35oC

pk = 1,3503 MPa

- Tại điểm 3TC ( Trạng thái hơi bão hoà )

Ptg = P O.P K  0 , 0717 1 , 3503= 0,3111 MPa

Ta suy ra ttg = t3TC = -8 oC

- Tại điểm 6TC Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian

t6TC = - 5oC

h6TC = 177,19 kJ/kg

- Tại điểm 9 TC ( trạng thái hơi bão hoà ẩm )

to = -40oC

Po = 0,0717 MPa

h9TC = h6TC = 177,19 kJ/Kg

5/ Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn

qoTC = h1’TC– h9TC , kJ/kg

= 1407,3 – 177,19

= 1230,11 kJ/kg

6/ Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn

qVTC =

TC

OTC

V

q

1

kJ/m3

= 6246 , 1

11 ,

1230 = 757,177 kJ/m3

7/ Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn TC

tg

O O

O O m O

tg tg O

O O TC

T

T P

P P P

P P c P

P P

.

1

























































  











Trong đó : To = to + 273 = -40 + 273 = 233 oK

Ttg = ttg + 273 = -8 + 273 = 265oK Các thông số Po = Ptg = 0,01

c = 0,05

m = 1,1 Thay vào ta có :

265

233 0717 , 0

01 , 0 0717 , 0 0717

, 0

01 , 0 3111 , 0 05 , 0 0717 , 0

01 , 0 0717 ,

1





















































TC

 = 0,622

8/ Năng suất tiêu chuẩn Q oTC tính chuyển từ Q o ra

QoTC = Qo

HA V

TC VTC

q

q





Theo tính toán ở phần trước ta có :

qV = 582,766 kJ/m3

HA = 0,541

Qo = 95,95 kW Thay vào ta có :

QoTC = 95,95

541 , 0 766 , 582

622 , 0 177 ,

Với QoTC = 143,331 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTL- Trang 200 chọn tổ máy nén 2 cấp A130-7-4 có máy nén hạ áp là tổ AH130-7-6

có các thông số kỹ thuật sau :

- Năng suất lạnh : 157 kW

- Công suất lắp đặt : 135 kW

- Thể tích pittông quét phần hạ áp : 0,238 m3/s

- Số vòng quay phần hạ áp : 50 Vòng /s

9/ Số máy nén cần chọn

ZMN =

OTCMN

OTC

Q

Q , chiếc Trong đó :

QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể

QoTCMN = 157 kW Vậy ta có : ZMN =

157

331 ,

143 = 0,91

Chọn 1 tổ máy nén hạ áp

10/ Công nén đoạn nhiệt

NS = m1 l1 , kW Trong đó :

m1 : Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp, kg/s

m1 = 0,0784 kg/s

l1 : Công nén riêng cấp hạ áp

l1 = h2– h1 = 1636,4 – 1421,1 = 215,3 kJ/kg Thay vào ta có :

NS = 0,0784 215,3 = 16,879 kW

11/ Hiệu suất chỉ thị

i

 = W+ bto Trong đó :

W

 =

tg

O

T

T =

265

229 273

8

273 44











b = 0,01

to : Nhiệt độ sôi, oC

to = - 44oC Thay vào ta có :

820 , 0 ) 44 ( 001 , 0 265



i



12/ Công suất chỉ thị

Ni = 20 , 584

820 , 0

879 ,



i S

N

13/ Công suất ma sát

Nms = Vtt Pms , kW

Vtt : Thể tích hút thực tế của máy nén phần hạ áp, m3/s

Vtt = 0,16464 m3/s

Pms : áp suất ma sát riêng , MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa

Thay vào ta có :

Nms = 0,16464 0,049 = 0,008 kW

14/ Công suất hữu ích ( Trên trục máy nén )

Ne = Ni + Nms , kW

= 20,584 + 0,008

= 20,592 kW

15/ Công suất tiếp điện

NelHA =

el td e

N



 , kW Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp , đai

td

 : Hiệu suất truyền động của khớp, đai

td

 = 0,95

el

 : Hiệu suất dộng cơ

el

 = 0,80 0,95 Thay vào ta có :

NelHA =

85 , 0 95 , 0

592 ,

20 = 25,5 kW

B/ Tính toán cấp cao áp

1/ Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cấp cao áp, do h 5 =

h 7 nên

m3 = m1

7 3

6 2

h h

h h



 , kg/s

= 0,0784

78 , 352 8 , 1451

19 , 177 4 , 1636



 = 0,104 kg/s

2/ Thể tích hút thực tế

VttCA = m3 v3 , m3/s

= 0,104 0,387

= 0,04 m3/s

3/ Hệ số cấp của máy nén

K

tg tg

tg tg m tg

K K tg

tg tg CA

T

T P

P P P

P P c P

P P

.

1





























































 









 Trong đó :

Ptg = 0,3151 MPa

Pk = 1,6429 MPa

Ttg = - 8 + 273 = 265 oK

TK = 42 + 273 = 315 oK

Ptg = PK = 0,005  0,01 MPa

c = 0,03  0,05

m = 0,95  1,1

Thay vào ta có :

315

265 3151 , 0

01 , 0 3151 , 0 3151

, 0

01 , 0 6429 , 1 05 , 0 3151

,

0

01 , 0 3151

,

1

























































CA



= 0,634

4/ Hệ số cấp của máy nén ở điều kiện tiêu chuẩn TC

K

tg tg

tg tg m tg

K K tg

tg tg

TC

T

T P

P P P

P P c P

P P

.

1





























































 











Ở điều kiện tiêu chuẩn :

Ptg = 0,3111 MPa

Pk = 1,3503 MPa

Ttg = -8 + 273 = 2650K

Tk = 35 + 273 = 3080K

Thay vào ta có :

308

265 3111 , 0

01 , 0 3111 , 0 3111

, 0

01 , 0 3503 , 1 05 , 0 3111

,

0

01 , 0 3111

,

1

























































TC



= 0,686

5/ Năng suất tiêu chuẩn tính chuyển từ Q o ra

QoTC = Qo

CA V

TC VTC

q

q





. , kW

= 95,95

634 , 0 766 , 582

686 , 0 177 ,

Với QoTC = 134,891 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTL- Trang 200 chọn tổ máy nén 2 cấp A130-7-4 có máy nén cao áp là tổ A0-1 có các thông số kỹ thuật sau :

- Năng suất lạnh : 157 kW

- Công suất lắp đặt : 135 kW

- Thể tích pittông quét phần cao áp : 0,0836 m3/s

- Số vòng quay phần hạ áp : 25 Vòng /s

6/ Số máy nén cần chọn

ZMN =

OTCMN

OTC

Q

Q , chiếc Trong đó :

QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể

QoTCMN = 157 kW Vậy ta có : ZMN =

157

891 ,

134 = 0,85 Chọn 1 tổ máy nén cao áp

7/ Công nén đoạn nhiệt cao áp

NS = m3 l2 , kW

Trong đó :

m3 : Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén cao áp, kg/s

m3 = 0,104 kg/s

l2 : Công nén riêng cấp cao áp , kJ/kg

l2 = h4– h3 = 1660,6 – 1451,8 = 208,8 kJ/kg

Thay vào ta có :

NS = 0,104 208,8 = 21,715 kW

8/ Hiệu suất chỉ thị

i

 = W+ bttg

Trong đó :

W

 =

k

tg

T

T

=

315

265 273 42

273 8









b = 0,01

ttg = - 8oC

Thay vào ta có :

833 , 0 ) 8 ( 001 , 0 315



i



9/ Công suất chỉ thị

Ni = 26 , 068

833 , 0

715 ,



i S

N

10/ Công suất ma sát

Nms = VttCA Pms , kW

VttCA : Thể tích hút thực tế của máy nén phần cao áp,

m3/s

VttCA = 0,04 m3/s

Pms : áp suất ma sát riêng , MPa

Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa

Thay vào ta có :

Nms = 0,04 0,049 = 0,002 kW

11/ Công suất hữu ích

Ne = Ni + Nms , kW

= 26,068 + 0,002

= 26,07 kW

12/ Công suất tiếp điện

NelCA =

el td e

N



 , kW Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp , đai

td

 : Hiệu suất truyền động của khớp, đai

td

 = 0,95

el

 : Hiệu suất dộng cơ

el

 = 0,80 0,95

Thay vào ta có :

NelCA =

85 , 0 95 , 0

07 ,

26 = 32,284 kW

13/ Nhiệt thải ra ở bình ngưng

Qk = m3 l3 , kW

= m3 ( h4 - h5 )

= 0,104 ( 1660,6 – 352,78 )

= 136,013 kW