CHƯƠNG 6 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
6.1 Phân tích lựa chọn môi chất lạnh
Các yêu cầu đối với việc lựa chọn môi chất lạnh phù hợp dựa vào:
- Tính chất nhiệt động - Yêu cầu về hóa lý - Yêu cầu về lý sinh - Yêu cầu về kinh tế
- Yêu cầu về an toàn môi trường 6.1.1 Tính chất nhiệt động
MCL Po Pk π r
(kJ/kg) G
(g/s) Qv Pe COP t
R744 2,291 7,208 3,15 134,24 7,45 0,0123 0,338 2,96 343 R507A 0,381 1,465 3,84 109,98 9,09 0,0089 0,239 4,18 308 R404A 0,367 1,426 3,88 113,93 8,78 0,0086 0,237 4,21 309 R410A 0,481 1,88 3,91 167,68 5,96 0,0058 0,227 4,44 324 R22 0,296 1,19 4,02 163,79 6,09 0,0052 0,215 4,65 327 R12 0,183 0,745 4,07 116,58 8,58 0,0066 0,213 4,69 311 R500 0,214 0,879 4,11 140,95 7,09 0,0062 0,213 4,69 314 R407C 0,29 1,264 4,36 162,28 6,16 0,0055 0,222 4,51 320 R600a 0,089 0,407 4,6 262,84 3,8 0,007 0,22 4,55 318
R717 0,236 1,164 4,94 1102,2 0,91 0,0015 0,207 4,84 371 R600 0,056 0,283 5,05 292,01 3,42 0,006 0,214 4,68 318
Bảng 6. 1 Tính chất nhiệt động của một số môi chất lạnh tiêu biểu Nguồn: [9]
Dựa vào bảng 6.1, ta chọn môi chất lạnh NH3 cho hệ thống lạnh vì:
- Nhiệt ẩn hóa hơi cao nhất: nhiệt ẩn hóa hơi phải lớn thì năng lượng tiêu hao giảm.
- Năng suất lạnh thể tích Qvbé nhất: năng suất lạnh thể tích càng lớn thì dẫn đến kích thước thiết bị lớn và chi phí cao.
- Áp suất cuối quá trình nén tương đối thấp: nếu tải trọng càng lớn thì tiêu hao năng lượng nhiều, thiết bị áp lực phải dày hơn dẫn đến chi phí đầu tư cao.
- Trọng lượng riêng nhỏ: giảm tiêu hao năng lượng do cục bộ và ma sát đường ống.
- Mặc dù, nhiệt độ cuối quá trình nén của NH3 cao dẫn đến giảm tuổi thọ của máy nén tuy nhiên xét về nhiều mặt thì chọn NH3 là thích hợp nhất.
6.1.2 Yêu cầu về hóa lý
- MCL dễ tan vào trong nước để tránh hiện tượng đóng băng cản trở sự làm việc của hệ thống. Ngoài ra, nước ở trạng thái tự do có khả năng ăn mòn kim loại.
- Một tính chất quan trọng của MCL đó là sự hòa tan của chúng trong dầu. Nếu MCL không tan trong dầu, thì chúng dễ tách ra khỏi dầu khi chúng sôi ở nhiệt độ to = const không phụ thuộc vào lượng dầu trong hệ thống.
- MCL không được ăn mòn kim loại và các vật liệu khác của thiết bị.
- MCL không được dễ cháy và dễ nổ.
- MCL phải có mùi, màu sắc hoặc vài tính chất khác để dễ phát hiện khi bị rò rỉ.
6.1.3 Yêu cầu về lý sinh
Các MCL không được độc hại, gây khó thở hoặc làm mờ mắt.
6.1.4 Yêu cầu về kinh tế
Các MCL phải rẻ tiền và không khan hiếm.
6.1.5 Yêu cầu về an toàn môi trường
Các MCL phải đảm bảo thân thiện với môi trường, cụ thể như sau:
Nhóm Môi chất
lạnh COP GWP Phạm vi sử dụng Khuyến cáo
CFCs
R12 R502
R11
Cao Cao Sủ dụng đến năm
1990
Không còn sản xuất
HCFCs
R22 R409A R411B
Không
ảnh hưởng Rất thấp
Khuyến cáo không sử dụng
sau năm 1999
Chấm dứt sản xuất năm
2020
HFCs
R134a R404A R407 R410C
R507
Không
ảnh hưởng Cao
Bắt đầu sử dụng thay thế cho CFCs
từ năm 1990
HCs
R600a R290 R1270
Không
ảnh hưởng Rất thấp
R290 được sử dụng trong công
nghiệp, R600a được sử dụng trong gia dụng
Dễ cháy nổ, tuy nhiên đây
là loại MCL thay thế rất
tốt cho họ CFC/HCFC
NH3 R717 Không Rất thấp Không giới hạn
Độc hại, gây cháy nổ, ăn mòn kim loại
màu
6.1.6 Kết luận
Có rất nhiều yêu cầu đối với việc lựa chọn MCL sao cho phù hợp, điều này là rất khó vì khó có thể tìm được MCL thỏa mãn tất cả các yêu cầu nói trên. Cho nên, khi chọn MCL cần căn cứ vào từng yêu cầu cụ thể như: mục đích, điều kiện làm việc, các đặc điểm cấu tạo của máy lạnh,...
Dựa vào bảng 6.2, ta nhận thấy được các nhóm MCL thuộc CFC và HCFC đã cấm đưa sử dụng, nhóm MCL thuộc HFC mặc dù không phá hủy làm thủng tầng Ozon nhưng hiệu suất sử dụng rất thấp, nhóm MCL thuộc HC thì vẫn chưa sử dụng được và nhóm MCL thuộc vô cơ gồm: NH3và CO2thì ta chọn MCL là NH3vì nhiệt ẩn hóa hơi của NH3 là cao nhất( r=1312kJ/kg), hiệu suất lớn nhất và công tiêu hao bé nhất( P=
14atm là hóa hỏng được), bên cạnh đó không chọn CO2 vì để hóa lỏng được CO2 cần một áp suất rất lớn và thiết bị chịu áp lực lớn dẫn đến chi phí đầu tư cao( P> 40atm mới hóa lỏng được).
* Một số tính chất của NH3
- Tính chất hóa học:
ﻤ NH3 không ăn mòn các kim loại nhưng ăn mòn kim loại màu Cu và hợp kim của Cu ngoại trừ đồng thau phốt phát.
ﻤ Khi có nước và thép làm chất xúc tác thì NH3 phân hủy ngay ở nhiệt độ t=
(110 ÷ 120) ℃. Vì vậy cần làm mát tốt ở đầu xilanh và hạn chế nhiệt độ cuối tầm nén càng thấp càng tốt.
- Tính chất vật lý:
ﻤ Nhiệt độ cuối tầm nén rất cao nên phải làm mát bằng nước.
ﻤ Áp suất bay hơi lớn hơn 1 bar( áp suất khí quyển) nên máy lạnh làm việc ít bị chân không.
ﻤ Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy nén và thiết bị gọn nhẹ( năng suất lạnh riêng thể tích là năng suất lạnh của 1 đơn vị thể tích môi chất).
ﻤ Không hòa tan trong dầu nên khó bôi trơn các chi tiết chuyển động cơ của máy nén và hệ thống máy lạnh phải bố trí bình tách dầu.
- Tính chất sinh lý:
ﻤ Gây độc hại đối với con người và cơ thể sống. Ở nồng độ 1% trong không khí gây ngất sau 1 phút.
ﻤ Có mùi đặc trưng khó chịu nên dễ phòng tránh.
- Tính kinh tế:
ﻤ Là MCL dễ tìm, rẻ tiền, dễ vận chuyển và bảo quản.
- Tính an toàn và cháy nổ:
ﻤ Gây cháy nổ trong không khí ở nồng độ (13,5 ÷ 16)% với nhiệt độ cháy 651 ℃. Vì vậy, các phòng máy NH3 không được dùng ngọn lửa trần và các phòng máy phải thông thoáng.