Đồ án Điều khiển lập trình PLC Lập trình điều khiển cho garage ôtô

dịch từ thiết bị sinh hơi về để gia nhiệt cho dung dịch sau khi ra khỏi thiết bị hấp thụ nhằm mục đích giảm lượng nhiệt cấp cho thiết bị sinh hơi và giảm lượng nước làm mát tại thiết bị hấp thụ. Vì hai môi chất trao đổi nhiệt đều ở trạng thái lỏng, nên tôi chọn loại thiết bị hoàn nhiệt kiểu ống lồng ống . Dung dịch cần gia nhiệt đi ở trong ống trong, dung dịch cần làm nguội đi ở trong không gian giữa hai ống. Hai dòng dung dịch được chuyển động ngược chiều nhau . + Do nguồn gia nhiệt có nhiệt độ thấp, nên để tăng hiệu quả của hệ thống, ngoài thiết bị bay hơi và thiết bị hấp thụ dùng kiểu tưới, tôi cũng dùng thiết bị sinh hơi kiểu tưới nhờ tận dụng lực của bơm dung dịch có sẵn và bố trí thiết bị như hình (2.1). + Chọn môi trường giải nhiệt là nước giếng khoan vì dùng nước giếng khoan giảm được chi phí đầu tư do không dùng tháp giải nhiệt, quạt giải nhiệt. Nước giếng khoan có nhiệt độ thấp hơn nước thường nên càng làm giảm nhiệt độ ngưng tụ tăng hệ số lạnh của chu trình, do hệ thống nhỏ nên lượng nước giếng khoan tiêu hao không lớn chi phí vận hành chỉ là bơm giếng so với dùng bơm và dùng quạt giải nhiệt . Ta dùng nước giếng khoan để giải nhiệt vì nước giếng khoan có nhiệt đô luôn ổn định trong cả năm(mùa hè và mùa đông) và có nhiệt độ thấp hơn so với các nguồn nước khác như nước sông hồ ,mạng nước thành phố, , theo [TL1- tr7] sử dung nước giếng khoan không tuần hoàn có thể lấy cao hơn hoặc bằng nhiệt độ trung bình hằng năm (0¸1)oC, tra bảng theo[TL2- tr8] ta có nhiệt độ trung bình hằng năm tại Đà Nẵng t = 25,6 oC. + Chọn vật liệu chế tạo là inox vì dung dịch LiBr có tính ăn mòn kim loại cao. Nó ăn mòn mạnh mẽ thép, đồng và hợp kim của đồng. + Chọn nhiệt độ ra của nước tải lạnh tm2.Theo [TL2-tr102] chất tải lạnh là nước thì nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ³ 5 oC, nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 thấp hơn nhiệt độ trung bình của nước tải lạnh là 4 ¸ 6oC. Do đó trong thiết kế này chọn nhiệt độ ra của nước tải lạnh là: tm2=8oC 3.1.1. Mô hình máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr được chọn như sau : Bơm MTL BT HN TB HT Nước làm mát Chất tải lạnh TB BH Nước làm mát TB NT TB SH Nướcgia nhiệt I Ống xi phông II Bơm dd đậm đặc Hình 3.1 . Mô hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp TB SH Thiết bị sinh hơi TB HT Thiết bị hấp thụ TB NT Thiết bị ngưng tụ BT HN Thiết bị hồi nhiệt TB BH Thiết bị bay hơi Bơm MTL Båm mäi cháút laûnh 3.1.2.Nguyãn lyï laìm viãûc maïy laûnh háúp thuû H2O/LiBr mäüt cáúp: Maïy laûnh háúp thuû mäüt cáúp H2O/LiBr coï nguyãn lyï laìm viãûc nhæ hçnh 1.1,vç coï aïp suáút vaì hiãûu aïp ráút nhoí nãn noï âæåüc bäú trê nhæ hçnh 3.1. Nhæîng thiãút bë chênh âæåüc bäú trê trong hai hçnh truû I vaì II âãø dãø daìng duy trç âäü chán khäng trong hãû thäúng. Bçnh I coï aïp suáút ngæng tuû ,bçnh II coï aïp suáút bay håi. Trong bçnh I coï bäú trê daìn ngæng vaì bäü pháûn sinh håi. Trong bçnh II coï bäú trê daìn bay håi vaì bäü pháûn háúp thuû , giæîa caïc thiãút bë trãn coï âäü chãnh nhiãût âäü âaïng kãø nhæ åí bçnh I laì nhiãût âäü ngæng tuû vaì nhiãût âäü gia nhiãût , åí bçnh II laì nhiãût âäü bay håi vaì nhiãût âäü háúp thuû nhæng khäng cáön caïch nhiãût, vç hãû thäúng coï âäü chán khäng cao laì mäi træåìng caïch nhiãût lyï tæåíng. Næåïc gia nhiãût tæì nguäön nàng læåüng khaïc nhau: nàng læåüng nhiãût màût tråìi, táûn duûng nhiãût nàng thæìa, phãú thaíi, thæï cáúp, reí tiãön nhæ khoïi thaíi, håi trêch ... âi vaìo bçnh sinh håi (TBSH) âãø gia nhiãût cho dung dëch âáûm âàûc H2O/LiBr. Håi næåïc sinh ra bay qua daìn ngæng(TBNT), thaíi nhiãût cho næåïc laìm maït vaì ngæng tuû laûi. Dung dëch âáûm âàûc khi máút næåïc tråí thaình dung dëch loaîng vaì âæåüc âæa tråí laûi daìn háúp thuû (TBHT) trong bçnh II, vç voìi phun laìm nhiãûm vuû giaím aïp nãn khäng cáön van tiãút læu âàûc biãût næîa. Næåïc sau khi ngæng tuû åí daìn ngæng (TBNT), seî chaíy qua äúng xi phäng âãø giaím aïp räöi chaíy vaìo daìn bay håi(TBBH). Äúng xi phäng âãø phoìng næåïc cao aïp tæì thiãút bë ngæng tuû âi vaìo thiãút bë bay håi. Do aïp suáút åí âáy ráút tháúp næåïc bay håi âãø sinh laûnh. Håi næåïc taûo ra åí daìn bay håi (TBBH) seî âæåüc dung dëch loaîng háúp thuû åí thiãút bë háúp thuû (TBHT). Nhiãût læåüng toía ra trong quaï trçnh háúp thuû seî âæåüc næåïc laìm maït láúy âi. Laûnh sinh ra åí daìn bay håi (TBBH),seî âæåüc næåïc taíi laûnh âæa âãún daìn laûnh khäng khê (FCU), khäng khê chuyãøn âäüng cæåîng bæïc qua daìn laûnh khäng khê nhaî nhiãût cho næåïc taíi laûnh chuyãøn âäng cæåîng bæïc trong äúng. Dung dëch âáûm âàûc sau quaï trçnh háúp thuû, âæåüc båm dung dëch båm lãn bçnh sinh håi. Dung dëch loaîng chaíy tæì bçnh sinh håi tråí laûi bçnh háúp thuû. Bçnh häöi nhiãût duìng âãø náng cao hiãûu suáút nhiãût. Åí âáy, dung dëch loaîng âæåüc laìm nguäüi vaì dung dëch âáûm âàûc âæåüc laìm noïng. Næåïc laìm maït âáöu tiãn âi qua bçnh háúp thuû, sau âoï måïi âãún bçnh ngæng do âoï nhiãût âäü ngæng tuû seî cao hån nhiãût âäü háúp thuû mäüt chuït. Nhæng chi tiãút chuyãøn âäüng åí âáy duy nháút laì båm dung dich vaì båm mäi cháút laûnh. Caïc båm naìy yãu cáöu phaíi coï âäü kên vaì âäü chán khäng cao. 3.2.Tênh toaïn chu trçnh maïy laûnh háúp thuû H2O/BrLi mäüt cáúp: Vç hãû thäúng laìm viãûc våïi âäü chán khäng ráút cao, âãø giaím khaí nàng khäng khê loüt vaìo hãû thäúng. Thiãút bë sinh håi, thiãút bë ngæng tuû âæåüc bäú trê trong cuing mäüt bçnh vaì thiãút bë bay håi, thiãút bë háúp thuû cuîng âæåüc bäú trê trong cuìng mäüt bçnh. Hai bçnh naìy coï daûng äúng chuìm nàòm ngang, næåïc âi trong äúng tæì dæåïi lãn. Så âäö cuía hãû thäúng vaì caïc âiãøm nuït choün theo hçnh(3.1). 3.2.1.Caïc âaûi læåüng âaî biãút . Phuû taíi laûnh yãu cáöu: Qo= 7KW. Nhiãût âäü næåïc noïng gia nhiãût: tH1= 90oC. Nhiãût âäü vaìo cuía næåïc giaíi nhiãût thiãút bë háúp thuû: tW1=25,6oC. Nhiãût âäü ra cuía næåïc taíi laûnh: tm2 = 8oC. 3.2.2.Xaïc âënh nhiãût âäü bay håi to. Nhiãût âäü bay håi t0 vaì aïp suáút P0 åí maïy laûnh háúp thuû phuû thuäüc chuí yãúu vaìo nhiãût âäü næåïc taíi laûnh ra khoíi thiãút bë bay håi tm2. Âä chãnh lãûch nhiãût âäü (tm2-t0) âäúi våïi maïy laûnh háúp thuû hiãûn nay thæåìng âæåüc chãú taûo vaìo khoaíng 3oC. Nãúu âäü chãnh nhiãût âäü (tm2-t0) nhoí hån seî dáùn tåïi hiãûu suáút cuía chu trçnh cao hån (vç e = = ) nhưng diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị bay hơi lớn hơn. Đó là sự lựa chọn giữa chi phí vận hành và vốn đầu tư. Nhiệt độ bay hơi:theo [TL 4-tr9] ta có t0 =tm2 - 3,[oC] to = 8- 3 =5oC. Nhiệt độ vào của nước tải lạnh:theo[TL 4-tr9]ta có tm1=tm2+4 ,[oC] tm1=8+4 = 12oC Vậy t0= 5oC tra bảng ‘’ nước và hơi nước bão hòa, theo [TL 5-tr284] P0=0,00872 Bar 3.2.3.Xác định nhiệt độ ngưng tụ: tK= tW3+ DtK, [oC] Để tiết kiệm nguồn nước ta cho nước giếng khoan vào làm mát thiết bị hấp thụ trước rồi đưa lên làm mát thiết bi ngưng tụ, do đó nhiệt độ vào của nước giải nhiệt thiết bị ngưng tụ cũng chính là nhiệt độ ra của nước giải nhiệt thiết bị hấp thụ, theo [TL 2-tr158] nhiệt độ nước đầu vào và đầu ra chênh nhau (2¸6) tW3 = tW2=tW1 + DtW2 , [oC] chọn DtW2 = 2oC vì nếu chọn DtW2 lớn thì tK lớn do đó làm giảm hệ số lạnh của chu trình tW3= tW2= 25,6 + 2 = 27,6 0C tK=27,6 + 7 = 34,6 oC ta chọn DtK= 7oC ,[TL3-tr10]. Vậy ta chọn tk = 35oC ,tra bảng nước và hơi nước bão hòa, theo [TL5- tr284] PK= 0.0562 Bar 3.2.4.Xác định nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi: - Nhiệt ra của nước gia nhiệt: theo[TL2- tr158]. tH2 = tH1- 2 ,[oC] tH2= 90 - 2 = 88 oC - Nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi: theo [TL1- tr108] th = tH1- 5 ,[oC] th = 90 - 5 = 85 oC 3.2.5.Xác định các điểm nút: Điểm 1: Dung dịch đậm sôi đặc ra khỏi bình hấp thụ. Là giao điểm của hai đường P0= 0,00872 Bar và tK = 35 oC , tra bảng theo [TL1- tr39] ta xác định được. xr= 0,43 kgH2O/kg dung dịch theo công (1.2) ta xác định được entanpi i1 = 95,4 kj/kg. Điểm 2:Hơi nước quá nhiệt khỏi bình sinh hơi. Có áp suất PK= 0,0562 Bar và nhiệt độ tK= 85oC. Tra bảng nước chưa sôi và hơi quá nhiệt, theo [TL5-tr292] ta xác định được entanpi i2 = 2620kj/kg . Điểm 3:Dung dịch loãng sôi ra khỏi bình sinh hơi. Là giao điểm của hai đường PK = 0,0562 Bar và th = 85oC,tra đồ thị theo [TL1- tr39] xác định được. xa = 0,365 kgH2O/kg dung dịch theo công (1.2) ta xác định được entanpi i3= 205,1 kj/kg . Điểm 4: Dung dịch loãng sôi vào bình hấp thụ. Là giao điểm của hai đường Po= 0,00872 Bar và xa= 0.365 kgH2O/kg dung dịch, Điểm 5: Nước ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ. Là giao điểm của hai đường PK= 0,0562 Bar và x = 1 kgH2O/kg dung dịch. Theo công thức (1.17) với PK= 0,0562 Bar tìm được i5=145,4kj/kg Điểm 6: Hơi nước bão hào ra khỏi thiết bị bay hơi. Là giao điểm của hai đường Po= 0,00872 Bar và x = 1 kgH2O/kg dung dịch. theo cônh thức (1.2) với Po= 0,00872 Bar tìm được i6= 2510 kj/kg. *Vậy ta có vùng khử khí . Dx = xr- xa ,[kgH2O/kg dung dịch ] Dx = 0,43 - 0,365 = 0.065 kgH2O/kg dung dịch thỏa mãn điều kiện Dx > 0. 3.2.6. Xác định lưu lượng dung dịch tuần hoàn: Để tính toán lưu lượng tuần hoàn cần phải cân bằng chất ở bình hấp thụ hoặc bình sinh hơi. Gọi Gd là lưu lượng khối lượng qua dàn bay hơi + Cân bằng môi chất lạnh tại bình sinh hơi : xrGr = xaGa+ 1.Gd. + Cân bằng dung dịch và môi chất lạnh: Gr= Ga+ Gd. trong đó : xr : nồng độ của nước trong dung dịch đậm đặc [kgH2O/kg dung dịch ] xa : nồng độ của nước trong dung dịch loãng [kgH2O/kg dung dịch ] Gr : lưu lượng khối lượng của dung dịch đậm đặc [ kg/s] Ga : lưu lượng khối lượng của dung dịch loãng [ kg/s] Gd : lưu lượng khối lượng của môi chất lạnh (nước) [kg/s] + lưu lượng môi chất lạnh được tính theo công thức [TL1- tr40] Gd = ,[kg/s] Ở đây q0 = r(to) là nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở nhiệt độ to r(to = 5oC) = 2489 kj/kg tra theo [TL5- tr284]. Gd = kg/s Gd = 0,0028 kg/s suy ra lưu lượng khối lượng của dung dịch đậm đặc. Gr = .Gd ,[kg/s] Gr = ´ 0,0028 = 0,027 kg/s vậy lưu lượng khối lượng của dung dịch loãng là. Ga = Gr - Gd ,[kg/s] Ga = 0,027 - 0,0028 = 0,024 kg/s Nhận xét: Lưu lượng dung dịch tuần hoàn rõ rànglớn hơn nhiều so với lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn . 3.2.7.Xác định nhiệt độ ra khỏi thiết bị hồi nhiệt: + t1,t1’: Nhiệt độ vào và ra của dung dich đậm đặc: t1= tk + t3, t3’:Nhiệt độ vào và ra của dung dịch loãng: t3= th Theo [TL1- tr46], độ chênh nhiệt độ cực tiểu Dtmin nằm ở đầu lạnh của thiết bị hồi nhiệt được xác định là: t3’ = t1+Dtmin =tK + 10 (Dtmin=10oC) t3’ = 35 + 10 = 45oC Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: Qhn = Ga.Cpa(t1’ - t1) = Gr .Cpr (t3 - t3’) Cpa: Nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch loãng Cpr : Nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch đậm đặc Theo công thức (1.3) ta có Cpr = 3,657 kj/kg Qhn = 0,024´ 3,657 ´ (85 - 45) = 3,5 KW Suy ra: t1’ = + t1 Theo công thức (1.3) ta có Cpa= 3,71 kj/kg t1’ = + 35 = 74oC 3.2.8.Chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp: xa xr x=1 lgP 1/T 1/T 1/T P K 6 1 2 3 4 5 sinh hơi hấp thụ 1/T P 0 H 0 K Hình 3.2 .Chu trình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp. 3.2.9.Lập bảng thông số các điểm nút: Điểm Trạng thái t [oC] P [Bar] x [kgH2O/kgdd] i [kj/kg ] 1 Dung dịch đậm đặc sôi ra khỏi bình hấp thụ 35 0,0087 0,43 95,4 1’ Dung dịch đậm đặc sôi ra khỏi bình hồi nhiệt 74 0,0087 0,43 181,1 2 Hơi nước bão hòa khô ra khỏi bình sinh hơi 72 0,0562 0,43 2660 3 Dung dịch loãng sôi ra khỏi bình sinh hơi 85 0,0562 0,365 205,1 3’ Dung dịch loãng quá lạnh ra khỏi bình hồi nhiệt ( xem gần đúng dung dịch là sôi) 45 0,0562 0,365 117,1 4 Dung dịch loãng sôi vào bình hấp thụ 45 0,0087 0.365 121,5 5 Nước ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ 35 0,0562 1 145,4 6 Hơi nước bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi 5 0,0087 1 2510 3.2.10.Xác định phụ tải của các thiết bị: Thiết bị hấp thụ: Qa = Gd.i6 + Ga.i3’ - Gr.i1 Qa = 0,0028 ´ 2510 + 0,024 ´ 117,1- 0,027 ´ 95,4 = 7.26 KW Thiết bị ngưng tụ: QK = Gd.(i2- i5) QK = 0,0028 ´ (2660 - 145,4) = 7,04KW Thiết bị sinh hơi: QH = Gd.i2 + Gr.i3 - Ga.i 1’ QH = 0,0028 ´ 2660 + 0,027 ´ 205,1 - 0,024´181,1 = 8,64 KW Thiết bị hồi nhiệt: Qhn= 3,5 KW 3.3.Xác định hệ số làm lạnh: z === 0,98 Chương 4: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CỦA MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O/LiBr MỘT CẤP Chương này nhằm mục đích xác định diện tích truyền nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp dùng trong điều hòa không khí. 4.1.Thiết bị bay hơi và hấp thụ: 4.1.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi: Nguyên lý làm việc: Môi chất lạnh (nước) sau khi chảy qua ống mao để giảm áp suất rồi chảy vào dàn bay hơi do áp suất ở đây thấp hơn ở thiết bị ngưng tụ và nhận nhệt của nước tải lạnh nên môi chất lạnh bay hơi. Nước tải lạnh chuyển động cưỡng bức trong ống và nhả nhiệt cho môi chất lạnh sôi màng do bơm tưới liên tục bên ngoài ống. Trong thiết kế này các ống trao đổi nhiệt được làm bằng inox Đường kính trong dt= 0,009 m Đường kính ngoài dn= 0,011 m Hình 4.1. Thiết bị bay hơi và hấp thụ kiểu ống vỏ nằm ngang. Phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi: Qo = Gn .Cpn . (tn1- tn2). Qo = Ko .Fo .Dttbo ,[kw] Trong đó: Gn: Lưu lượng khối lượng của nước tải lạnh [kg/s]. Cpn: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước tải lạnh [kj/kg.độ]. tn1, tn2: Nhiệt độ vào và ra của nước tải lạnh [oC]. Fo: Diện tích truyền nhiệt của thiết bị bay hơi [m2]. Dttbo : Độ chênh nhiệt độ trung bình [oC]. K0: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi(ống trơn nên xem như phẳng) [w/m2.độ] Q0 = 7 KW Cpn= 4,186 kj/kg.độ tn1 = to+7 , tn1= 5 + 7 = 12 [oC] theo [TL4-tr9] tn2 = to+3 , tn2= 5 + 3 = 8 [oC] theo [TL4-tr9] Vậy suy ra lưu lượng khối lượng của nước tải lạnh: Gn = ,[kg/s] Gn = = 0,4 kg/s Độ chênh nhiệt độ trung bình: Dttb0 = ,[oC] Dttb0 = = 4,72 oC Hệ số truyền nhiệt: K0 = Với: å: Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống. Trong tính toán này giá trị å được chọn theo [TL4-tr9] ta được å = 0 0001433m2.độ/W an : Hệ số tỏa nhiệt của nước tải lạnh, nước tải lạnh chuyển động cưỡng bức trong ống , hệ số tỏa nhiệt được tính theo [TL4-tr9]: an = 1780.wn0,8/ dt00,2 ,[w/m2.độ] + dt0 : Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi,[ m2] , trong thiết kế này chọn dt0=0,009 m2. + wn : Tốc độ của nước tải lạnh wn = , [m/s] r: Khối lượng riêng của nước tải lạnh, r = 1000 kg/m3 n0: Số ống trong một hành trình (chọn theo[TL4-tr9] wn = 1,5 m/s , tính ra n0, rồi làm tròn số n0 và tính ngược lại wn) n0 = ,[ống] n0 = = 4,19 chọn n0 = 4 ống suy ra wn = =1,57 m/s Vậy hệ số tỏa nhiệt của nước tải lạnh an= 1780 ´ 1,570,8/0,0090,2 = 6550,75 W/m2.độ a0: Hệ số tỏa nhiệt của môi chất lạnh (nước), hệ tỏa nhệt khi sôi do dòng môi chất lạnh được tưới chảy màng trên bề mặt ống chùm nằm ngang: a0 = 1,03(Re0.Pr0.)0,46. ,[W/m2.độ] Tiêu chuẩn Re0 được xác định như sau: Re0= == 387,8 + G0: Mật độ tưới nước , G0 = (0,417¸ 0,83) kg/m.s ,chọn G0= 0,6 kg/m.s + L0= ; dn0: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt chọn dn0 = 0,022 m. Suy ra L0 = = 0,017m. + d0 = 1,27.: Độ dày lớp màng mỏng của môi chất lạnh ,[m] Trong đó : l0[w/m.độ], m0[Ns/m2], n0[m2/s], r0[kg/m3],g[m/s2], Pr0: hệ số dẫn nhiệt ,độ nhớt độn lực học, độ nhớt động học, khối lượng riêng, gia tốc trọng trường,Prăng(Pr =m.Cp/l) của môi chất lạnh (nước ở nhiêt độ t0). Tra bảng thông số vật lý của nước trên đường bão hòa với t0 = 5oC , theo [TL5-tr330] ta có l0 = 56,2.10-2 W/m.độ m0 = 1547.10-6 Ns/m2 n0 = 1,547.10-6 m2/s r0 = 999,8 kg/m3 Pr0= 11,6 Cp0= 4.2 kj/kg.độ Suy ra : d0 = 1,27´= 0,66.10-3 m Suy ra hệ số tỏa nhiệt của môi chất lạnh a0 là: a0 = 1,03´(387,8´11,6´) 0,46´ = 9428,[W/m2.độ] Suy ra hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi là: K0 = = 2487,4W/m2độ Vậy diện tích truyền nhiệt của thiết bị bay hơi là: F0 = = = 0,6 m2 4.1.2.Tính toán thiết kế thiết bị sinh hơi: Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều. bước ống ngang : theo[TL1- tr86] S = 1,3dn0 = 1,3 ´ 0,011 = 0,0143m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài l0=1,2 m Fxq0= p.dn0.l0 = p ´ 0,011´ 1,2 = 0,041 m2 tổng số ống của thiết bị bay hơi N0== = 14,6 ống, chọn N0 = 16 ống 4.1.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị hấp thụ: Nguyên lý làm việc: Hơi nước được tạo ra ở dàn bay hơi sẽ được dung dịch loãng hấp thụ ở thiết bị phận hấp thụ , trong quá trình hấp thụ nhiệt lượng tỏa ra sẽ được nước làm mát lấy đi. Nước làm chuyển động cưỡng bức trong ống, nhận nhiệt hấp thụ của dung dịch loãng được tưới tự nhiên thành màng bên ngoài ống. Trong thiết kế này các ống trao đổi nhiệt được làm bằng inox có Đường kính trong dta= 0,015 m Đường kính ngoài dna= 0,017 m Phụ tải nhiệt của thiết bị hấp thụ Qa = Gd . i6+ Ga’ .i3’- Gr . i1 , [W] Qa = Gw .Cpw.(tw2 - tw1) , [W] Qa = Ka.Fa.Dttba , [W] Trong đó: i6: Entanpi của hơi nước bảo hòa khô ra khỏi thiết bị bay hơi ở t0 ,[kj/kg] i3’ , i1 : Entanpi của dung ịch vào và ra khỏi thiết bị hấp thụ ,[kj/kg] Gw: Lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị hấp thụ ,[kg/s] Cpw : Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát thiết bị hấp thụ,[kj/kg.độ] tw1 ,tw2 : nhiệt độ vào và ra của nước làm mát ,[oC] Fa : Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[m2] Dttba : Độ chênh nhiệt độ trung bình ,[oC] Ka : Hệ số truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[W/m2.độ] Ta có : Qa = 7,26KW Cpw= 4,186 kj/kg.độ tw1= 25,6 » 26 [oC] tw2= ( tw1+ 2 ) [oC] theo [TL4-tr10] tw2= 26 + 2 = 28 oC Suy ra : Gw= ,[kg/s] Gw = = 0,867kg/s Xem gần đúng nhiệt độ dung dịch trong bình hấp thụ là không đổi và bằng nhiệt độ ngưng tụ nên ta có: Dttba== Dttba= 7,96 oC Ka = ,[W/m2.độ] Với: - : Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống. Trong tính toán này theo [TL4-tr10] giá trị được chọn bằng 0,000568 m2 aa: Hệ số tỏa nhiệt của dung dịch theo[TL4-11] , hệ số tỏa nhiệt từ màng của dung dịch đến thành ống nằm ngang: aa= 1,03 ´ (Rea.Pra.) 0,46. tiêu chuẩn Rea được xác định như sau:Rea = Ga =: mật độ tưới nước,[kg/m.s] Ba: Bề mặt tưới vì ống nằm ngang nên Ba= 2.la.Na la : Chiều dài đoạn ống ,[m] Na: Số cụm ống thẳng đứng Suy ra Ba = 2 ´ 1,2 ´ 4 = 9, 6 m Suy ra Ga = = 0,0025 kg/m.s + La= ; dna: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt ,[m] suy ra La= = 0,0267 m + da= 1,27.:Độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch loãng , [m] trong đó: Cp: nhiệt dung riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC , theo công thức (1.3), Cp= 3,6371- 0,029 ´ 0,365 + 1,4285714.10-5´ (65 ´ 35 + 30 ´ ´ 0,365 - 0,365 ´35) = 3,66 kj/kg.độ la: hệ số dẫn nhiệt của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC ,theo công thức (1.6) la = - 3,5552933 + 3,407759.10-2 ´ 308 - 9,381419.10-5´ 3082 + + 8,834924.10-8 ´ 3083 - 0,03456 = 0,588 W/m.độ, với A(x) = 0,4923607 ´ 0,365 - 0,422476.10-2 ´ 308 ´ 0,365 + 5,658527.10-6 ´ 3082 ´ 0,365 - - 0,1522615 ´ 0,365 2 - 1,730562.104 ´ 308 ´ 0,365 2 + 1,895136 ´ 0,365 3 A(x) = - 0,03456 ma: độ nhớt động lực học của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk = 35oC, theo công thức (1.9) ma= (1,87930 - 0,025765 ´ 0,365 + 0.035 ´ 35 + 0,0004 ´ 0,365 ´ 35 + ) ´ 10-3 = 0,001782 N.s/m2 ra: khối lượng riêng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk= 35oC, theo công thức (1.5) ra= 1049 + 53,54 ´ 0,04218 - 0,718 ´ 0,042182 - 35 ´ (0,584 - - 0,0146 ´ 0,04218) - = 1011,3 kg/m3, với: m =11,514 ´ = 0,04218 na: độ nhớt động học của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk= 35oC , na= 1,782.10 -6 m2/s Pra:tiêu chuẩn Prăng của dung dịch loãng ở nhiệt độ tk=35oC, Pra = = = 7,33 Suy ra độ dày của lớp màng mỏng của dung dịch loãng. da= 1,27´= 1,1.10-4 m Re == 2,1 Vậy suy ra aa= 1,03 ´ (2,1 ´ 7,33 ´ ) 0,46 ´ = 1548,23 W/m2.độ aw1: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát , theo [TL4- tr11] , nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống hệ số tỏa nhiệt được tính bằng: aw1 = 1780.ww10,8/dta0,2 ,[W/m2.độ] ww1: Tốc độ của nước làm mát : ww1 = r: khối lượng riêng của nước làm mát,r = 1000 kg/m3 na: số ống trong một hành trình(chọn [TL-tr] ww1= 1,5 m/s ,tính ra na, rồi làm tròn navà tính ngược lại ww1) na = = = 3, 27 ống chọn na = 3 ống suy ra ww1 = = = 1,62 m/s. Suy ra aw1=1780 ´ 1,620,8/0,0150,2 = 6064,76 W/m2.độ Suy ra Ka= = 725,27 W/m2.độ Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ là: Fa=== 1,26 m2 4.1.4.Tính toán thiết kế thiết bị hấp thụ: Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều. bước ống ngang [TL1-tr86]: S = 1,3.dna= 1,3 ´ 0,017 = 0,022m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la= 1,2 m Fxqa= p.dna.la= p ´ 0,017 ´ 1,2 = 0,064 m2 tổng số ống của thiết bị bay hơi Na== = 19,7 ống , chọn Na= 20 ống Vậy đường kính của bình chứa hai thiết bị bay hơi và hấp thụ: m: Tổng số bước ống lớn nhất tính theo phương ngang, m=10 ống D = m ´ S D = 10 ´ 0,022 = 0,22 m 4.2.Thiết bị ngưng tụ và sinh hơi: 4.2.1.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ: Nguyên lý làm việc: Hơi môi chất từ thiết bị sinh hơi đi vào bình sinh hơi và nhã nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống và ngưng tụ lại thành lỏng cao áp .Ống trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ được làm bằng inox Có đường kính trong dtK = 0,015 m Có đường kính ngoài dnK= 0,017 m Hình4.2.Thiết bị sinh hơi và ngưng tụ ống vỏ nằm ngang. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ: QK=7,04 KW QK= Gw.Cpw.(tw4-tw3) ,[KW] QK= KK.FK.DttbK ,[KW] Trong đó: Gw: Lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị ngưng tụ, cũng chính là lưu lượng khối lượng của nước làm mát thiết bị hấp thụ. Gw= 0,867 kg/s Cpw: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát,Cpw= 4,186 kj/kg.độ tw3, tw4: Nhiệt vào và ra của nước làm mát , do nước làm mát thiết bị hấp thụ trước rồi đến làm mát thiết bị ngưng tụ nên nhiệt độ vào của nước làm mát thiết bị hấp thụ tw3= tw2= 27,6 oC, theo [TL1-tr83]ta có Dtw= 6oC nên tw4= tw3+ Dtw= 27,6 + 6 = 33,6 oC tK: Nhiệt độ ngưng tụ theo [TL4-tr12] tK= = tK= 35,6oC FK: Diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ ,[m2] DttbK: Độ chênh nhiệt độ trung bình . KK: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ (ống trơn xem như vách phẳng) DttbK= = = 4,33oC KK= Với: + :Nhiệt trở của các chất bẩn và của vách ống.Trong tính toán này theo [TL4-tr12] giá trị được chọn bằng 0,00026 m2.độ/W + aw2: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát, theo [TL4-tr12],nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống , hệ số tỏa nhiệt được tính bằng: aw2= ,[W/m2.độ] + dtK: Đường kính trong của ống trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ + ww2: Tốc độ nước làm mát của thiết bị ngưng tụ cũng chính bằng tốc độ của nước làm mát thiết bị hấp thụ , nên ww2 = ww1= 1,62 m/s Do đó số ống trong một hành trình là: nK = = 3 ống , nK= 3 ống rw: khối lượng riêng của nước làm mát, rw=1000 kg/m3 Suy ra hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát là: aw2== 6064,76 W/m2.độ + aK: Hệ số tỏa nhiệt của hơi môi chất lạnh (nước) ,theo [TL4-tr12],hệ số tỏa nhiệt của hơi môi chất ngưng tụ trên bề mặt chùm ống nằm ngang được tính theo công thức: aK= 0,72 ´ + rK, lK, rK, mK: Nhiệt ẩn hóa hơi, hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêngvà độ nhớt động lực học của nước ngưng ở áp suất ngưng tụ PK= 0,0562 Bar. Theo [TL5-tr284], rK= 2418 kj/kg Theo [TL5-tr330], lK= 62,65.10-2 W/m.độ, rK= 993,95 kg/m3, mK = 727,4.10-6 Ns/m2. + dnK: Đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt. + nK: Số ống trao đổi nhiệt theo chiều thẳng đứng trong một dãy ống. Chọn nK = 4 ống + Dta = tK- tv : Độ chênh nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ vách ngoài của ống. Để giải bài toán này ta dùng phương pháp lặp a/ Mật độ dòng nhiệt về phía nước làm mát có kể đến nhiệt trở của vách q1= Coi độ chênh nhiệt độ trung bình DttbK là độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ trung bình của nước làm mát : DttbK= tK- = (tK - tv) + (t v- ) = Dta + (tv - ) Suy ra: q1= , trong thiết kế này giá trị được chọn bằng 0,00026 m2độ/W Suy ra: q1= ,[W/m2] b/Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh đối với bề mặt trong: q2= aK.Dta.=0,72. ,[W/m2] q2= 0,72´ ,[W/m2] q2= 20473 ´ ,[W/m2] Ở chế độ ổn định ta có : q1=q2 Û = 17215,8 ´ (*) Giải phương trình (*) bằng phương pháp lặp với sai số < 0,02% Với Dta= 3oC ta có = 0,014% < 0,02% thỏa mãn điều kiện Suy ra aK= 0,72´ ´ aK = 12728 W/m2.độ Suy ra KK= = 1986,27 W/m2.độ Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ FK là: FK= = ,[m2] FK= 0,82 m2 4.2.2.Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ: Chọn các thông số kết cấu: Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều. bước ống ngang [TL1-tr86]: S= 1,3dnK= 1,3´0,017 = 0,022 m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la=1,2 m FxqK= p.dnK.lK = p ´ 0,017 ´ 1,2 = 0,064 m2 tổng số ống của thiết bị ngưng tụ NK = = = 12,8 ống , chọn NK= 13 ống 4.2.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi: Nguyên lý làm việc: Nước nóng từ nguồn gia nhiệt chuyển động cưỡng bức trong ống trao đổi nhiệt của thiết bị sinh hơi , truyền nhiệt cho dung dịch đậm đặc sôi màng do bơm tưới liên tục bên ngoài ống. Ôúng trao đổi nhiệt được làm bằng inox, có đường kính trong dtH= 0,02 m Đường kính ngoài dnH= 0,022 m. Phụ tải nhiệt của thiết bị sinh hơi: QH= 8,64 K