Luận văn Thiết kế máy lạnh hấp thụ sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất đá sạch

được nhã ra cho nước làm mát. Dung dịch đậm đặc được bơm qua thiết bị tinh chiết nhận nhiệt của hổn hợp hơi trong thiết bị này và tiếp tục về thiết bị hồi nhiệt II nhận nhiệt của dung dịch loãng từ thiết bị sinh hơi về bình hấp thụ và nóng lên sau đó đưa vào thiết bị sinh hơi. Ở thiết bị sinh hơi dung dịch tiếp tục nhận nhiệt của nguồn nước nóng, dung dịch đậm đặc sôi lên và sinh hơi. Hơi sinh ra có lẫn một lượng hơi nước cuốn theo và được đưa vào thiết bị tinh luyện. Dung dịch đậm đặc sau khi sinh hơi còn lại dung dịch loãng, dung dịch loãng trước khi về thiết bị hấp thụ đi qua thiết bị hồi nhiệt II nhã nhiệt cho dung dịch đậm đặc và qua van tiết lưu để giảm áp. Hơi sinh ra qua thiết bị tinh luyện, ở đây hơi nhã nhiệt cho dung dich đậm đặc làm mát. Do nước có nhiệt độ ngưng tụ cao hơn NH3 nên lượng nước cuốn theo ngưng tụ lại và đi về thiết bị sinh hơi. Hơi NH3 tinh khiết được đưa về thiết bị ngưng tụ . Tại thiết bị ngưng tụ, hơi NH3 nhã nhiệt cho nước làm mát và ngưng tụ lại thành lỏng cao áp và về bình chứa cao áp. Để giảm tổn thất lạnh cho chu trình tại dàn bay hơi, ta cho lỏng cao áp qua van tiết lưu và về bàn bay hơi. Tại thiết bị bay hơi lỏng NH3 nhận nhiệt của chất tải lạnh (nước muối) sôi và bay hơi. Hơi này đi về thiết hấp thụ và được dung dịch loãng hấp thụ để trở thành dung dịch đậm đặc. Dung dịch đậm đặc được bơm bơm lên thiết bị tinh luyện để tiếp tục chu trình mới. 8.1.2 Tính toán chu trình máy lạnh hấp thụ : Mục tiêu xác định các điểm nút của chu trình và xác định các phụ tải nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt của máy lạnh hấp thụ NH3/H2O một cấp dùng cho bể đá. 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 có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường nên càng làm giảm nhiệt độ ngưng tụ tăng hệ số lạnh của chu trình, do hệ thống nhỏ nên lượng nước tiêu hao cho không lớn chi phí vận hành chỉ là bơm giếng so với dùng bơm và quạt giải nhiệt. Ta dùng nước giếng khoan để giải nhiệt vì nước giếng khoan có nhiệt độ ổn định trong cả năm (mùa hè và mùa đông) và có nhiệt độ thấp so với các nguồn nước sông hồ, mạng nước thành phố. Theo [TL2-tr7] ta sử dụng nước giếng khoan không tuần hoàn có thể lấy cao hơn hoặc bằng nhiệt độ trong bình hằng năm,tra bảng theo [TL2-tr8] ta có nhiệt độ trung bình hằng năm tại Đà Nẵng Thông số làm việc Chọn nhiệt độ ra của nước tải lạnh tm2 theo [TL4-tr102] : tm2= -8oC Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh thấp hơn nhiệt độ của nước muối tải nhiệt từ. t0=tm2-t0 t0= -8 -4= -120C áp suất bay hơi: Po=2,62 Bar Theo công thức (2.1) trên . Nhiệt độ ngưng tu : Thiết bị làm mát bằng nước nên: Trong đó : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu [TL2 - tr158], chọn tk=60C : nhiệt độ nước làm mát vào khỏi thiết bị ngưng tụ, tw1=25,60C : nhiệt độ nước làm mát ra khỏi thiết bị ngưng tụ. do đó: =>0C Vậy: Chọn Nhiệt độ nước gia nhiệt: Nhiệt độ nước gia nhiệt vào: tH1= 95 oC Nhiệt độ nước gia nhiệt ra : tH2=tH1-2= 95-2=93oC theo [TL2-Tr158] th nhiệt độ của dung dịch lỏng trong thiết bị sinh hơi : th=tH1-5 theo [TL1-Tr108] th = 95-5= 90oC Xác định các điểm nút của chu trình: Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ 1 cấp NH3/H2O Đầu tiên giả thiết rằng quá trình tinh luyện được tiến hành cho đến khi chỉ còn hơi NH3 tinh khiết với. Theo công thức (2.1) t0=-120C => P0= Pa= 2,620 Bar tk= 320C => Pk = Ph = 12,376 Bar Điểm 10: Trạng thái dung dịch đậm đặc ra khỏi thiết bị hấp thụ là giao điểm của: P10=P0= 2,620 MPa t10 = tk= 320C Theo công thức (2.1) ta suy ra được nồng độ của dung dịch: r=0,425 Và công thức (1.1) suy ra entanpy của dung dịch đậm đặc : h10= 43,69 KJ/kg. Điểm 7 : là điểm dung dịch loảng ra khỏi thiết bị sinh hơi về thiết bị hấp thụ là giao điểm của : P7= Pk= 12,376 bar t7 = th= 90 0C Theo công thức (2.1) ta suy ra được nồng độ của dung dịch: a=0,398 Và công thức (1.1) suy ra entanpy của dung dich loảng: h7=301,27 KJ/kg Vùng khử khí: Vậy chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động được. Trạng thái NH3 tại điểm 2, điểm 5 là trạng thái lỏng bảo hoà và hơi bảo hoà khô. Điểm 2: Trạng thái lỏng NH3 ra sau thiết bị ngưng tụ : t2 =tk= 32oC P2=Pk=12,376 bar => suy ra entanpy nó: h2= 340,34 KJ/kg d =1 Điểm 5: hơi Nh3 sau thiết bị bay hơi: t5= t0=-120C P5=P0=2,62 bar => suy ra entanpy nó: h5= 1447,19 KJ/kg d=1 Xác định nhiệt độ ra khỏi thiết bị hồi nhiệt I: Phương trình cân bằng nhiệt: QHNI=G1Cpl (t2-t3) = GhCph(t6-t5) vì G1=Gh , Cpl>Cph => t2- t3 < t6 - t5 hoặc t2- t6< t3- t5 Hiệu nhiệt độ nằm về phía đầu nóng của thiết bị hồi nhiệt I: t2- t6= t t6= t2- t = 32 - 5= 27 0C p6 = p0= 2,62 bar d=1 (4.1) => suy ra entanpy nó: h6=1534,09 KJ/kg Cân bằng nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt I: h5+h2=h3+h6 h3= h2+h5- h6 =340,34+1447,19-1534,09=253,44 KJ/kg Xác định nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị hồi nhiệt I, lượng nhiệt do lỏng môi chất thải ra bằng lượng nhiệt do hơi môi chất thu vào. GlCpl(t2-t3) = GhCph(t6-t5) , Ge = Gh Trong đó Cph ,Cpl: nhiệt dung riêng của hơi amoniac ở trên đường bảo hoà , tra bảng phụ lục ra “Tính chất vật lý của NH3 trên đường bảo hoà” Theo [TL-tr209] : nhiệt dung riêng của lỏng NH3 ở 32 0C nhiệt dung riêng của hơi NH3 ở -12 0C Do đó: t3= =7,8 0C Điểm 4 : Trạng thái lỏng NH3 sau khi ra khỏi tiết lưu: t4=-120C , h4=h3 Entanpy của lỏngNH3 sau tiết lưu => h4=253,44 KJ/kg Gọi , , Trong đó d, r , a: là các đại lượng lưu lượng không thứ nguyên. Lưu lượng môi chất lạnh được tính : md= Trong đó : năng suất lạnh (), Q0=17,54 KW : năng suất lạnh riêng (), q0= h5- h4= 1447,19-253,44=1193,75 KJ/kg md==0,0147 kg/s Lưu lượng dung dịch đậm đặc sôi không thứ nguyên Lưu lượng của dung dịch loảng không thứ nguyên: Công suất bơm dịch. trong đó : m10==22,30,0147=0,328 (kg/s) P0=2,62 (bar): áp suất bay hơi Pk =12,376 (bar): áp suất ngưng tụ : thể tích riêng của dung dịch đậm đặc [TL8-tr35] Do đó: Công tiêu tốn của bơm: vì nhỏ so với các năng lượng khác nên bỏ qua. Điểm 11: Dung dịch đậm đặc vào thiết bị tinh luyện 11=r=0,408 P11=12,376 bar Do năng lượng tiêu tốn cho bơm nhỏ phần năng lượng này làm nóng dung dịch đậm đặc, tức làm tăng entanpy của dung dịch đậm đặc cũng được bỏ qua nên: t11=t10=32 0C h11=h10= 43,69 KJ/kg Nồng độ khối lượng hơi amoniac trong pha hơi h: Gọi điểm 1a là điểm biểu diễn pha hơi ở trạng thái cân bằng với pha lỏng có : th=900C pk=12,376 bar r=0,408 Từ (3.1) suy ra nồng độ khối lượng hơi amoniac trong pha hơi: h=0,962 Điểm 14: Hổn hợp hơi sau thiết bị sinh hơi là hơi bảo hoà: 14=h=0,962 P14= Pk= 12,376 bar t14= th= 90 0C từ (4.1) suy ra entanpy hổn hợp hơi nước- hơi amôniăc h14=1675,15 KJ/kg. Điểm 15: hơi nước ngưng tụ hồi lưu tại thiết bị ngưng tụ P15=Pk=12,376bar Sau khi hổn hợp hơi qua thiết bị tinh luyện chỉ có nước ngưng tụ lại và chảy về thiết bị sinh hơi: 15=0 Mặc khác: áp suất riêng phần của hơi nước: Theo [TL5-tr18] Trong đó: thành phần thể tích của hơi Phh= 12,376 bar : phân áp suất của hỗn hợp. : thành phần khối lượng của hỗn hợp sau bình sinh hơi là h=0,962 nên: và . khối lượng mol Do đó: Vậy phân áp suất của hơi nước trong hỗn hợp là: =0,03612,376=0,445 bar Tra bảng 17 ” nước và hơi nước bảo hoà ( theo áp suất )’’ [TL13-Tr228] ta được : t15= 78,34 0C h15=349,33 KJ/kg Điểm 1: Trạng thái hơi NH3 ra sau khi ra khỏi thiết bị tinh luyện Do được làm mát trong hổn hợp nên nhiệt độ của hơi NH3 ra khỏi thiết bị tinh luyện bằng nhiệt độ nước ngưng. Do đó: t1=t15=78,34 C P1=Pk= 12,376 bar d=1 Theo công thức (2.1) suy ra được: entanpy của hơi NH3 h1=1610,25 KJ/kg Điểm 12: Trạng thái của dung dịch đậm đặc ra khỏi thiết bị tinh luyện: Phương trình cân bằng tại thiết bị tinh luyện = => Trong đó: - Lưu lượng nước hồi lưu tạo ra ở thiết bị ngưng hồi lưu không thứ nguyên. . Vậy Suy ra nhiệt độ dung đâm đặc ra khỏi thiết bị tinh luyện => Cân bằng nhiệt tại thiết bị hồi nhiệt II Trong đó : , :nhiệt dung riêng của dung dịch loảng và dung dịch đậm đặc. :lưu lượng khối lượng của dung dịch loảng và dung dịch đậm đặc. Vì : và Nên: Do đó hiệu nhiệt độ nằm ở đầu lạnh. Điểm 8:là trạng thái loảng chưa sôi có các thông số sau: t8= 38,6 0C p8=12,376 bar a=0,398 kg NH3/kg dung dịch suy ra entanpy h8=66,92 KJ/kg Điểm 13: là trạng thái của dung dịch đậm đặc khi vào bình sinh hơi Suy ra entanpy của dung dịch: h13 , Điểm 9: Dung dịch loảng sau khi tiết lưu dung dịch: t9=t8=450C => suy ra entanpy h9=h8=66,92 KJ/kg Kết quả tính toán được biểu diễn trong bảng sau: Điểm Trạng thái NH3 1 Hơi ra khỏi bình tinh luyện 78,34 12,376 1 1610,25 2 Lỏng ra khỏi thiết bị ngưng tụ 32 12,376 1 340,34 3 Lỏng ra khỏi bình HNI 7,8 12,376 1 253,44 4 Lỏng ra khỏi van TL -12 2,62 1 253,44 5 Hơi sau dàn bay hơi -12 2,62 1 1447,19 6 Hơi sau bình HN I 27 2,62 1 1534,09 Dung dịch loảng 7 Dung dịch ra khỏi bình sinh hơi 90 12,376 0,398 301,27 8 Dung dịch ra khỏi bình HN II 38,6 12,376 0,398 66,92 9 Dung dịch ra khỏi TL 38,6 2,62 0,398 66,92 Dung dịch đậm đặc 10 Dung dịch ra khỏi bình hấp thụ 32 2,62 0,425 43,69 11 Dung dịch sau bơm 32 12,376 0,425 43,69 12 Dung dịch sau bình tinh luyện 33,6 12,376 0,425 50,82 13 Dung dịch trước khi vào bình sinh hơi 83,02 12,376 0,425 274,66 14 Hổn hợp hơi ra khỏi thiết bị sinh hơi 90 12,376 0,962 1675,15 Nuớc 15 Nước ngưng về bình SH 78,34 12,376 0 349,33 8.2 Tính toán các dòng nhiệt. - Hệ số tuần hoàn của dung dịch (lưu lượng dung dịch đậm đặc không thứ nguyên) - Lưu lượng nước hồi lưu tạo ra ở thiết bị ngưng hồi lưu không thứ nguyên. . - Nhiệt thải ra cho dung dịch đậm đặc làm mát trong bình ngưng hồi lưu: Để tinh luyện cần phải bố trí thiết bị tụ hồi lưu.Chính lượng nhiệt do dung dịch đậm đặc làm mát mang đi trong thiết bị này đã làm giảm lượng nhiệt của thiết bị sinh hơi nên để bù lại sự mất mát này nước gia nhiệt cho bình sinh hơi càng phải tăng thêm 1 lượng so với chế độ làm việc không hồi lưu. Vậy lượng nhiệt gia cho 1 kg dung dịch trong bình sinh hơi: Nhiệt trao đổi trong thiết bị hồi nhiệt I và II: Nhiệt thải ra trong bình ngưng: Nhiệt nhận ở dàn bay hơi: Nhiệt thải trong bình hấp thụ: Thử lại: Lượng nhiệt nhận vào: Lượng nhiệt thải ra: Ta thấy sai lệch không đáng kể do lấy thập phân Hệ số nhiệt của chu trình: Đại lượng lưu lượng -Lưu lượng môi chất lạnh cần thiết: -Lưu lượng dung dịch đậm đặc sôi không thứ nguyên - Lưu lượng dung dịch đậm đặc: -Lưu lượng của dung dịch loảng không thứ nguyên: -Lưu lượng dung dịch loảng: Phụ tải nhiệt của thiết bị tính cho md= 0,0147(kg/s): Phụ tải nhiệt của bình hấp thụ: Phụ tải nhiệt của bình ngưng tụ: Phụ tải nhiệt của thiết bị sinh hơi: Phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi: Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi nhiệt I: Phụ tải nhiệt của thiết bị hồi nhiệt II: chương IX: THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT. Thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ truyền nhiệt từ môi chất này sang môi chất khác thông qua bề mặt ngăn cách hoặc tiếp xúc trực tiếp. Sự làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt có ảnh hưởng rất lớn đến vấn đề tiêu hao năng lượng. Chính vì thế, khi thiết kế và chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt cần đảm bảo các yêu cầu sau : - Truyền nhiệt tốt, trở lực nhỏ. - Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo. - Độ tin cậy và độ an toàn cao. - Dễ lắp đặt, vệ sinh và sữa chữa. - Nhỏ gọn, chắc chắn. - Vật liệu chế tạo rẽ tiền. Có tính thẩm mỹ và kinh tế. THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH. 9.1 Thiết bị bay hơi: 9.1.1 Cấu tạo: Có rất nhiều loại thiết bị bay hơi được sử dụng phổ biến hiện nay như thiết bị bay hơi ống chùm nằm ngang, thiết bị bay hơi kiểu ngập, kiều dàn.. Ở đây, chúng ta không dùng bình bay hơi là do nó sẽ làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh, vì phải thêm 1 vòng tuần hoàn nước muối gồm: Bơm tuần hoàn, các đường ống và bình bay hơi để làm lạnh nước muối. Hơn nữa, nước muối có tính ăn mòn rất mạnh, nhất là khi tiếp xúc với không khí thì nó ăn mòn mạnh hơn. Mặt khác, khi dùng bình bay hơi, phải khoét kết cấu bể đá để tạo vòng tuần hoàn nước muối nên bể muối rất dễ bị xì hở. Đối với dàn bay hơi đặt ngập trong bể nước muối thì nó sẽ hạn chế và tránh được những hạn chế trên. Trong đề tài này ta chọn dàn bay hơi ống đứng. Dàn có cấu tạo gồm 2 ống góp đó là ống góp hơi ở trên và ống góp lỏng ở dưới. Giữa hai ống góp là các ống thẳng đứng chứa môi chất lạnh sôi bên trong. hình 9.1. Cấu tạo của dàn bay hơi. 9.1.2 Nguyên lý làm việc: Lỏng môi chất sau khi qua van tiết lưu đến ống góp dưới. Mức lỏng trong dàn bay hơi ngập đầy các ống trao đổi nhiệt. Lỏng môi chất trong dàn nhận nhiệt của chất tải lạnh (nước muối) sôi và bay hơi, hơi môi chất này được gom vào ống góp trên và đi về thiết bị hấp thụ. Để tăng cường quá trình trao đổi nhiệt trong bể đá, ta đặt cánh khuấy trong bể để tạo nên dòng chuyển động cưỡng bức của chất tải lạnh chuyển động qua các khe hở giữa các ống. 9.1.3. Tính diện tích trao đổi nhiệt trong dàn bay hơi: Năng suất lạnh : Q0 = 17,54 KW Nhiệt độ nước muối vào dàn : tm1 = t0+7, tm1 = -15+7=-6oC Nhiệt độ nước muối ra : tm2 = t0+3, tm1 = -15+3=-10 0C Nhiệt độ trung bình của nước muối : tm = - 80C Nhiệt độ sôi của lỏng môi chất: t0 = -120C Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit. Dttbbh = = = 3,64 0C + Hệ số toả nhiệt của nước muối: Theo bảng 6.3 [TL10-Tr 97] các thông số của chất tải lạnh(NaCl) ở nhiệt độ -80C có nồng độ xNaCl = 21,2%: Nhiệt dung riêng : Cp = 3,312 kj/kg.K. Hệ số dẫn nhiệt :l = 0,5312 W/m.K Độ nhớt động : n = 3,692.10-6 m2/s Trị số Prandlt : Pr = 27,07 Chọn ống dàn bay hơi là ống thép trơn . theo [TL3-tr 300] ta chọn: Đường kính trong : d1 = 20 mm Đường kính ngoài : d2 = 22 mm Bước ống : S = 40 mm Chọn tốc độ chuyển động nước muối trong bể. Theo [TL5 Tr 9], wm = 0,6 m/s Theo [TL13-Tr 148] nước muối chuyển động bên ngoài chùm ống đứng bố trí song song. Num = 0,26.Rem0,65.Prm0,33.(Prf/Prw)0,25. : Hệ số ảnh hưởng của bước ống, chùm ống song song. theo [TL13-Tr149]; = 1,0938 (Prf/Prw)0,25 = 1 , xem nhiệt độ nước muối gần bằng nhiệt độ vách ống Trị số Reynold của nước muối: Rem = = = 3575,3 Num = 0,263575,30,6527,070,331,0938 = 172,3 Vậy hệ số toả nhiệt về phía nước muối tính theo bề mặt ngoài. am = am = = 4160,26 [ W/m2.K] + Hệ số toả nhiệt của môi chất lạnh: Theo [TL14-Tr221], hệ số toả nhiệt của NH3 khi sôi trong ống đứng: a0=(27,3+0,004.t0).q10,45.dt-0.24 a0=[27,3+0,004.(-12)].q10,45.0,02-0.24 a0=69,687.q0,45 + Mật độ dòng nhiệt về phía chất tải lạnh (nước muối): q2= trong đó:=(0,7-:-0,9): là nhiệt trở của vách ống và cặn bẩn. Chọn =0,7.10-3 ,[w/m2.k]. Có thể coi độ chênh nhiệt độ trung bình Dttb0 là độ chênh nhiệt độ của nước muối và nhiệt độ bay hơi. Dttb0 = tm - t0 = (tm - tv) + (tv - t0) = (tm - tv) + Dta gọi Dta=tv- t0: độ chênh nhiệt độ của vách và nhiệt độ bay hơi. Vậy mật độ dòng nhiệt về phía nước tải lạnh: q2= = 1063,41( 4,72-ta ) q2=5019,3-1063,41 Dta + Suy ra mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh: q1=a0. Dta q1=69,687.. Dta q1=2244,84. Dta1/ 0 ,55 Ở chế độ ổn định: q1 = q2 =q 2264,55. Dta1/ 0 ,55=5019,3-1063,41 Dta Giải phương trình trên bằng phương pháp lặp tìm được: Dta = 1,298. Vậy mật độ dòng nhiệt về phía nước muối : q1 = 2244,84. 1,2981/ 0 ,55 q1=3606,94 W/m2 Mật độ dòng nhiệt về phía về phía môi chất : q2 = 5019,3-1063,41 Dta = 3638,99W/m2 Sai số khi giải bằng phương pháp lặp: e = = = 0,000088% Hệ số toả nhiệt của chất tải lạnh: = 69,687.q2 0,45 = 69,6873638,990,45 = 2789,93 w/m2k Hệ số truyền nhiệt của thiết bị bay hơi ống trơn xem như vách phẳng: K0 = K0 = = 769,94 W/m2k Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Ft === 6,258 (m2) Theo phần I: chiều cao bể đá C= 600mm. Ta đặt dàn bay hơi theo khuôn đá, khoảng cách từ ống góp dưới đến đáy bể 60mm. Phần trên để nước muối không tràn vào đá hay ra môi trường bên ngoài, ta chọn khoảng cách từ miệng khuôn đá miệng bể đá đến là 60 mm. Như vậy, chiều cao của dàn bay hơi là: 450 mm. Chọn đường kính ống góp trên và ống góp dưới:Theo [TL3-Tr300] ta chọn Dn = 27 mm. Vậy số ống lắp đặt : n = n = = 200 [ống] ta chọn số cụm ống trong dàn bay hơi là: vậy số ống trong mỗi cụm: n1= ,[ống] + Chiều dài của một cụm ống: L = n1 .S = 200,04 = 0,80 [m] L =0,80 [m] 9.2 Thiết bị hấp thụ: 9.2.1. Cấu tạo: Thiết bị hấp thụ có nhiệm vụ để dung dịch loãng từ thiết bị sinh hơi về “hút” hấp thụ hơi NH3 từ dàn bay hơi. Nhiệt toả ra trong quá trình hấp thụ được thải cho nước làm mát. Có nhiều loại thiết bị hấp thụ khác nhau như là thiết bị hấp thụ kiểu bề mặt, kiểu phun ..Ở đề tài này ta chọn thiết bị hấp thụ kiểu ống chùm nằm ngang, kết hợp với bình chứa ở phía dươi bình. Nước giếng khoan được bơm lên đi vào trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức bên trong ống từ dưới lên. Dung dịch từ thiết bị sinh hơi về được tưới đều lên bề mặt các ống trao đổi nhiệt. ` 9.2.2. Nguyên lý làm việc : ` Hơi môi chất từ thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hấp thụ và tiếp xúc trực tiếp với dung dịch loãng từ thiết bị sinh hơi về. Để hiệu quả hấp thụ của hơi NH3 và dung dịch loãng được tốt hơn ta cho dung dịch loãng chảy từ trên xuống qua bộ phân phối dung dịch loãng. Nhiệt thải ra trong quá trình hấp thụ được nước làm mát trong ốg mang đi. Dung dịch đậm đặc sau khi hấp thụ được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi từ phía dưới 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 9.2.3. Tính diện tích thiết bị hấp thụ: Phụ tải nhiệt của thiết bị hấp thụ : Qa = 29,18 [KW] Qa = Gw .Cpw.(tw2 - tw1) [KW] Qa = Ka.Fa.Dttba [KW] Trong đó: 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 : Cpw= 4,186 kj/kg.độ tw1= 25,6 oC theo bảng 1.1 cột 3 [TL2-Tr8] tw2= tw1+ (46)oC theo [TL2-Tr158] tw2= 25,6 + 5 = 30,6 oC Suy ra : Gw= ,[kg/s] Gw = = 1,39 kg/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= 3,29 oC + Hệ số truyền nhiệt: 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 + ar: 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 ´ (ReaPra) 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 ´ 6 = 14,4 m Suy ra Ga= = 0,0129 kg/m.s + La= ; dnr: 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 loảng , [m] trong đó: Ca: nhiệt dung riêng của dung dịch loảng ở nhiệt độ tk=32oC , theo công (1.29) nhiệt dung riêng gần đúng: Ca=4,18+0,71.=4,18+0,710,398=4,46 KJ/kg.k Ca=4,44 kj/kg.k lk: hệ số dẫn nhiệt của dung dịch loảng ở nhiệt độ tk=32oC ,theo công thức(1.30): Trong đó: : hệ số dẩn nhiệt của nước. =0,562+1,839.10-3.t-7,11.10-6t2 =0,562+1,839.10-3 32-7,11.10-6322=0,61357 W/mđộ : hệ số dẫn nhiệt của amoniac =0,528+1,669.10-3.t-6,2.10-6t2 =0,528+1,669.10-332-6,2.10-6 322 =0,57506 W/m.độ Suy ra: =(1-0,398)0,61357+0,3980,57506=0,59824 W/m.độ Độ nhớt động lực học của dung dịch đậm đặc ở nhiệt độ tk=320 C, theo công thức (8.1): Trong đó : : độ nhớt động lực học của nước: = 726,9 Ns/m2 theo công thức (8.2) : độ nhớt động lực học của NH3: = 10,95 Ns/m2 theo công thức (8.2) Suy ra =[( 1-0,398 )726,9+10,95].10-6 =448,54.10-6 Ns/m2 Khối lượng riêng của dung dịch loảng ở nhiệt độ tk=320C, theo công thức(1.23): Trong đó: v1: thể tích riêng của nước v2: thể tích riêng của amoniac vh : sự thay đổi số hạng đặc tính của thể tích ở hổn hợp nước và amoniac Đặt X= 1,8.T =1,8 ( 32+273) = 549 0k v1= v1==1.10-3 v2= v2= v2= 1,69.10-3 vhh=-0,0001[0,747+0,94.10-2.t+0,318.10-3.t2 +(4,84+1,33.10 -2.t -0,214.10-3.t2).].[(1-).+(1-)2 ] vhh=-0,0001[0,747+0,94.10-232+0,318.10-3322 +(4,84+1,33.10 -232 -0,214.10-3322)0,398].[(1-0,398)0,398+(1-0,398)0,3982 ] vhh=-1,1.10-4 Vậy suy ra: = =860,41 kg/m3 Độ nhớt động học: =0,5210-6 Tiêu chuẩn Pr== Suy ra độ dày lớp màng mỏng của dung dịch đậm đặc: da= 1,27.: Top of Form dr= 1,27.= 1,344.10-4 m Bottom of Form Re== Do vậy suy ra: aa= 1,03 ´ (ReaPra) 0,46 =3283,88 w/m2độ + aw1: Hệ số tỏa nhiệt của nước làm mát , theo [TL13- tr149] , nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống hệ số tỏa nhiệt được tính bằng: 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 ww1= 1,5 m/s ,tính ra na, rồi làm tròn navà tính ngược lại ww1) na = = = 5,24 chọn na = 6 ống suy ra ww1 = = = 1,31 m/s. Nhiệt độ nước làm mát trung bình: tw=(tw1+tw2)/2=(25,6+30,6)/2=28,1oC Tiêu chuẩn Prand: Prf =5,74 theo [TL13-Tr215] Hệ số dẫn nhiệt của nước làm mát: =0,61W/m.độ Nhiệt độ của vách: tv=(tw+tk)/2=(28,1+32)/2=30,05oC Tiêu chuẩn Prand: Prf =5,42 theo [TL13-Tr215] Suy ra tiêu chuẩn Reynol: Re==23248,94 >104 nước trong ống chảy rối Ap dụng công thức Nussel: Nu=0,021.Re0,8.Prf0,43.(Prf/Prw)0,25 theo [TL13-Tr149] Nu=0,021. 23248,94 0,8.5,740,43.(5,75f/5,42)0,25=140,63 Suy ra aw1= = 5720 W/m2.độ Suy ra Ka= = 954,79W/m2.độ Vậy suy ra diện tích truyền nhiệt của thiết bị hấp thụ là: Fa=== 9,28 m2 9.2.4.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. Chọn bước ống ngang: S = 0,027m diện tích xung quanh của ống trao đổi nhiệt ứng với chiều dài la= 2 m Fxqa= p.dna.la= p ´ 0,017 ´ 2 = 0,11 m2 Số ống của thiết bị bay hơi Na== = 84,36 ống - Chọn tổng số ống là 85 ống - Chọn số ống theo phương ngang 11ống - Vậy đường kính chứa ống cuả thiết bị hấp thụ: Dt= m s = 110,027= 0,297 m 9.3.Thiết bị ngưng tụ : 9.3.1. Cấu tạo: Có nhiều loại thiết bị ngưng tụ được sử dụng phổ biến hiện nay như thiết bị ngưng tụ ống chùm nằm ngang, thiết bị ngưng tụ kiểu tưới, kiểu bay hơi, thiết bị ngưng tụ kiểu dàn làm mát bằng không khí.v..v. Trong hệ thống này, ta chọn thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ống thép nằm ngang ngâm trong bể nước. Nước làm mát là nước giếng khoan, trong bể nước làm mát trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên. Sở dĩ chúng tôi chọn cấu trúc này vì các nguyên nhân sau: - Nguồn gia nhiệt cho thiết bị sinh hơi sử dụng từ năng lượng mặt trời, có nhiệt độ gia nhiệt thấp nên hệ số làm lạnh không cao. Dùng cấu tạo trên do nước làm mát có nhiệt độ thấp và chứa trong bể lớn nên độ chênh nhiệt độ nước ở đầu vào và đầu ra không lớn . Do đó, trường nhiệt độ có thể phân bố đều và nhiệt độ ngưng tụ thấp nhằm tăng hệ số làm lạnh của hệ thống. - Chi phí đầu tư giảm nhiều do không có tháp giải nhiệt, quạt giải nhiệt.. Nước giếng khoan có nhiệt độ thấp hơn nước sông, hồ hay mạng nước máy thành phố - Do hệ thống lạnh nhỏ nên lượng nước giếng khoan tiêu hao không lớn, chi phí vận hành chỉ là bơm nước giếng hình 9.3: Cấu tạo của thiết bị ngưng tụ 9.3.2. Nguyên lý làm việc: Hơi môi chất từ thiết bị sinh hơi đi vào thiết bị ngưng tụ và nhã nhiệt cho nước làm mát chuyển động tự nhiên ngoài 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 = 0,018 m Có đường kính ngoài dnK= 0,022 m 9.3.3.Tính diện tích trao đổi nhiệt: Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ: QK=18,66[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. Cpw: Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước làm mát, Cpw= 4,186 kj/kg.độ tw1, tw2: Nhiệt vào và ra của nước làm mát , do nước làm mát được bơm từ giếng chảy trực tiếp vào bể nước ngưng nên: tw1= 25,6 oC tw2= tw1+ Dtw= 25,6 + = 27,6 oC theo [TL1-Tr83] ta có Dtw= 2oC Nhiệt độ trung bình của nước: tw=(tw3+tw4)/2=(25,6+27,6)/2=26,6 oC tK: Nhiệt độ ngưng tụ: tK=32 oC 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= = = 5,34oC 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 tự nhiên ngoài ống , hệ số tỏa nhiệt được tính bằng: aw2= + Nuk=0,5(GrPrw )0,25 (Prw /Prv)0,25,[W/m2.độ] + Gr= Trong đó : : hệ số giãn nhiệt. ==1/(273+26,6)=3,3310-3,[1/K]