Tính chọn thiết bị bay hơi và ngưng tụ cùng tháp giải nhiệt

628Pa. Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 259,445 . 90% = 233,5Pa. H = = 0,03 m2hMPa/g = 0,08 g/m2h. - Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 2157,4 Pa = 1624,1 Pa = 1446,3 Pa = 1428,5 Pa = 1310 Pa = 243,3 Pa = 225,6 Pa Hình 2-4: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách. Phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phần áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-4. 2.3. Tính toán cách nhiệt tường bao kho bảo quản đá. 2.3.1. Tính cách nhiệt tường bao kho bảo quản đá. 2.3.1.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Theo bảng 3-3 [1] ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào kho trữ đá (-50C) là k = 0,34 W/m2K. Theo bảng 3-7 [1] tra được hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt là a1 = 23,3 W/m2K. Hệ số toả nhiệt từ vách kho đá vào kho đá là a2 = 9 W/m2K. Hệ số dẫn nhiệt, dẫn ẩm của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1, 3-2 [1]. - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa - Lớp gạch đỏ d = 0,22m l = 0,82W/mK m = 105 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,003m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa 2 3 4 1 1 - Vữa trát xi măng 2 - Gạch xây 3 - Giấy dầu 4 - Cách nhiệt Hình 2-6: Cấu trúc tường bao kho trữ đá Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1] = 0,114 m. Ta chọn chiều dầ‏‎y cách nhiệt là SCN = 0,15m. Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1]. = 0,27 W/m2K. 2.3.1.2. Kiểm tra đọng sương. Theo bảng (1-1) [1] nhiệt độ tháng nóng nhất tại Hà Nội lấy t1 = 37,20C độ ẩm j = 83%. Tra đồ thị h - x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển. B = 760mmHg ta được tS = 34,20C. Theo biểu thức (3-7) [1] ta có: KS = 0,95 . a1 . (t1 - tS)/ (t1 - t2) KS = 0,95 . 23,3 (37,2 - 34,2)/ (37,2 + 5) = 1,58 W/m2 K 2.3.1.3. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. - Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,27 . [37,2 - (-5)] = 11,34 W/m2. - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách: q = a1 (tf1 - t1). ị = 36,510C. = 36,250C. = 33,210C. = 32,950C. = 32,740C. = -3,450C. = -3,710C. Tra bảng "tính chất vật lý của không khí ẩm" bảng 7 - 10 [3] ta được: Bảng 2 -1 : áp suất hơi. Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 36,51 36,25 33,21 32,95 32,74 -3,45 -3,71 áp suất PX", Pa 6110,4 6023,6 5090 5015,2 4957,4 458 448 - Tích phân áp xuất thực hơi nước: - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che. Trong đó: và là phân áp xuất hơi của không khí bên ngoài và bên trong kho đá, Pa. H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = PX" (t = 37,20C). j1 = 6274. 83% = 5207,4 Pa Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 401,033 . 90% = 361 Pa H = = 0,025 m2 hMPa/g w = = 0,194 g/m2h. - Phân áp xuất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 5164,3 Pa = 4757,8 Pa = 4714,7 Pa = 4283,6 Pa = 402,6 Pa = 360,5 Phương án 3 4 2 1 5 6 7 1000 2000 3000 4000 5000 6000 h P a P d ,m PX" PX Hình 2-7: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dây vách Phương pháp này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp xuất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-7. 2.3.2. Cách nhiệt trần kho bảo quản đá. 2.3.2.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Cấu trúc nhiệt trần kho bảo quản đá được biểu diễn trên hình 2-8. Hình 2-8: Cấu trúc cách nhiệt trần kho bảo quản đá Theo bảng 3-3[1] ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào kho bảo quản đá (-50C) là K = 0,34 W/m2K. Theo bảng 3-7 [1] ta tra được hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới trần cách nhiệt là a1 = 23,3 W/m2K. Hệ số toả nhiệt từ vách kho đá vào kho đá là a2 = 9 W/m2K. Hệ số dẫn nhiệt, dẫn ẩm của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1, 3-2 [1]. - Lớp phủ Bitum d = 0,01m l = 0,3W/mK m = 0,86 g/mhMPa - Lớp bê tông cốt thép d = 0,2m l = 1,4W/mK m = 30 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,003m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1]. dCN = 0,12 m. Ta chọn chiều dầ‏‎y cách nhiệt là SCN = 0,15m. Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1]. = 0,28 W/m2K. 2.3.2.2. Kiểm tra đọng sương. Theo bảng (1-1) [1] nhiệt độ tại Hà Nội tháng nóng nhất là t1 = 37,20C độ ẩm j = 83%. Tra đồ thị h - x của không khí ẩm ở áp suất khí quyển. B = 760mmHg ta được tS = 34,20C. Theo biểu thức (3-7) [1] ta có: KS = 0,95 . a1 . (t1 - tS)/ (t1 - t2) KS = 0,95 . 23,3 (37,2 - 34,2)/ (37,2 + 5) = 1,58 W/m2 K 2.3.2.3. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. - Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,28 . [37,2 - (-5)] = 11,81 W/m2. - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách: q = a1 (tf1 - t1). ị = 36,690C. = 36,290C. = 34,600C. = 34,370C. = -3,320C. = -3,580C. Tra bảng "tính chất vật lý của không khí ẩm" bảng 7 - 10 [3] ta được: Bảng 2 -4 : áp suất hơi. Vách 1 2 3 4 5 6 Nhiệt độ t0C 36,69 36,29 34,60 34,37 -3,32 -3,58 áp suất PX", Pa 6107,1 3976,8 5448,7 5382 463,1 452,6 - Tích phân áp xuất thực hơi nước: - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che. Trong đó: và là phân áp xuất hơi của không khí bên ngoài và bên trong kho đá, Pa. H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = PX" (t = 37,20C). j1 = 6274. 83% = 5207,4 Pa Ph2 = PX" (t = -100C). j2 = 401,033 . 90% = 361 Pa H = = 0,041 m2hMPa/g w = = 0,12 g/m2h. - Phân áp xuất thực của hơi nước trên các bề mặt. = 3812,1 Pa = 3012,1 Pa = 4714,7 Pa = 345,4 Pa = 318,7 Pa Hình 2-9: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách Phương pháp này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp xuất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-9. 2.3.3. Cách nhiệt nền kho bảo quản đá. 2.3.3.1. Xác định chiều dày cách nhiệt. Cấu trúc cách nhiệt của nền kho bảo quản đá được biểu diễn trên hình 2-10. 5 1 - Gạch vỡ 2 - Bê tông 3 - Giấy dầu 4 - Cách nhiệt 5 - Vữa xi măng 2 2 4 1 Hình 2-10: Cấu trúc cách nhiệt nền kho bảo quản đá - Lớp gạch vỡ d = 0,4m l = 0,87W/mK m = 68 g/mhMPa - Lớp bê tông cốt thép d = 0,2m l = 1,4W/mK m = 30 g/mhMPa - Lớp vữa xi măng d = 0,02m l = 0,88W/mK m = 90 g/mhMPa - Lớp giấy dầu d = 0,005m l = 0,16W/mK m = 1,35 g/mhMPa - Lớp cách nhiệt d = ? m l = 0,047W/mK m = 7,5 g/mhMPa Hệ số toả nhiệt từ vách kho đá vào kho đá là a2 = 9 W/m2K. Hệ số truyền nhiệt k = 0,35 W/m2K. Chiều dày cách nhiệt cần thiết tính theo công thức (3-2) [1] Ta chọn dCN = 0,1 (m) Hệ số truyền nhiệt thực được tính theo công thức (3-1) [1] 2.3.3.2. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt - Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt. q = k. DT = 0,344. (25 + 5) = 10,32 W/m2 - Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách. t1 = 250C Tra bảng “Tính chất vật lý của không khí ẩm” bảng 7-10 [3] ta được. Bảng 2-5: áp suất hơi Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 25 20,26 18,79 18,56 18,37 -3,59 -3,82 áp suất PH, Pa 3166,3 2375,5 2168 2137,3 2112 452,6 443,7 - Tính phân áp thực của hơi nước - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che: Trong đó: Ph1 và Ph2 là phân áp suất hơi của không khí bên ngoài và bên trong kho đá, Pa. H: Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che, m2hMPa/g. Ph1 = Px’’(t = 250C). j1 = 3166,3. 83% = 2628 Pa Ph2 = Px’’(t = -50C). j2 = 401,033. 90% = 361 Pa - Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt. Hình 2-11: Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách Phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực đều nhỏ hơn áp suất bão hoà. Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dày vách được thể hiện trên hình 2-11. 2.4. Tính cân bằng nhiệt. 2.4.1. Đại cương Tính cân bằng nhiệt là tính toán các dòng nhiệt từ bên ngoài đi vào bể đá và kho trữ đá. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa bể đá, kho đá với không khí bên ngoài. Mục đích cuối cùng của việc tính cân bằng nhiệt là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt. Dòng nhiệt tổn thất vào bể đá và kho đá Q được xác định bằng biểu thức sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (W) Q1 – Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh Q2 – Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh Q3 – Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài vào do thông gió buồng lạnh Q4 – Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh Q5 – Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp, Q5 = 0. 2.4.2. Tính tổn thất nhiệt bể đá 2.4.2.1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, nắp bể và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong bể đá. Q1 = Q11 + Q12 + Q13, W Q11 – Dòng nhiệt tổn thất qua tường Q12 – Dòng nhiệt tổn thất qua nắp bể Q13 – Dòng nhiệt tổn thất qua nền 2.4.2.2. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua tường bể đá. Q11 = kt. Ft. DT11 Kt – Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dày cách nhiệt tường bao. Kt = 0,279 W/m2K Ft – Diện tích bề mặt tường bể đá Ft = 2.(4,42. 1,4 + 3,48. 1,4) = 22,12m2 DT11 – Chênh lệch nhiệt độ giữa bể đá với môi trường bên ngoài22222 Q11 = 0,279. 22,12 [37,2 – (-10)] = 291,29 W 2.4.2.3. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua nắp bể đá Q12 = ktr. Ftr. DT12 Ktr – Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dày cách nhiệt nắp bể, W/m2K Ftr – Diện tích bề mặt tường bể đá Ftr = 4,42. 3,48 = 15,38m2 DT12 – Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí trong bể đá với nhiệt độ môi trường. Bể đá được đậy bằng nắp gỗ dán dày 10cm Hệ số truyền nhiệt thực qua nắp bể được tính theo biểu thức Q12 = 1,2. 15,38 (37,2 – 2) = 650 W 2.4.2.4. Xác định dòng nhiệt qua nền bể đá Q13 = kn. Fn. DT13 k22222 kn – Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dày cách nhiệt nền bể. Kn = 0,356 W/m2K Fn – Diện tích bề mặt nền bể đá Fn = 3,48. 4,42 = 15,38m2 DT13 – Chênh lệch nhiệt độ giữa bể đá với nhiệt độ lòng đất. Q13 = 0,356. 15,38. (25 – (-10)] = 191,63 W Vậy dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che bể đá là. Q1 = 291,29 + 650 + 191,63 = 1132,92 W 2.4.2.5. Xác định lượng nhiệt cần thiết để làm lạnh đá Q2 Dòng nhiệt thu của nước trong khuôn đế làm lạnh từ 270C xuống –100C. Q2 = m.[(pw (t1 – 0) + qr + Cpd (0 – t2)] Trong đó m = (Đổi ra từ 6 tấn/24 giờ) Nhiệt độ nước dùng làm đá là 270C. KJ/Kg.K – Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước qr = 333,6 KJ/Kg – Nhiệt đông đặc của nước đá. Cpd =2,09 KJ/Kg.K – Nhiệt dung riêng của nước đá t1 - Nhiệt độ nước vào, t1 = 270C t2 - Nhiệt độ nước đá khi ra, t2 = -100C. Q2 = 0,0624 = 0,0694 Q2 = 32,43 KJ/s = 32,34 KW 2.4.2.6. Xác định dòng nhiệt toả ra khi vận hành Q4 2.4.2.6.1. Dòng nhiệt toả ra của quạt khuấy nước muối Q41 = 1,5 KW 2.4.2.6.2. Xác định lượng nhiệt để làm lạnh khuôn. Diện tích tôn cần thiết để làm 1 khuôn đá. Diện tích tôn cần thiết để làm 124 khuôn đá d = 124. 1,22 = 152,28m2 Tôn dầy 1mm => V = S.h = 152,28. 0,001 = 0,151m3 Khối lượng riêng của tôn rt = 5,4 g/cm3 Khối lượng tôn cần thiết để làm khuôn là m = rt. V = 5,4. 0,151 = 0,815 = 815,4 Kg - Dòng nhiệt làm lạnh khuôn từ nhiệt độ 37,20C xuống –100C. Q42 = m. c. DT = 815,4 . 0,477 (37,2 -+ 10)/243600 = 212,4 W Trong đó C = 0,477 KJ/Kg.K là nhiệt dung riêng của tôn Q4 = 1,5 + 0,212 = 1,71 (KW) 2.4.2.6.3. Nhiệt tải thiết bị. Ta lấy thêm hệ số an toàn k = 1,1 để tính toán thiết kế thiết bị. 3.4.2.6.4. Nhiệt tải máy nén 2.4.3. Tính tổn thất nhiệt kho trữ đá. 2.4.3.1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho trữ đá. Q1 = Q11 + Q12 + Q13, W Q11- Dòng nhiệt tổn thất qua tường Q12- Dòng nhiệt tổn thất qua trần Q13- Dòng nhiệt tổn thất qua nền 2.4.3.2. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua tường kho trữ đá. Q11 = kt. Ft. DT11 kt – Hệ số truyền nhiệt xác định theo chiều dầy cách nhiệt kho kt = 0,27 w/m2H Ft - Diện tích bề mặt tường kho đá DTn - Chênh lệch nhiệt độ giữa kho đá với môi trường bên ngoài Qn = 0,27. 60 (37,2 + 5) = 683,64 W 2.4.3.3. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua trần kho trữ đá Q12 = ktr + F1 . DT12 ktr - Hệ số nhiệt thức xác định theo chiều dầy cách nhiệt trần kho ktr = 0,28 W/m2H Ftr - Diện tích bề mặt trần kho đá, m2 Ftr = 7.5 = 25m2 Q12 = 0,28. 36 (37,5 + 5) = 416,5W 2.4.3.4. Xác định dòng nhiệt tổn thất qua nền kho trữ đá Q13 = kn. Fn. DT13 kn - Hệ số truyền nhiệt thực xác định theo chiều dòng cách nhiệt nền kho. Fn - Diện tích mặt nền kho đá. Fn = 7. 5 = 35m2 DT13 - Chênh lệch nhiệt độ giữa kho bảo quản và lòng đất Q13 = 0,344. 35 (25 + 5) = 361,2W Vậy dòng tổn thất qua kết cấu bao che của kho trữ đá là Q1 = Q11 + Q12 + Q13 = 683,64 + 416,5 + 361,2 = 1461,34 W 2.4.3.2. Dòng nhiệt toả ra do vận hành 2.4.3.2.1. Dòng nhiệt chiếu sáng buồng Ta dùng 6 bóng đèn công suất mỗi bóng là 40W để chiếu sáng kho trữ dá. Vậy dòng nhiệt toả ra khi chiếu sáng là Q41 = 6.40 = 240W. 2.4.3.2.2. Dòng nhiệt do người toả ra. Q42 = 350. n n - Số người làm việc trong buồng, n = 2 người 350 - Dòng nhiệt do 1 người toả ra khi làm việc năng, W Q42 = 350. 2 = 700W 2.4.3.2.3. Dòng nhiệt do động cơ toả ra Trong kho trữ đá cơ quạt của dàn làm lạnh không khí. Ta lấy Q43 = 2000W 2.4.3.2.4. Dòng nhiệt khi mở cửa Q44 = B. F B - Dòng nhiệt khi mở cửa, B = 15W/m2 F - Diện tích buồng, F = 35m2 Q44 = 35. 15 = 525 W Lượng nhiệt toả ra kho vận hành là. Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 240 + 700 + 2000 + 525 = 3465 W 2.4.3.2.5. Nhiệt toả thiết bị. Ta lấy thêm hệ số an toàn k = 1,3 để tính toán thiết kế thiết bị. 2.4.3.2.6. Nhiệt tải máy nén. 2.4.3.2.7. Nhiệt tải thiết bị của cả hệ thống. Q0 = Qo' + Q0'' = 39 + 6,5 = 45,5 KW 2.4.3.2.8. Nhiệt tải máy nén của cả hệ thống. Qmn = 34,9 + 4,06 = 39 KW. Chương 3 Tính chọn máy nén 3.1 dựng chu trình * Số liệu ban đầu: Nhiệt độ sôi: t0 = -150C. suy ra: P0 = 0,24MPa. Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 450C. PK = 1,785MPa Nhiệt độ nước vào: tW1 = 37,60C. Tỷ số nén: = 7,43 < 9. Suy ra: Với p = 7,43 < 3: ta chọn chu trình một cấp nén. * Nhiệt độ quá lạnh: tql là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu, tql càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt. Tuy nhiên, đối với máy lạnh một cấp không có hồi nhiệt NH3 thì ta có thể tính theo công thức. tql = tW1 + (3 á 5)0C= 37,6 + (3 á 5)0C = (40,6 á 42,6)0C. * Nhiệt độ hơi hút: th là nhiệt độ của hơi trước khi hút về máy nén để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng trên đường hút gần máy nén. Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau. Với NH3: th = t0 + (5 á 15)0C tức là nhiệt độ hơi hút cho hơn nhiệt độ sôi từ (5 á 15)0C. Th = -15 + (5 á 150C0 = (-10 á 0)0C: chọn th = -50C. Sơ đồ nguyên lý và đồ thị lgp-h như hình 3.1 dưới đây. Nước làm mát NT BH 1' TL MN lgP 3 2 4 1 h a. Sơ đồ nguyên lý b. Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-h 2 2' 3' 3 1 2' 3' 1' Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-h Sự thay đổi trạng thái môi chất trong chu trình như sau: 1'-1: Quá nhiệt hơi hút. 1-2: Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp P0 lên áp suất cao PK. 2-2': Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà: 2-3': Ngưng tụ một chất đẳng áp và đẳng nhiệt. 3-3': Quá lạnh. 3-4: Quá trình tiết lưu đẩy entapi ở van tiết lưu h3 = h4. 4-1': Quá trình bay hơi trong bay hơi đẳng nhiệt P0 = const và t0 = const. * Nguyên lý hoạt động: Hơi NH3 từ thiết bị bay hơi được máy nén hút và nén lên áp suất cho nồi đẩy vào bình ngưng tụ, tại đây hơi quá nhiệt NH3 thải nhiệt cho nước làm mát và ngưng thành lỏng ở áp suất cao, lỏng này qua van tiết lưu sẽ hoá hơi dần trong dàn bay hơi có áp suất thấp, hơi được máy nén hút về, sau đó chu trình được lặp lại: Bảng 3-1: Thông số các điểm hút của chu trình lạnh. Điểm nút 1' 1 2 3 3' = 4 h, KJ/kg 1664 1675 1985 609 633 V, m3/kg 0,5074 0,45 0,1 - - P, MPa 0,24 - - - 1,785 Trạng thái điểm 2 được xác định thông qua bảng phụ lục [1] (là giao điểm của đường 1 - 2 với đường s = const). 3.2. Tính chọn máy nén. * Tính toán các đại lượng làm việc tại Việt Nam (B). 1 - Năng suất lạnh riêng: q0 = hi - h4 = 1664 - 633 = 1031 KJ/kg. 2 - Năng suất lạnh riêng thể tích: = = 2291 KJ/m3. 3 - Lưu lượng máy nén: m = = 0,0441 kg/s. 4 - Thể tích hút thực tế: Vtt = m . v1 = 0,0441 . 0,45 = 0,0198 m3/s 5 - Tỷ số nén: p = = 7,43. 6 - Hệ số cấp: Tra theo đồ thị (lB = 0,7). 7 - Thể tích hút lý thuyết: Vh = = 0,0309 m3/s 8 - Hiệu suất nén: tra theo đồ thị: he = 0,74. hình 3.6. 9. Công nén lý thuyết: NS = m.l = m (h2 - h1) = 0,0441 (1985 - 1675) = 13,6kW. 10 - Công nén hiệu dụng: Ne = = 18,3 kW. Theo thể tích hút (Vh = 108m3/h) ta chọn máy nén N2WA của hãng MYCOM Nhật Bản. Từ đây ta có thông số kỹ thuật của máy là: - Thể tích quét : Vh = 71m3/h. - Số lượng xi lanh : 2 chiếc. - Đường kính xi lanh : 95mm. - Hành trình pittông : 76 mm. - Tốc độ tối đa : 1100 vòng/phút. - Năng xuất lạnh : Q0 = 30,7kW ở nhiệt độ t0 = -150C và tK = 350C - Công suất hiệu dụng: Ne = 10kW. Số lượng máy nén cần thiết là: Z = = 1,56 < 2 Ta chọn 2 máy N2WA. Kiểm tra năng suất lạnh. Để máy làm việc tại Việt Nam thì ta phải quy đổi năng suất lạnh Q0 sang chế độ làm việc với nhiệt độ ngưng tụ tK = 450C. Năng suất lạnh làm việc được tính như sau: Theo thể tích hút ta có: Vh = (Vh = cont) Năng suất lạnh làm việc tại Việt Nam. (3) Để tìm được các thông số và lA ta phải tính theo chu trình tiêu chuẩn (A) như sau: Nhiệt độ ngưng tụ: tK = 350C thì nhiệt độ quá lỏng: tql = tK - 50C = 35 - 5 = 300C. Nhiệt độ bay hơi: t0 = -150C, tqn = -50C. Vẽ đồ thị lgp - h của chu trình ở chế độ tiêu chuẩn. Bảng 3-2: Thông số các điểm nút của chu trình lạnh. Điểm nút 1' 1 2 3 = 4 h, KJ/kg 1664 1770 660 V, m3/kg - 0,429 - - P, MPa - 0,24 1,35 * Tính theo chu trình tiêu chuẩn: - Năng suất lạnh riêng: q0= h'1- h4 = 1664 - 660 = 1004 KJ/kg. - Năng suất lạnh thể tích: = 2340 KJ/kg. Tỷ số nén: = 5,62. Hệ số nén: lA = 0,73. Thay các thông số vào (3) ta có năng suất lạnh làm việc: = 57,64 kW/h. Vậy mỗi máy có năng suất lạnh là: =28,82 kW. Khi làm việc với nhiệt độ ngưng tụ tK = 450C thì năng xuất lạnh giảm. = 6,5%. Vậy máy nén vừa chọn thoả mãn điều kiện. Công suất động cơ tăng lên: - Nhiệt thải ra ở 51 bình ngưng. QK = mtt. QK = 0,0441 (1985 - 633) = 59,62 kW. Ta lấy thêm hệ số an toàn k = 1,1 để tính toán thiết kế thiết bị QK = 1,1 . 59,62 kW. = 65,5kW = 66kW. Tóm lại: Trong chương này đã chọn được hai máy nén mỗi chiếc có các thông số kỹ thuật sau: Số máy Ký hiệu máy Số xi lanh Vòng quay đường kính xi lanh Vlt Q0MN Ne Chiếc - - Vòng/phút mm m3/h kW kW 2 NZWA 4 1100 95 71,0 30,7 10 Bảng 3-1: Các thông số trạng thái của điểm nút cơ bản của chu trình 1 2 3 4 áp suất P(MPa) 0,24 1,785 1,785 0,24 Nhiệt độ t0C -15 145 45 -15 h(KJ/Kg) 1664 1985 633 633 V (m3/kg) 0,5074 0,1 0,12 Chương 4 Tính chọn thiết bị bay hơi và ngưng tụ cùng tháp giải nhiệt 4.1. Tính toán thiết bị ngưng tụ cùng tháp giải nhiệt 4.1.1. Chọn kiểu thiết bị Đối với thiết bị ngưng tụ, hiện nay có nhiều loại và kiểu khác nhau tuỳ theo đặc điểm và môi trường làm việc, môi trường làm mát mà người ta chia các thiết bị ngưng tụ ra làm nhiều loại. Phân theo môi trường làm mát có: 1. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. 2. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước - không khí (làm mát bay hơi). 3. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí. 4. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng môi chất sôi hay các sản phẩm bằng công nghệ. * Theo đặc điểm quá trình ngưng tụ có: Thiết bị ngưng tụ có môi chất ngưng ở mặt ngoài của bề mặt trao đổi nhiệt. Thiết bị ngưng tụ có môi chất ngưng trên mặt trong của bề mặt trao đổi nhiệt. Theo đặc điểm quá trình chảy của môi trường làm mát qua bề mặt trao đổi nhiệt gồm có: Thiết bị ngưng tụ có môi trường làm mát tuần hoàn tự nhiên. Thiết bị ngưng tụ có môi trường làm mát tuần hoàn cưỡng bức. Thiết bị ngưng tụ có tưới chất lỏng làm mát Trong đề tài này, môi chất lạnh được chọn là NH3, giải nhiệt bằng nước, ta chọn loại bình phổ biến nhất hiện nay là bình ngưng ống vỏ nằm ngang. (Xem hình 4-1). Hình 4-1: Bình ngưng ống vỏ nằm ngang ống nối cân bằng hơi Van an toàn Hơi môi chất NH3 vào ống nối xả khí phòng ngưng Van xả khí phía nước Van xả nước Van xả dầu Vỏ thép hình trụ ống trao đổi nhiệt f25x3 Lỏng NH3 Nắp áp kế Mặt sàng Nguyên lý hoạt động. "Hơi môi chất nóng từ máy nén được đưa vào phần trên của bình ngưng qua đường ống số 3 vào điền đầy không gian giữa các ống, toả nhiệt cho nước làm mát đi trong ống và ngưng tụ lại. Môi chất lỏng ngưng được khống chế ở chiều cao cột lỏng (từ 15% á 20% đường kính trong) lỏng được lấy ra từ phía dưới bình ngưng 10 đi vào bình chứa (hoặc trạm tiết lưu)". Các ống nước dẫn vào và ra bình ngưng được hàn vào nắp của bình ngưng trong nắp có các tấm chắn để tạo số hành trình cần thiết cho nước chảy. 4.1.1.2. Tính chọn thiết bị. Lắp đặt tại Hà Nội, các thông số đã tính toán được: (theo chương 1). tW1 = 37,60C, tW2 = 400+C, tK = 450C, DtW = 5K. Hiệu nhiệt độ trung bình logarit: Dttb = Với: Dtmax = 450C - 37,60C, Dtmin = 450C - 400C = 50C. - Hệ số truyền nhiệt K = 800 W/m2K (bảng 8 - 6) tài liệu [1]. Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = F = = 13,480m2. Theo bảng 8-1 - [1] Hướng dẫn thiết kế Hệ thống lạnh ta chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang amoniắc KTG - 20. Nước tiêu tốn làm mát bình ngưng: Vn = QK - Tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW. C - Nhiệt dung riêng của nước = 4,19 KJ/kg.K. r - Khối lượng riêng của nước = 1000 kg/m3. DtW - độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, K. Vn = = 0,00656m3/s = 23,62 m3/h. Chọn bơm 3L - T6 năng suất 50m3/h, động cơ 4,5kW, tốc độ 1440 vòng/phút. Bảng 4-1: Thông số kỹ thuật bình ngưng ống vỏ nằm ngang amoniắc KTG-20. Ký hiệu bình ngưng Diện tích bề mặt m2 Kích thước phủ bì, mm Số ống kích thước ống nối, mm Thể tích giữa các ống m3 Khối lượng kg đường kính D Dài Rộng Cao Hơi d Lỏng d1 Nước d2 KTG-20 20 500 2930 810 910 144 50 20 70 0,32 995 4.1.1.3. Tính chọn tháp giải nhiệt. Sau khi so sánh một số loại tháp giải nhiệt, người ta đưa ra bảng sau: Phương pháp giải nhiệt Tải nhiệt riêng qFk W/m2 Trở lực riêng 103 Nm3/m2S Hiệu suất giải nhiệt Bồn nước phun 2,6 á 6,5 0,2 á 0,3 0,35 á 0,40 Tháp giải nhiệt - Phun nước kiểu hở 8,0 á 20 0,7 á 1,0 0,45 á 0,55 - Phun giọt kiểu hở 10 á 30 0,8 á 1,4 0,60 á 0,75 - Quạt gió 4- á 50 1,0 á 2,5 0,75 á 0,85 Theo bảng trên thấy tháp giải nhiệt có quạt gió có hiệu suất hơn cả, hiện nay nó được sử dụng rộng rãi nhất. Ta sẽ chọn loại tháp này. Với QK=296,7kW hay đổi ra tôn nhiệt có: QK = 296,7 kW = 296,7 . 860 = 255162 Kcal/h = = 65,43 tôn. Tra bảng 8.22 - [1] được thiết bị có các thông số trong bảng dưới đây: Kiểu FRK Lưu lượng (l/s) Kích thước, mm Kích thước ống nối, mm Quạt gió Mô tả quạt Khối lượng kg Độ ồn l/s H D IN OUT OF dA fr m3/ph fmm KW Khô Ướt dBA 80 17,4 2487 2230 100 100 25 25 20 450 1200 1,5 420 1260 58,5 4.2. Tính toán thiết bị bay hơi. 4.2.1. Bể nước muối 4.2.1.1. Chọn kiểu thiết bị. Có nhiều loại thiết bị bay hơi, tuỳ theo môi trường cần làm lạnh, mức độ choán chỗ của môi chất, theo điều kiện tuần hoàn của chất tải lạnh… Theo tính chất của môi trường cần làm lạnh, có các loại. Thiết bị bay hơi để làm lạnh chất tải lạnh như nước, nước muối hay những chất lỏng giọt không đông cứng như Bia, sữa, nước hay (thiết bị bay hơi chuyên dùng). Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí loại này gồm có: Bộ lạnh bay hơi trực tiếp (không khí tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị làm lạnh không khí bay hơi trực tiếp (không khí tuần hoàn cưỡng bức) theo độ choán chỗ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị: Các thiết bị bay hơi được chia làm hai loại: ngập và không ngập. ở đây, ta phải làm lạnh nước muối để sản xuất nước đá nên ta chọn dàn lanh xương cá cho bể đá. Các ống trao đổi nhiệt làm bằng thép có đường kính f38 x 3. 4.2.1.2. Thiết kế dàn lạnh xương cá cho bể đá. - Hệ số trao đổi nhiệt của NH3 khi trôi trong ống. Ta tính hệ số toả nhiệt theo S.N.Sôrin [4]. a1 = A0. q0,7 kcal/m2hK. A0 - hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất lạnh được xác định theo đồ thị 2-2 [4]. q - Mật độ dòng nhiệt W/m2 a1 = 3,9 . 100,7. - Hệ số toả nhiệt phía nước muối. Hệ số toả nhiệt về phía nước muối được xác định theo biểu thức [3]. Nu = 0,216 . Re0,86 . Pr0,23. Thông