ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH - KHO LẠNH, chương IX

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

368
lượt xem 145
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đối với máy nén piston tỷ số nén càng cao, thì hệ số cấp càng nhỏ, nhiệt độ cuối quá trình nén càng cao, nhất là đối với môi chất Amoniac. Như vậy tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén lớn hơn 9 đối với môi chất NH3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp nén có làm mát trung gian. Việc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một bài toán tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH - KHO LẠNH, chương IX

CHƯƠNG IX: CHU TRÌNH LẠNH 3.3.1 Chọn chu trình lạnh t0 = -280C  p0 = 1,3 Mpa tk = 380C  pk = 1,47 Mpa p k 1,47 Tỷ số nén:    11,3 >9 p0 1,3 Đối với máy nén piston tỷ số nén càng cao, thì hệ số cấp càng nhỏ, nhiệt độ cuối quá trình nén càng cao, nhất là đối với môi chất Amoniac. Như vậy tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén lớn hơn 9 đối với môi chất NH3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp nén có làm mát trung gian. Việc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một bài toán tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu đảm bảo an toàn cho máy nén trong quá trình làm việc, để tránh những điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén và thiết bị, tôi quyết định chọn máy nén 2 cấp. Yêu cầu đối với việc chọn chu trình: + Sử dụng máy nén 2 cấp + Môi chất lạnh Amoniac NH3 + Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380C + Nhiệt độ sôi t0 = -280C
Trong các chu trình máy lạnh, sau khi phân tích ưu nhược điểm của mỗi chu trình tôi chọn chu trình 2 cấp bình trung gian có ống xoắn ruột gà. Ta có: Ptg = Pk  Po  0,43MPa  ttg = 00C 3.3.2 Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-i 5’ Hình 3-1 Chu trình 2 cấp nén bình trung gian có ống xoắn - Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi có nhiệt độ t0, áp suất p0 có trạng thái 1’ và được quá nhiệt do: qua nhiệt trong thiết bị bay hơi nhờ van tiết lưu nhiệt và do tổn thất trên đường ống hút từ dàn lạnh về máy nén đến trạng thái quá nhiệt 1 có nhiệt độ th, po và được máy nén tầm thấp hút về và được đẩy vào bình trung gian. Ở
bình trung gian thì hơi quá nhiệt 1 sẽ được làm mát về trạng thái hơi bão hoà khô 3 do hoà trộn với lượng hơi ẩm 7 và được máy nén tầm cao hút về, được nén đến trạng thái 4 đưa vào bình ngưng. Ở bình ngưng thì môi chất được làm mát và ngưng tụ nhờ nước. Môi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5. Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ vào bình chứa cao áp thì môi chất lỏng chia làm hai nhánh: một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian để làm mát hơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái hơi bão hoà khô 3. Còn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6. Sau đó vào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu xuống nhiệt độ t0, áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi. Như vậy môi chất lạnh được tuần hoàn trong hệ thống. Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t6) phải bằng nhiệt độ trung gian(ttg). Nhưng thực tế có tổn hao không thuận nghịch nên nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5)0C. Ta chọn 50C. - Các quá trình của chu trình: + 1’ – 1: quá nhiệt hơi hút về máy nén hạ áp. + 1 – 2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p0 lên ptg. + 2 – 3: làm mát hơi nén hạ áp. + 3 – 4: nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk. + 4 – 5: làm mát ngưng tụ, quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ.
+ 5 – 7: tiết lưu từ pk về ptg để làm mát hơi nén hạ áp và quá lạnh môi chất trong ống xoắn. + 5 – 6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian. + 6 – 10: tiết lưu từ pk về p0 cấp cho dàn bay hơi. + 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh. 3.3.3 Tính toán chu trình hai cấp bình trung gian có ống xoắn. 1. Xác định các thông số trạng thái các điểm nút của chu trình Ta lấy t6 = t9 + 50C Tra trên đồ thị lgP-i của môi chất NH3 cho chu trình 2 cấp, bình trung gian có ống xoắn ta có:
Bảng 3-6 Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình. Điểm t0 P i v Trạng thái nút (0C) (MPa) (kj/kg) 3 (m /kg) 1’ -28 0,13 1420 Hơi bão hoà khô 1 -20 0,13 1435 0,92 Hơi quá nhiệt 2 60 0,43 1585 0,35 Hơi quá nhiệt 3=8 2 0,43 1455 0,28 Hơi bão hoà khô 4 92 1,47 1640 0,12 Hơi quá nhiệt 5’ 38 1,47 370 Lỏng 5 33 1,47 350 0,005 Lỏng 6 5 1,47 230 Lỏng 7 0 0,43 350 Bão hòa ẩm 9 0 0,43 200 Lỏng 10 -28 0,13 230 Bão hòa ẩm 2. Năng suất lạnh riêng q0: q0 = i1’ – i10 = 1420 – 230 = 1190 kj/kg 3. Năng suất lạnh riêng thể tích qv: qv = q0/v1 = 1190/0,92 = 1293,4 kj/m3 4. Công nén riêng l: m3 .l 2 (i  i )  (i 4  i3 ) l  l1   i 2  i1  2 6 m1 i3  i 7 (1585  230)  (1460  1455)  (1585  1435)   377 kj / kg (1455  350) Trong đó: m1 - lưu lượng khối lượng môi chất qua máy nén hạ áp m3 - lưu lượng khối lượng môi chất qua máy nén cao áp
5. Hệ số lạnh: Q0 qo 1190     3,15 N m3 377 l1  l2 m1 3.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 3.4.1 Tính toán phía hạ áp Năng suất lạnh riêng: q0 = 1190 kj/kg Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén hạ áp m1: Q0 39,6 m1    0,033 kg/s q0 1190 Thể tích thực tế của máy nén hạ áp: VttHA =m1×v1 =0,033×0.92=0,03m3/s Hệ số cấp của máy nén hạ áp: p 0  p 0 p tg  t tg 1 / m p 0  p 0 T0  HA  {  c[( )  ]} p0 p0 p0 Ttg 130 - 5 430  10 130 - 5 245 {  0,04[  ]}  0,78 130 130 130 273 Thể tích lý thuyết: VttHA 0,03 VltHA    0,04m 3 / s  HA 0,78 Công nén đoạn nhiệt: NsHA = m1.l1 = m1(i2 – i1) = 0,033(1585 - 1435) = 4,95 KW
Công suất chỉ thị: là công nén thực hiện do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết. N sHA 4,95 N iHA    5,69kW  iHA 0,87 Trong đó: iHA là hiệu suất chỉ thị được tính theo công thức: 245  iHA  W  b.t 0   0,001.(28)  0,87 273 Với b là hệ số thực nghiệm, ta lấy: b = 0,001 T0 w  Với T0, Ttg - nhiệt độ sôi và trung gian tuyệt đối Ttg của môi chất. Công suất ma sát: là công ma sát sinh ra do sự ma sát trong các chi tiết chuyển động của máy nén, công suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ hoạt động của máy nén. N msHA  VttHA .Pms  0,03.59  1,77kW Trong đó Pms là áp suất ma sát riêng. Với máy nén NH3 thì: Pms = (0,049 ÷ 0,069) MPa, ta chọn Pms = 0,059 MPa = 59 KPa Công suất hữu ích trên trục của máy nén: NeHA = NmsHA + NiHA = 1,77+ 5,69 =7,46 kW 3.4.2 Tính toán phía cao áp Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp: m3 Cân bằng enthalpy ở bình trung gian ta có: (m3-m1)i7 + m1i5 +m1i2 = m3i3 +m1i6
m3 i 2  i 5  i 7  i 6 i 2  i 6 →   m1 i3  i 7 i3  i7 i 2  i6 1585  230 → m3  m1  0,033  0,04 kg/s i3  i7 1455  350 Thể tích hút thực tế cao áp: VttCA= m3. v3=0,04.0,28=0,011m3/s Hệ số cấp nén phía cao áp CA :  ptg  p tg  p  p k  p tg  p tg   Ttg  CA    c  k    ptg   p tg  p tg   TK      430  5 1470  10 430  5   273   430  0,04  430  430   311  0,78     Thể tích hút lý thuyết cao áp: VltHA 0,011 3 VltCA    0,0145 m /s  HA 0,78 Công nén đoạn nhiệt phía cao áp: NsCA = m3l2 = 0,04.(1640 – 1455) = 7,4 kW Công suất chỉ thị: N sCA 7,4 N iCA    8,5 kW  iCA 0,87 Trong đó: iCA - hiệu suất chỉ thị phía cao áp được xác định theo công thức: Ttg 273  iCA  W  b.t tg   b.t tg   0,001.0  0,87 Tk 311
Công suất ma sát phía cao áp (NmsCA): là công sinh ra trong các chi tiết chuyển động của máy nén, suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ của máy nén. NmsCA = VttCA.Pms = 0,011.59 = 0,649 kW Trong đó: Pms – áp suất ma sát riêng, với máy nén amoniac ta chọn Pms = 59 KPa. Công suất hữu ích phía cao áp: NeCA = NiCA + NmsCA = 8,5 + 0,649 =9,15 kW Tổng công suất hữu ích cao áp và hạ áp: Ne = NeCA + NeHA = 9,15 + 7,46 = 16,61 kW Tổng công suất điện cao áp và hạ áp: Ne 16,61 N el    19,4 kW  td . dc 0,95.0,9 Trong đó: td - hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ta lấy td = 0,95  dc - hiệu suất động cơ lắp đặt, chọn dc = 0,9 Chọn công suất động cơ Ndc: Được xác định như sau: Ndc = (1,1÷2,1)Nel = 1,3.19,4 = 25,22 kW Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh trong quá trình làm việc ta chọn hệ số an toàn là 1,3. Nhiệt thải của thiết bị ngưng tụ Qk:
Qk = m3.l3 = m3(i4 – i5) = 0,04(1640 - 350) = 51,6 kW 3.4.3 Tính chọn máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt 1. Chọn máy nén Qua việc tính toán nhiệt tải kho lạnh ở chương III, ta xác định được nhiệt tải của máy nén Q0MN = 39,6 kW. Đây chính là năng suất lạnh mà máy nén cần phải đạt được để bảo đảm duy trì được nhiệt độ kho lạnh ở điều kiện thiết kế. Với chế độ làm việc như sau: + Máy nén 2 cấp + Môi chất lạnh amoniac NH3 + Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380C + Nhiệt độ sôi môi chất t0 = -280C + Q0MN  39,6 kW, yc Ndc = 25,2 Kw Tra phần mềm chọn máy hãng Mycom, tôi chọn 2 máy nén Mycom 2 cấp có kí hiệu N42A với các thông số sau: Bảng 3-7 Thông số kỹ thuật của máy nén MYCOM N42A Thể Pittong Số xi Tốc độ tích Q0 Ne Kí hiệu  và S, lanh (v/ph) quét, (kW) (kW) mm (m3/h) N42A 95x76 4+2 1000 193,9 35,4 17,3
Hình 3-2 Máy nén MYCOM N42A 2. Tính chọn thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó môi chất lạnh có áp suất cao, nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng không khí, nước hay chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngưng tụ thành lỏng. Quá trình ngưng tụ luôn kèm theo hiện tượng tỏa nhiêt, nói cách khác nếu không được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ sẽ dừng lại, mục đích biến hơi môi chất lạnh thành lỏng cũng không thực hiện được. Mặt khác trong thiết bị ngưng tụ nếu áp suất của môi chất lạnh không thay đổi thì nhiệt độ ngưng tụ sẽ giữ không đổi. Chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh cũng có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc và đặc tính năng lượng
của toàn thể hệ thống. Do bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị không thể quá lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk trong máy phải cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Chính trị số độ chênh lệch nhiệt độ này đã gây nên độ không thuận nghịch bên ngoài và dẫn tới tổn thất năng lượng. Như vậy xuất hiện bài toán tối ưu về kinh tế - kỹ thuật trong việc lựa chọn thiết bị ngưng tụ. Khi tăng trị số độ chênh lệch nhiệt độ thì tổn thất năng lượng và chi phí vận hành tăng nhưng bề mặt của thiết bị ngưng tụ lại giảm đi, kết quả vốn đầu tư sẽ giảm. Ngược lại nếu chọn thiết bị ngưng tụ với độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ thì tổn thất năng lượng nhỏ, chi phí vận hành giảm nhưng thiết bị lại lớn dẫn đến vốn đầu tư ban đầu tăng. Quá trình ngưng tụ môi chất amoniac là quá tình ngưng màng, do vậy việc xác định cường độ trao đổi nhiệt phải tính tới nhiệt trở của màng chất ngưng. Để tăng cường trao đổi nhiệt khi ngưng tụ ta phải tìm cách tạo ra dòng chảy rối, phá vỡ và tách màng chất ngưng khỏi bề mặt đổi nhiệt. Vì vậy việc áp dụng các biện pháp để giảm bớt tổn thất ở thiết bị ngưng tụ sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cho toàn hệ thống. Tính thiết bị ngưng tụ: - Chọn kiểu thiết bị thiết kế và chế độ làm việc của nó.
Tôi chọn: thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm vỏ bọc nằm ngang sử dụng cho môi chất NH3 giải nhiệt bằng nước qua tháp giải nhiệt với các chế độ làm việc là:  Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw1 = 280C  Nhiệt độ nước ra bình ngưng tw2 = 330C  Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk = 380C - Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ. Được xác định theo công thức: Qk F , m2 K .t tb Trong đó: K - hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ, W/m2K. Với bình ngưng ống chùm vỏ bọc amoniac nằm ngang thì K = 700 ÷ 1000 W/m2K, ta chọn K = 700 W/m2K. Qk - phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW t tb - độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi chất và môi trường làm mát, 0K. Được xác đinh theo công thức: t max  t min 10  5 t tb    7,210 K t max 10 ln ln t min 5 Với : t max - hiệu nhiệt độ lớn nhất, t max = tk – tw1 = 38 - 28 = 10K
t min - hiệu nhiệt độ nhỏ nhất, t min = tk – tw2 = 38 – 33 = 5K Khi đó: 51,6 F  10m 2 0,7.7,21 Chọn bình ngưng tụ do hãng Guentner (Đức) có kiểu AK – 25,20 với các thông số như sau:
Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật của bình ngưng của hãng Guentner Qk V p Aa D1 L L1 B H VM VR M 3 2 Kiể kW m / bar m m mm mm m R R kg u h m m m dm dm 3 3 m AK – 57, 0,2 11, 27 200 225 36 68 22 9,8 70 40 25,2 1 1 3 3 0 0 0 0 0 0