thiết kế kho lạnh bảo quản và tủ cấp đông iqf 1000kgmẻ sử dụng môi chất lạnh mới

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
BNG KÊ HIÃÛU CẠC THÄNG SÄÚ
STT Kê hiãûu Gii thêch Âån vë
1. T Nhiãût âäü
0
C
2.
ϕ
Âäü áøm %
3.
δ
CN
Chiãưu dy cạch nhiãût m
4.
α
Hãû säú ta nhiãût W/m
2
K
5.
λ
Hãû säú dáùn nhiãût ca váût liãûu W/mK
6. K Hãû säú truưn nhiãût W/m
2
K
7. Q Dng nhiãût W
8. F Diãûn têch m
2
9. I Entanpi kJ/kg
10. M Khäúi lỉåüng Táún
11. C Nhiãût dung riãng kJ/kgK
12. Q Dng nhiãût riãng kJ/kg

13. Q
0
Cäng sút lảnh W
14. Q
k
Dng nhiãût ta ra åí thiãút bë ngỉng tủ W
15. V
tt
Thãø têch hụt thỉûc tãú ca mạy nẹn m
3
16. V
lt
Thãø têch hụt l thuút ca mạy nẹn m
3
17. L Cäng nẹn riãng kJ/kg
18. N
s
Cäng nẹn âoản nhiãût kJ/kg
19.
λ
Hãû säú cáúp ca mạy nẹn /
20.
ε
Hãû säú lm lảnh /
21. P p sút bar
22. N Cäng sút ca âäüng cå âiãûn kW
23. Nu Trë säú Nutselt /
24. Re Trë säú Renolds /
25. Pr Hàòng säú Pràng /
26. G Lỉu lỉåüng kg/s

27.
ω
Váûn täúc m/s

LỜI NÓI ĐẦU

Tỉì láu con ngỉåìi â biãút táûn dủng lảnh ca thiãn nhiãn nhỉ bàng tuút âãø ỉåïp lảnh bo
qun thỉûc pháøm. Tỉì thãú kè 19 phỉång phạp lm lảnh nhán tảo â ra âåìi v phạt triãøn âãún
âènh cao ca khoa hc k thût hiãûn âải.
Ngy nay k thût lảnh â âi sáu vo nhiãưu lénh vỉûc khoa hc nhỉ : cäng nghãû thỉûc
pháøm ,cäng nghãû cå khê chãú tảo mạy, luûn kim, y hc v ngay c k thût âiãûn tỉí Lảnh â
âỉåüc phäø biãún v â gáưn gi våïi âåìi säúng con ngỉåìi. Cạc sn pháøm thỉûc pháøm nhỉ : thët, cạ,
rau, qu nhåì cọ bo qun m cọ thãø váûn chuøn âãún nåi xa xäi hồûc bo qun trong thåìi
gian di m khäng bë hỉ thäúi. Âiãưu ny nọi lãn âỉåüc táưm quan trng ca k thût lảnh trong
âåìi säúng con ngỉåìn. Nỉåïc ta cọ båì biãøn di nãn tiãưm nàng vãư thu sn ráút låïn, cạc xê nghiãûp
âäng lảnh cọ màût trãn mi miãưn ca âáút nỉåïc. Nhỉng âãø sn pháøm thu sn âäng lảnh ca
Viãût Nam cọ chäù âỉïng vỉỵng vng trãn thë trỉåìng näüi âëa v thãú giåïi thç âi hi phi náng cao
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
cháút lỉåüng cäng nghãû lm lảnh nãn nhiãưu xê nghiãûp âang dáưn dáưn thay âäøi cäng nghãû lm
lảnh nhàòm âạp ỉïng nhu cáưu âọ.
Do thåìi gian v kiãún thỉïc cọ hản, sỉû måïi m ca thiãút bë v chỉa cọ kinh nghiãûm thỉc
tãú ,âỉåüc sỉû cho phẹp ca tháưy giạo hỉåïng dáùn, em chn âãư ti thiãút kãú kho lảnh bo qun v
t cáúp âäng IQF 1000kg/mẻ sỉí dủng mäi cháút lảnh måïi.
Trong quạ trçnh tênh toạn, thiãút kãú chàõc chàõn cn nhiãưu thiãúu sọt. Ráút mong nhỉỵng kiãún
âọng gọp, chè dảy ca tháưy cä v cạc bản
Em xin chán thnh cm ån tháưy ĐÀO NGỌC CHÂN v cạc cạn bäü ging viãn â táûn
tçnh giụp âåỵ em âãø âäư ạn ny hon thnh âụng thåìi hản.
 nàơng ,ngy 20 thạng 5 nàm 2004
Sinh viãn

ÂÄÙ TIÃÚN V
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
1.1.TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC SỬ DỤNG MÔI CHẤT LẠNH MỚI.
Kỹ thuật lạnh ra đời và phát triển đã hơn 150 năm qua, và cùng với sự phát triển của
nó, hàng trăm loại môi chất đã được nghiên cứu, thử nghiệm và ứng dụng vào thực tế.
Việc sử dụng các chất SO
2
, CO
2
, NH
3
vào cuối thế kỉ thứ 19 và các chất Freon vào đầu
thế kỉ 20 đã đưa kỹ thuật lạnh lên bước phát triển rực rỡ của ngày nay. Hiện tại ở Việt
Nam, Freon đã được sử dụng rộng rãi ( chiếm khoảng 70% các hệ thống lạnh và điều
hoà không khí ) trên phạm vi cả nước. Ngoài ra Freon còn được dùng trong công nghệ
chế tạo bọt xốp để làm panel cách nhiệt tại các công ty kỹ thuật lạnh và một số lónh vực
khác, Freon đã thể hiện được tính ưu việc của nó trong vai trò của một môi chất lạnh so
với các môi chất lạnh khác.
Ngày nay vấn đề bảo vệ môi trường đã trở thành vấn đề rất cấp thiết, ảnh hưởng tới
sự phát triển bền vững của các quốc gia. Đối với nhiều nước, đi đôi với việc tăng trưởng
kinh tế phải quan tâm đến việc bảo vệ môi trường. Thực tế cho thấy một số nước đã trả
giá cho việc phát triển kinh tế nhưng không quan tâm đến việc bảo vệ môi trường.
Bảo vệ môi trường đã trở thành vấn đề cấp thiết của toàn thế giới, nhiều vấn đề mới
đã có tác động ảnh hưởng lên toàn cầu. Nhiều hiện tượng thời tiết không bình thường
trong những năm qua cảnh báo chúng ta phải quan tâm hơn nửa vấn đề bảo vệ môi
trường.
Theo số liệu của tổng cục khí tượng Hoa Kỳ ( The State of the climate ) thì nhiệt độ
trung bình của trái đất có xu hướng tăng dần trong hơn 100 năm qua. Đặc biệt trong

những năm cuối thế kỉ 20 nhiệt độ tăng vọt. Ví dụ năm 1997 nhiệt độ trung bình tăng
0.43
0
C . So với nhiệt độ trung bình cả một thời gian dài trước đó. Người ta ghi nhận rằng
năm 1998 là năm ấm nhất kể từ năm 1860. Từ những năm 1990, 9 trong 10 năm ấm nhất
trong thời gian này. Năm 2001 cũng được ghi nhận là một trong hai năm ấm nhất có mức
kỉ lục ( cùng với năm 1998 ) đồng thời cũng là năm kỉ lục về lũ lụt và hạn hán trên toàn
cầu. Năm 2001 nhiệt độ trung bình mặt trái đất cao hơn nhiệt độ trung bình trong 30 năm
qua từ năm 1961  1990 là 0,42
0
C, [ 4 ].
-Mực nước biển: Cũng theo tổng cục khí tượng Hoa Kỳ quan sát mực nước biển trên
100 năm qua cho thấy mực nước biển trên toàn cầu tăng lên 20 cm nữa.
-Bệnh ung thư da và đục thuỷ tinh thể : Tầng Ozone thủng nên các tia cực tím có
thể xuyên qua tầng khí quyển và tác động đến con người gây ra những hậu quả nghiêm
trọng như : ung thư da, đục thuỷ tinh thể mắt, giãm hiệu quả miễn dòch … đồng thời cũng
ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái động thực vật trên trái đất.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Người ta ghi nhân được rằng nước Úc là nước có tỉ lệ ung thư da cao nhất. Năm 2001 ghi
nhận có 300.000 trường hợp mắc bệnh phải điều trò, hơn 720.000 ca phẫu thuật chữa ung
thư da được tiến hành. Chính phủ Úc đã chi hơn 300 triệu USD để chửa bệnh, …
Một trong những vấn đề mà thế giới hết sức quan tâm hiện nay là tất cả các hiện
tượng biến đổi khí hậu ở trên là do hai nguyên nhân chủ yếu : Sự suy giảm tầng Ozone
và hiệu ứng nhà kính làm nóng trái đất.
1.1.1.Tầng Ozone và sự suy thoái:
Tầng Ozone là tầng khí quyển có độ dày khoảng 40 km, cách bề mặt trái đất từ 10 
50 km theo chiều cao. Ozone có khả năng hấp thụ mạnh các tia cực tím (UV ) của bức
xạ mặt trời có bước sóng từ 10  380 nm (1nm = 10
-9

m ). Do vậy tầng Ozone được coi là
lá chắn của trái đất, bảo vệ các sinh vật của trái đất chống lại các tia cực tím có hại của
mặt trời, nhất là bức xạ cực tím sóng ngắn ( UVB –Utra Violet-B ) có bước sóng λ =
290  300 nm.
Hậu quả sẻ khôn lường nếu tầng Ozone bò suy thoái và phá huỷ. Khi đó các tia cực
tím sẽ làm tăng khã năng mắc bệnh ung thư da, bệnh đục thuỷ tinh thể, phá huỷ hệ
thống miễn dòch của cơ thể con người, giảm năng suất cây trồng làm mất cân bằng sinh
thái động vật biển và nhiều tác hại khác. Hầu hết các hoạt động sống trên trái đất sẽ bò
ảnh hưởng nghiêm trọng.
Qua nhiều nghiên cứu các nhà khoa học đã phát hiện ra sự suy thoái và các lỗ thủng của
tầng ozone từ năm 1950. Giáo sư Paul Crutxen người Đức đã phát minh ra sự suy thoái
và các lỗ thủng của tầng ozone. Nhưng mãi đến năm 1974 các nhà khoa học Mó là
Sherwood Powland và Mario Molina mới phát hiện ra rằng các môi chất lạnh Freon có
chứa chlorine, đặc biệt các môi chất lạnh CFCs chính là thủ phạm phá huỷ tầng ozone
và gây hiệu ứng nhà kính cho trái đất.
Các môi chất lạnh CFCs rất bền vững trong tầng đối lưu của khí quyển, freon này tuy
nặng hơn không khí nhưng sau nhiều năm nó cũng lên đến tầng bình lưu.Dưới tác dụng
của bức xạ cực tím, phân tử CFC bò phá vỡ giải phóng ra nguyên tử chlorine tự do.
Các nguyên tử chlorine hoạt động như một chất xúc tác trong quá trình phá huỷ tầng
ozone, nó không bò mất đi trong phản ứng quang hoá
Do chlorine tồn tại rất lâu trong khí quyển (khoảng 100 năm hoặc hơn)nên khả năng
phá huỷ tầng ozone của nó rất lớn .Người ta ước tính cứ một nguyên tử chlorine có thể
phá huỷ 10
5
phân tử ozone
Các freon HCFCs (các dẫn xuất từ methane, ethane,…) chứa chlorine, flourine và
hydrogen ít nguy hiểm hơn vì độ bền vững hoá học của chúng kém hơn các CFCs.
Thường chúng bò phân huỷ tự nhiên trước khi lên đến tầng bình lưu.Chỉ có một phần nhỏ
chlorine của HCFC thoát ra có thể lên đến tầng ozone của tầng bình lưu nên khả năng
phá huỷ tầng ozone ít hơn . Người ta tính trong tổng lượng chlorine phát sinh trên tầng

SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
bình lưu chỉ có 1% là từ các chất HCFCs.Khả năng làm suy giảm tầng ozone của các
chất HCFCs không đến 10% so với các CFCs, [4].
Đối với các freon HFCs (các dẫn xuất từ methane ethane,…chỉ chứa flourine và
hydrogen)không chứa chlorine nên không phá huỷ tầng ozone.
Như vậy các chất có tác dụng khác nhau đối với tầng ozone.Để đánh giá khả
năng phá huỷ tầng ozone của các môi chất lạnh khác nhau người ta sử dụng chỉ số phá
huỷ tầng ozone ODP (Ozone Depletion Potentinal)
1.1.2 Hiệu ứng nhà kính:
Bề mặt trái đất có nhiệt độ trung bình khoảng 15
o
C, nhiệt độ này được thiết lập nhờ
hiệu ứng nhà kính cân bằng do khí carbonic và hơi nước ở trạng thái cân bằng sinh thái
trong tầng khí quyển tạo ra. Lớp khí carbonic và hơi nước này có tác dụng như một lồng
kính , nó chỉ cho các tia năng lượng có bước sóng ngắn phát ra từ mặt trới đi qua và phản
xạ lại các tia năng lượng có bươc sóng dài phát ra từ trái đất do đó có tác dụng làm nóng
trái đất.
Người ta nhận thấy trong thành phần không khí, O
2
và N
2
chiếm 99%, tuy chỉ chiếm
1% nhưng các khí còn lại dóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến nhiệt độ của trái đất.
Người ta cho rằng nếu trong không khí chỉ có O
2
và N
2
thì nó sẽ phản xạ hoàn toàn các
tia bức xạ mặt trời.

Ở trạng thái cân bằng sinh thái, lượng CO
2
có trong khí quyển vừa đủ để cho bề mặt
trái đất có nhiệt độ trung bình ở khoảng 15
o
C. Nhưng trong quá trình công nghiệp hoá
mạnh mẽ hiện nay, trạng thái cân bằng này đã bò con người tác động ngày càng mạnh
hơn. Ngoài lượng CO
2
thải từ các nhà máy nhiệt điện và các cơ sở công nghiệp ngày
càng lớn, một lượng khí lạ cũng tham gia vào quá trình này, trong đó Freon chiếm 20%,
vì nhiều Freon có hiệu ứng nhà kính lớn gấp 5000 ÷ 7000 lần CO
2
. Do đó nhiệt độ trái
đất ngày càng tăng lên và điều này dẫn đến những hậu quả khó lường như : thời tiết thay
đổi, thiên tai hoành hành, băng tuyết tan ra làm mực nước biển dâng lên…
Để đánh giá khả năng gây hiệu ứng nhà kính của các môi chất lạnh khác nhau người
ta sử dụng chỉ số làm nóng trái đất GWP (Globol Warming Potential). Sau đây là chỉ số
phá huỷ zôn ODP và làm nóng trái đất của một số môi chất lạnh, lấy R11 làm chuẩn.
Bảng 1.1 : Chỉ số ODP, GWP của một số môi chất lạnh thông dụng ( theo [4])
Môi chất
Nồng độ thể
tích trong khí
quyển ( 10
-2
)
Thời gian tồn
tại trong khí
quyển ( năm )
Chỉ số ODP

( R11=1)
Chỉ số GWP
(R11 = 1)
R10 140 50 1,1 0,35
R11 250 65 1,0 1,0
R12 450 120 0,9÷1 3
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
R12B1 - 15 3 -
R13 10 400 0,45 7
R13B1 - 100 8÷13 Có
R14 70 10000 0 Có
R20 10 0.6 Có -
R22 60 15 0.05 0.35
R40 600 1.5 Có Có
R113 35 90 0.85 1.35
R114 15 200 0.7 4.0
R114b2 - - 6 -
R115 5 400 0.4 7.5
R116 4 >500 0 có
R123 - 2 0.02 0.02
R124 - 6 0.02 0.1
R125 - 28 0 0.6
R134a - 16 0 0.26
R140a 140 7 0.15 0.025
R141b - 8 0.1 0.09
R142b - 19 0.06 0.36
R143 - 41 0 0.75
R125a - 2 0 0.03
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu:

Việc phải thay thế môi chất lạnh mới trước yêu cầu của quốc tế đã đặt ra cho các nhà
nghiên cứu, sản xuất và sử dụng các hệ thống lạnh nhiều vấn đề rất cấp thiết.
- Nghiên cứu tìm kiếm các môi chất lạnh mới để thay thế các môi chất lạnh Freôn cũ
bò cấm .Các môi chất này phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuậ, công nghệ và có hiệu quả làm
lạnh cao nhất trong phạm vi nhiệt độ nghiên cứu.
- Trước mắt chúng ta đang sử dụng các môi chất lạnh cũ, thừa từ các nước phát triển
nhập và, các môi chất lạnh này ngày càng khan hiếm và giá thành ngày càng cao. Trong
vài chục năm tới ngành kỹ thật lạnh nước ta sẽ đứng trước một vấn đề quan trọng là sẽ
không có môi chất lạnh để nạp vào hệ thống đang hoạt động trong khi hệ thống máy
móc và thiết bò đang còn ở tình trạng hoạt động quá tốt.Vì vậy một vấn dề cấp bách đặt
ra cho chúng ta là phải có biện pháp kỹ thuật để cải tạo hệ thống đang có sẵn để có thể
hoạt động với môi chất lạnh mới.
-Trong đồ án tốt nghiệp này tôi tiến hành tính thiết kế hệ thống lạnh sử dụng môi
chất lạnh mới thay thế các Freon bò cấm chứ không phải tính kiểm tra hệ thống lạnh sử
dụng môi chất lạnh mới thay thế cho các Freon bò cấm. Do đó mục đích nghiên cứu ở
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
đây là phải chọn ra một môi chất thích hợp nhất cho hệ thống lạnh đang thiết kế và tiến
hành thiết kế theo môi chất lạnh đó, dựa vào kết quả nghiên cứu các đặc tính nhiệt chu
trình máy lạnh một cấp và hai cấp để tìm ra môi chất lạnh thích hợp nhất thay thế cho
các môi chất lạnh Freon bò cấm trong từng phạm vi nhiệt độ nhất đònh ở các tài liệu [4],
[5], [10].
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
CHƯƠNG 2
CHỌN MÔI CHẤT LẠNH
2.1 Môi chất lạnh Freon làm suy giảm tầng ozone và gây hiệu ứng nhà kính . Các
môi chất lạnh thay thế.
2.1.1 Khái niệm và các tính chất cơ bản của môi chất lạnh
a>Môi chất lạnh:

Môi chất lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động carnot ngược chiều
để bơm một dòng nhiệt từ một môi trường có nhiệt độ thấp đến một môi trường có nhiệt
độ cao hơn, [2].
b>Các yêu cầu đối với môi chất lạnh :
Do đặc điểm của chu trình lạnh, của hệ thống thiết bò, điều kiện vận hành, bảo
dưỡng, sửa chữa, an toàn cháy nổ, an toàn độc hại,…, môi chất lạnh cần phải có các tính
chất phù hợp sau, [2].
- Tính chất bảo vệ môi trường : Không làm ô nhiễm môi trường, không có hại đối với
môi trường.
- Tính chất hoá học:
+ Phải bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không
được phân huỷ hoặc polyme hoá.
+ Phải trơ về mặt hoá học, không ăn mòn vật liệu chế tạo thiết bò của hệ thống, không
phản ứng với dầu bôi trơn, ôxy trong không khí và hơi ẩm.
+ Phải an toàn, không gây cháy, nổ .
- Tính chất sinh lý :
+ Không được độc hại đối với con người và các cơ thể sống khác, không gây phản ứng
với cơ quan hô hấ, không tạo các khí độc hại khi tiếp xúc với ngọn lửa hàn và vật liệu
chế tạo máy.
+ Phải có mùi đặt biệt để dễ dàng phát hiện khi rò rỉ và có biện pháp phòng chống an
toàn . Nếu môi chất không có mùi thì co thể pha thêm chất có mùi vào để dễ nhận biết
nếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh .
+ Không được làm hỏng hay ảnh hưởng xấu đến sản phẩm bảo quản khi rò rỉ .
- Tính chất vật lí:
+ Ở điều kiện môi trường, áp suất ngưng tụ không được quá cao để số cấp nén của máy
nén càng ít càng tốt, giảm rò rỉ môi chất, giảm chiều dày vách của các thiết bò áp lực để
tiết kiệm vật liệu kim loại và an toàn, giảm nguy cơ nổ vỡ thiết bò.
+ p suất bay hơi không được quá thấp ở điều kiện môi trường, phải lớn hơn áp suất khí
quyển một ít để hệ thống không bò chân không, tránh rò lọt không khí vào hệ thống.
+ Nhiệt độ đông đặc (t

z
) của môi chất phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi (t
o
) nhiều để có
thể mở rộng dải làm việc của môi chất về phía nhiệt độ thấp .
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
+ Nhiệt độ tới hạn (t
gh
) của môi chất phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều để có thể mở
rộng dải làm việc của môi chất về phía nhiệt độ cao.
+ Nhiệt ẩn hoá hơi và nhiệt dung riêng của môi chất lỏng càng lớn càng tốt nhưng
chúng không đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng môi chất lạnh.
Nhiệt ẩn hoá hơi lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống càng nhỏ và năng suất
lạnh riêng khối lượng càng lớn.
+ Độ nhớt động lực học của môi chất càng nhỏ càng tốt vì tổn thất áp suất trên đường
ống và các van giảm, tuy nhiên môi chất dễ rò rỉ ra môi trường.
+ Hệ số dẫn nhiệt (λ), hệ số dẫn nhiệt độ (a) càng lớn càng tốt
+ Sự hòa tan dầu của môi chất cũng đóng vai trò quan trọng trong sự vận hành và bố trí
thiết bò. Môi chất hoà tan dầu hoàn toàn (R12) có ưu điểm là quá trìng bôi trơn tốt hơn,
thiết bò trao đổi nhiệt luôn được rửa sạch lớp dầu bám trên bề mặt, quá ừinh trao đôûi
nhiệt tốt hơn nhưng có nhược điểm là có thể làm độ nhớt của dầu giảm và tăng nhiệt độ
bay hơi nếu tỷ lệ dầu trong môi chất lạnh lỏng ở áp suất bay hơi tăng. Môi chất không
hoà tan dầu (NH
3
) có nhược điểm là quá trình bay hơi khó thực hiện hơn, lớp dầu bám
trên bề mặt thiết bò làm cảng trở quá trình trao đổi nhiệ, nhưng lại có ưu điểm là không
làm giảm độ nhớt của dầu ,không làm sủi bọt dầu, không làm tăng nhiệt độ bay hơi của
môi chất.
+ Môi chất hoà tan được nhiều nước ở cả 3 pha càng tốt vì tránh được tắt ẩm cho van tiết

lưu
+ phải không dẫn điện, có thể sử dụng cho máy nén kín và nữa kín.
- Tính kinh tế:
+ Dễ chế tạo, giá thành rẻ.
+ Dễ kiếm, nghóa là việc sản xuất vận chuyển, bảo quản dễ dàng.
- Trong thực tế không có một môi chất nào đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên, do đó
khi chọn môi chất cho một ứng dụng cụ thể cần phát huy được ưu điểm một cách tối đa
và hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm của nó
2.1.2 Môi chất lạnh freon cũ và tác hại của nó đến môi trường
Các môi chất lạnh freon dã và đang được sử dụng tronh nghành kỉ thuật lạnh bao
gồm các môi chất chủ yếu sau:
- Làm môi chất lạnh :R12, R22, R502
- Chế tạo hạt xốp làm các tấm panel cách nhiệt : R11
Nói chung các môi chất lạnh là hợp chất hữu cơ của các nguyên tố cacbon (C), hidrô(H),
clo(Cl), flo(F)… Tuỳ thuộc vào thành phần mà người ta chia ra làm các nhóm sau :
2.1.2.1 các chất CFC s:
Là hộp chất của cacbon, flo và clo công thức có dạng : CmFnCLk
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Các chất CFCs là những tác nhân gây phá huỷ tầng ozone lớn nhất. Chỉ số phá huỷ
tầng ozone của nó lớn hơn hẳng so với các chất khác. Như vậy trong các môi chất sử
dụng trong kó thuật lạnh có R11 và R12 là các đại diện của CFC
s
.
Người ta nhận thấy các CFCs rất bền vững trong không khí, tuy nặng hơn không khí
nhưng sau nhiều năm nó cũng được đẩy lên tầng bình lưu. Ở đó dưới tác dụng của tia cực
tím, các CFCs phân huỷ và giải phóng chlorine.Các nguyên tử chlorine hoạt động như
một chất xúc tác trong quá trình phá huỷ tầng ozone và không mất đi sau phản ứng
quang hoá. Chlorine tồn tại rất lâu trong khí quyển (hơn 100 năm ) nên khả năng phá
huỷ tầng ozone của nó rất lớn. Người ta đã tính được cứ một nguyên tử chlorine có thể

phá huỷ 100000 phân tử ozone.Vì thế các chất CFCs là các chất gây ra sư suy giảm tầng
ozone chính, khoảng 70% là do các chất CFCs
Tia cực tím UV
F
F
C
Cl
Cl
F
Cl
C
F
Cl

SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 10
CF
2
Cl
2
(CFC-12)
CF
2
Cl
Chlorine
H 2.1 : Quá trình phân huỷ R12 dưới tác dụng của các tia cực tím
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Người ta nhận thấy các chất CFCs còn là chất gây hiệu ứng nhà kính rất lớn , mặc dù
chỉ chiếm khoảng 0,0000001% trong khí quyển nhưng chúng làm nóng trái đất với tỷ lệ
21%
2.1.2.2 Các chất HCFCs :

Là hợp chất của 4 nguyên tố: Cacbon, Hiđro, Flo và Clo. So với các chất CFCs thì
các chất HCFCs có chỉ số phá huỷ tầng ozone thấp hơn, chưa đến 10%.
Trong kỹ thuật lạnh R22 là chất đại diện của HCFCs, ký hiệu là HCFC-22. Riêng R502
là hỗn hợp của HCFC-22 (48,8%) và CFCs-115(51,2%). Các chất HCFCs có độbền vững
hoá học kém nên thường bò phân huỷ tự nhiên trước khi đến tầng bình lưu. Chỉ có một
phần chlorine rất nhỏ có thể di chuyển đến được tầng bình lưu. Người ta ước tính trong
tổng số lượng chlorine phát thải vào tầng ozone, các nguyên tử chlorine từ các chất
HCFCs chỉ chiếm khoảng 1%.
2.1.2.3 Các chất HFCs :
Là hợp chất hữu cơ của các nguyên tố Hiđrô cacbon và Flo .Trong thành phần của
các chất HFC không chứa nguyên tố Chlorine nên nó không làm suy giảm tầng ozone,
do đó có thể coi là môi chất lạnh an toàn tuy nhiên nó cũng góp phần vào quá trình làm
tăng hiệu ứng nhà kính .
2.1.3 Công ước quốc tế và chương trình huỷ bỏ các CFCs và HCFCs.
2.1.3.1 Những thỏa thuận quốc tế về việc loại bỏ các chất suy giảm tầng ozone :
Để đi đến thoả thuận chung, nhiều hội nghò quốc tế đã nhóm họp. Các kết quả thoả
thuận được ghi trong 02 văn kiện quan trọng là :
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 11
Tia UV
CFCl
2
Cl(Chlorene)
O
2
Cl
O
2
Oxygenne
CLO(chlorene oxide)
O

3
O
3
H 2.2 :Quá trình phá huỷ tầng ozone của các chất CFC
S
CFCl
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
- Công ước Viên 22/03/1985
- Nghò đònh thư Montreal 10/1987 về các chất làm suy giảm tầng ozone.
Ngoài ra các hội nghò sau đó cũng theo dõi và bổ sung nhiều nội dung khác, điển
hình :
- Hội nghò lần 2 ơ ûLuân Đôn từ 27 ÷ 29/06/1990
- Hội nghò lần 4 tại Copenhaghen từ ngày 23 ÷ 25/11/1992
- Hội nghò lần 7 ở Viên từ ngày 5 ÷ 7/12/ 1995.
2.1.3.2 Chương trình loại bỏ các CFCs và HCFCs:
Việt nam không sản xuất mà chỉ nhập khẩu các ODS (Ozone Depletion Substance).
Theo số liệu điều tra của tổng cục khí tượng thuỷ văn, năm 1993 Việt Nam nhập và sử
dụng 409,86 tấn, bình quân đầu người khoảng 0,004Kg/người.năm, thuộc nhóm III (nhỏ
hơn 0,3kg/người.năm),thuộc nhóm các nước tiêu thụ ODS thấp nhất thế giới được ghi ở
điều 5của nghò đònh thư Montreal .
Trong năm 2002 đã sử dụng 200 tấn CFC, HCFC cho việc nạp lần đầu, nạp bổ sung,
bảo dưỡng, sửa chữa các hệ thống lạnh công nghiệp, thương mại và dân dụng trong hơn
300 xưởng dòch vụ điện lạnh trong cả nước, phục vụ các ngành kinh tế khác nhau, đặt
biệt là đông lạnh hải sản, thòt và rau quả, mà các môi chất lạnh chủ yếu là R12, R22
,R502. Dự báo trong 2-3 năm tới, lượng tiêu thụ CFC, HCFC của Việt nam cũng chỉ nằm
trong khoảng 400-500 tấn/năm, sau đó giảm dần và tiến đến loại bỏ hoàn toàn.
a> Đối với CFCs :
Đình chỉ hoàn toàn việc tiêu thụ các CFCs kể từ ngày 01/01/1996. Riêng các nước
thuộc điều 5 của nghò đònh này được trì hoãn đến năm 2010 (Việt Nam thuộc diện này).

b> Đối với HCFCs :
Lấy năm 1996 làm chuẩn để tính lượng tiêu thụ bình quân đầu người.
- 01/01/1996 Ngưng sản xuất và sử dụng.
- 01/01/2000 Giảm lượng tiêu thụ 35% so với năm1996.
- 01/01/2010 Giảm lượng tiêu thụ 65% so với năm 1996.
- 01/01/2015 Giảm lượng tiêu thụ 95% so với năm 1996.
- 01/01/2020 Giảm lượng tiêu thụ 95,5% so với năm 1996.
- 01/01/2030 Giảm lượng tiêu thụ 100% so với năm 1996.
Riêng các nước thuộc điều 5 của nghò đònh này được trì hoãn việc đình chỉ hoàn toàn
vào năm 2040.( Việt Nam thuộc diện này ).
2.1.4 Các môi chất lạnh đề xuất để thay thế cho các Freon cũ bò cấm :
2.1.4.1 Yêu cầu đối với môi chất lạnh mới :
Môi chất lạnh mới phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau :
1. Không chứa chlorine trong thành phần hoá học, đó là các chất HFCs, môi chất
lạnh tự nhiên, …Do không có thành phần chlorine nên chỉ số ODP của nó bằng không và
chỉ số GWP càng nhỏ nếu thành phần hoá học càng ít flourine.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
2. Có các tính chất nhiệt động tốt.
3. An toàn không độc hại, không cháy nổ,…
4. Kinh tế và dễ kiếm.
2.1.4.2 Các môi chất lạnh được đề nghò thay thế cho môi chất lạnh Freon cũ:
Trên cơ sở nhiều công trình nghiên cứu khác nhau, các nhà sản xuất đã đề nghò một
số môi chất lạnh mới để thay thế cho các môi chất lạnh phổ biến nhất dưới đây:
Bảng 2.1 : Bảng môi chất thay thế
Môi chất
Thay thế
cho
Khoảng
nhiệt độ

ODP
R11=1
GWP
CO
2
=1
PRC
CH
4
=1
Độ trượt
nhiệt
độ,K
Tính độc
hại
TLV,ppm
Môi chất lạnh thay thế ( không chứa chlorine )
R134a
R12
(R22)
C, M, (F) 0 1200 0 0 1000
R404 R502 M, F 0 3520 0 0,7 1000
R407a R502 M, F 0 1960
∗
6,6 1000
R407b R502 M, F 0 2680
∗
4,4 1000
R407c R22 C, M 0 1600 0 7,4 1000
R507 R502/R22 M, F 0 3600

∗
0 1000
Môi chất lạnh tự nhiên
R290 R22/R502 C, M, F 0 0 300 0 1000
R600a R12 C, M, F 0 0 400 0 1000
R717 R22 C, M, F 0 0
∗
0 50
Ghi chú :
C - Chế độ điều hoà không khí ( Air conditioning );
PRC - Chỉ số phản ứng quang hoa.
M - Chế độ lạnh trung bình ( Medium cooling) quang hoá(photos reaction chemical ).
F - Chế độ lạnh sâu ( Freezing ).
TLV - Giới hạn độc hại cho phép ( Toxicity Limit Value );
* - Chưa biết.
2.1.4.3 Các tính chất cơ bản của một số môi chất lạnh mới:
a> HFC-134a : (R134a)
R134a là môi chất lạnh không chứa chlorine trong thành phần hoá học nên chỉ số
ODP = 0, R134a đã được thương mại hoá trên thò trường và dùng để thay thế cho R12 ở
nhiệt độ cao và trung bình, đặc biệt là điều hoà không khí trong ô tô, điều hoà không khí
nói chung, máy hút ẩm và bơm nhiệt. Ở giải nhiệt độ thấp R134a không có những đặc
tính thuận lợi, hiệu quả năng lượng rất thấp nên không thể dùng được, R134a cũng có
những tính chất tương tự như R12 :
- Không gây cháy nổ, không độc hại, không ảnh hưởng sấu đến cơ thể sống.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
- Tương đối bền vững về mặt hoá học và nhiệt.
- Không ăn mòn các kim loại chế tạo máy, có các tính chất vật lý phù hợp . . .
R134a có các tính chất vật lý và nhiệt động sau [4] :
Công thức hoá học : CH

2
F-CF
3
.
Phân tử lượng : M = 102,03 Kg/Kmol.
Nhiệt độ sôi ở 1 atm : t
s
= -26,3
0
C.
Nhiệt độ đông đặc 1 atm : t
z
= -101
0
C.
Nhiệt độ tới hạn ( 1 atm ) : t
c
= 101,15
0
C
p suất tới hạn : p
c
= 40,64 bar
Mật độ khối lượng tới hạn : ρ
c
= 0,508 Kg/dm
3
Mật độ lỏng sôi (1atm) : ρ
l
=1,377 Kg/l

Mật độ hơi bảo hoà ( ở 25
0
C ) : ρ
h
=1,207

kg/l
Nhiệt dung riêng của lỏng sôi : C = 1,26 kJ/Kg.K
Nhiệt ẩn hoá hơi ( 25
0
C, 1 atm ): r = 215,5 kJ/Kg.K
Sức căn bề mặt ( 25
0
C, 1 atm ): σ = 0,0149 N/m
Số mũ đoạn nhiệt (30
0
c, 1atm ) : K = 1,093
Độ nhớt động lực học của lỏng môi chất 25
0
C : µ = 20,5.10
-5
Pa.s
Độ nhớt động lực học của hơi bão hoà : µ = 1,2. 10
-5
Pa.s
Hệ số dẫn nhiệt của lỏng sôi môi chất ở 25
0
C : λ
l
= 0,0832 W/mK

Hệ số dẫn nhiệt của hơi bảo hoà : λ
h
= 0,0143 W/mK
Độ hoà tan nước trong HFC -134a ( 25
0
C, 1 atm ) : 0,11%.
Độ hoà tan HFC-134a trong nước ( 25
0
C, 1 atm ) : 0,15%.
Giới hạn cháy trong không khí : không cháy
Nhiệt độ tự bốc cháy : t
bc
=770
0
C
Chỉ số phá huỷ Ozone : ODP = 0
Chỉ số làm nóng đòa cầu : GWP = 0,26 ( so với R11 )
Cũng như R12, R134a phù hợp hầu hết các kim loại, phi kim loại và hợp kim chế tạo
máy, như kẽm , magie, chì và hợp kim nhôm với thành phần magie lớn hơn 2% khối
lượng. Đối với phi kim loại R134a có tính phù hợp cao hơn.
Tuy HFC-134a là môi chất không độc nhưng theo sự nghiên cứu của các nhà khoa
học hãng DOPONT [4] thì cần chú ý rằng khi trộn HFC-134a với một loại khí hoặc lỏng
nào đó gây cháy nổ thì sẽ tạo ra một chất gây cháy vì thế không được trộn lẫn HFC-
134a với bất kỳ chất khí hoặc lỏng nào gây cháy nổ.
Các loại dầu bôi trơn gốc khoáng, dầu tổng hợp alkylbenzol không hoà tan R134a.
Nếu điều kiện yêu cầu R134a phải hoà tan trong dầu thì cần phải chọn các loại dầu
polyalkylenglycols PAG, polyglycols PG hoặc plyclesters POE. Khi thay thế môi chất
lạnh, dầu bôi trơn cần phải cân nhắc cẩn thận và hỏi các nhà sản xuất về cách ứng dụng
cho các trường hợp cụ thể .
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
b> R407C (SUVA AC9000):
R407c là một hổn hợp gần đồng sôi của các môi chất HFC-32, HFC-125 và HFC-
134a; được hảng DOPONTđưa ra thò trường với cái tên thương mại Suva AC9000 hay
hãng ICI với tên KLEA407C. R407c được dùng thay thế cho HCFC-22 trong lónh vực
lạnh công nghiệp, điều hoà không khí, bơm nhiệt và một số ứng dụng khác.
Môi chất R134a có các thông số nhiệt vật lý sau :
+ Thành phần hoá học (theo khối lượng ) : 23% HFC-32; 25% HFC-125; 52% HFC-
134a.
+ Phân tử lượng : M = 86,2 Kg/kmol
+ Nhiệt độ sôi (1atm) : t
s
= -43,56
0
C
+ Nhiệt độ tới hạn: t
c
=86,2
0
C
+ p suất tới hạn: P
c
= 4619,1 kPa
+ Mật độ tới hạn: ρ
c
= 527,3 Kg/cm
3
+ Thể tích tới hạn: V
c
=0,00190 m

3
/Kg
+ Mật độ lỏng bão hoà (1atm): ρ
l
=1381 Kg/cm
3
+ Mật độ hơi bão hoà : ρ
h
= 4,58 Kg/cm
3
+ Nhiệt ẩn hoá hơi (1atm) : r = 251,6 kJ/kg.
+ Chỉ số phá huỷ zone : ODP = 0
+ Chỉ số làm nóng đòa cầu : GWP = 0,28 (so R11)
R407c có đặc tính vận hành an toàn, có hiệu quả năng lượng và công suất lạnh tương
tự HCFC-22. Nó không chỉ dược sử dụng trong thiết bò mới mà cả trong hệ thông đang sử
dụng HCFC-22.
Theo [2] có sự trượt nhiệt độ trong quá trình ngưng tụ và bay hơi, nhiệt độ trượt
khoảng 7,4
0
C. Điều này sẽ có nguy cơ làm tăng khả năng tổn thất môi chất trong hệ
thống và trong một số trường hợp cụ thể làm ngưng tụ môi chất lỏng trong bình bay hơi
rất nguy hiểm. R407C phù hợp với hầu hết các kim loại, hợp kim và phi kim loại chế tạo
máy [4].
Các thành phần chứa trong R407c là các HFCs nên có độc tính thấp nhưng cần chú ý
khi gần nguồn có nhiệt độ cao hay ngọn lửa thì R407c có thể bò phân huỷ thành các chất
độc hại như HF… Vì thế nên tránh để R407c có thể tiếp xúc với nguồn nhiệt có nhiệt độ
cao hay ngọn lửa trần, [4].
Đối với dầu bôi trơn cho máy nén sử dụng R407C thì cả hai nhà sản xuất DOPNT và
ICI đều có chung nhận đònh : Không nên sử dụng dầu khoáng mà nên sử dụng dầu POE
để bôi trơn cho máy nén sử dụng R407C như các môi chất HFC khác. Tuy nhiên khi thay

thế môi chất R407C, dầu bôi trơn cần phải cân nhắc cẩn thận và hỏi các nhà sản xuất về
các ứng dụng cho từng trường hợp cụ thể.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
c> R404a (Sava HP62) :
Hãng DOPONT (Mó) giớiù thiệu sản phẩm R404a của hãng có tên thương mại là
Sava HP62, đây là một hỗn hợp gần đồng sôi mà trong thành phần hoá học của nó
không chứa chlorine nên chỉ số ODP = 0.
R404a có các đặc tính tốt nhất trong các môi chất thay thế cho R502, nó có công
suất và hiệu suất tương tự như R502 nhưng nhiệt độ cuối tầm nén thấp hơn đến 9
0
C, đảm
bảo tuổi thọ máy nén, các chi tiết và dầu bôi trơn cao hơn. Mặt khác R404a có những
đặc tính truyền nhiệt tốt hơn R502, do vậy khi có sự giảm hiệu suất nén trong hệ thống
thì có thể khắc phục bằng cách cải tiến quá trình truyền nhiệt trong hệ thống. Suva HP62
thường được sử dụng trong những thiết bò mới và trong những hệ thống dùng R502 mà
thời gian sử dụng còn lại trên 7 năm.
R404a có các thông số nhiệt vật lý sau :
+ Thành phần hóa học ( theo khối lượng ) : 44% HFC-12; 52% HFC-143a;
4%HFC-134a.
+ Phân tử lượng : M = 97,6,Kg/kmol
+ Nhiệt độ sôi ở 1atm : t
s
= -46,5
0
C
+ Nhiệt độ tới hạn : t
c
= 72,1
0

C
+ p tới hạn : P
c
= 3,732 MPa.
+ Mật độ tới hạn : ρ
c
= 484,5 Kg/cm
3
+ Mật độ chất lỏng ( ở 25
0
C ) : ρ
l
= 1048 Kg/cm
3
+ Mật độ hơi bão hoà ( ở -15
0
C ) : ρ
h
=18,2 Kg/cm
3
+ Nhiệt dung riêng lỏng (25
0
C): C = 1,53 kJ/KgK
+ Nhiệt dung riêng hơi ( 25
0
C, 1atm ) : C = 0,87 kJ/KgK
+ Nhiệt ẩn hoá hơi ( 25
0
C, 1atm ) : r = 202,1 kJ/Kg
+ Độ nhớt động lực học : của môi chất ở 25

0
C : µ = 1,28.10
-4
Pa.s
: của hơi bảo hoà (1atm) : µ = 1,22.10
-5
,Pa.s
+ Hệ số dẫn nhiệt của lỏng sôi môi chất ở 25
0
C : λ = 0,0683 W/mK
+ Hệ số dẫn nhiệt hơi bảo hoà (1atm) : λ = 0,0134 W/mK
+ Giới hạn cháy trong không khí : không cháy
+ Chỉ số phá huỷ Ozone : ODP = 0
+ Chỉ số làm nóng đòa cầu : GWP = 0,94 (so với R11)
Sava HP62 có sự trượt nhiệt độ trong quá trình ngưng tụ và bay hơi. Tuy nhiên,
nhiệt độ trượt rất nhỏ, không quá 0.7
0
C do đó không đáng kể. Điều này sẽ không có
nguy cơ tăng khả năng tổn thất môi chất trong hệ thống. R404a phù hợp hầu hết các kim
loại, hợp kim và các phi kim loại chế tạo máy. R404a cũng tương thích với các kim loại,
hợp kim sử dụng trong hệ thống R502 nên đây là đặc điểm thuận lợi trong việc thay thế
môi chất cho các hệ thống đang sử dụng R502.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
R404a là môi chất không độc nhưng theo sự nghiên cứu của các nhà khoa học hãng
DOPONT thì cần chú ý rằng, khi để Sava HP62 gần nguồn có nhiệt độ cao hay ngọn lửa
thì nó có thể bò phân huỷ thành các chất độc hại như HF . . .Vì thế cần tránh để R404a
tiếp xúc với nguồn có nhiệt độ cao, tia lửa điện hay ngọn lửa.
Ở áp suất khí quyển và nhiệt độ lên đến 80
0

C thì bản thân Sava HP62 không gây
cháy. Tuy nhiên môi chất Sava HP62 không được hoà trộn với không khí khi kiểm tra rò
rỉ hoặc sử dụng, hoặc cho phép sự có mặt của không khí với một lượng lớn ( từ 60% thể
tích trở lên ) ở áp suất khí quyển hoặc ở nhiệt độ cao vì nó có thể gây cháy nổ [10].
Các loại dầu bôi trơn gốc khoáng, dầu tổng hợp và dầu alkybenzol không hoà tan
Sava PH62. Nếu điều kiện yêu cầu R404a phải hoà tan trong dầu thì cần chọn các loại
dầu polyalkylenglycols PAG, polyglycols PG hoặc polyolesters POE. Trong đó dầu bôi
trơn POE là thích hợp với R404a nhất vì nó có tính hoà tan tốt cũng như không tác dụng
với kim loại chế tạo máy như đồng, nhôm, sắt. Hãng DOPONT đề nghò sử dụng dầu bôi
trơn Mobil EAL Aretic 22C cho sản phẩm Sava HP62 của mình.
Trên thò trường, môi chất R404a được nhiều hãng sản xuất để sử dụng cho hệ thống
lạnh công nghiệp với các tên thương mại khác nhau : Relin HX3 (Hoechst), FX70, . . .
2.2 So sánh đặc tính nhiệt chu trình máy lạnh Ferone cũ và các môi chất lạnh thay
thế:
2.2.1 Chu trình máy lạnh một cấp:
Ở đây chỉ trình bày kết quả tính toán cho từng trường hợp sau:
Nhiệt độ ngưng tụ: t
k
=35
0
C
Nhiệt độ bay hơi : t
0
=0. –5, -10, -15, -20, -25, -30
0
C
Môi chất :R12, R22, R502, R134A, R404A, R407A, R407B, R407C
Các thông số cần xác đònh : hệ số lạnh ε, hiệu suất exergie η
E
, năng suất lạnh riêng

q
0
, năng suất lạnh riêng thể tích q
V
, nhiệt ngưng tụ riêng q
K
, công nén riêng l, nhiệt độ
cuối quá trình nén t
2
, tỷ số nén π = q
K
/ q
0
, hệ số cấp λ.
Nhiệt độ quá nhiệt : ∆ t
qn
=15
0
C
Hệ thống có thiết bò hồi nhiệt.
2.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý và đồ thò T – S
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
T
4
b)
3
1
2
3

TL
4
a)
BH
NT
S
c)
4
3
h
2
1
MN
lgp
1
2
3'
1'
1'
3'
1'
3'
HN
( Chu trình và đồ thò T – S máy lạnh một cấp có hồi nhiệt).
MN – máy nén; NT – thiết bò ngưng tụ; HN – thiết bò hồi nhiệt; TL – van tiết lưu; BH –
thiết bò bay hơi.
2.2.1.2 Kết quả tính toán :
Qua kết quả nghiên cứu đặc tính nhiệt chu trình máy lạnh một cấp có hồi nhiệt các
nhà khoa học đã nghiên cứu và rút ra kết luận như sau, qua bảng đánh giá mức độ thích
hợp của các môi chất lạnh R134a, R404a, R407a, R407b, R407c, khi thay thế cho các

môi chất lạnh Freon cũ như sau(theo TL4) :
a>Thay thế cho R12 :
Trong bảng đánh giá này sử dụng độ sai lệch tương đối để đánh giá. Cách tính như sau:
A
R12
(%) =
12
12
R
Rx
A
AA −
*100%.
A
x
:Thông số nhiệt chu trình của một môi chất lạnh thay thế nào đó.
A
R12
: Thông số nhiệt chu trình của R12.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Bảng2.2
Môi chất
Thông số
R134a R404a R407a R407b R407c
Hệ số làm lạnh
ε
2,76,5
Được
2,46,0

Được
2,66,3
Được
2,56,0
Được
2,76,3
Được
Hiệu suất exergie η
E
(%)
5774
Được
5169
Được
5571
Được
5268
Được
5672
Được
Năng suất lạnh q
0
≈
25%
Chưa tốt
15%
Tốt
≈
30%
Không tốt

02,6%
Tốt
≈
40%
Không tốt
Năng suất lạnh riêng
thể tích q
v
08%
Tốt
5864%
Không tốt
4455%
Không tốt
5362%
Không tốt
3746%
Không tốt
Công nén riêng l
2830%
Chưa tốt
913%
Được
3840%
Không tốt
1315%
Được
≈
50%
Không tốt

Nhiệt ngưng tụ riêng
q
k
2627%
Chưa tốt
0  1.25%
Tốt
31  32%
Không tốt
4  5%
Tốt
42  45%
Không tốt
Nhiệt độ nén t
2
,
0
C 53  60%
Tốt
52  57%
Tốt
58  69%
Tốt
54  60%
Tốt
60  72%
Được
Tỷ số nén Π ở t
0
=

-30
0
C; t
K
= 35
0
C
10,5
Được
7,9
Tốt
9,4
Được
8,8
Tốt
9,7
Được
Hệ số cấp λ 0,74 
0,87
Được
0,77 
0,88
Được
0,77 
0,88
Được
0,77 
0,88
Được
0,76 

0,88
Được
p suất bay hơi P
0

(bar)
7,7  12
Tốt
14  20
Cao
13  19
Cao
14  21
Cao
11  17
Cao
Chú ý: Giá trò % cho trong bảng trên là mức sai lệch so với môi chất R12. Riêng hiệu
suất exergie là giá trò thực của nó.
Kết luận:
Căn cứ vào việc so sánh các đặc tính nhiệt của chu trình của các môi chất lạnh mới
và R12 trên bảng 2.2 ta có thể rút ra kết luận :
Để thay thế cho R12 trong phạm vi nhiệt độ trung bình và cao có thể sử dụng hai
môi chất R134a và R404a, trong đó R134a là thích hợp hơn vì có 2 thông số quan trọng
là hệ số lạnh ε và năng suất lạnh riêng thể tích q
v
phù hợp nhất.
b>Thay thế cho R22:
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Trong bảng đánh giá này sử dụng độ sai lệch tương đối để đánh giá và cách tính:

%100.
22
22
22
R
Rx
R
A
AA
a
−
=
.
A
x
-Thông số nhiệt chu trình của một môi chất lạnh thay thế nào đó.
A
R22
–Thông số nhiệt chu trình của R22.
Bảng 2.3
Môi chất
Thông số
R134a R404a R407a R407b R407c
Hệ số làm lạnh
ε
2,76,5
Được
2,46,0
Được
2,66,3

Được
2,56,0
Được
2,76,3
Được
Hiệu suất exergie η
E
(%)
5774
Được
5169
Được
5571
Được
5268
Được
5672
Được
Năng suất lạnh q
0
≈
25%
Chưa tốt
15%
Tốt
≈
30%
Không tốt
02,6%
Tốt

≈
40%
Không tốt
Năng suất lạnh riêng
q
v
711%
Được
2632%
Không tốt
48%
Tốt
2429%
Không tốt
0,54%
Tốt
Công nén riêng l
810%
Được
2122%
Không tốt
03,5%
Tốt
1821%
Không tốt
4 7%
Tốt
Nhiệt ngưng tụ riêng
q
k

611%
Được
25 30%
Không tốt
4  7%
Tốt
2327%
Không tốt
2 45%
Tốt
Nhiệt độ cuối tầm
nén t
2
, (
0
C)
53  60%
Tốt
52  57%
Tốt
58  69%
Tốt
54  60%
Tốt
60  72%
Được
Tỷ số nén Π ở
t
0
=-30

0
C’t
K
=35
0
C
10,5
Được
7,9
Tốt
9,4
Được
8,8
Tốt
9,7
Được
Hệ số cấp λ 0,74 
0,87
Được
0,77 
0,88
Được
0,77 
0,88
Được
0,77 
0,88
Được
0,76 
0,88

Được
p suất bay hơi P
0

(bar)
0,5  3
Được
1 6
Được
0,7  5
Được
1 5,6
Được
0,7 4,8
Được
p suất ngưng tụ P
k

(bar)
7,7  12
Tốt
14  20
Cao
13  19
Cao
14  21
Cao
11  17
Được
Lưu ý: Giá trò % cho trong bảng trên là mức sai lệch so với môi chất R22 riêng hiệu suất

exergie là giá trò thực tế của nó.
Kết luận:
Căn cứ vào việc so sánh các đặc tính nhiệt chu trình của các môi chất lạnh mới và
R22 trên bảng 2.3 ta có thể rút ra kết luận :
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Ở phạm vi nhiệt độ caovà trung bình sử dụng R407A và R407C để thay cho R22 là
thích hợp nhất, các chỉ tiêu đánh giá đều đạt yêu cầu và tốt. Ngoài ra có thể sử dụng
R134A để thay thế R22 tuy nhiên khi có kích thước máy nén sai khác nhau đáng kể.
c>Thay thế cho R502 :
Trong bảng đánh giá này sử dụng độ lệch tương đối để đánh giá, cách tính như sau:
A
R502
(5)=
%100*
502
502
R
R
A
AAx −
. Trong đó :
A
x
: Thông số nhiệt chu trình của một môi chất thay thế nào đó. A
R502
: thông số nhiệt chu
trình của môi chất R502.
Bảng 2.4
Môi chất

Thông số
R134a R404a R407a R407b R407c
Hệ số làm lạnh
ε
2,76,5
Được
2,46,0
Được
2,66,3
Được
2,56,0
Được
2,76,3
Được
Hiệu suất exergie η
E
(%) 5774
Được
5169
Được
5571
Được
5268
Được
5672
Được
Năng suất lạnh riêng q
0

≈

40%
Được
710%
Được
4345%
Không tốt
1214%
Được
5659%
Không tốt
Năng suất lạnh riêng thể
tích q
v
3747%
Không tốt
2,64,3%
Tốt
3,112,6
Được
2,37,4%
Tốt
8,217%
Được
Công nén riêng l 3234%
Không tốt
1416%
Được
≈
43%
Không tốt

1718%
Được
5355%
Không tốt
Nhiệt ngưng tụ riêng q
k
≈
39%
Không tốt
10%
Tốt
4345%
Không tốt
≈
14%
Được
5658%
Không tốt
Nhiệt độ cuối tầm nén t
2
(
0
c)
5360
Tốt
5257
Tốt
5869
Được
5460

Tốt
6072
Được
Tỷ số áp suất π ở t
0
=-
30
0
C; t
k
=35
0
C
10,5
Được
7,9
Tốt
9,4
Được
8,8
Tốt
9,7
Được
Hêï số cấp λ 0,740,8
7
Được
0,770,88
Được
0,770,88
Được

0,770,8
8 Được
0,760,88
Được
p suất bay hơi p
0
(bar) 0,53
Được
16
Được
0,75
Được
15,6
Được
0,74
Được
p suất ngưng tụ p
k
(bar) 7,712
Tốt
1420
Cao
1319
Cao
1421
Cao
1117
Được
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH

Lưu ý :Giá trò % cho trong bảng trên là mức sai lệch so với môi chất R50, riêng hiệu
suất exergie là giá trò thực của nó.
Kết luận :
Căn cứ vào việc so sánh các đặc tính nhiệt chu trình của môi chất lạnh mới và R502
nêu trên bảng 2.4 ta có thể rút ra kết luận :
Ở phạm vi nhiệt độ cao và trung bình sử dụng R404a và R407b để thay thề cho R502 là
thích hợp nhất, các chỉ tiêu đánh giá đều đạt và tốt.
2.2.2 Chu trình máy lạnh nén hơi hai cấp :
2.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý và đồ thò lgp-i :
Sơ đồ nguyên lí và đồ thò lgp-i được trình bày như sau
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 22
4
lgP
I
S
Ỉ
T
1
1
’
’
1
1
’
’
2
2
3=8
3=8
4

T
k
, p
k
T
k
, p
k
T
o
,P
0
T
o
,p
0
T
tg
,p
tg
T
tg
,p
tg
5
’
5
6
9
10

5
’
’
5
6
7
9
10
b)
a)
Đồ thò T-S Đồ thò lgp-i
4
3=8
2
1
10
5
5’
7
9
BH
NCA
NHA
NT
BTG
TL1
1
TL2
Sơ đồ nguyên lý
6

1
’
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Trên sơ đồ:
BH : Thiết bò bay hơi; NHA : Máy nén hạ áp; BTG : Bình trung gian; NCA : Máy
nén cao áp; NT : Thiết bò ngưng tụ; TL1 : Van tiết lưu 1; Tl2 : Van tiết lưu 2.
Ở đây chỉ trình kết quả tính toán cho trường hợp sau:
-Chu trìng máy lạnh 2 cấp có bình trung gian ống xoắn ruột gà
-Nhiệt độ bay hơi t
0
= -45, -40, -35, -30, -25
0
C
-Nhiệt độ ngưng tụ t
k
= 35
0
C
-Độ quá nhiệt : ∆t
qn
= 15
0
C
-Các môi chất lạnh : R22, R50, R404, R407A và R407B
-Các thông số xác đònh : ε, q
0
, q
v
, l, q
k

,

nhiệt độ cuối tầm nén cấp hai (t
4
).
2.2.2.2 Kết quả tính toán:
Căn cứ vào kết quả nghiên các đặc tính nhiệt chu trình của hệ thống lạnh 2 cấp các
nhà khoa học đã nghiên cứu và rút ra được các bảng đánh giá sau đây (theo TL4) :
a>Thay thế cho R22 :
Bảng2.5
Môi chất
Thông số
R404A R407A R407B
Hệ số lạnh ε 1,71 ÷ 2,63
Được
1,88 ÷ 2,97
Được
1,37 ÷ 2.84
Được
Năng suất lạnh riêng q
0
32 ÷ 37%
Không tốt
10÷13%
Được
30 ÷ 35%
Không tốt
Năng suất lạnh riêng
thể tích q
v

4 ÷ 4,8%
Tốt
13÷20%
Không tốt
9 ÷ 16%
Không tốt
Công nén riêng l 9 ÷ 21%
Không tốt
0,23 ÷ 7,2%
Tốt
13 ÷18%
Không tốt
Công suất nhiệt riêng
q
k
27÷33%
Không tốt
4,3 ÷ 7,7%
Tốt
26 ÷ 29,5%
Không tốt
Nhiệt độ cuối quá trình
nén t
4
,
0
C
38,3 ÷ 39,4
0
C

Tốt
43,1 ÷ 46,7
0
C
Tốt
39,8 ÷ 41,5
0
C
Tốt
Lưu ý: Các đại lượng % là sai lệch tương đối so với R22
Kết luận: Qua bảng 2.5 ta có thể rút ra kết luận sau:
Có thể sử dụng R407A để thay thế R22 trong phạm vi nhiệt độ thấ, tuy nhiên đây
chưa phải là phương pháp tối ưu vì sai lệch tương tối cao đặc biệt là năng suất lạnh riêng
thể tích q
v
.Trong điều kiện cùng kích thước máy nén thì sử dụng R404A là thích hợp
nhất.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
b. Thay thế cho R502 :
Bảng 2.6
Môi chất
Thông số
R404A R407A R407B
Hệ số lạnh ε 1,7÷2,63
Được
1,88÷2,97
Được
1,37÷2.84
Được

Năng suất lạnh riêng q
0
0,86÷3,69%
Tốt
38,5÷39,5%
Không tốt
5÷7%
Được
Năng suất lạnh riêng thể
tích q
v
6÷9%
Tốt
14÷21%
Không tốt
10÷17%
Không tốt
Công nén riêng l 14÷22%
Được
43,4÷44,4%
Không tốt
16,5÷17,3%
Được
Công suất nhiệt riêng q
k
8,3÷12,1%
Được
48,3÷49,,2%
Không tốt
14÷14,5%

Được
Nhiệt độ cuối quá trình
nén t
4
,
0
C
38,3÷39,4
0
C
Tốt
43,1÷46,7
0
C
Tốt
39,8÷41,5
0
C
Tốt
+ Căn cứ vào bảng 2.2.22 ta có thể rút ra kết luận :
Có thể sử dụng R404A để thay thế cho R502 trong phạm vi nhiệt độ thấp các kết quả
đánh giá đều đạt yêu cầu và tốt
2.3. Kết luận : Qua kết quả tính toán và các bảng đánh giá ta có thể rút ra các cặp môi
chất phù hợp sau đây:
- Ở nhiệt độ cao và trung bình (may nén 1 cấp ):
Bảng 2.7
STT Frêôn cũ Môi chất lạnh thay thế
1 R12 R134A (R404A)
2 R22 R407C (R134A)
3 R502 R404A (R407B)

- Ở phạm vi nhiệt độ thấp (máy nén 2 cấp ) :

SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH
Bảng 2.8
Trong thiết kế này tôi chọn R404A để sử dụng trong hệ thống lạnh tủ cấp đông IQF và
kho lạnh bảo quản. Sở dó chọn cùng một môi chất cho cả hai hệ thống là vì :
Để thuận tiện trong thiết kế các thiết bò, đặt biệt là thiết bò ngưng tụ.
Thuận tiện trong vận hành, mua, nạp môi chất,…
Môi chất R404A có sự trượt nhiệt độ trong quá trình ngưng tụ và bay hơi rất nhỏ nên
nguy cơ rò rỉ là không có, không giống như R407C.
Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên kích thước máy nén nhỏ, điều này cho phép
chọn máy nén dễ dàng (sử dụng các máy nén Freon đang có phổ biến trên thò trường ).
Và cuối cùng là R404a đã được thương mại hóa trên thò trường nên giá thành sẽ thích
hợp.
SVTH :ĐỖ TIẾN VŨ 99N2 Trang: 25
STT Frêôn cũ Môi chất lạnh thay thế
1 R22 R407A (R404A)
2 R502 R404C