Tính toán chu trình lạnh cho hệ thống làm lạnh chất tải lạnh

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC VĂN LANGKHOA KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN VÀ MÁY TÍNH</b>

<b> HỌ TÊN VÀ MÃ SỐ SINH VIÊN LỚP : K26NL01Phan Thanh Sơn – 207kn66372</b>

<b>Võ Thị Thúy An – 197sh09294Vũ Tuấn Kiệt – 207kn58723</b>

<b>GIẢNG VIÊN : NGUYỄN HỒNG PHƯƠNG</b>

<b>TP. HỒ CHÍ MINH, ngày 4 tháng 1 năm 2024</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>1. Nội dung</b>

Thiết bị công tác trong quá trình làm việc sẽ phát sinh ra nhiệt , vì vậy để đảm bảo thiết bị làm việc liên tục với hiệu suất cao thì chúng ta cần phải giải nhiệt thiết bị này.

Thiết bị có các đặc tính sau :

 Nhiệt độ chất lỏng giải nhiệt vào / ra thiết bị : -5 C / 3 C<small>oo</small>

<b>2. Yêu cầu</b>

Thiết kế hệ thống giải nhiệt cho thiết bị công tác trên , bao gồm :

<b>Thiết lập sơ đồ nguyên lý hệ thống (PID System).</b>

- Trong hệ thống lạnh có nhiều loại mơi chất lạnh tùy thuộc vào điều kiện sử

<b>dụng để chọn phù hợp . Ở đề bài này , em sẽ chọn môi chất lạnh Amoniac ( R717 ) đây là môi chất lạnh được ưa chuộng sử dụng nhiều trong công </b>

nghiệp và đáp ứng các quy định về môi trường .

<b>2. Chọn nhiệt độ bay hơi .</b>

<b>- Nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi cũng là nhiệt độ vào giải nhiệt thiết bị </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<i>T<small>w</small></i><b> </b>=<i>T<small>wb + ( 3 </small>÷</i> 5 )<i>℃</i>

Trong đó :

<i>T_K</i> : nhiệt độ ngưng tụ

<i>T<small>w : nhiệt độ trung bình của nước trong thiết bị ngưng tụ.</small></i>

<i>T<small>wb : nhiệt độ bầu ướt của môi trường, nơi đặt thiết bị ngưng tụ. Việt Nam có </small></i>

khí hậu nóng, ẩm nên thường chọn <i>T<small>wb = 28</small>℃</i> cho các khu vực ở miền Nam và

<i>T<small>wb = 29</small>℃</i> cho các khu vực phía Bắc. <i>T<small>K</small></i> = ( 28<i>℃</i> + 3<i>℃</i> ) + 4<i>℃</i><b> = 35</b><i>℃</i><b>.4. Chọn chất tải lạnh giải nhiệt thiết bị .</b>

- Theo yêu cầu của đề tài thì nhiệt độ vào và ra để giải nhiệt cho thiết bị lần lượt là -5<i>℃</i> và 3<i>℃</i> nên <b>không thể chọn nước làm chất tải lạnh </b>.Như vậy, <b>em sẽ chọn Ethylene Glycol hoặc Propylene Glycol .</b>

<b>+ Ethylene Glycol : là chất làm lạnh tốt nhất và nó độc hại đối với người nên </b>

khơng được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm , nhưng giá thành rẻ hơn

<b>Propylene Glycol nên các công ty mua số lượng lớn chất làm lạnh </b>

<b>+ Propylene Glycol : được tổ chức y tế coi là không độc hại đối với con người</b>

nên được sử dụng trong ngành cơng nghiệp thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm….

 Nhóm em quyết định sẽ chọn <b>Propylene Glycol nồng độ 30% </b>khi <b>pha vớinước điểm đóng băng sẽ giảm xuống -15</b><i>℃</i> đáp ứng được yêu cầu của đề bài.

<b>5. Chọn phương pháp cấp lỏng cho thiết bị bay hơi .</b>

Trong hệ thống lạnh, để thực hiện quá trình bay hơi môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi ta thường dùng 3 phương pháp sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b> + Cấp môi chất lạnh trực tiếp ( Direct liquid Refrigerant supply ) : sử </b>

dụng trong các hệ thống dân dụng ( tủ lạnh gia đình , điều hịa dân dụng….). <b>+ Cấp môi chất lạnh kiểu ngập lỏng ( Gravity type ) : </b>được sử dụng trong hệ thống lạnh công nghiệp và không giới hạn công suất.

<b>+ Cấp môi chất lạnh lỏng bằng bơm lỏng ( Pump type ) : </b>giống như kiểu ngập lỏng nhưng có một số khác biệt như : bình chứa đặt thấp hơn thiết bị bay hơi vì hệ thống có bơm lỏng.

<b> Qua khảo sát 3 phương pháp trên em sẽ chọn phương pháp cấp môi chất lạnh kiểu ngập lỏng ( Gravity type ).</b>

<b>6. Chọn kiểu thiết bị bay hơi.</b>

Dựa vào các dữ liệu được cho , em sẽ chọn bộ <b>PHE ( Plate Heat Exchanger )</b>

hay <b>còn gọi là bộ trao đổi nhiệt dạng tấm</b> . Vì khi chất lỏng cấp từ bình thấp áp ( <b>LPR </b>) và chất tải lạnh được hút từ tank chứa về để trao đổi nhiệt làm lạnh và quay trở lại <b>tank</b> , thì <b>PHE</b> sẽ là thiết bị phù hợp với điều kiện thiết kế.

<b>7. Chọn chu trình lạnh.</b>

Theo các thông số trên:

+ Nhiệt độ ngưng tụ : <i>T<small>K = 35</small>℃</i><b> = </b>> <i>P<small>K = 13.504 [</small>bar</i>]

<b>+ </b>Nhiệt độ bay hơi<b> : </b><i>T<small>e = -8</small>℃</i><b> = </b>> <i>P<small>e = 3.152 [</small>bar</i>]

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>Chọn 2 máy nén lạnh kiểu trục vít một cấp có cùng cơng suất , một máy hoạt động và </b>

một máy dự phịng để đảm bảo trong q trình sử dụng khơng bị gián đoạn.

SINGLE STAGE SCREW

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

REFRIG. FLOW RATE DIS. : [kg/h] 2054

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>PointStatusBar</b> <i>℃</i> <b>m/kgEnthalpy</b>

<b>Bảng thơng số điểm nút của chu trình- Ngun lý làm việc của chu trình lạnh :</b>

+ Hơi của mơi chất lạnh sau khi ra khỏi bình thấp áp <b>LPR</b> ( điểm 1' ) sẽ theo đường hút được nối giữa bình <b>LPR</b> với máy nén lạnh , hơi này bị quá nhiệt trên đường hút (<b> t<small>sh</small></b> = 5<i>℃</i>) và được máy nén hút về ( điểm 1 ).

+ Máy nén lạnh hút hơi quá nhiệt ( điểm 1 ) cửa hút và nén đoạn nhiệt (thực tế và lý thuyết) trước khi xả ra ( điểm 2 ) và đưa về dàn ngưng ( EVA

<b>condenser ) thực hiện quá trình ngưng tụ đẳng áp môi chất lạnh từ trạng thái</b>

hơi quá nhiệt đến trạng thái lỏng bão hịa.

+ Mơi chất lạnh lỏng ( điểm 4 / 33 C ) đi qua van tiết lưu ( <small>0</small> <b>EXV </b>) và van tiết lưu tay ( <b>REG</b> ) để vào bình thấp áp ( điểm 5 ).

+ Mơi chất lạnh lỏng ra khỏi bình thấp áp và vào bộ <b>PHE</b> ( điểm 6 ) và tiếp tục lỏng sau khi qua ( <b>PHE</b> ) được bơm đến thiết bị giải nhiệt.

<b>- Các quá trình của chu trình :</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

 1' - 1 : hơi quá nhiệt trước khi máy nén hút về.  1 - 2 : nén đoạn nhiệt cao áp.

 2 - 3 : quá trình làm nguội hơi sau khi nén.  3 - 3 ' : là quá trình ngưng tụ hơi thành lỏng.  4 - 5 : tiết lưu ở van <b>EXV</b>.

<b> 5 - 1' : Bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt trong bình ( LPR ).b) Tính tốn các dữ liệu thực tế của máy nén.</b>

<b>- Lưu lượng khối lượng của máy nén :</b>

Đây cũng là lưu lượng khối lượng đầu hút và đầu đẩy của máy nén .

<b>- Lưu lượng thế tích của máy nén . + Lưu lượng thế tích đầu hút :</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>N [ kW ] = k*Ne/EFm</b>

Trong đó :

<b> K : hệ số an tồn ( 1.2 </b><i>÷</i> 1.25 )

<b> EFm ( Efficient of motor ) = 0.9</b>

Từ dữ liệu của máy nén :

<b> Ne = m * ( h – h ) + <small>2 21</small></b> <i>Q_ms</i>

<b> = </b>²⁰⁵⁴₃₆₀₀ * ( 1594.88 – 1464.36 ) + 80.9

<b> = 155 [ kW ]</b>

<i>Q_{ma sát}</i> theo định luật bảo toàn và chuyển háo năng lượng thì ta có thể thay bằng

<i>Q<small>oil . Khi đó </small>Q<small>oil : công suất giải nhiệt của dầu ( = 80.9 tra từ bảng thông số của</small></i>

máy nén ).

<b>Tra thông số máy nén tra được Ne = 153 kW </b>

Thông số từ dữ liệu máy nén và khi ta tra thông số máy nén từ bảng chênh

<b>Vì N = 204 (kW) nên ta có thể chọn cơng suất trục máy là 200kW gì ta có thể trên lệch không quá 1%</b>

Công suất trên trục : 200 kW

Điện áp : 380V 2PH-3P - 50Hz Tốc độ quay : 2950 RPM

Kiểu khởi động : S ( Star ) / D ( Delta )

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>2. Tính chọn thiết bị ngưng tụ </b>

- Ta có cơng thức tính tốn cơng suất ngưng tụ như sau :

<i>Q<small>K = m [ kg/s ] * ( </small>h2</i><b>-</b><i>h4</i><b> ) + </b><i>Q_ms</i>

Trong đó :

<i>Q_{ma sát}</i> nhưng do sử dụng định luật bảo toàn lượng thì ta có thể thay bằng <i>Q<small>oil .</small>Q<small>oil : công suất giải nhiệt của dầu ( = 80.9 tra từ bảng thông số của máy nén ) ,</small></i>

<i>Q<small>K = </small></i>²⁰⁵⁴₃₆₀₀ * ( 1594.88 - 353.22 ) + 80.9

<b> = 789.34 kw.</b>

<b>- Trong đề tài này em sẽ chọn thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi:+ </b>Công suất thiết bị ngưng tụ<b> </b><i>Q<small>K= 789.34 kw</small></i>

+ Nhiệt độ ngưng tụ <i>T<small>K = 35</small>℃</i>như đã khảo ở trên<b> .</b>

+ Nhiệt độ bầu ướt <i>T<small>wb= 28</small>℃</i><b> .+ Môi chất lạnh R717(NH3).</b>

- Từ <i>T<small>K</small></i><b>và </b><i>T<small>wb </small></i><b>ta tra bảng tìm được hệ số hiệu chỉnh là HRF = 1.9 Chọn thiết bị Evapco từ dữ liệu trên :</b>

<b> Công suất thiết bị : </b><i>Q<small>select = k * HRF * </small>Q<small>K</small></i>

<b> k : hệ số an toàn ( 1.05 </b><i>÷</i> 1.2 ) => chọn 1.1

<i>Q<small>select = 1.1 * 1.9 * 789.34 = 1649.72 kW</small></i>

<b> Theo két quả tính tốn ở trên thì nhóm tơi chọn thiết bị ATC - 385E-1g này có cơng suất biểu kiến là 1659kW hay cơng suất thực là </b>¹⁶⁵⁹

1.9 <b> = …..</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>3. Tính tốn bình chứa thấp áp. </b>

Bình chứa thấp áp là một thiết bị trong hệ thống lạnh cấp lỏng bằng bơm, nhiệm vụ chính của nó như sau :

+ Chứa mơi chất lạnh có nhiệt độ bằng nhiệt bay hơi tại dàn lạnh và sau đó được bơm vận chuyển đến thiết bị bay hơi.

+ Chất lỏng sau khi đến thiết bị bay hơi sẽ bay hơi để thu nhiệt và phần hơi này cùng với phần lỏng bị hơi cuốn theo sẽ quay trở lại bình cao áp. Phần hơi tại

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

bình cao áp sẽ được máy nén hút về và phần lỏng sẽ ở lại bình. Như vậy bình này cũng có chức năng tách lỏng.

<b> Chọn kiểu bình thẳng đứng vì cơng suất khơng q lớn nên cần thể tích chứa vừa đủ.</b>

- Điều kiện thiết kế :

Công suất lạnh của bình : 625.5 kW

Hệ số an toàn : 10% công suất thiết kế

<b>- Công suất thiết kế : Q= Q * ( 1+10%) = 688.05 kW<small>o </small></b>

</div>