Tính toán và thiết kế hệ tống sản xuất nước lạnh

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN LẠNH


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẢN XUẤT
NƯỚC LẠNH
Đề tài : Tính toán và thiết kế hệ tống sản xuất nước lạnh
3

- Năng suất : 10 ( m /h)
- Nhiệt độ : 12 ºC
- Hệ thống đặt tại Quãng Ngãi
- Môi chất sử dụng: NH3
GVHD: LÊ QUANG HUY

NHÓM 12

TRANG 1


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Nhận xét đánh giá của giáo viên hướng dẫn

……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
…………

NHÓM 12

TRANG 2


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

BẢNG CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

CHÚ THÍCH

ĐƠN VỊ

t1

Nhiệt độ môi trường bên ngoài (nhiệt độ trung bình tại
địa phương vào mùa hè)

ºC

ϕ1

Độ ẩm trung bình tại địa phương vào mùa hè

%

k

Hệ số dẫn nhiệt

W/m2. K

α1 , α 2

Hệ số tỏa nhiệt

W/m2. K

λi

Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i

δi

Chiều dày lớp vật liệu thứ i

λcn

hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt

δ cn

Chiều dày lớp cách nhiệt

W/m.K
m
W/m.K

m
W/m2. K

kt

Hệ số dẫn nhiệt thực tế của tường bao quanh bể

ts

Nhiệt độ đọng sương

ks

Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường ngoài
không bị đọng sương

W/m2. K

knền

Hệ số dẫn nhiệt thực tế của nền bể nước

W/m2. K

knắp

Hệ số dẫn nhiệt thực tế của nắp bể nước

W/m2. K

ºC

a

Chiều dài bể

m

b

Chiều rộng bể

m

h

Chiều cao bể

m

V

Thể tích của bể

m3

Q0

Tổng tổn thất nhiệt của bể nước

kW

Q1

Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che

kW

Q2

Tổn thất nhiệt để làm lạnh nước

kW

Q3

Tổn thất nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió
buồng lạnh

kW

NHÓM 12

TRANG 3


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Q4

Tổn thất nhiệt do vận hành

kW

Q5

Tổn thất nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp

kW

Q11

Tổn thất nhiệt qua tường bể nước

W

Q12

Tổn thất nhiệt qua nền bể nước

W

Q13

Tổn thất nhiệt qua nắp bể nước

W

Ft

Diện tích tường bao quanh bể nước

m2

Fn

Diện tích nền của bể nước

m2

Cn

Nhiệt dung riêng của nước, C n = 4,18

Gn

Khối lượng nước cần làm lạnh

kg

tb

Nhiệt độ trong bể nước

ºC

τ

Thời gian làm lạnh nước

giờ

t0

Nhiệt độ bay hơi của môi chất

ºC

∆t 0

Hiệu nhiệt độ bay hơi yêu cầu

ºC

tư

Nhiệt độ nhiệt kế ướt

ºC

t w1

Nhiệt độ nước vào bình ngưng

ºC

t w2

Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

ºC

tk

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất

ºC

t qn

Nhiệt độ hơi quá nhiệt

ºC

th

Nhiệt độ hơi hút về máy nén

ºC

t ql

Nhiệt độ quá lạnh

ºC

p0

Áp suất bay hơi của môi chất

bar

pk

Áp suất ngưng tụ của môi chất

bar

q0

Năng suất lạnh riêng

kJ/kg

qv

Năng suất lạnh riêng thể tích

kJ/ m

NHÓM 12

kJ/kg . K

3

TRANG 4

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH
l

GVHD: LÊ QUANG HUY

Công nén riêng

kJ/kg

qk

Năng suất thải nhiệt riêng

kJ/kg

ε

Hệ số lạnh của chu trình

υ

Hiệu suất Exergy

mn

Năng suất khối lượng thực tế của máy nén

kg/s

Vtt

Năng suất thể tích thực tế của máy nén

m3 /s

λ

Hệ số cấp của máy nén

λi

Hệ số chỉ thị

λ w'

Hệ số đốt nóng chung của máy nén thuận dòng NH 3

c

Tỉ số thể tích chết

Vlt

Thể tích lý thuyết

Z MN

Số lượng máy nén

Ns

Công nén đoạn nhiệt

kW

Ni

Công nén chỉ thị

kW

N ms

Công suất ma sát

kW

p ms

Áp suất ma sát riêng

MPa

Ne

Công nén hiệu dụng

kW

N el

Công suất điện

kW

N dc

Công suất động cơ lắp đặt

kW

η td

Hiệu suất truyền động đai, khớp …,

η el

Hiệu suất động cơ

N dc

Công suất động cơ lắp đặt

kW

Qk

Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ

kW

ρ

Khối lượng riêng của nước, ρ = 1000

NHÓM 12

m3 /s

kg/ m

3

TRANG 5


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH
k

GVHD: LÊ QUANG HUY

Hệ số truyền nhiệt

2

W/ m . K

∆t tb

Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit

Vn

Lưu lượng nước cần làm lạnh

∆t n

Hiệu niệt độ nước vào và ra khỏi thiết bị bay hơi

ºC

Vh

Lưu lượng thể tích môi chất đi qua bình tách lỏng

m3 /s

mtt

Lưu lượng thực tế qua máy nén

kg/s

v1

Thể tích riêng hơi hút về máy máy nén

ω

Tốc độ của hơi môi chất trong bình

m/s

Vd

Lưu lượng thể tích môi chất đi qua bình tách dầu

m3 /s

v2

Thể tích riêng của hơi môi chất ở đầu đẩy của máy nén

d ih

Đường kính trong của đường ống hút

ρh

Khối lượng riêng của môi chất tại đầu hút máy nén

d id

Đường kính trong của đường ống đẩy

ρd

Khối lượng riêng của môi chất tại đầu đẩy máy nén

kg/ m

ω NH 3

Tốc độ dòng chảy trong ống, đối với môi chất NH 3
Thể tích bình chứa cao áp
Thể tích thiết bị bay hơi

m/s

VCA

V BH

ºC
m 3 /h

m 3 /kg

m3 /kg

mm
kg/ m

3

mm
3

m3

m3

 BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC CHỮ VIẾT
TẮT
[TL1]
[TL2]
[TL3]
CT

NHÓM 12

GIẢI THÍCH
Tài liệu : Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh
Tài liệu : Hệ thống máy và thiết bị lạnh
Tài liệu : Kỹ thuật lạnh cơ sở
Công thức

TRANG 6


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

 CÁC BẢNG SỐ LIỆU
CHƯƠNG 1 :
CHƯƠNG 2 :
Bảng 2.1 : Các lớp cách nhiệt của tường bao quanh bể
Bảng 2.2 : Các lớp cach nhiệt của nền bể

CHƯƠNG 3 :
CHƯƠNG 4 :
Bảng 4.1 : Thông số trạng thái các điểm nút
CHƯƠNG 5 :
Bảng 5.1 : Thông số của bình ngưng
Bảng 5.2 : Thông số của bình bay hơi
CHƯƠNG 6 :
Bảng 6.1 : Thông số của bình chứa cao áp
Bảng 6.2 : Thông số của bình tách lỏng
Bảng 6.4 : Thông số của bình chứa dầu
Bảng 6.5 : Thông số của thiết bị giải nhiệt
Bảng 6.6.1 : Thông số của đường ống hút
Bảng 6.6.2 : Thông số của đường ống đẩy

MỤC LỤC
NHÓM 12

TRANG 7


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

LỜI NÓI ĐẦU
Kỹ thuật lạnh là một ngành khoa học quan trọng ngày càng được ứng dụng
rộng rãi trong cuộc sống: trong công việc, nghiên cứu cũng như vui chơi giải trí...
NHÓM 12

TRANG 8

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Kỹ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ khoa học kỹ thuật
ngang với các ngành khoa học kỹ thuật khác. Có rất nhiều lĩnh vực công nghiệp
sẽ không phát triển được nếu như không có sự hỗ trợ của kỹ thuật lạnh.
Như ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm đã và đang rất phát triển. Thì
khá nhiều ngành công nghiệp khác và cụ thể hơn là ngành công nghiệp xây dựng
cũng như giải trí cũng đã có những bước đầu ứng dụng kỹ thuật lạnh để phát triển
tốt hơn. Yêu cầu phải sử dụng tới nước lạnh.
Đồ án này giúp em nhận thức hiểu biết rõ hơn trong công nghệ lạnh của
ngành mình đang học. Nó là bước khởi đầu cho chúng em trong việc xâm nhập
với thực tế để sau này ra trường ít bỡ ngỡ hơn.Và tạo cho em vốn kiến thức nhất
định trong thiết kế và tính tự lực và trách nhiệm của mình trong công việc.
Đồ án chỉ quan tâm đến qui trình thiết bị mà không xét tính kinh tế do đó
trong quá trình thiết kế hệ thống còn một số điểm chưa hợp lý lắm. Chúng em
mong nhận được ý kiến đóng góp để đồ án ngày càng được hoàn thiện hơn.

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT NƯỚC LẠNH
1.1 Mục đích làm lạnh nước
Nước là chất tải lạnh lý tưởng bởi nó đáp ứng được hầu hết các yêu cầu
của một chất tải lạnh tuy nhiên có nhược điểm duy nhất là đông đặc ở 0°C. Vì
những lý do đó nước được sử dụng cho mục đích điều hoà không khí hay bảo
quản thực phẩm ở nhiệt độ thấp và một số mục đích khác. Mới đây nhằm mở
NHÓM 12

TRANG 9


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

rộng thêm một số ứng dụng của chất tải lạnh này trên thế giới đã sử dụng nước đã
được làm lạnh dùng trực tiếp hoặc để làm mát bê tông nhằm phục vụ cho nghành
xây dựng cũng như nâng cao chất lượng công trình.
Nước sau khi được làm lạnh sử dụng rất phổ biến trong việc chế biến thuỷ
hải sản rửa , thanh trùng sản phẩm trước khi hoàn thiện sản phẩm.
Trong công nghệ thực phẩm ứng dụng thực tế rất lớn là phục vụ làm lạnh sơ bộ
trong sản xuất bia , sản xuất đá cây cũng không thể thiếu nước đã được làm lạnh
về 0°C (Khi đã được làm lạnh với hệ thống làm lạnh với vật liệu đảm bảo sạch ).

1.2 Quy trình sản xuất nước lạnh
Nước cấp từ TP

Xử lý nước
Cấp nước vào bể chứa

Làm lạnh nước

Lấy nước ra khỏi bể

1.3 Môi chất sử dụng trong hệ thống
- Môi chất sử dụng trong hệ thống là NH 3
- Ưu và nhược điểm của NH 3 :
+ Ưu điểm :

 Không gây ăn mòn thiết bị chế tạo từ thép, kim loại đen chế tạo máy nhưng ăn
mòn đồng và các hợp kim của đồng. Vì vậy không sử dụng đồng và các hợp kim
của đồng trong hệ thống amoniac.
 Có mùi đặc trưng nên dễ phát hiện khi rò rỉ.
 Không hòa tan dầu bôi trơn máy nén.
 Rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản.
+ Nhược điểm :
 Độc hại đối với con người và môi trường.
 Trong không khí nếu chứa một lượng NH 3 có thể bắt lửa gây nổ, hỏa hoạn.

1.4 Nhiệm vụ đồ án
* Tính toán và thiết kế hế thống sản xuất nước lạnh
3
- Năng suất : 10 ( m /h)
- Nhiệt độ : 12 ºC
- Các số liệu về không khí bên ngoài tại Quãng Ngãi
+ Nhiệt độ môi trường bên ngoài t1 = 37,8 ºC (nhiệt độ trung bình vào mùa hè)
+ Độ ẩm ϕ1 = 85 % (độ ẩm trung bình vào mùa hè)
NHÓM 12

TRANG 10


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

CHƯƠNG II : KẾT CẤU XÂY DỰNG BỂ NƯỚC –
TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẤM BỂ NƯỚC
2.1 Kết cấu tường bao quanh bể

2.1.1 Chiều dày lớp cách nhiệt của tường bao quanh bể
Bảng 2.1
STT
1
NHÓM 12

Vật liệu
Lớp thép tấm

Bề dày
δi (m)

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
λi (W/m.K)

0.005

45
TRANG 11


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

2

Lớp giấy dầu chống thấm

0,002

0,14

3

Lớp cách nhiệt polystirol

δ cn

0,047

4

Lớp cách ẩm Perganin và
giấy dầu

0,003

0.18

5

Lớp vữa xi măng

0,002

0,93

6

Lớp gạch

0,2

0,82

(Tra bảng 3-2, trang 83 - TL1)
Lưu ý :
+ Lớp trong cùng là lớp thép tấm (lớp thứ 1)
+ Lớp ngoài cùng là lớp gạch (lớp thứ 6)
- Ta chọn :
2
+ k = 0,23 (W/ m . K)
(Tra bảng 3-5, trang 84 - TL1)
2
+ α 1 = 23,3 (W/ m . K)

+ α 2 = 8 (W/ m . K)
( α 1 và α 2 tra bảng 3-7, trang 85 - TL1)
2

δ

- Chiều dày lớp cách nhiệt của tường bao quanh bể cn
n
1  1
δi
1 



−
+
+

∑
δ cn = λcn .  k  α1 i =1 λi α 2 
 1  1 δ1 δ 2 δ 3 δ 4 δ 5
1
+
+
+
+
+
+
 − 
k  α1 λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 α 2
λ
= cn . 
 1
0,005 0,002 0,003
 1
−
+
+
+
+

0,23  23,3
45
0,14

0,18

= 0,047.
= 0,184 (m)
Vậy ta chọn




0,002 0,2 1 
+
+ 
0,93 0,82 8 

δ cn = 0,2 (m)

- Hệ số dẫn nhiệt thực tế của tường bao quanh bể
1

δ δ
1
1
+ ∑ i + cn +
kt = α 1 i =1 λi λcn α 2
n

NHÓM 12

TRANG 12

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

1
1
0,005 0,002 0,003 0,002 0,2
0,2
1
+
+
+
+
+
+
+
45
0,14
0,18
0,93 0,82 0,047 8
= 23,3
2
= 0,21 (W/ m . K)

2.1.2 Kiểm tra đọng sương
Hệ thống được đặt tại Quãng Ngãi, tra bảng 1-1 (trang 8 - TL1) ta có các thông
số sau :
+ t1 = 37,8 ºC
+ ϕ1 = 85 %

+ t 2 = tb = 12 ºC
+ t s = 35,5 ºC (Tra đồ thị h-x trang 9 - TL1)
 t1 − t s

t −t
α
ks = 0,95 . 1 .  1 2


 37,8 − 35,5 



 = 0,95 . 23,3 .  37,8 − 15  = 2,81

ks > kt. Vậy tường không bị đọng sương

2.2 Kết cấu nền của bể
Bảng 2.2
STT

Vật liệu

Bề dày
δi (m)

Hệ số dẫn nhiệt
của vật liệu
λi (W/m.K)

1

Lớp thép tấm

0.005

45

2

Lớp giấy dầu chống thấm

0,002

0,14

3

Lớp cách nhiệt polystirol

δ cn

0,047

NHÓM 12

TRANG 13


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

4
5
6

GVHD: LÊ QUANG HUY

Lớp cách ẩm Perganin và giấy
dầu
Lớp vữa xi măng
Lớp bê tông

0,003

0.18

0,002
0,2

0,93
1,4

(Tra bảng 3-2, trang 83 - TL1)
Lưu ý :
+ Lớp trong cùng là lớp thép tấm (lớp thứ 1)
+ Lớp ngoài cùng là lớp bê tông đất (lớp thứ 6)
- Ta chọn :
2
+ k = 0,23 (W/ m . K)
(Tra bảng 3-5, trang 84 - TL1)
2

+ α 1 = 23,3 (W/ m . K)

+ α 2 = 7 (W/ m . K)
( α 1 và α 2 tra bảng 3-7, trang 85 - TL1)
2

δ

- Chiều dày lớp cách nhiệt của nền bể cn
n
1  1
δi
1 


−
+
+

∑
δ cn = λcn .  k  α1 i =1 λi α 2 
 1  1 δ1 δ 2 δ 3 δ 4 δ 5 δ 6
1 

+
+
+
+
+
+

+
 − 
k
α
λ
λ
λ
λ
λ
λ
α
λ
1
2
3
4
5
6
2 
 1
= cn . 
 1
0,005 0,002 0,003 0,002 0,2 1 
 1
−
+
+
+
+
+

+ 

0,23  23,3
45
0,14
0,18
0,93 1.4 8 

= 0,047.
= 0,176 (m)

δ

Vậy ta chọn cn = 0,2 (m)
- Hệ số dẫn nhiệt thực tế của nền bể nước
1

δ δ
1
1
+ ∑ i + cn +
knền = α 1 i =1 λi λcn α 2
n

1
1
0,005 0,002 0,003 0,002 0,2 0,2
0,2
1
+

+
+
+
+
+
+
+
45
0,14
0,18
0,93 1.4 1,4 0,047 8
= 23,3
2
= 0,211 (W/ m . K)

2.3 Kết cấu trần của bể
- Ta lấy giống như các thông số của nền
+ Chiều dày lớp cách nhiệt
NHÓM 12

δ cn của nắp bể
TRANG 14


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

δ cn = 0,2 (m)
+ Hệ số dẫn nhiệt thực tế của nắp bể

2
knắp = 0,211 (W/ m . K)

2.4 Các kích thước cơ bản của bể
3

Vì năng suất của hệ thống sản xuất nước lạnh là 10 ( m /h) nên các kích thước cơ
bản của bể nước là :
+ Chiều dài bể : a = 7,5 (m)
+ Chiều rộng bể : b = 4 (m)
+ Chiều cao bể : h = 0,5 (m)

2.5 Thể tích của bể nước
3

V = a . b .h = 7,5 . 4 . 0,5 = 15 ( m )

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN NHIỆT BỂ NƯỚC
3.1 Tổng tổn thất nhiệt của bể nước
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (kW)

Q1 : tổn thất nhiệt đi qua kết cấu bao che của bể nước
Q2 : tổn thất nhiệt để làm lạnh nước
Q3 : tổn thất nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh
Q5 : tổn thất nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp

Ở đây Q3 , Q4 và Q5 không có nên ta lấy Q3 = Q4 = Q5 = 0
NHÓM 12

TRANG 15

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Vậy Q0 = Q1 + Q2 (kW)

3.2 Tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che
Q1 = Q11 + Q12 + Q13

3.2.1 Tổn thất nhiệt qua tường bể nước
Q11 = k t . Ft . ( t1 - t 2 )

Trong đó :
+ k t = 0,21 (W/m2. K)
2
+ Ft = 2.h.(a + b) = 2.0,5.(7,5 + 4) = 11,5 ( m )

+ t1 = 37,8 ºC
+ t 2 = tb = 12 ºC
=> Q11 = 0,21 . 11,5 . (37,8 – 12) = 62,31 (W)

3.2.2 Tổn thất nhiệt qua nền bể nước
Q12 = k n . Fn . ( t1 - t 2 )

Trong đó :
+ k n = 0,211 (W/m2. K)
2
+ Fn = a . b = 7,5 . 4 = 30 ( m )

+ t1 = 37,8 ºC
+ t 2 = tb = 12 ºC
=> Q12 = 0,211 . 30 . (37,8 – 12) = 163,31 (W)

3.2.3 Tổn thất nhiệt qua nắp bể nước
Ta xem như tổn thất nhiệt qua nắp bể giống như tổn thất nhiệt qua nền bể
Q13 = Q12 = 163,31 (W)

Vậy ta có tổn thất nhiệt qua các kết cấu bao che :
Q1 = Q11 + Q12 + Q13 = 62,31 + 163,31 + 163,31 = 388,93 W = 0,389 (kW)

3.3 Tổn thất nhiệt để làm lạnh nước
Q2 =

G n .C n. .( t1 − t b )
3600.τ

Trong đó :
3
+ Gn = 10 ( m ) = 10000 (kg)

+ C n = 4,18 (kJ/kg . K) (Trang 319 - TL2)
+ τ = 3h
+ t1 = 37,8 ºC
NHÓM 12

TRANG 16

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

+ tb = 12 ºC
=> Q2 =

10000.4,18.( 37,8 − 12)
3600.3
= 88,24 (kW)

Vậy tổng tổn thất nhiệt :
Q0 = Q1 + Q2 = 0,389 + 88,24 = 88,629 (kW)

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CHU TRÌNH, TÍNH
CHỌN MÁY NÉN
4.1 Tính toán chu trình
4.1.1 Các thông số ban đầu
4.1.1.1 Nhiệt độ bay hơi
NHÓM 12

TRANG 17


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

t 0 = t b - ∆t 0 = 12 – 10 = 2 ºC

Trong đó :
t b : nhiệt độ trong bể, t b = 12 ºC
∆t 0 = 8 ÷ 13 ºC, chọn ∆t 0 = 10 ºC

4.1.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ
Tra đồ thị h-x, trang 9 - TL1 với :
+ t1 = 37,8 ºC
+ ϕ1 = 85 %
=> tư = 34,8 ºC
t w1 = t + (3 ÷ 4) = 34,8 + 3 = 37,8 ºC
ư
t w 2 = t w1 + (2 ÷ 6) = 37,8 + 3 = 40,8 ºC

=> t k = t w2 + ∆t k = 40,8 + 4 = 44,8 ≈ 45 ºC
Trong đó :
∆t k = 3 ÷ 5 ºC, chọn ∆t k = 4 ºC

4.1.1.3 Nhiệt độ hơi quá nhiệt
t qn

= t h = t 0 + (5 ÷ 15) = 2 + 5 = 7 ºC
4.1.1.4 Nhiệt độ quá lạnh
t ql

= t k – (3 ÷ 5) = 45 – 4 = 41ºC
4.1.1.5 Các thông số ban đầu để tính chọn chu trình
t 0 = 2 ºC
t k = 45 ºC
t qn

= 7 ºC

t ql

= 41 ºC

4.1.2 Đồ thị
Đồ thị T – S :

NHÓM 12

TRANG 18


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

T

tql

tqn

2

3

Pk,tk

3’

1’
P0,t0
4

1

S

Đồ thị lgp – h :

NHÓM 12

TRANG 19


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

NHÓM 12

GVHD: LÊ QUANG HUY

TRANG 20


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Quá trình 1-1’ : quá trình quá nhiệt hơi hút về máy nén.
Quá trình 1’-2 : quá trình nén đoạn nhiệt
Quá trình 2-3 : quá trình ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát
trong thiết bị ngưng tụ.
Quá trình 3-3’ : quá trình quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp.
Quá trình 3’-4 : quá trình tiết lưu ở van tiết lưu giảm áp suất từ p k xuống p 0 .
Quá trình 4-1 : bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh.

4.1.3 Tính toán và chọn chu trình
pk
17,832
Tỷ số nén : π = p 0 = 4,63 = 3,85 < 9
Vậy chọn chu trình 1 cấp cho môi chất NH 3

Sơ đồ nguyên lý hệ thống

TBNT : Thiết bị ngưng tụ
QL : Quá lạnh
TBBH : Thiết bị bay hơi
MN: Máy nén

Bảng 4.1
Trạng thái t ( ºC)
p (bar)
h (kJ/kg)
1
2
4,63
1762,3
1’

7
4,63
1760
2
99
17,832
1960
3
45
17,832
711,8
3’
41
17,832
690
4
2
4,63
690
(Các thông số trên được tra trong TL3)

S ( kJ/kg.K)
5,59
5,63
5,63
1,709

v ( m3 /kg)

0,3

0,1

- Năng suất lạnh riêng :
NHÓM 12

TRANG 21


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

q 0 = h1 – h4 = 1762,3 – 690 = 1072,3 (kJ/kg)

- Năng suất lạnh riêng thể tích :
q0
1072,3
q v = v1' = 0,3 = 3574,33 (kJ/ m3 )

-Công nén riêng :
h
h
l = 2 – 1' = 1960 – 1760 = 200 (kJ/kg)
- Năng suất thải nhiệt riêng :
q k = h2 – h3 = 1960 – 711,8 = 1248,2 (kJ/kg)
- Hệ số lạnh của chu trình :
q0
1072,3
ε = l = 200 = 5,36

- Hiệu suất Exergy :

Tk − T0
318 − 275
υ = ε . T0 = 5,36 .
275
= 0,84

4.2 Tính chọn máy nén
- Năng suất khối lượng thực tế của máy nén
Q0
88,629
mn = q 0 = 1072,3 = 0,08 (kg/s)

- Năng suất thể tích thực tế của máy nén
Vtt = mn . v1' = 0,08 . 0,3 = 0,024 ( m3 /s)

- Hệ số cấp của máy nén
p0 − ∆ p 0

λi =

p0


 p + ∆ pk
− c  k

p0


1

 m p0 − ∆ p 0 
 −
p0 



1


1
0,46 − 0,01
1
,
78
+
0
,
01
0,46 − 0,01



− 0,05. 
 −
 0,46 
0,46
0,46 




=

= 0,873
Trong đó :

+ ∆p 0 = ∆p k = 0,005 ÷ 0,01 MPa, chọn ∆p 0 = ∆p k = 0,01
+ m = 0,95 ÷ 1,1 đối với máy nén NH 3 , chọn m = 1
+ c = 0,03 ÷ 0,05, chọn c = 0,05
+ p 0 = 4,63 (bar) = 0,46 (MPa)
+ p k = 17,832 (bar) = 1,78 (MPa)

NHÓM 12

TRANG 22


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

λ w'

GVHD: LÊ QUANG HUY

T0
273 + 2
= λ w . λr = Tk = 273 + 45 = 0,86

=> λ = λi . λ w' = 0,873 . 0,86 = 0,75

- Thể tích lý thuyết:
Vtt 0,024
Vlt = λ = 0,75 = 0,032 ( m3 /s) = 115,2 ( m3 /h)

(Tra bảng 7-2, trang 222 - TL1)
Ta chọn được máy nén pittông MYCOM 1 cấp nén ký hiệu N2WA, thể tích quét
VMN = 187,2 ( m3 /h) = 0,052 ( m3 /s)

- Số lượng máy nén
Z MN

Vlt 0,032
= VMN 0,052 = 0,61

 Vậy chọn 1 máy nén
- Công nén đoạn nhiệt:
N s = m . l = 0,08 . 200 = 16 (kW)

Trong đó:
+ m = mn = 0,08 (kg/s)
+ l = 200 (kJ/kg)
- Công nén chỉ thị:
Ns
Ns
16
N i = η i = λ w' + b.t 0 = 0,86 + 0,001.2 = 18,56 (kW)

Trong đó :
+ b = 0,001
+ t0 = 2 ºC

- Công suất ma sát :
N ms = Vtt . p ms = 0,024 . 0,059 . 10 6 = 1416(N.m/s) = 1,416 (kW)

Trong đó :
+ Vtt = 0,024 ( m /s)
3

+ p ms = 0,049 ÷ 0,069 (MPa) đối với máy nén thuận dòng NH 3 ,
chọn p ms = 0,059 (MPa)
- Công nén hiệu dụng:
N e = N i + N ms = 18,56 + 1,416 = 19,976 (kW)

- Công suất điện:
Ne
19,976
N el = η td .η el = 0,95 + 0,85 = 11,09 (kW)

NHÓM 12

TRANG 23


ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Trong đó :
+ ηtd = 0,95
+ η el = 0,80 ÷ 0,95, chọn η el = 0,85
- Công suất động cơ lắp đặt:

N dc = (1,1 ÷ 2,1) . N el = 2,1 . 11,09 = 23,289 (kW)

CHƯƠNG V : TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO
ĐỔI NHIỆT
5.1 Thiết bị ngưng tụ
5.1.1 Mục đích
Ngưng tụ hơi môi chất thành lỏng

5.1.2 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ
- Chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước : bình ngưng ống vỏ nằm ngang
amoniac
- Ưu điểm:
+ Thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn, phụ tải nhiệt lớn.
+ Dễ dàng vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt.
+ Do làm mát bằng nước nên ít chịu ảnh hưởng của thời tiết.
- Nhược điểm:
+ Tốn thêm hệ thống tháp giải nhiệt, làm tăng thêm chi phí lắp đặt.
+ Công nghệ chế tạo phức tạp.

5.1.3 Tính toán nhiệt thiết bị ngưng tụ
- Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ
Qk = Q0 + N i = 88,629 + 18,56 = 107,189 (kW)

- Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ

NHÓM 12

TRANG 24

ĐAKTL SX NƯỚC LẠNH

GVHD: LÊ QUANG HUY

Tra bảng 8 – 6, trang 263 - TL1, đối với bình ngưng ống vỏ nằm ngang
2
ammoniac, mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ q kF = 3500 ÷ 5200 (W/ m ), ta
2
chọn q F = 4000 (W/ m )

Ftbnt

Qk
107,189.1000
2
4000
= q kF =
= 26,79 ( m )

- Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ
Qk
107,189
Vn = C n .ρ .∆t w = 4,18.1000.3 5,08 . 10 −3 ( m 3 /s) = 30,78 ( m 3 /h)

Trong đó :
+ C n = 4,18 (kJ/kg . K) (Trang 319 - TL2)
3
+ ρ = 1000 kg/ m

+ ∆t w : độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ,

∆t w = t w 2 - t w1 = 40,8 – 37,8 = 3 ºC

Tra bảng 8 – 1, trang 249 - TL1. Ta chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang
ammoniac ký hiệu KTP - 20

Bảng 5.1
Ký
hiệu
bình
ngưng

KTP 40

Diện
tích
bề
mặt,
m2

40

Kích thước phủ bì, mm

Số
ống

Kích thước ống nối,
mm

Thể

tích
giữa
các
ống,
m3

Đường
kính D
600

Dài
L
352
0

Rộng
B

Cao
H

910

1000

216

Hơi
d

Lỏng
d1

Nước
d2

70

25

80

0,53

5.2 Thiết bị bay hơi
5.2.1 Mục đích
- Thiết bị bay hơi là nơi trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh và đối tượng cần làm
lạnh.

5.2.2 Lựa chọn thiết bị bay hơi
- Chọn thiết bị bay hơi : bình bay hơi ống vỏ nằm ngang NH 3

5.2.3 Tính toán nhiệt thiết bị bay hơi
- Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị
NHÓM 12

Khối
lượng,
kg

TRANG 25

1550