Nghiên cứu tính toán thiết kế máy lạnh hấp thụ nh3 h2o loại gián đọan cấp nhiệt bằng phụ phẩm nông nghiệp để sản xuất nước đá báo cáo tổng kết kết quả đề tài khcn cấp trường msđt t ck 2012 04

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
FOG

BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ
ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY LẠNH HẤP THỤ
NH3-H2O LOẠI GIÁN ĐOẠN CẤP NHIỆT BẰNG PHỤ PHẨM NÔNG
NGHIỆP ĐỂ SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ

Mã số đề tài:T-CK-2012-04
Thời gian thực hiện: 12 tháng
Chủ nhiệm đề tài: VÕ KIẾN QUỐC
Cán bộ tham gia đề tài:

Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 9/2014

1


Danh sách các cán bộ tham gia thực hiện đề tài
(Ghi rõ học hàm, học vị, đơn vị công tác gồm bộ môn, Khoa/Trung tâm)
1.

ThS Võ Kiến Quốc

2.

...

3.

...

2


M c l c 
1.  Đặt vấn đề ........................................................................................................................... 4 
2.  Tổng quát về máy hấp thụ NH3-H2O .................................................................................. 5 
2.1 

Sự khác biệt giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi .............................. 5 

2.2 

Dung dịch làm việc ..................................................................................................... 6 

2.3 

Ưu điểm của MLHT .................................................................................................... 7 

2.4 

Nhược điểm của MLHT: ............................................................................................. 9 

2.5 

Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O. ............................................... 10 

3.  Các kết quả nghiên cứu .................................................................................................... 11 
3. 1  Thống kê lượng phụ phẩm nông nghiệp ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long: ...... 11 
3. 2  Xác định nhiệt trị của trấu ......................................................................................... 14 
3. 3  Lập sơ đồ các phương án và phân tích lựa chọn phương án thiết kế ........................ 15 
4.  Tính tốn chu trình thiết bị lạnh: ...................................................................................... 19 
5.  Chương trình mơ phỏng.................................................................................................... 24 
5.1 
sinh

Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch đến áp suất và nồng độ dung dịch trong bình phát
25 

5.2 

Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch đến nồng độ hơi NH3 trong bình phát sinh ....... 26 

5.3 
đặc

Ảnh hưởng của áp suất dung dịch và nhiệt độ giải nhiệt đến nồng độ dung dịch đậm
27 

5.4  Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch và nhiệt độ ngưng tụ đến nồng độ dung dịch
loãng 27 
5.5 
sinh

Ảnh hưởng của lượng tiêu hao nhiên liệu đến nhiệt độ dung dịch trong bình phát
28 

6.  Các kết quả mới nổi bật .................................................................................................... 29 
7.  Kết luận và kiến nghị ........................................................................................................ 30 
Phụ lục ..................................................................................................................................... 32 
Phụ lục 1 .................................................................................................................................. 32 
Phụ lục 2 .................................................................................................................................. 34 

3


1. Đặt vấn đề
Có thể nói hiện nay máy lạnh có máy nén hơi đang độc chiếm thị trường máy
lạnh ở Việt Nam và một số nước khác. Bên cạnh những ưu điểm nổi bật thì máy lạnh
có máy nén hơi cũng tồn tại những nhược điểm lớn đó là tiêu tốn nhiều điện năng, chỉ
làm việc được với điện năng và sử dụng môi chất lạnh không thân thiện với môi
trường. Ngày nay khi khoa học phát triển đã cho ra đời các mơi chất lạnh có mức độ
ảnh hưởng đến môi trường không nhiều. Tuy nhiên ở Việt Nam việc ứng dụng các
môi chất này vào thực tiễn còn rất hạn chế.
Máy lạnh hấp thụ ra đời từ rất lâu, tuy nhiên ưu điểm của máy lạnh này đã bị
lãng quên trong một thời gian dài cho đến khi vấn đề mơi trường và biến đổi khí hậu
được đề cao thì máy lạnh hấp thụ đang được chú ý trở lại. Hiện nay máy lạnh hấp thụ
đã và đang thay thế vai trị của máy lạnh có máy nén hơi ở các nước phát triển như:
Mỹ, Nhật Bản, Trung Quốc, Nga,…
Ưu điểm của máy lạnh hấp thụ là không làm việc bằng điện năng mà làm việc
với nhiệt năng và sử dụng môi chất lạnh thân thiện với môi trường. Nguồn nhiệt sử
dụng cho máy lạnh hấp thụ có thể là nguồn nhiệt thải trong cơng nghiệp, nhiên liệu
hóa thạch, phụ phẩm nơng nghiệp hoặc năng lượng mặt trời.
Nước đá là một sản phẩm không thể thiếu trong đời sống hiện đại, hiện nay
toàn bộ nước đá ở nước ta được sản xuất bằng máy lạnh có máy nén hơi. Thời gian
làm đá cây 50kg hiện nay là trên 20 giờ/mẻ, với thời gian này hệ thống máy lạnh có
máy nén hơi tiêu thụ một lượng điện năng là khơng nhỏ. Do đó ở những khu vực

khơng có lưới điện thì việc sản xuất nước đá bằng máy lạnh có máy nén hơi là rất khó
khăn. Làm lạnh bằng máy lạnh hấp thụ là một phương pháp được biết đến từ rất lâu.
Tuy nhiên những ưu điểm của máy lạnh có máy nén hơi đã làm cho con người quên
lãng kỹ thuật này, cho đến khi con người thấy được tác hại đến mơi trường của máy
lạnh có máy nén hơi thì máy lạnh hấp thụ là một lựa chọn ưu tiên hiện nay ở các nước
đang phát triển.
Ở nước ta hiện nay thì máy lạnh hấp thụ vẫn còn rất xa lạ. Tuy nhiên trong
những năm gần đây thì máy lạnh hấp thụ cũng đang được sự quan tâm trở lại. Năm
2004 Trần Thanh Kỳ [1] đã nghiên cứu thiết kế và chế tạo thành công hệ thống máy
4


lạnh hấp thụ NH3-H2O để sản xuất nước đá có năng suất là 3,2 tấn đá/ngày. Nhiên liệu
sử dụng là các loại nhiên liệu rẻ tiền như: than cám, trấu và mùn cưa. Kết quả nghiên
cứu cho thấy giá thành sản xuất 1kg đá dao động trong khoảng từ 86,1-95,8 đồng.
Năm 2006 Võ Kiến Quốc và Lê Chí Hiệp [2] đã nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn cấp nhiệt bằng collector mặt trời dạng ống
cánh để sản xuất nước đá. Kết quả nghiên cứu cho thấy năng suất trung bình của hệ
thống khoảng từ 1,6-2,5kg đá/m2 collector/ngày. Nồng độ dung dịch đậm đặc tối ưu
trong khoảng từ 46% đến 48% và nồng độ dung dịch loãng từ 36% đến 39%.
Trong thời đại vấn đề môi trường đang được sự quan tâm hàng đầu thì việc
nghiên cứu ứng dụng máy lạnh hấp thụ ở nước ta là một việc làm cần thiết. Việc ứng
dụng máy lạnh hấp thụ sẽ giải quyết được vấn đề thiếu điện và vấn đề ô nhiễm môi
trường mà nước ta đang phải đối mặt. Việt Nam là một nước có nền nơng nghiệp phát
triển cho nên lượng phụ phẩm nơng nghiệp rất lớn, điển hình là trấu. Tuy nhiên lượng
phụ phẩm nông nghiệp này lại đang thừa một số lượng rất lớn vừa gây lãng phí vừa
ảnh hưởng đến mơi trường. Với mục đích bảo vệ mơi trường và đẩy mạnh việc sử
dụng các phụ phẩm nông nghiệp, trong nghiên cứu này tác giả sẽ trình bày phương
pháp nghiên cứu lý thuyết hệ thống máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn sử
dụng trấu để sản xuất nước đá cho các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long.

2. Tổng quát về máy hấp thụ NH3-H2O
2.1 Sự khác biệt giữa máy lạnh hấp thụ và máy lạnh có máy nén hơi
So với máy lạnh có máy nén hơi thì máy lạnh hấp thụ có 2 khác biệt lớn nhất
sau đây:
- Năng lượng cấp vào cho máy lạnh hấp thụ là nhiệt năng, năng lượng cấp vào
cho máy lạnh có máy nén hơi là cơ năng
- Môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ là dung dịch của 2 chất thuần khiết
có nhiệt độ sơi cách biệt nhau lớn ở cùng điều kiện áp suất. Môi chất làm việc trong
máy lạnh có máy nén hơi thường là 1 chất thuần khiết hoặc hỗn hợp đồng sôi.Môi
chất làm việc trong chu trình máy lạnh hấp thụ là một dung dịch, trong đó một chất có
nhiệt độ bay hơi thấp gọi là tác nhân lạnh và một chất có nhiệt độ bay hơi cao gọi là

5


chất hấp thụ. Trong thực tế hiện nay các cặp môi chất được sử dụng rộng rãi là NH3H2O và LiBr-H2O
2.2 Dung dịch làm việc
Cặp môi chất NH3-H2O được sử dụng để làm lạnh đến nhiệt độ âm hoặc dương
cho nên cặp môi chất này thường được dùng trong kỹ thuật đơng lạnh. Đối với cặp
mơi chất LiBr-H2O chỉ có thể làm lạnh ở nhiệt độ dương nên cặp môi chất này được
sử dụng trong kỹ thuật điều hịa khơng khí.
Hiệu suất của hệ thống MLHT phụ thuộc rất nhiều vào tính chất hóa học và
nhiệt động của cặp dung dịch làm việc bên trong. Dung dịch làm việc trong MLHT là
hỗn hợp của 2 chất thuần khiết khác nhau, có nhiệt độ sơi khá cách biệt ở cùng điều
kiện áp suất và khơng phản ứng hóa học với nhau, không độc hại và không gây nổ.
Đối với tác nhân lạnh thì phải có ẩn nhiệt hóa hơi lớn. Theo định lý Carnot thì hiệu
suất của chu trình thuận nghịch không phụ thuộc vào chất môi giới làm việc trong chu
trình mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh. Tuy nhiên chu trình
thực tế khơng phải là thuận nghịch cho nên hiệu quả của chu trình MLHT phụ thuộc
rất nhiều vào chất môi giới trong chu trình.

Có nhiều cặp tác nhân có thể sử dụng cho MLHT. Theo kết quả của các nhà
nghiên cứu trước đây thì có đến 40 loại tác nhân lạnh và 200 loại chất hấp thụ có thể
được sử dụng trong MLHT. Tuy nhiên trong thực tế hai cặp dung dịch NH3-H2O và
H2O-LiBr được sử dụng rất phổ biến. Trong cặp dung dịch làm việc chất đứng trước
là môi chất lạnh, chất đứng sau là chất hấp thụ. Do tính chất nhiệt động của tác nhân
lạnh người ta dùng cặp dung dịch NH3-H2O cho ứng dụng làm lạnh sâu có thể đến 77oC còn cặp dung dịch H2O-LiBr được dùng để làm lạnh trong kỹ thuật điều hịa
khơng khí.
Dung dịch làm việc trong MLHT đã được chứng minh là hồn tồn khơng gây
ra bất kỳ vấn đề gì ảnh hưởng đến mơi trường. Điểm đặc biệt của cặp dung dịch H2OLiBr là áp suất làm việc khá thấp. Do H2O đóng vai trò là tác nhân lạnh nên để hơi
nước bay hơi ở nhiệt độ thấp thì áp suất làm việc phải rất thấp. Đối cặp dung dịch
NH3-H2O thì áp suất làm việc ở trên áp suất khí quyển cho nên cần phải chú ý đến vấn
đề rò rỉ tác nhân NH3 ra môi trường. Một vấn đề khác cần phải quan tâm đối với cặp
6


mơi chất NH3-H2O là hơi NH3 bay ra thường có lẫn theo một ít hơi nước. Nhiệt độ
làm việc càng cao thì nồng độ hơi NH3 bay ra càng giảm, do đó cần phải có thêm bộ
phận tinh luyện hơi NH3 bay ra để không làm giảm năng suất lạnh do hơi nước gây ra.
Và cuối cùng là tính chất ăn mòn của tác nhân NH3 đối với đồng cho nên kim loại chế
tạo phải sử dụng là thép. Đối với cặp dung dịch H2O-LiBr thì LiBr rất khó bị cuốn
theo hơi nước do nhiệt độ sôi của LiBr và nước rất xa nhau ở cùng điều kiện áp suất.
So với cặp dung dịch H2O-LiBr thì cặp dung dịch NH3-H2O có những nhược
điểm sau đây:
-

Hệ số COP của cặp dung dịch NH3-H2O thấp hơn cặp dung dịch H2O-LiBr

-

Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho bình phát sinh cao hơn cặp dung dịch H2O-LiBr

-

Áp suất ngưng tụ cao hơn do đó tiêu tốn công bơm lớn hơn

-

Hơi nước dễ bị bay theo NH3 khi ra khỏi bình phát sinh

-

Nguy hiểm hơn do NH3 có thể gây ngộ độc.

2.3 Ưu điểm của MLHT
-

Phương pháp nén tác nhân lạnh: Trong máy lạnh có máy nén hơi tác nhân lạnh
được nén từ áp suất thấp lên áp suất cao bằng máy nén. Ngoài ra máy nén trong
hệ thống lạnh có máy nén hơi cịn có nhiệm vụ tạo ra sự tuần hoàn của tác nhân
lạnh trong hệ thống. Máy nén làm việc với tác nhân lạnh ở trạng thái hơi mà
hơi có thể tích riêng lớn cho nên công tiêu hao cấp vào cho máy nén là rất lớn.
Một vấn đề khác là kích thước máy nén càng lớn khi công suất càng tăng do đó
điện năng tiêu hao cho máy nén cũng sẽ tăng theo. Trong MLHT không cần
dùng đến máy nén mà chức năng của máy nén được thay thế bằng bình phát
sinh, bình hấp thụ và bơm. Tác nhân lạnh sau khi bay hơi sẽ được chất hấp thụ
để trở thành trạng thái lỏng để làm giảm thể tích riêng cho nên công cấp vào
cho bơm rất nhỏ và không thay đổi nhiều khi năng suất tăng.

-

Dạng năng lượng sử dụng: Năng lượng sử dụng trong MLHT chủ yếu là năng
lượng nhiệt. Đây là ưu điểm nổi bật của MLHT so với máy lạnh có máy nén
hơi. Năng lượng cấp vào cho MLHT có thể là nhiệt thải từ các quy trình cơng
nghệ trong cơng nghiệp, hơi nước từ các lị hơi, năng lượng mặt trời, khí đốt,
nhiên liệu hóa thạch, phụ phẩm nông nghiệp,… Năng lượng sử dụng là năng
7


lượng nhiệt cho nên góp phần giảm tải cho hệ thống điện và có thể sử dụng
được ở những khu vực khơng có điện lưới quốc gia
-

Chi phí vận hành: Máy lạnh có máy nén hơi chỉ vận hành được với điện năng
và nó phụ thuộc nhiều vào điện. Hiện nay giá điện là rất đắt đỏ do đó chi phí
vận hành cho máy lạnh có máy nén hơi là rất lớn. Trong khi đó MLHT chỉ sử
dụng một bơm dung dịch nhỏ nên chi phí vận hành cho bơm là rất nhỏ.

-

Tiếng ồn và rung: Máy nén của máy lạnh có máy nén hơi hoạt động ở tốc độ rất
cao cho nên nó cần được bơi trơn và gây ra tiếng ồn. MLHT khơng có bộ phận
chuyển động cho nên hoạt động rất êm và không gây ra rung lắc do đó nền
móng khơng địi hỏi gia cố chống rung.

-

Bảo dưỡng: máy nén là bộ phận chính của máy lạnh có máy nén hơi và nó có
nhiều chi tiết chuyển động. Các chi tiết này phải được bôi trơn và kiểm tra
thường xuyên để đảm bảo cho máy nén vận hành tốt. Máy nén cũng cần được
thay thế các chi tiết bên trong khi hoạt động lâu ngày sẽ bị mịn làm hiệu suất

nén giảm xuống. Trong đó có một số chi tiết rất đắt tiền như suppap hút và đẩy
hoặc là môtơ điện. Máy nén cũng cần được làm mát cho nên cần phải có thêm
bơm nước để làm mát cho máy nén. Trong MLHT chi tiết chuyển động duy
nhất là bơm dung dịch và rất ít gặp hư hỏng cho nên cơng tác bảo trì cho
MLHT là rất đơn giản.

-

Điều khiển năng suất: trong máy lạnh có máy nén hơi năng suất của hệ thống
có thể được điều chỉnh theo từng cấp do đó chi phí năng lượng tiêu hao cho
máy nén cũng tỷ lệ theo cấp điều chỉnh. Trong MLHT việc điều chỉnh năng
suất là vô cấp cho nên chi phí tiêu hao năng lượng cho hệ thống đúng với công
suất hoạt động.

-

Tác nhân lạnh và chi phí: đối với cặp tác nhân lạnh NH3-H2O thì NH3 là tác
nhân lạnh, đối với cặp tác nhân lạnh H2O-LiBr thì H2O là tác nhân lạnh. Cả
NH3 và nước là những chất rẻ tiền va rất dễ tìm kiếm. Trong khi đó máy lạnh
có máy nén hơi sử dụng các tác nhân lạnh CFC và HCFC rất đắt tiền.

-

Rò rỉ tác nhân: trong MLHT hầu như khơng có hoặc rất ít xảy ra rị rỉ tác nhân
lạnh và nếu có rị rỉ thì chi phí nạp lại cũng khơng đáng kể. Trong khi đó máy
lạnh có máy nén hơi rất dễ xảy ra rị rỉ và chi phí nạp lại là rất lớn.
8


-

Hiệu ứng nhà kính : Hầu hết các chất làm lạnh được sử dụng trong các hệ
thống máy lạnh có máy nén hơi đều gây ra hiệu ứng nhà kính . Theo Nghị định
thư Montreal, việc sử dụng các tác nhân lạnh gây hiệu ứng nhà kính phải dừng
lại hồn tồn vào năm 2020. Trong hệ thống MLHT khơng sử dụng tác tạo ra
hiệu ứng nhà kính , vì vậy việc sử dụng các tác nhân hiện tại sẽ không bị cản
trở trong tương lai .

2.4 Nhược điểm của MLHT:
-

Kích thước và trọng lượng: MLHT có kích thước và trọng lượng lớn hơn rất
nhiều so với hệ thống máy lạnh có máy nén hơi ở cùng cơng suất.

-

Hiệu suất thấp hơn: hệ số làm lạnh của MLHT thấp hơn rất nhiều so với máy
lạnh có máy nén hơi. Hệ số làm lạnh của MLHT double effect H2O-LiBr có hệ
số làm lạnh tối đa khoảng 1,1 trong khi đó máy lạnh có máy nén hơi có hệ số
làm lạnh khoảng từ 4-5 khi so sánh ở cùng điều kiện làm việc. Tuy nhiên nhìn
vào hệ số làm lạnh thì khơng thể kết luận là MLHT làm việc không hiệu quả
bằng máy lạnh có máy nén hơi. Bởi vì dạng năng lượng sử dụng là khác nhau.

-

Giá thành cao hơn: trong MLHT có nhiều thiết bị trao đổi nhiệt và kích thước
của các thiết bị lớn nên chi phí sản xuất cho các thiết bị này khá cao

-

Khó vận chuyển hơn: vì kích thước hệ thống MLHT rất lớn cho nên việc vận
chuyển và lắp đặt sẽ khó khăn hơn rất nhiều và hầu như không thể lắp đặt ở
khu vực trên cao.

-

Có thể bị kết tinh

-

Nhả nhiệt nhiều hơn: trong MLHT ngồi việc giải nhiệt cho bình ngưng thì cịn
phải giải nhiệt cho bình hấp thụ, tháp tinh luyện,… tính tồn bộ hệ thống thì hệ
số nhả nhiệt của MLHT khoảng 2,5. Trong khi đó máy lạnh có máy nén hơi chỉ
giải nhiệt cho bình ngưng tụ và một ít cho máy nén nên hệ số nhả nhiệt chỉ
khoảng 1,2. Chính vì lý do này cũng làm cho giá thành MLHT cao hơn máy
lạnh có máy nén hơi do tháp giải nhiệt lớn hơn.

-

Ăn mòn hệ thống khi làm việc ở nhiệt độ cao

9


-

Áp suất làm việc thấp: áp suất làm việc trong hệ thống MLHT H2O-LiBr rất
thấp cho nên có thể xảy ra hiện tượng khơng khí bên ngồi xâm nhập vào hệ
thống.

2.5 Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O.
Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh hấp thụ NH3-H2O được trình bày trên hình dưới
đây:

A

B

D
C

Hình 1: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ NH3-H2O
Gọi cs là nồng độ của dung dịch đậm đặc trong bình phát sinh A, khi cấp nhiệt
cho dung dịch chứa trong bình phát sinh thì dung dịch này sẽ sơi và bay hơi. Hơi NH3
bay ra làm cho nồng độ dung dịch chứa trong bình phát sinh giảm xuống ta gọi là
nồng độ dung dịch loãng cw. Hơi bay ra là NH3 tuy nhiên thường có một lượng nhỏ
nước bay hơi theo do đó nồng độ của hơi bay ra thường nhỏ hơn 100%. Để tách lượng
nước này ra khỏi hơi NH3 thì người ta cho hỗn hợp hơi này đi qua một thiết bị có tên
là tháp chưng cất. Hơi NH3 sau khi ra khỏi tháp chưng cất có nồng độ rất cao, có thể
xem như là hơi tinh khiết đi vào bình ngưng B để thực hiện quá trình ngưng tụ. Sau
khi ra khỏi bình ngưng B, lỏng NH3 được đưa qua van tiết lưu để đi vào bình bay hơi
C. Hơi NH3 bay ra từ thiết bị bay hơi C được đưa về bình hấp thụ D và được hấp thụ
bởi dung dịch lỗng có nồng độ cw đến từ bình phát sinh A. Quá trình hấp thụ sẽ phát
sinh nhiệt lượng do NH3 nhả ra nhiệt ẩn ngưng tụ do đó bình hấp thụ D cũng phải
10


được giải nhiệt giống như ở bình ngưng tụ B. Sau quá trình hấp thụ ở bình hấp thụ D
dung dịch có nồng độ cs như ban đầu được đưa trở lại bình phát sinh để tiếp tục chu
trình mới.

3. Các kết quả nghiên cứu
3. 1 Thống kê lượng phụ phẩm nông nghiệp ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long:
Lúa là một trong những cây lương thực chính của thế giới được trồng rộng rãi
trên khắp thế giới. Ở Việt Nam lúa là cây lương thực chính và được trồng nhiều nhất
là ở đồng bằng sông Cửu Long và đồng Bằng sông Hồng. Việt Nam là một trong
những nước xuất khẩu gạo hàng đầu thế giới. Trong năm 2011 sản lượng gạo xuất
khẩu của Việt Nam đạt 7,105 triệu tấn, với tổng giá trị 3,507 tỉ USD cao nhất từ trước
đến nay. Sản lượng lúa hàng năm của Việt Nam là 40 triệu tấn riêng ở ĐBSCL sản
lượng hàng năm ước đạt hơn 20 triệu tấn chiếm hơn 50% tổng sản lượng lúa cả nước.
Trấu là vỏ của hạt lúa sau khi đã xay xát, trấu chiếm tỷ lệ từ 20-21% khối
lượng của hạt lúa tùy thuộc vào thời vụ và giống lúa. Trong vỏ trấu có chứa 75% chất
hữu cơ dễ bay hơi khi cháy, 25% còn lại chuyển thành tro. Trấu có nhiệt trị trung bình
khoảng 13.500kJ/kg và cháy rất tốt. Từ rất lâu trấu đã là chất đốt chủ yếu trong các hộ
gia đình ở khu vực nơng thơn Việt Nam. Ngồi ra trấu cịn được sử dụng vào rất nhiều
mục đích khác nhau như:
-

Làm chất đốt trong các lò gạch, lò gốm, lò bánh tráng, lò bún, lò đường

-

Dùng để nấu nướng trong các hộ gia đình ở nơng thơn

-

Trộn với than cám để dùng để nung clinker trong các nhà máy xi măng

-

Dùng để sấy lúa

-

Dùng để sản xuất điện năng

-

Dùng làm củi đốt

-

Dùng làm phân bón

-

Dùng làm ván ép

-

Dùng làm vật liệu cách nhiệt

11


Tro trấu cũng có giá trị thương mại cao, nhờ trong tro có chứa gần 90% hàm
lượng silic, giá tro trấu hiện nay trên thế giới từ 50 đến 100USD/tấn. Tro trấu được sử
dụng trong cơng nghiệp phân bón, thủy tinh, thời trang, xây dựng,…
Ngày nay khi kinh tế phát triển thì việc đốt trấu khơng cịn trở nên thơng dụng
nữa cộng với năng suất lúa ngày càng tăng làm cho lượng trấu ngày càng dư thừa.
Nhược điểm lớn nhất của trấu là nhiệt trị riêng là tương đối thấp và khối lượng riêng

của trấu nhỏ. Cho nên việc đốt trấu xa nguồn cung cấp sẽ không mang lại hiệu quả do
chi phí vận chuyển trấu cao. Theo khảo sát thì chỉ có khoảng 50% trấu sản xuất ra
được sử dụng, phần cịn lại khơng được sử dụng và khơng có chỗ chứa nên trấu
thường được thải bỏ ra các kênh rạch, gây cản trở giao thông đường thủy, ô nhiễm
môi trường nước và các hệ sinh thái liên quan đến nguồn nước, ảnh hưởng rất lớn đối
với đời sống của người dân miền sơng nước.
Trấu có nhiệt trị trung bình khoảng 13500kJ/kg (tùy theo độ ẩm và giống lúa
giá trị này có thể thay đổi chút ít). Nhiệt trị của trấu chỉ bằng khoảng 1/3 của dầu FO
nhưng giá của trấu thì thấp hơn rất nhiều lần so với giá dầu (khoảng trên 50 lần). Khi
thế giới đang đối đầu với cuộc khủng hoảng năng lượng thì ở Việt Nam đang xảy ra
tình trạng lãng phí vơ cùng lớn. Ước tính riêng ở ĐBSCL thì hàng năm lượng trấu sản
xuất ra tương đương với năng lượng của 1,33 triệu tấn dầu FO, một con số không nhỏ.
Sau đây là kết quả thống kê diện tích canh tác lúa và sản lượng lúa ở 13 tỉnh
đồng bằng Sông Cửu Long trong 5 năm từ năm 2006 đến 2011
Bảng 1: Diện tích canh tác hàng năm ở đồng bằng Sơng Cửu Long (Nguồn Bộ NN và
PTNN [8])
Diện tích canh tác hàng

2006

2007

2008

2009

2010

2011

3773.9

3683.1

3858.9

3872.9

3970.5

4 089.3

năm (nghìn hecta)
Đồng Bằng sơng Cửu
Long
1

Long An

433.2

428.4

457.0

463.6

470.7

486.5

2

Tiền Giang

247.8

246.8

244.9

246.4

243.5

241.1

3

Bến Tre

81.8

79.7

79.2

81.1

80.2

76.9

4

Trà Vinh

228.2

224.0

226.9

231.9

232.7

233.0

5

Vĩnh Long

196.5

158.3

177.4

176.7

170.0

181.5

12


6

Đồng Tháp

454.0

447.1

468.1

450.8

465.1

501.1

7

An Giang

503.5

520.3

564.5

557.2

590.1

603.9

8

Kiên Giang

595.1

582.9

609.2

622.1

641.0

686.9

9

Cần Thơ

222.8

207.9

218.6

208.8

209.4

224.7

10

Hậu Giang

227.1

189.3

202.9

191.2

210.6

212.7

11

Sóc Trăng

324.4

325.4

322.3

334.6

350.0

348.9

12

Bạc Liêu

144.1

149.9

155.0

166.5

168.7

162.4

13

Cà Mau

115.4

123.1

132.9

142.0

138.5

129.7

Bảng 2: Năng suất lúa hàng năm ở đồng bằng Sông Cửu Long (Nguồn Bộ NN và
PTNN [8])
Năng suất hàng năm

2006

2007

2008

2009

2010

2011

18229.2 18678.9 20669.5 20483.4

21569.8

23186.3

(nghìn tấn)
Đồng Bằng sơng Cửu
Long
1

Long An

1769.4

1950.6

2178.1

2158.6

2275.8

2 556.9

2

Tiền Giang

1214.3

1306.7

1321.0

1308.0

1317.1

1 325.7

3

Bến Tre

332.5

304.8

361.1

362.7

367.6

362.2

4

Trà Vinh

1009.8

929.8

1086.7

1076.8

1156.0

1 155.3

5

Vĩnh Long

932.3

810.8

896.1

911.4

923.1

1 032.3

6

Đồng Tháp

2404.9

2544.4

2720.2

2650.4

2783.1

3 100.2

7

An Giang

2923.2

3142.9

3513.8

3383.6

3692.4

3 843.6

8

Kiên Giang

2744.3

2977.3

3387.2

3397.7

3485.1

3 941.1

9

Cần Thơ

1153.0

1131.6

1198.5

1138.1

1189.6

1 289.7

10

Hậu Giang

1062.8

865.1

1020.1

993.8

1088.0

1 128.5

11

Sóc Trăng

1602.2

1602.5

1739.5

1780.4

1939.0

2 018.3

12

Bạc Liêu

677.2

693.2

764.4

808.2

849.1

898.4

403.3

419.2

482.8

513.7

503.9

534.1

13 Cà Mau

13


Sản lượng lúa và trấu hàng năm ở ĐBSCL (triệu tấn)
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

Lúa
Trấu

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Hình 2: Sản lượng lúa và trấu trung bình hàng năm ở ĐBSCL
Trên hình 2 ta nhận thấy rằng sản lượng lúa hàng năm ở khu vực ĐBSCL tăng
dần theo từng năm. Trong năm 2009 sản lượng có giảm xuống nhưng khơng đáng kể.
Tính trung bình trong 6 năm gần đây thì sản lượng lúa hằng năm ở ĐBSCL là hơn 20
triệu tấn. Với khối lượng trấu chiếm 20% khối lượng [3] thì sản lượng trấu trung bình
hằng năm là trên 4 triệu tấn. Với nhiệt trị riêng trung bình của trấu là từ 13500 đến
14000kJ/kg thì tổng năng lượng hằng năm thu được từ trấu tương đương với hơn 1,33
triệu tấn dầu FO.
Khảo sát của Viện Nghiên cứu Phát triển ĐBSCL tại 108 nhà máy xay xát lúa
(được chọn ngẫu nhiên) thuộc TP Cần Thơ và các tỉnh An Giang, Kiên Giang, Hậu
Giang, Sóc Trăng cho thấy, có khoảng 50% trấu tại các nhà máy xay xát được bán làm
chất đốt trong dân dụng và làm phân bón [4], phần cịn lại khơng được sử dụng và
khơng có chỗ chứa nên trấu thường được thải bỏ ra các kênh rạch, gây cản trở giao
thông đường thủy, ô nhiễm môi trường nước và các hệ sinh thái liên quan đến nguồn
nước, ảnh hưởng rất lớn đối với đời sống của người dân. Trong khi lưới điện nước ta
đang phải gồng gánh một phụ tải rất lớn thì chúng ta lại đang dư thừa và phải thải bỏ
một lượng lớn nhiên liệu vừa gây lãng phí vừa gây ơ nhiễm mơi trường. Do đó cần
phải có những chính sách khuyến khích sử dụng trấu để tránh tình trạng như hiện nay.
3. 2 Xác định nhiệt trị của trấu
Bằng cách sử dụng bom nhiệt trị (calorimeter) nhiệt trị riêng của trấu có thể

được xác định và được trình bày trong bảng dưới đây
14


Bảng 3: Nhiệt trị riêng của trấu (Đo bằng bom nhiệt trị IKA – PTN Nhiệt động và
truyền nhiệt)
Lần đo
Nhiệt

1
trị 13520

2

3

4

5

13560

13815

14030

13585

[kJ/kg]
Theo giá trị đo đạc thực nghiệm ta thấy rằng nhiệt trị riêng của trấu là tương

đối thấp, nhiệt trị thay đổi trong khoảng từ 13500 đến 14000kJ/kg. Nếu so với dầu FO
thì nhiệt trị của trấu chỉ bằng 1/3 nhiệt trị dầu FO nhưng so về giá thành thì giá trấu
thấp hơn rất nhiều so với dầu FO. Giá bán 1kg dầu FO là 19070đ (Petrolimex – tháng
7/2013) trong khi đó giá của trấu ngồi thị trường hiện nay là khoảng từ 200-300đ/kg.
Tính theo tỷ lệ khối lượng thì giá trấu rẻ hơn dầu FO hơn 76 lần. Trong khi đó sản
phẩm cháy của trấu là tro cũng rất có giá trị. Cho nên việc sử dụng trấu để cấp nhiệt
cho máy lạnh hấp thụ thay thế cho các máy lạnh có máy nén hơi sẽ mang lại hiệu quả
kinh tế cao và góp phần giảm tải cho lưới điện quốc gia
3. 3 Lập sơ đồ các phương án và phân tích lựa chọn phương án thiết kế
Phương án 1: Kết hợp bình phát sinh và bình hấp thụ

Hình 3: Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3-H2O gián đoạn kết hợp phát sinh và hấp thụ
Nguyên lý làm việc:
Giai đoạn phát sinh: khóa các van 3,4
15


Dung dịch đậm đặc NH3-H2O trong bình phát sinh A được cấp nhiệt, NH3 có
nhiệt độ sơi thấp hơn nên bị bay hơi trước. Hơi NH3 bay ra có lẫn theo một ít nước và
nước được tách ra khỏi hơi NH3 thơng qua tháp chưng cất nằm phía trên bình phát
sinh A. Hơi NH3 bay ra khỏi bình phát sinh làm cho áp suất dung dịch trong bình phát
sinh tăng lên cân bằng với áp suất của hơi NH3. Khi áp suất hơi NH3 đạt áp suất
ngưng tụ ứng với nhiệt độ nước giải nhiệt tại bình ngưng B thì hơi NH3 sẽ bị ngưng tụ
thành trạng thái lỏng sôi và chứa trong bình chứa C và áp suất dung dịch trong bình
phát sinh sẽ khơng tăng. Trong giai đoạn phát sinh thì nhiệt độ dung dịch tăng dần và
nồng độ dung dịch giảm dần. Khi nồng độ dung dịch đạt đến nồng độ dung dịch lỗng
thì q trình phát sinh kết thúc. Khóa van 1và 2 lại.
Giai đoạn hấp thụ:
Sau khi giai đoạn phát sinh kết thúc thì ngừng cấp nhiệt cho bình phát sinh A.
Lúc này bình phát sinh cũng là bình hấp thụ. Tuy nhiên nhiệt độ dung dịch trong bình

hấp thụ lúc này cịn cao cho nên q trình hấp thụ khơng thực hiện được. Để q trình
hấp thụ có thể diễn ra được thì dung dịch trong bình hấp thụ phải nhỏ hơn áp suất bay
hơi trong bể đá D. Do đó dung dịch trong bình hấp thụ phải được làm mát xuống nhiệt
độ mơi trường. Sau khi dung dịch trong bình hấp thụ đạt đến nhiệt độ mơi trường thì
mở các van 3 và 4 ra , hơi NH3 bay ra từ tháp đá D sẽ đi vào bình hấp thụ gặp dung
dịch lỗng và bị hấp thụ để trở thành dung dịch đậm đặc. Quá trình này sẽ nhả nhiệt
cho nên nhiệt độ dung dịch trong bình hấp thụ tăng lên, cho nên cần phải giải nhiệt
cho dung dịch. Nếu không làm mát dung dịch thì áp suất dung dịch trong bình hấp thụ
tăng lên làm cho hơi NH3 khơng đi vào bình hấp thụ được.
Ưu điểm:
-

Cấu tạo đơn giản

-

Tiết kiệm chi phí do khơng có thêm bình hấp thụ
Nhược điểm:

-

Vận hành khó khăn do bình phát sinh và bình hấp thụ là 1 thiết bị mà chức
năng của bình phát sinh và hấp thụ là trái ngược với nhau nên quá trình vận
hành sẽ rất khó khăn
16


-

Bình phát sinh làm việc ở áp suất và nhiệt độ cao, nếu kết hợp với bình hấp thụ

sẽ gây nguy hiểm hơn

-

Tháp đá phải đặt cao hơn bình phát sinh và hấp thụ nên việc thao tác làm đá
cũng rất khó khăn

-

Thời gian làm việc dài hơn do phải làm lạnh dung dịch sau khi quá trình phát
sinh kết thúc
Phương án 2: Tách riêng bình phát sinh và bình hấp thụ

Hình 4: Sơ đồ máy lạnh hấp thụ NH3-H2O gián đoạn riêng biệt
Nguyên lý làm việc:
Giai đoạn phát sinh: Trước khi cấp nhiệt cho bình phát sinh các van 3,4,5,6,7,8
và 9 đóng lại, các van 1 và 2 mở ra. Dung dịch NH3-H2O đậm đặc chứa trong bình
phát sinh được cấp nhiệt đẳng tích đến áp suất ngưng tụ. Tiếp tục cấp nhiệt đẳng áp
cho dung dịch cho đến khi nồng độ dung dịch chứa trong bình phát sinh đạt đến nồng
độ dung dịch lỗng thì khóa các van 1 và 2 lại. Hơi NH3 bay ra từ bình phát sinh đi
qua tháp chưng cất sau đó đi vào bình ngưng tụ nhờ nước giải nhiệt và ngưng tụ lại
trong bình chứa.
Giai đoạn hấp thụ: Trước khi diễn ra q trình hấp thụ dung dịch lỗng từ bình
phát sinh được đưa về bình hấp thụ bằng cách mở các van 6, 7, 8 và 9. Sau đó đóng
các van 6, 7, 8 và 9 lại rồi mở các van 3, 4 và 5 thì NH3 lỏng từ bình chứa đi qua van
tiết lưu sau đó đi qua tháp đá và bị bay hơi. Hơi NH3 đi vào bình hấp thụ gặp dung
dịch loãng bị dung dịch loãng hấp thụ và trở thành dung dịch đậm đặc. Sau khi quá
17

trình hấp thụ kết thúc đóng các van 3, 4 và 5 lại rồi nâng bình hấp thụ lên cao hơn
bình phát sinh rồi mở các van 6, 7, 8 và 9 ra để dung dịch đậm đặc chảy về bình phát
sinh. Sau đó hạ bình hấp thụ trở lại vị trí cũ.
Ưu điểm:
-

Q trình phát sinh và hấp thụ diễn ra dễ dàng hơn do nó diễn ra ở 2 thiết bị
riêng biệt. Không cần phải thao tác thêm so với chu trình kết hợp

-

Thời gian làm việc rút ngắn so với chu trình kết hợp. Dung dịch đậm đặc trong
bình phát sinh đi qua van giảm áp trở về bình hấp thụ nên nhiệt độ dung dịch
giảm xuống đáng kể, rút ngắn thời gian làm mát dung dịch.

-

Vận hành dễ dàng hơn, trong chu trình này bình phát sinh và tháp đá có thể đặt
ngang hàng với nhau cịn bình hấp thụ có thể nằm dưới tháp đá. Các thiết bị
này được nối với nhau bằng ống mềm. Sau khi quá trình hấp thụ kết thúc thì
bình hấp thụ được nâng lên cao hơn so với bình phát sinh để dung dịch từ bình
hấp thụ chảy về bình phát sinh. Áp suất làm việc trong bình hấp thụ là tương
đối thấp cho nên công việc này không gây nguy hiểm cho người vận hành.
Nhược điểm:

-

Cấu tạo phức tạp hơn do có thêm bình hấp thụ và cơ cấu nâng cho bình hấp thụ

-

Chi phí đầu tư cao hơn
Lựa chọn phương án:
Qua việc phân tích ưu nhược điểm của 2 phương án nêu trên cộng với kinh

nghiệm thực tiễn khi thực hiện chu trình máy lạnh hấp thụ gián đoạn loại kết hợp bằng
năng lượng mặt trời trước đây tác giả nhận thấy rằng chu trình kết hợp rất khó vận
hành và nguy cơ dung dịch từ bình hấp thụ bị đẩy về tháp đá là rất cao. Đây là vấn đề
rất khó khăn trong việc vận hành máy lạnh hấp thụ. Mục đích của đề tài là ứng dụng
cho khu vực đồng bằng Sơng Cửu Long nên địi hỏi việc vận hành phải dễ dàng và
vấn đề an toàn là hàng đầu. Cho nên tác giả lựa chọn phương án 2 là chu trình tách
riêng bình phát sinh và hấp thụ.

18


i

p2
p1
5
8
q0 qK
p2

3

7
6

2

p1
p4

0

6'

p6'

1
4
c3=c4=cw c2 c1=cs

cv

1

Hình 5: Đồ thị i-c biểu diễn chu trình máy lạnh hấp thụ NH3-H2O loại gián đoạn
4. Tính tốn chu trình thiết bị lạnh:
Hệ thống gồm các thiết bị chính sau:
-

Bình phát sinh: Là thiết bị nhận nhiệt để làm cho dung dịch NH3-H2O sôi và
bay hơi. Bình phát sinh được chế tạo từ vật liệu thép đen do dung dịch làm việc
bên trong là NH3-H2O.

-

Bình ngưng tụ: là thiết bị dùng để ngưng tụ hơi NH3 sau khi bay hơi ra khỏi
bình phát sinh. Để giảm áp suất ngưng tụ (giảm nhiệt độ bay hơi của dung
dịch) và tăng lượng hơi NH3 bay ra thì bình ngưng được làm mát bằng nước.
Kết cấu của bình ngưng tụ là dạng vỏ bọc chùm ống

-

Bình chứa: Hơi NH3 sau khi ngưng tụ trong bình ngưng được dẫn vào bình
chứa để tránh ngập lỏng bình ngưng làm giảm hiệu suất ngưng tụ. Bình chứa
phải được thiết kế sao cho có thể chứa được lượng NH3 lỏng cần thiết để sản
xuất khối lượng nước đá yêu cầu và chịu được áp suất ngưng tụ. Tuy nhiên
bình chứa cần có một thể tích dự trữ để đề phịng lượng NH3 bay hơi vượt định
mức.

-

Van tiết lưu: Van tiết lưu dùng trong hệ thống được làm từ vật liệu thép. Không
chỉ van tiết lưu và tất cả các thiết bị, chi tiết sử dụng trong mơ hình này đều là

19


thép. Ngồi van tiết lưu trong mơ hình này cịn dùng đến 4 van chặn được đặt
tại những vị trí trên hình vẽ.
-

Dàn bay hơi: là thiết bị dùng để làm lạnh nước đá, lỏng NH3 sau khi ngưng tụ
được chứa trong bình chứa có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào dàn lạnh nhận
nhiệt từ nước cần làm đá và bay hơi và quay trở về bình phát sinh. Để tăng
cường khả năng trao đổi nhiệt giữa tác nhân lạnh và nước đá thì nước làm đá

được ngâm trong dung dịch nước muối với nồng độ nhất định.

-

Bình hấp thụ: là thiết bị dùng để làm cho dung dịch loãng trở thành dung dịch
đậm đặc trước khi bắt đầu chu trình mới. Dung dịch lỗng từ bình phát sinh trở
về bình hấp thụ hấp thụ hơi NH3 bay ra từ dàn bay hơi trở thành dung đậm đặc.

a. Chọn các thông số thiết kế
-

Khối lượng nước đá sản xuất trong 1 mẻ :200kg

-

Tác nhân lạnh sử dụng là NH3

-

Chất hấp thụ là nước

-

Nhiệt độ trung bình của nước:

-

Vào ban ngày chọn 32oC

-

Vào ban đêm chọn 27oC

-

Nhiệt độ dung dịch cuối quá trình phát sinh t3=120oC

-

Nhiệt độ trung bình dung dịch trong bình hấp thụ t4-1=35oC

-

Thời gian làm đá là 8 giờ

b. Xác định năng suất lạnh
Nhiệt lượng cần lấy đi từ nước để biến nó thành đá là:
Q 0 = m.C.( t a − t b ) + m.r

Trong đó:
m là khối lượng đá cần sản xuất, m=200kg
C là nhiệt dung riêng của nước C = 4,187kJ/kgK đối với nước >0oC và
C=2,1kJ/kgK đối với nước đá
ta là nhiệt độ của nước làm đá chọn bằng nhiệt độ môi trường, ta = 32oC
tb là nhiệt độ của nước đá, tb = -10oC
r là nhiệt ẩn của nước tại 0oC, r = 335kJ/kg
Vậy nhiệt lượng cần lấy đi từ nước để sản xuất 200kg đá là:
20

Q0= 97996,8kJ.
Nhiệt lượng để làm lạnh nước muối
Qs=msCps(ts1-ts2)
Trong đó:
ms là khối lượng nước muối chứa trong bể đá, chọn ms=0,3m
ts1 là nhiệt độ nước muối ở trạng thái ban đầu, chọn ts1=300C
ts2 là nhiệt độ nước muối khi làm đá, chọn ts2=-130C
Cps là nhiệt dung riêng nước muối, Cps=4kJ/kgK
Ta có: Qs=10320kJ
Tổng nhiệt lượng lấy đi để làm đá: Q=Q0+Qs=108316,8kJ
Chọn Q=130000kJ do có tổn thất do nước bay hơi theo làm cho hơi NH3 không
tinh khiết và tổn thất tại thiết bị làm đá.
c. Xác định áp suất ngưng tụ
Nhiệt độ nước giải nhiệt là tw1=32oC, nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ
chọn tw2=37oC
Chọn nhiệt độ ngưng tụ của NH3 là tk= 40oC. Áp suất ngưng tụ là
pk=p2=p3=15,727bar
d. Xác định áp suất bay hơi
Chọn nhiệt độ bay hơi của NH3 trong dàn bay hơi là t0= -15oC. Áp suất bay hơi
là p0=p1=2,327bar
e. Xác định nồng độ dung dịch đậm đặc và nồng độ dung dịch loãng
Nồng độ dung dịch đậm đặc phụ thuộc vào áp suất bay hơi và điều kiện giải
nhiệt trong bình hấp thụ. Nhiệt độ nước giải nhiệt càng thấp thì nồng độ dung dịch
đậm đặc càng cao và ngược lại. Nồng độ dung dịch đậm đặc cao thì quá trình phát
sinh diễn ra dễ dàng hơn nhưng q trình hấp thụ lại khó khăn.
Áp suất bay hơi là p0=2,327bar và nhiệt độ nước giải nhiệt tw=320C ta xác định
được nồng độ dung dịch đậm đặc là cs=40,44%
Nồng độ dung dịch loãng phụ thuộc vào nguồn nhiệt cấp vào cho bình phát
sinh và áp suất ngưng tụ. Nhiệt độ nguồn nhiệt càng cao thì nồng độ dung dịch loãng
càng thấp và ngược lại. Tuy nhiên nếu nhiệt độ nguồn nhiệt quá cao có thể làm cho

nước sôi và bay theo hơi NH3 làm cho tháp chưng cất làm việc quá tải
21


Nhiệt độ dung dịch trong bình phát sinh là tG=1200C và áp suất ngưng tụ là
pk=15,727bar ta xác định được nồng độ dung dịch loãng là cw=30,36%
f. Xác định entanpi tại các điểm trên chu trình
Bảng 4: Thơng số của dung dịch và hơi tại các điểm trên chu trình
Điểm Nhiệt độ [oC] Nồng độ [%] Áp suất [bar] Entanpi [kJ/kg]
1

25

40,44

1,81

-197,04

2

98,581

40,436

15,727

137,995

3

120

30,36

15,727

294,631

4

25

30,36

0,912

-133,051

5

120

100

15,727

1517,16

6

40

100

15,727

194,22

7

-15

100

2,327

194,22

8

-15

100

2,327

1249,42

g. Xác định khối lượng tác nhân lạnh

Phụ tải lạnh ứng với 1kg NH3 là:
q0 =i8-i7=1249,42 -120,24= 1129,18kJ/kg.
Khối lượng tác nhân lạnh cần thiết để làm đá:
mNH 3 =

Q0 130000
=
= 115,13kg
q0 1129,18

h. Xác định phụ tải nhiệt ngưng tụ
Năng suất giải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ
QK = GNH 3 (i5 − i6 )
QK = 14,1kW

Chọn độ chênh nhiệt độ nước giải nhiệt cho bình ngưng là ∆t=5oC. Lưu lượng
nước giải nhiệt cho bình ngưng là:
0,68

.∆

i. Xác định thể tích bình chứa NH3 sau khi ngưng tụ
Khối lượng riêng của NH3 lỏng bão hòa tại nhiệt độ ngưng tụ là:
0,5795kg/l
22


0,198m3

Vậy thể tích của bình chứa là:

Chọn thể tích bình là 220 lít

j. Xác định khối lượng dung dịch chứa trong bình phát sinh
Lượng tác nhân NH3 cần thiết để làm lạnh là 115,13kg ta có phương trình xác định
khối lượng dung dịch là:
mNH 3
⎧
= 0,4044
⎪cs = m + m
NH 3
H 2O
⎪
⎨
mNH 3 − 115,13
⎪c =
= 0,3036
w
⎪
m
m
+
−
115
,
13
NH
H
O
3
2

⎩

(

)

⎧⎪mNH 3 = 0,4044 mNH 3 + mH 2 O
⎨
⎪⎩mNH 3 − 115,13 = 0,3036 mNH 3 + mH 2 O − 115,13

(

)

Giải hệ phương trình trên ta xác định được khối lượng NH3 và H2O như sau:
mH2O=473,74kg
mNH3=321,66kg
Khối lượng dung dịch chứa trong bình phát sinh là mNH3+mH2O=795,4kg
k. Xác định thể tích bình phát sinh:
Bình phát sinh có kết cấu là thân trụ, dung dịch NH3-H2O được cấp nhiệt bằng
cách đốt trực tiếp.
Dung dịch lỏng NH3-H2O chứa trong bình phát sinh ở trạng thái 2 có nồng độ
gần bằng với nồng độ dung dịch đậm đặc, có nhiệt độ bằng với nhiệt độ bão hòa ở áp
suất ngưng tụ. Ta xác định được khối lượng riêng của dung dịch chứa trong bình phát
sinh là ρ=750kg/m3
Thể tích của dung dịch chứa trong bình phát sinh
Vdd

Gdd
1,06m3

ρ

Để hơi NH3 có thể bay hơi được thì trong bình phát sinh phải có một khoảng
khơng gian trống. Chọn thể tích bình phát sinh là V=1,2m3
Q trình phát sinh được chia làm 2 giai đoạn giai đoạn cấp nhiệt đẳng tích từ
trạng thái 1 đến trạng thái 2 và quá trình cấp nhiệt đẳng áp từ trạng thái 2 đến trạng
thái 3
Tổng nhiệt lượng cấp vào cho bình phát sinh
23


544094
Chọn nhiệt lượng cấp vào cho bình phát sinh là QG=700000kJ (nhiệt lượng làm
cho bình kim loại nóng lên và nhiệt lượng để cấp cho dung dịch từ tháp tinh luyện trở
về bình phát sinh và nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường)
Lượng tiêu hao nhiên liệu cho bình phát sinh: Chọn nhiệt trị trung bình của trấu
đo được là Qt=13500kJ/kg và hiệu suất của quá trình đốt trấu là η=80%
50,4

.
l.

Xác định kích thước bình hấp thụ
Trong chu trình máy lạnh hấp thụ gián đoạn thì bình phát sinh và bình hấp thụ

thể tích bằng nhau V=1,2m3.
Nhiệt lượng nhả ra ở bình hấp thụ:
QG = 7,3kW

Chọn độ chênh nhiệt độ nước giải nhiệt cho bình hấp thụ là ∆t=3oC. Lưu lượng

nước giải nhiệt cho bình ngưng là:
0,58

.∆
5. Chương trình mơ phỏng

Chương trình mơ phỏng q trình làm việc của hệ thống máy lạnh hấp thụ loại
gián đoạn được thực hiện bằng phần mềm Visual Basic. Dựa trên chương trình mơ
phỏng chúng ta có thể khảo sát được các diễn biến xảy ra trong hệ thống, từ đó có thể
xác được các thông số làm việc của hệ thống như: nồng độ dung dịch đậm đặc, nồng
độ dung dịch loãng, áp suất bay hơi, áp suất ngưng tụ, sự thay đổi nồng độ và áp suất
của dung dịch trong bình phát sinh, hấp thụ,… Với năng suất hệ thống là 1000kg
đá/mẻ và các thơng số đầu vào chương trình mơ phỏng đã cho những kết quả được
trình bày sau đây.
Kết quả mô phỏng

24


5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch đến áp suất và nồng độ dung dịch trong bình
phát sinh
Trên hình 6 ta nhận thấy rằng sự thay đổi nồng độ dung dịch và áp suất dung
dịch trong bình phát sinh được chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn 1: nồng độ dung dịch
thay đổi rất ít nhưng áp suất dung dịch thay đổi rất nhiều. Giai đoạn này là giai đoạn
cấp nhiệt đẳng tích cho dung dịch trong bình phát sinh từ trạng thái ban đầu đến áp
suất ngưng tụ. Khi nhiệt độ dung dịch tăng lên thì sẽ có một lượng hơi NH3 bay ra cân
bằng với dung dịch lỗng. Kết quả chương trình mơ phỏng cho thấy sự thay đổi nồng
độ của dung dịch trong giai đoạn này 0,005%. Sự thay đổi này phụ thuộc vào thể tích
bay hơi trong bình phát sinh và ngưng tụ nhưng với kết quả của chương trình mơ
phỏng thì sự thay đổi này là không đáng kể. Giai đoạn 2: khi dung dịch đạt đến áp suất

ngưng tụ thì áp suất dung dịch sẽ cố định khi nhiệt độ dung dịch tăng lên nhưng
nồng độ dung dịch giảm xuống rất nhanh. Giai đoạn này là giai đoạn cấp nhiệt đẳng
áp cho dung dịch trong bình phát sinh.
Nồng độ

Áp suất

50

18
16
14

Áp suất (bar)

Nồng độ (%)

40

12

30

10
8

20

6
4

10

2
0

0
0

30

60

90

120

150

Nhiệt độ dung dịch (oC)

Hình 6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ dung dịch và áp suất dung dịch theo
nhiệt độ trong bình phát sinh
Khi dung dịch trong bình phát sinh đạt đến áp suất ngưng tụ thì lượng hơi NH3 bay ra
từ bình phát sinh được ngưng tụ trong bình ngưng tụ cho nên nồng độ dung dịch giảm
xuống nhanh.
25