Nghiên cứu thiết kế mô hình máy lạnh hấp thụ h2o libr loại single effect

1

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------

HOÀNG THỊ NAM HƯƠNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ HÌNH
MÁY LẠNH HẤP THỤ H2O-LiBr
LOẠI SINGLE EFFECT
Chuyên ngành : Công nghệ nhiệt
Mã số ngành : 60.52.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ


2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
Tp.HCM, ngày. . . .tháng . . . năm 2004
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HOÀNG THỊ NAM HƯƠNG
Phái: Nữ
Ngày tháng năm sinh: 21/01/1976
Nơi sinh: Hà Nội
Chuyên ngành: Công Nghệ Nhiệt
MSHVù: CNNH13.001
I-TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thiết kế mô hình thí nghiệm máy lạnh hấp thụ loại single

effect
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tổng quan về sự phát triển của máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr trên thế giới và khả năng
áp dụng tại Việt Nam
- Giới thiệu về máy lạnh hấp thụ
- Nghiên cứu tính toán lựa chọn qui mô kết cấu,dụng cụ đo, mô hình thực nghiệm
- Thiết kế mô hình và xây dựng bài thí nghiệm
- Một số vấn đề liên quan
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
: 9/02/2004
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 9/07/2004
V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành
thông qua.
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày
tháng
năm
KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


3

CHÍĐƯ
MINH,
thánNg THÀ
7 năN
mH2004
CÔTP.HỒ
NG TRÌNH
C HOÀ
TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP

Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cán bộ chấm nhận xét 1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . tháng . . . . năm . . . . .


4

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

HOÀNG THỊ NAM HƯƠNG


5

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin gửi đến PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất vì
sự giúp đỡ rất tận tình và những lời đóng góp q báu của PGS.TS LÊ CHÍ HIỆP trong
quá trình tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô, đồng nghiệp trong Bộ môn
Công nghệ nhiệt lạnh trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã giúp đỡ tôi hoàn thành
luận văn.
Tôi xin gửi lời biết ơn đến những người thân yêu trong gia đình và cám ơn bạn bè
đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành tập luận văn này.

TÁC GIẢ


6

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Luận văn “Nghiên cứu thiết kế mô hình thí nghiệm máy lạnh hấp thụ loại single
effect” được trình bày trong 5 chương gồm các phần: giới thiệu, tính toán thiết kế, xây
dựng bài thí nghiệm và một số vấn đề có liên quan.
Máy lạnh hấp thụ single effect có cấu tạo loại hai vỏ (double shell) có dạng hình
trụ nằm ngang. Phần vỏ phía trên gồm có bộ phát sinh và bộ ngưng tụ, phần vỏ phía
dưới gồm có bộ hấp thụ và bộ bốc hơi. Ống được sử dụng trong hệ thống máy lạnh hấp
thụ H2O – LiBr là ống đồng cupro-nikel 90/10.

Hệ thống được cấp nhiệt từ nồi hơi gia nhiệt bằng điện trở . Hơi cấp vào là hơi
bão hoà khô có áp suất tuyệt đối là 1,5 bar. Năng suất lạnh của hệ thống thiết kế là 50
kW, nước lạnh ra có nhiệt độ 70C. Máy lạnh hấp thụ single effect
giải nhiệt bằng nước với nhiệt độ nước giải nhiệt vào là 320C.
Trong luận văn có khảo sát đến việc lựa chọn, sử dụng dụng cụ đo
thích hợp để thí nghiệm có sai số nhỏ, đảm bảo độ chính xác khi thí nghiệm. Cách bố trí
các dụng cụ đo được biểu diễn trên mô hình.
Trên cơ sở mô hình xây dựng được các bài thí nghiệm cơ bản và các bước
thí nghiệm. Mô hình thí nghiệm có thể thực hiện nhiều bài thí nghiệm nhưng với thời
gian có hạn tác giả chỉ xây dựng 2 bài thí nghiệm chính : bài thứ nhất là
thí nghiệm về tính năng máy lạnh hấp thụ LiBr-H2O Single effect, bài thứ hai là ảnh
hưởng của nồng độ nước gia nhiệt đối với năng suất lạnh của máy.
Dự kiến khi có kinh phí thực hiện hệ thống sẽ được lắp đặt tại
phòng thí nghiệm Bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí
Minh.


7

MỤC LỤC
Trang
Đặt vấn đề
Chương 1:

1
Tổng quan về sự phát triển của máy lạnh hấp thụ

H2O – LiBr trên thế giới và khả năng áp dụng tại Việt Nam
1.1.

Tổng quan

1.2.

Khả năng áp dụng tại Việt Nam và tận dụng nhiệt thải

2
2

hoạt động trong máy lạnh hấp thụ

3

1.2.1 Khả năng áp dụng tại Việt Nam

3

1.2.2 Tình hình sử dụng nhiệt thải

3

Chương 2:

Giới thiệu về máy lạnh hấp thụ

8

2.1.

Khái quát các môi chất làm việc trong máy lạnh hấp thụ

8

2.2.

Tính chất nhiệt vật lý của môi chất lựa chọn (LiBr)

9

2.3.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động

10

2.4.

Mô tả toán học

14

Chương 3:

Nghiên cứu tính toán lựa chọn qui mô kết cấu,
dụng cụ đo, mô hình thực nghiệm

23

3.1. Chọn mô hình, qui mô

23

3.2. Tính toán nhiệt động và truyền nhiệt

23

3.3. Bố trí kết cấu

31

3.4. Bố trí dụng cụ đo

34

3.4.1 Đo nhiệt độ

38

3.4.2 Đo áp suất

39

3.4.3 Đo lưu lượng

43

3.4.4 Nguồn nhiệt cấp cho bộ phát sinh
Chương 4:

Thiết kế mô hình và xây dựng bài thí nghiệm

45


8

4.1. Thiết kế

45

4.1.1 Tính toán số lượng ống trong TBTĐN

45

4.1.2. Tính toán tốc độ trong TBTĐN

46

4.1.3 Tính toán tốc độ đường ống nối

47

4.1.4.Tính hệ số tỏa nhiệt đối lưu α

48

4.1.5 . Kích thước mô hình

50

4.1.6 Tính sức bền vỏ 1

52

4.1.6 Tính sức bền vỏ 2

53

4.2. Xây dựng bài thí nghiệm

55

4.2.1 Bài thí nghiệm1: Thí nghiệm tính năng máy lạnh hấp thụ
H2O – LiBr single effect

55

4.2.2 Bài thí nghiệm số 2: nh hưởng nhiệt độ vào của nước giải nhiệt
đối với máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr single effect.
4.3 . Viết chương trình tính toán nhiệt dựa trên bài thí nghiệm
Chương 5:

Một số vấn đề liên quan

62
70
75

5.1. Xây dựng qui trình công nghệ nạp môi chất, kiểm tra, chống kết tinh,
cơ cấu xả khí không ngưng.

75

5.1.1. Cách nạp dung dịch, kiểm tra

75

5.1.2. Hệ thống đề phòng kết tinh dung dịch LiBr H2O

76

5.1.3 Cơ cấu xả khí không ngưng

76

5.2 Phương pháp xử lý sự cố và quá trình lắp đặt.
5.2.1 Phương pháp điều chỉnh lưu lượng hơi gia nhiệt.

77
77

5.2.2 Những nguyên nhân xảy ra hiện tượng kết tinh khi khởi động tổ máy dung
dịch H2O – LiBr
5.2.3 Kiểm tra trước khi đưa vào vận hành tổ máy lạnh hấp thu

79

5.2.4 Các bộ phận cần phải kiểm tra sau khi kiểm tra độ kín

79

5.2.5. Cách thức khởi động máy lạnh hấp thu H2O – LiBr
80

78


9

5.2.6

Khi

tổ

máy

đang

vận

hành

bình

thường

thì

đột

ngột

bị dừng thì phải làm thế nào

81

Kết luận

82

Kiến nghị những nghiên cứu tiếp theo

83

Lý lịch trích ngang

84

Phụ lục

85

Tài liệu tham khaûo

129


10

CÁC KÝ HIỆU
a – bội số tuần hoàn
C - nồng độ của dung dịch, nhiệt dung riêng, bề dày
COP - hệ số sử dụng nhiệt
d - đường kính, suất tiêu hao hơi
D - lưu lượng tuần hoàn tác nhân lạnh, đường kính
F - diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
f - bội số tuần hoàn bộ bốc hơi, bội số tuần hoàn bộ
hấp thụ
g - gia tốc trọng trường
G - lượng tiêu hao hơi
i - entanpi
k - hệ số truyền nhiệt
L - chiều dài ống
m - khối lượng, số pass
N,n - số ống
p - áp suất
Pr – hệ số Prandl
Q, q - nhiệt lượng
r - nhiệt ẩn hóa hơi
Re – hệ số Reynolds
s – bước ống
S – bề dày
T, t - nhiệt độ
ts(p) - nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất p
U - độ chênh nhiệt độ
TBTĐN – thiết bị trao đổi nhiệt
V – lưu lượng thể tích

11

ω - vận tốc
X – trị thực
x – trị đo lường

x - trị trung bình
ΔX - sai số tuyệt đối
εx – sai số tương đối
α - hệ số toả nhiệt đối lưu
ρ- khối lượng riêng
σ - ứng suất
ζv – hệ số trở lực cục bộ


12

ĐẶT VẤN ĐỀ
- Ngành công nghệ nhiệt ngày nay đang ngày càng phát triển do nhu cầu trong
sinh hoạt, do sự phát triển mới của công nghệ và sự cần thiết trong nhiều lónh vực công
nghệ hiện đại. Hiện nay nhiều trường Đại học phía Nam đã mở ngành này nhằm đáp
ứng nhu cầu thực tế của xã hội.
- Đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế mô hình thí nghiệm máy lạnh hấp thụ loại single
effect” được hình thành dựa trên các yếu tố:
1. Hiện nay các trường Đại học tại Việt Nam chưa có mô hình máy lạnh
hấp thụ H2O-LiBr phục vụ cho chuyên ngành Nhiệt Lạnh. Đối với máy lạnh hấp
thụ H2O-LiBr muốn hiểu biết bản chất vấn đề phải đi từ loại cơ bản là single
effect do đó ở đây tác giả chọn loại mô hình này.
2. Qua mô hình thí nghiệm có thể đánh giá thêm tính năng của loại thiết bị này để có
thể đưa vào sử dụng phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.

3. Mô hình xây dựng với mục đích phục vụ đào tạo và nghiên cứu cơ bản nên thiết kế
theo loại single effect, giúp sinh viên nắm bắt vấn đề rõ ràng,
làm nền tảng cho các loại thiết bị phức tạp hơn: double effect, triple effect. Công
nghệ

máy

lạnh

có

máy

nén

hơi

đãù

quen

thuộc với

các

kỹ

sư

Việt Nam, tuy nhiên công nghệ máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr vẫn còn là một công

nghệ mới mẻ, các cán bộ kỹ thuật chưa quen và các tài liệu viết về vấn đề này còn
rất ít và rời rạc. Để phổ biến và khai thác tốt khả năng sử dụng cũng như tìm cách
chế tạo trong tương lai (tận dụng nhiệt thải, ít phần quay, sử dụng điện ít …) nên
cần phải xây dựng mô hình này ngoài mục đích đào tạo còn đem lại nhiều lợi ích
khác.
4. Nâng cao kỹ năng vận hành, sửa chữa thiết bị này hiện tại còn rất mới mẻ với Việt
Nam.


13

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY LẠNH
HẤP THỤ H2O-LiBr TRÊN THẾ GIỚI VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG
TẠI VIỆT NAM
1.1. Tổng quan:
Hiện nay trên thế giới đã có nhiều quốc gia sử dụng máy lạnh hấp thụ trong đó
một số quốc gia đã có những nghiên cứu mạnh mẽ về máy lạnh hấp thụ là: Mỹ, Nhật,
Nga, Trung Quốc.
- Mỹ: nghiên cứu từ những năm 1930, 1945 sản xuất tổ máy lớn đầu tiên 523KW
loại 1 cấp bốc hơi (single effect), loại hai cấp bốc hơi (double effect) cho ra tổ máy vào
năm 1961 và sau này nghiên cứu loại đốt trực tiếp và loại hiệu suất cao. Những nghiên
cứu về máy lạnh hấp thụ phát triển mạnh từ khủng hoảng dầu mỏ. Các hãng sản xuất:
Trane, Carrier, York.
- Nhật Bản: từ năm 1959 Nhật đã sản xuất máy lạnh hấp thụ H2O-LiBr,
tổ máy 2 cấp bốc hơi sản xuất 1964. Nhật đã sản xuất tổ máy lớn nhất với
công suất 10465 kW, đồng thời cũng sản xuất tổ máy nhỏ nhất có công suất
26 kW. Hiện nay Nhật là nước sản xuất máy lạnh loại này vào hàng đứng đầu thế giới,
được sử dụng nhiều trong nước cũng như xuất khẩu sang Mỹ (loại đốt trực tiếp). Các
hãng sản xuất: Hitachi, Toshiba, Ebara, Sanyo, Yazaki.
- Trung Quốc: năm 1966 sản xuất tổ máy đầu tiên tại Thượng Hải,

năm 1982 sản xuất tổ máy 2 cấp bốc hơi. Hiện nay Trung Quốc là nước sản xuất và sử
dụng máy lạnh hấp thụ đứng thứ hai trên thế giới, ứng dụng rất nhiều trong công trình
công cộng. Tổ máy nhỏ nhất hiện nay phổ biến là 105 kW, tổ máy lớn có công suất là
5600 kW. Hiện nay Trung Quốc có trên 35 hãng chuyên sản xuất loại máy lạnh này, các
khách sạn và công trình công cộng lớn sử dụng rất nhiều.
- Nga: Là nước nghiên cứu khá sớm chủ yếu dùng trong một số công trình công
cộng.
Xu hướng nghiên cứu hiện nay đang đi vào việc nâng cao hiệu suất,
chế tạo nhỏ, gọn để có thể sử dụng rộng rãi.


14

1.2. Khả năng áp dụng tại Việt Nam và tận dụng nhiệt thải sử dụng trong
máy lạnh hấp thụ.
1.2.1. Khả năng áp dụng tại Việt Nam:
Trong những năm gần đây, hệ thống máy lạnh hầp thụ đang là một đề tài nghiên
cứu hấp dẫn. Trước hết là do việc sử dụng các tác nhân lạnh trong máy lạnh hấp thụ
không gây ảnh hưởng đến tầng ozôn và gây hiệu ứng nhà kính. Đồng thời các hệ thống
này

có

thể

lấy

nhiệt

từ

các

nguồn

nhiệt

thừa

hoặc

năng lượng tái tạo và vì vậy sẽ giảm được nhu cầu về điện.
Ở Việt Nam hiện nay việc sử dụng máy lạnh hấp thụ còn hạn chế chỉ có ở một số
nhà máy dệt, siêu thị. Việc sử dụng hạn chế này là do công nghệ mới và thói quen
thường sử dụng máy lạnh có máy nén hơi của người tiêu dùng.
Trong điều kiện Việt Nam thì việc sử dụng máy lạnh hấp thụ là rất
phù hợp về các mặt chế tạo do chủ yếu là các thiết bị tónh, vận hành đơn giản, không
cần điện năng mà có thể dùng các nguồn năng lượng khác thay thế (than, củi, khí đốt, …)
hoặc tận dụng nhiệt thải để chạy máy. Việc tận dụng nhiệt thải để vận hành máy lạnh
hấp

thụ

sẽ

góp

phần

cải

thiện,

bảo

vệ

môi

trường,

đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
1.2.2. Tình hình sử dụng nhiệt thải:
Một phương pháp tiết kiệm năng lượng là tận dụng nhiệt từ hệ thống
Cogeneration. Lượng nhiệt thải từ tuabin khí rất lớn và có thể tận dụng (thu hồi) để sản
xuất nước lạnh hoặc hơi nước. Loại máy phát điện tuabin khí cho giá điện rẻ hơn từ 0,35
USD/ kWh đến 0,6 USD/ kWh. Nhiệt thải từ tuabin khí công suất 1000 kW có thể sản
xuất được 750 RT 70C nước lạnh hoặc 2,2 tấn/h 8bar hơi nước [20]. Với mô hình này sẽ
tiết kiệm được giá thành sản phẩm, thúc đẩy cho nền công nghiệp ngày một đi lên.
Các nước trên thế giới đang sử dụng máy lạnh hấp thụ kết hợp tận dụng nhiệt
thải gồm có: Mỹ, Nhật, Nga, Trung Quốc, Hàn Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Thái Lan.
™ Hiện nay tại Nhật có nhiều nhà máy đồng phát cung cấp hơi cho gia nhiệt
và làm lạnh. Trong nhiều năm trước máy lạnh hấp thụ là thị trường chính ở Nhật. Nhật


15

Bản hiện đang dẫn đầu về sản xuất máy lạnh hấp thụ, đặc biệt là loại sử dụng hơi nước.
Nhật là một trong những quốc gia dẫn đầu về sản xuất máy lạnh hấp thụ tận dụng nhiệt
thải từ tuabin khí.

Hình 1.1 – Nhà máy đồng phát DHC (District Heating Cooling systems) ở Tokyo

Hình 1.2- Hệ thống đồng phát HRSG (Heat Recovery System Generator)


16

Hình 1.3 – Hệ thống đồng phát sử dụng khí thải từ tuabin
™ Nhà máy điện Phú Mỹ:
- Phú Mỹ 1: chu trình hỗn hợp gồm 3 tổ máy tuabin khí và 3 lò thu hồi nhiệt từ 3 tuabin
khí với 1 tuabin hơi nước công suất thiết kế 211,6 MW/ tổ máy (vận hành bằng dầu
DO).
- Phú Mỹ 2.1 (vốn đầu tư 101 triệu USD) gồm 2 tổ máy tuabin khí với công suất thiết kế
133,5 MW/tổ máy (vận hành hằng dầu DO).
- Phú Mỹ 2-1 mở rộng gồm 2 tổ máy tuabin khí với công suất thiết kế
135,1 MW/ tổ máy (vận hành bằng khí đốt).
- Phú Mỹ 2.2 công suất 715MW (vốn đầu tư 417 triệu USD).
- Phú Mỹ 3 công suất 715MW (vốn đầu tư 412,8 triệu USD).
- Phú Mỹ 4 công suất 450MW.
Hiện nay các dự án đang được triển khai về tận dụng nhiệt thaûi:


17

- Dự án đuôi hơi Phú Mỹ 2.1: lắp thêm 2 lò thu hồi nhiệt để tận dụng nhiệt lượng khói
thải (3500C) từ tuabin khí của dự án Phú Mỹ 2.1. chạy tổ máy phát điện với công suất
166 MW.
- Dự án đuôi hơi Phú Mỹ 2.1 mở rộng: tận dụng nhiệt lượng khói thải từ 2 tuabin khí của
dự án Phú Mỹ 2.1 mở rộng chạy tổ máy phát điện với công suất 155MW.

Tính đến cuối năm 2004 công suất toàn bộ của Phú Mỹ là 3850MW (tổng kinh
phí xây dựng hơn 2 tỷ USD) so với tổng công suất lắp đặt cả nước hiện nay là 6000MW.
- Toàn bộ hệ thống điều hoà không khí của nhà máy điện Hiệp Phước (khu chế xuất Tân
Thuận) sử dụng máy lạnh hấp thụ LiBr-H2o để tận dụng nhiệt thải.
™ Một số lưu ý khi tận dụng nguồn nhiệt thải:
- Chủng loại, thành phần hoá học và các thông số cơ bản: áp suất, nhiệt độ,
lưu lượng.
- Mức độ ổn định, tính liên tục.
- Mục đích, qui mô sử dụng.
- Công nghệ và sơ đồ của hệ thống vận dụng nhiệt thải.
- Hiệu quả kinh tế, kỹ thuật.
Phân loại:
1. Các nguồn nhiệt thải từ các quá trình sản xuất trong công nghiệp: nước nóng, hơi
nước, không khí nóng, khói thải.
2. Nhiệt lượng thu hồi từ hệ thống Cogeneration: động cơ đốt trong, tuabin khí, tuabin
hơi.
Tuỳ theo mức độ của nguồn nghiệt thải sẽ được chia ra như sau:
- Nhiệt thế cao: nguồn nhiệt tận dụng từ các hệ thống khói thải của các lò
luyện kim.
- Nhiệt thế trung bình: nhiệt từ khói thải của động cơ đốt trong, tuabin khí,
tuabin hơi.
- Nhiệt thế thấp: nước giải nhiệt từ các động cơ, hệ thống điều hoà không khí.


18

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
2.1. Khái quát các môi chất làm việc trong máy hấp thụ
Trong máy lạnh hấp thụ đi cùng với tác nhân lạnh là chất hấp thụ, thường gọi là
cặp môi chất. Có hai loại cặp môi chất:

Cặp môi chất hấp thụ : là các cặp môi chất có liên kế hóa học với nhau (lỏng và
rắn) như : H2O/CaCl2; NH3/H2O; H2O/Silicagel.
Cặp môi chất hấp phụ là các cặp môi chất có liên kết với cơ học với nhau
(nước/Zeôlit)
Trong kiù hiệu, chất có nhiệt độ sôi thấp hơn (tác nhân lạnh) được viết trước, chấp
hấp thụ được viết sau và giữa hai kí hiệu là một gạch chéo hoặc
gạch ngang.
Ví dụ : NH3/ H2O; H2O/LiBr (NH3-H2O; H2O-LiBr).
Yêu cầu đối với cặp môi chất: có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại, không
dễ cháy nổ, không ăn mòn đối với vật liệu chế tạo máy, rẻ tiền, dễ kiếm ...
Ngoài ra cặp môi chất cần phải :
- Hoà tan hoàn toàn vào nhau nhưng nhiệt độ sôi ở cùng điều kiện áp suất càng
xa nhau càng tốt để cho hơi môi chất lạnh sinh ra ở bình sinh hơi không lẫn chất hấp thụ.
-

Nhiệt

dung

riêng

của

dung

dịch

phải

bé

đặc

biệt

đối

với

máy lạnh hấp thụ chu kỳ để tổn thất nhiệt khởi động máy nhỏ.
Hầu hết hệ thống máy lạnh hấp thụ là hệ thống H2O/LiBr và NH3/ H2. Ngoài ra
còn có các cặp chất hấp thụ/ tác nhân lạnh khác như

: LiBr/ H2O-NH3, LiBr-

ZnBr2/CH3OH, LiNO3-KNO3-NaNO3/ H2O, glycercol/ H2O, LiCi/ H2O, NH3/LiNO3,
LiBr/ H2O, H2O/NH3.


19

2.2. Tính chất nhiệt vật lý của môi chất lựa chọn (LiBr)
LiBr có một số tính chất :
- Là một muối không độc, màu trắng có vị đắng, độ pH : 7 ÷ 10,
không cháy.
- Tính hóa học ổn định, ở điều kiện khí trời không biến chất, không
phân giải.
- Nóng chảy ở 5490C và sôi ở nhiệt độ 12650.
- Có thể hoà tan trong nước, alcohol, glycol.
- Khối lượng riêng : 1,6 g/cc

- Khối lượng mol : 86,84 g/mol
Bảng 2.1 – Các thành phần tạp chất trong dung dịch LiBr.
Các thành phần tạp chất trong dung dịch LiBr (%)
Tính

LiBr
(%)

Na+K

Ca

Mg

Fe

Ba

SO4

NH4

Cl

LiCrO4

không
hòa tan

PH

với nước
55

0.05

0.005

0.005

0.0005

0.005

0.02

0.0001

0.10

0.05

0.005

Nồng độ dung dịch (kí hiệu c) lớn hay nhỏ dựa trên cơ sở tính theo phần trăm
khối lượng LiBr có trong dung dịch. Công thức tính nồng độ dung dịch[1]:

C=

m LiBr

× 100%
m LiBr + m H O

(2.1)

2

Trong đó :
-

mLiBr : khối lượng thành phần LiBr có trong dung dịch.

-

m H 2 0 : khối lượng thành phần H2O có trong dung dịch.

Dung dịch H2O – LiBr là một chất lỏng nhưng nó khác với chất lỏng
thuần khiết. Ví dụ : ở áp suất khí trời Pkt = 1 bar, nước sôi ở 1000C, nhưng cũng ở
áp suất khí trời là 1 bar thì nhiệt độ bão hòa thay đổi thùy theo nồng độ

9-10


20

dung dịch. Nếu nồng độ C của dung dịch lần lượt 40%, 50%, 60% thì nhiệt độ bão hòa là
1130C, 1300C, 1500C.
Dung dịch H2O – LiBr có một số đặc tính sau :
-

Nếu cùng nhiệt độ bão hòa so với nước thuần khiết thì phân áp suất của hơi
nước nhỏ hơn so với áp suất nước thuần khiết, do đó dung dịch có tính hút
nước rất mạnh.

-

Nhiệt độ bão hòa của dung dịch có quan hệ với áp suất và nồng độ
t = f(p,c), nhiệt độ bão hòa thay đổi tùy theo nồng độ, nồng độ càng cao nhiệt
độ bão hòa càng lớn.

-

Dung dịch H2O – LiBr là loại hòa trộn có giới hạn, ở nhiệt độ quá cao hoặc
quá thấp rất dễ phát sinh hiện tượng kết tinh.

-

Đối với kim loại thông thường nó ăn mòn rất mạnh.

2.3. Sơ đồ nguyên lý hoạt động :
2.3.1. Single effect:

Hình 2.1. Máy laïnh H2O – LiBr single effect


21

B

A

Nguồn nhiệt

Nước làm mát

Nước làm mát
Nước cần làm lạnh

C

D

E

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh H2O – LiBr single effect
A : Bình phát sinh

C : Bình bốc hơi

B : Bình ngưng

D : Bình hấp thụ

E : Bơm dung dịch

Cs : Nồng độ dung dịch đậm đặc Cw : Nồng độ dung dịch loãng
- Nguyên lý hoạt động :
Dung dịch loãng (nồng độ Cw) được bơm E bơm vào bình phát sinh A, tại A dung
dịch được gia nhiệt từ nguồn nhiệt cấp đến nhiệt độ nhất định. Khi đó nước sôi và bốc
hơi (quá nhiệt) vào bình ngưng B và ngưng tụ thành lỏng (tác nhân lạnh).
Nước ngưng đi qua ống tiết lưu chữ U vào bình bốc hơi C nhận nhiệt bay hơi qua

bình hấp thụ D. Tại D hơi nước (tác nhân lạnh) được hấp thụ bởi
dung dịch đậm đặc (nồng độ Cs) từ bình phát sinh A trở thành dung dịch loãng và lại
được bơm E đưa vào bình phát sinh A bắt đầu một chu kỳ mới.
2.3.2. Double effect:


22

Hình 2.3 Máy lạnh H2O – LiBr double effect
B

AB

A

Cấp nhiệt
Nước là m mát

Nước làm mát

Nước cần làm lạ nh
C

D

E

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy lạnh H2O – LiBr
A : Bình phát sinh

B : Bình ngưng

AB : Bình phát sinh – ngưng tụ

C : Bình bốc hơi

D : Bình hấp thụ

E : Bơm dung dịch

Cs : Nồng độ dung dịch đậm đặc

Cw : Nồng độ dung dịch loãng


23

- Nguyên lý hoạt động :
Dung dịch loãng nồng độ Cw trong bình phát sinh A nhận nhiệt, khi đó một lượng
nước sẽ bốc hơi (quá nhiệt) vào bộ trao đổi nhiệt trong bình AB. Dung dịch có nồng độ
trung gian Ci từ bình phát sinh A đến AB (Ci > Cw do hơi nước bốc hơi một phần vào AB)
nhả nhiệt làm bốc hơi nước đi vào bình ngưng tụ B. Tại B hơi nhả nhiệt ngưng tụ thành
lỏng (tác nhân lạnh) trộn với nước ngưng (hơi bão hòa ẩm có độ khô nhỏ) từ AB đến rồi
đi qua ống tiết lưu chữ U vào bình bốc hơi C nhận nhiệt bay hơi qua bình hấp thụ D. Tại
D

hơi

nước

(tác

nhân

hấp thụ bởi dung dịch đậm đặc (nồng độ Cs) từ bình

lạnh)

được

phát sinh – ngưng tụ AB

trở thành dung dịch loãng và được bơm E đưa vào bình phát sinh A bắt đầu một chu trình
mới.
2.3.3 Ưu, khuyết điểm :
2.3.3.1. Single effect :
- Ưu điểm :
+ Đơn giản.
+ Sử dụng được nguồn nhiệt thải có nhiệt thế thấp (90 ÷ 1500C).
+ Vận chuyển, lắp đặt dễ dàng.
- Khuyết điểm :
+ Hiệu quả sử dụng năng lượng không cao (COP = 0,65 ÷ 0,7)
+ Nguồn nhiệt thải tận dụng không đa dạng.
2.3.3.2. Double effect :
- Ưu điểm :
+ Hiệu quả sử dụng năng lượng cao (COP = 1 ÷ 1,2)
+ Sử dụng nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao, đa dạng (150 ÷ 1800C)


24

- Khuyết điểm :
+ Cấu tạo phức tạp.
+ Cồng kềnh, vận chuyển, bố trí lắp đặt khó.
2.3.4 Lựa chọn sơ đồ làm việc :
-

Với mục đích xây dựng mô hình thí nghiệm cơ bản nên trong đề tài này sơ đồ
làm việc lựa chọn sẽ là loại sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O – LiBr single effect.

2.4. Mô tả toán học
2.4.1. Tính toán nhiệt động và truyền nhiệt ở điều kiện khí hậu Việt Nam.
2.4.1.1 Tính toán nhiệt động
™ Thông số đã biết :
-

Căn cứ phụ tải lạnh công trình Q0, nhiệt độ nước lạnh vào và ra khỏi bộ bốc
hơi t’,t’’.

-

Nhiệt độ nước giải nhiệt tw : căn cứ điều kiện môi trường nơi đặt
thiết bị để xác định.

-

Áp suất hơi công tác Ph.
™ Xác định thông số thiết kế [4]:

- Nước giải nhiệt : chọn nước giải nhiệt vào và ra bộ hấp thụ sau đó đi tiếp vào

bình ngưng. Độ tăng nhiệt độ toàn bộ từ 7 ÷ 90C.
- Nhiệt độ nước ra khỏi bộ hấp thụ :
tw1 = tw + Δtw1 (0C)

(2.2)

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
tw2 = tw1 + Δtw2

(0C)

(2.3)

- Nhiệt độ ngưng tụ tk : chọn cao hơn nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi bộ ngưng tụ
3 ÷ 50C.
tk = tw + Δtk

(0C)

(2.4)

- Áp suất ngưng tụ pk : từ tk tìm được áp suất bão hòa tương ứng.
- Nhiệt độ bốc hơi t0 : thấp hơn nhiệt độ nước lạnh ra từ 2 ÷ 40C.
t0 = t’ - Δt0

(0C)

(2.5)

25

- Áp suất bốc hơi p0 : từ t0 tìm được áp suất bão hòa tương ứng.
- Nhiệt độ dung dịch loãng ra khỏi bộ hấp thụ : cao hơn nhiệt độ của nước giải
nhiệt ra khỏi bộ hấp thụ khoảng 3 ÷ 50C.
(0C)

t4 = tw1 - Δt

(2.6)

- Áp suất bộ hấp thụ : pa ≈ p0.
- Nồng độ dung dịch loãng Cw : từ t4 tính Cw.
- Nồng độ dung dịch đậm đặc Cs : phạm vi thải khí Cs – Cw thường ở trong
khoảng 0,03 ÷ 0,06, do đó :
Cs = Cw + (0,03 ÷ 0,06)

(2.7)

- Nhiệt độ dung dịch đậm đặc ra khỏi bộ phát sinh t6 : từ Cs các định t6.
- Nhiệt độ dung dịch ra khỏi TBTĐN : Nhiệt độ dung dịch đặc ra khỏi TBTĐN
cao hơn nhiệt độ kết tinh với nồng độ tương ứng Cs là từ 15 ÷200C để
đề phòng phát sinh kết tinh ở cửa ra của TBTĐN, tính theo công thức sau:
(0C)

t7 = t4 - Δt

(2.8)

- Nồng độ dung dịch phun tia ở bộ hấp thụ :

(0C)

Ci = (Cs + Cw)/2

(2.9)

Từ Ci xác định t8.
™ Tính toán các thông số nhiệt độ, áp suất, nồng độ, entanpi của tác nhân lạnh
và dung dịch ở phần trên theo các công thức sau [10]:
- Áp suất bão hòa của tác nhân laïnh :
logp = 28,59051 – 8,2.log(t+273,15)
+ 0,0024804.(t+273,15) -

(2.10)

3142,61
t + 273,15

t : nhiệt độ bão hòa của tác nhân lạnh, 0C.
- Entanpi của tác nhân lạnh :

⎛

8

⎞

⎝

i =2

⎠

i' = 2099,3⎜⎜ a1 + ∑ a i TRi−1 ⎟⎟

(2.11)