UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP
GIÁO TRÌNH
MÔN HỌC: CHUYÊN ĐỀ MÁY LẠNH MỚI NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH & ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định Số: 257/QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 07 năm 2017 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp)
Đồng Tháp, năm 2017
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Chương1: TỔNG QUAN VỀ MÁY LẠNH HẤP THỤ
1.1. Máy lạnh hấp thụ:
1.1.1. Chu trình lý thuyết :
Về cơ bản, máy lạnh hấp thụ cũng giống như máy lạnh nén hơi, chỉ khác là thay máy nén hơi dùng điện bằng cụm “máy nén nhiệt” dùng nhiệt của nguồn gia nhiệt. Cụm “máy nén nhiệt” bao gồm : thiết bị hấp thụ, bơm dung dịch, bình sinh hơi và tiết lưu dung dịch ( hình 1.1)
3
2
NT
SH
TL
PK
TLDD
BDD
P0
QA
BH
HT
4
1
QH
QK
Q0
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh hấp thụ.
SH: Bình sinh hơi, BDD: Bơm dung dịch, HT: Bình hấp thụ, TLDD: Tiết lưu dung dịch.
Nguyên lý làm việc của máy lạnh hấp thụ hay của máy nén nhiệt như sau : Bình hấp thụ “hút” hơi sinh ra từ thiết bị bay hơi, cho tiếp xúc với dung dịch loãng từ van tiết lưu dung dịch đến. Do nhiệt độ thấp, dung dịch loãng hấp thụ hơi môi chất để trở thành dung dịch đậm đặc. Nhiệt tỏa ra trong quá trình hấp thụ được thải ra cho nước làm mát. Dung dịch đậm đặc được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi ở áp suất cao Pk. Tại đây, dung dịch đậm đặc nhận nhiệt của nguồn gia nhiệt sẽ sôi hoá hơi, hơi môi chất tách ra ở áp suất cao được đi vào thiết bị ngưng tụ. Quá trình diễn ra ở thiết bị ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống như ở các máy lạnh nén hơi. Sau khi sinh hơi, dung dịch đậm đặc trở thành dung dịch loãng và qua van tiết lưu dung dịch, giảm áp trở về bình hấp thụ, khép kín vòng tuần hoàn dung dịch.
Phương trình cân bằng nhiệt của máy lạnh hấp thụ :
Q’k + Q’A = Q’o + Q’H + Q’B
Trong đó :
: Nhiệt thải ra của thiết bị ngưng tụ | |
Q’A | : Nhiệt thải ra của thiết bị hấp thụ |
Q’0 | : Nhiệt trao đổi của thiết bị bay hơi |
Q’H | : Nhiệt tiêu tốn cho quá trình sinh hơi |
Q’B | : Nhiệt quy đổi tiêu tốn cho bơm dung dịch |
Có thể bạn quan tâm!
-
Chuyên đề máy lạnh mới Nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Cao đẳng - Trường Cao đẳng nghề Đồng Tháp - 2 -
Tính Toán Nhiệt Bức Xạ Truyền Qua Kết Cấu Bao Che: -
Xác Định Nhiệt Độ Dung Dịch Trong Bình Sinh Hơi:
Xem toàn bộ 81 trang tài liệu này.
Hệ số làm lạnh của máy lạnh hấp thụ :
= Q'0 Q'H Q'B
= Q'0 (Vì Q’B << Q’H)
Q'H
Điều kiện cho một chu trình máy lạnh hấp thụ hoạt động được là :
= r - a > 0
Trong đó :
: Nồng độ khối lượng dung dịch :
khối lượng môi chất lạnh |
khối lượng môi chất lạnh + khối lượng chất hấp thụ |
r : Nồng độ dung dịch đậm đặc sau khi ra khỏi bình hấp thụ
a : Nồng độ dung dịch loãng sau khi ra khỏi bình sinh hơi
: còn gọi là vùng khử khí. Vậy vùng khử khí phải dương .
1.1.2. Ưu, nhược điểm:
Ưu điểm lớn nhất của máy lạnh hấp thụ là sử dụng chủ yếu nguồn nhiệt năng có nhiệt độ không cao (80 1500C) để hoạt động . Chính vì thế, máy lạnh hấp thụ góp phần vào việc sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng khác nhau: năng lượng nhiệt mặt trời, tận dụng nhiệt năng thừa, phế thải, thứ cấp, rẻ tiền như khói thải, hơi trích ...
Ưu điểm tiếp theo của máy lạnh hấp thụ là có rất ít chi tiết chuyển động, kết cấu chủ yếu là các thiết bị trao đổi nhiệt và trao đổi chất, bộ phận chuyển động duy nhất là bơm dung dịch. Vì vậy, máy lạnh hấp thụ vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, máy làm việc ít ồn và rung. Trong vòng tuần hoàn hoàn môi chất, không có dầu bôi trơn nên bề mặt các thiết bị trao đổi nhiệt không bị bám dầu làm nhiệt trở tăng như trong máy lạnh nén hơi.
Ngoài ra, hiện nay, khi tình trạng phá hủy tầng Ôzôn do các chất frêon gây ra, việc tìm các môi chất lạnh khác thay thế đang còn rất khó khăn thì việc dùng máy lạnh hấp thụ thay thế máy lạnh nén hơi trong lĩnh vực điều hòa không khí có ý nghĩa rất lớn .
Máy lạnh hấp thụ cũng có nhược điểm là giá thành hiện nay còn rất đắt, cồng kềnh, diện tích lắp đặt lớn hơn so với máy lạnh nén hơi. Lượng nước làm mát tiêu thụ cũng lớn hơn vì phải làm mát thêm bình hấp thụ. Thời gian khởi động chậm, tổn thất khởi động lớn do lượng dung dịch chứa trong thiết bị lớn .
1.1.3.Mô hình máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thực tế:
Hình 1.3.Máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp của Trane.
Hình 1.2. Sơ đồ máy lạnh hấp thụ H2O/LiBr một cấp thực tế.
1.2. Môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ :
1.2.1. Yêu cầu đối với môi chất dùng trong máy lạnh hấp thụ :
Ngoài môi chất lạnh, máy lạnh hấp thụ còn sử dụng thêm một môi chất hấp thụ nữa, gọi chung là cặp môi chất lạnh. Yêu cầu đối với cặp môi chất lạnh trong máy lạnh hấp thụ cũng giống như đối với các môi chất lạnh khác là
có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại, khó cháy, khó nổ, không ăn mòn đối với vật liệu chế tạo máy, phải rẽ tiền, dễ kiếm... Ngoài ra cặp môi chất lạnh cần phải :
- Hòa tan hoàn toàn vào nhau nhưng nhiệt độ sôi ở cùng điều kiện áp suất càng xa nhau càng tốt, để hơi môi chất lạnh sinh ra ở bình sinh hơi không lẫn chất hấp thu û.
- 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 .
Hiện nay, máy lạnh hấp thụ sử dụng phổ biến hai loại cặp môi chất lạnh là NH3/ H2O và H2O/ LiBr. Hiện nay, có một số công trình đã công bố dùng các chất hấp thụ rắn trong máy lạnh hấp thụ chu kỳ như CaCl2, zeôlit, cacbon hoạt tính ...nhưng vẫn chưa được sử dụng phổ biến vì tuy chúng có ưu điểm là không cần thiết bị tinh cất, nhưng do có các nhược điểm là : làm giảm hệ số dẫn nhiệt, sự giãn nỡ thể tích quá mức (gấp 10 lần) và tỏa ra nhiệt lượng rất lớn trong quá trình hấp thụ dẫn đến làm giảm đáng kể hệ số hữu ích của thiết bị .
Máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có các ưu điểm chính sau :
- Nước là môi chất lạnh nên đảm bảo vệ sinh môi trường .
- Tỷ số áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi nhỏ (khoảng 4) .
- Không cần thiết bị tinh cất hơi môi chất vì từ dung dịch H2O/ LiBr chỉ có hơi của môi chất lạnh là nước thoát ra .
- Nhiệt độ nguồn nhiệt cấp cho thiết bị sinh hơi cho phép thấp đến 800C . Tuy nhiên, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có các nhược điểm sau :
- Tính ăn mòn của dung dịch rất cao, gây han rỉ thiết bị nên yêu cầu phải dùng kim loại quý, đắt tiền .
- Phải duy trì độ chân không rất sâu trong thiết bị .
- Có khả năng xảy ra sự kết tinh gây tắt nghẽn thiết bị .
- Nhiệt độ bay hơi không thấp hơn (3 7)0C vì môi chất lạnh là nước đóng băng ở 00C .
Chính vì hai nhược điểm đầu mà giá thành của máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr rất đắt .
Còn máy lạnh hấp thụ NH3/ H2O, tuy không hiệu quả bằng máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr và còn gây mùi khai, độc hại nếu xì hở. Ngoài ra, do lượng nước cuốn theo hơi NH3 rất lớn nên cần phải có thiết bị tinh luyện hơi NH3 trước khi vào bình ngưng.
1.2.2. Cặp môi chất H2O/LiBr :
1.2.2.1. Đặc tính của dung dịch H2O/LiBr :
1.2.2.1.1. Tính chất :
LiBr là loại muối kết tinh có tính chất hóa học tương tự như muối ăn, ổn định, không biến chất, không phân giải trong không khí. Điểm nóng chảy của LiBr (không có nước) là 5490C, điểm sôi là 1.2650C. LiBr có tính hút nước mạnh, dễ dàng kết hợp với nước để tạo thành dung dịch H2O/LiBr .
Có thể tạo dung dịch LiBr bằng cách cho axit HBr tác dụng với bazơ LiOH theo phản ứng hóa học : HBr + LiOH LiBr + H2O.
Đặc điểm chủ yếu của dung dịch H2O/ LiBr là :
Dung dịch H2O/ LiBr có tính hấp thụ nước rất mạnh. Nồng độ dung dịch càng đậm đặc (ít nước), hoặc nhiệt độ dung dịch càng giảm thì khả năng hấp thụ càng cao
Không độc, có vị mặn, không nguy hiểm với con người. Tuy nhiên, nên chú ý rằng : do tính hút nước mạnh, dung dịch rơi vào da sẽ gây nóng và ngứa, vào mắt phải rửa sạch ngay đề phòng hư mắt .
Ở nhiệt độ thấp hoặc nồng độ quá đặc, thì dung dịch H2O/ LiBr rất dễ kết tinh (nồng độ LiBr trong dung dịch khống chế không trên 70 %) .
Dung dịch H2O/ LiBr có tính ăn mòn kim loại. Đặc biệt, khi ở nhiệt độ
1500C và với sự có mặt của không khí thì nó ăn mòn mạnh mẽ thép, đồng và các hợp kim của đồng. Vì vậy, phải sử dụng thêm những chất phụ gia để kìm hãm sự ăn mòn .
1.2.2.1.2. Phương pháp phụ gia phòng ăn mòn :
Do dung dịch H2O/ LiBr có tính ăn mòn mạnh kim loại, đặc biệt khi ở nhiệt độ cao 1500C và với sự có mặt của không khí thì sự ăn mòn càng mạnh mẽ hơn. Quá trình ăn mòn không những làm giảm tuổi thọ của thiết bị mà còn sinh ra những khí không ngưng làm giảm độ chân không trong thiết bị và làm giảm năng lực làm lạnh của máy. Để giảm bớt sự ăn mòn, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr thời trước đều dùng ống truyền nhiệt bằng thép không gỉ hoặc hợp kim đồng - niken và vỏ bao ngoài đều dùng thép không gỉ hoặc hợp kim của thép cho nên giá thành rất đắt .
Hiện nay, máy lạnh hấp thụ H2O/ LiBr có thể chỉ sử dụng ống truyền nhiệt là ống đồng và vỏ bao ngoài bằng thép carbon nhờ sử dụng một số biện pháp phòng ăn mòn thích hợp.
Qua quá trình nghiên cứu và thực tiễn vận hành, chứng minh được rằng với điều kiện nhiệt độ dung dịch không quá 120 0C, thêm vào dung dịch LiBr một lượng (0,1 0,3) % Li2CrO4 làm chất xúc tác và 0,02 % LiOH để dung dịch có tính kiềm yếu (độ pH 9,5 10,5) thì có thể kìm hãm một cách có hiệu quả sự ăn mòn kim loại của dung dịch LiBr. Cần lưu ý rằng, Li2CrO4 sẽ bị phân giải trong dung dịch có nhiệt độ cao trên 1300C, khi đó tác dụng kìm hãm ăn mòn sẽ bị mất đi. Vì vậy, khi sử dụng chất phụ gia này cần phải nghiêm túc khống chế nhiệt độ dung dịch trong bình sinh hơi không vượt quá 120 0C. Hơn nữa, đối với dung dịch LiBr có chứa Li2CrO4 phải khống chế độ pH dưới 11, nếu không dung dịch sẽ có trạng thái kết dính tạo thành những huyền phù làm cản trở sự chuyển động và truyền nhiệt của dung dịch. Khi nhiệt độ dung dịch LiBr cao hơn 120 0C, có thể sử dụng các chất phụ gia khác. Chẳng hạn, cho dung dịch (0,01 0,1) % PbO hoặc 0,2 % Sb2O3 với 0,1 % KNbO3.
1.2.2.1.3. Phương pháp phụ gia tăng cường năng lực làm lạnh :
Các nhà nghiên cứu qua thực nghiệm, chứng minh được : trong dung dịch LiBr cho thêm vào (0,2 0,3) % chất phụ gia [CH3(CH2)3 CHC2H5CH2OH] sẽ làm tăng năng lực làm lạnh của máy lạnh hấp thụ lên (10 15) %.
Chất phụ gia này là một chất biểu thị hoạt tính, nó không những làm tăng khả năng hấp thụ hơi nước của dung dịch LiBr mà còn hạ thấp áp suất của dung dịch H2O/ LiBr và nâng cao hiệu quả ngưng tụ .
Tuy nhiên, lưu ý rằng chất phụ gia này không hòa tan trong dung dịch LiBr. Vì vậy, trong quá trình vận hành liên tục của máy lạnh, chất phụ gia này sẽ tích tụ trên bề mặt của dung dịch trong bình hấp thụ và bình sinh hơi và dần dần mất đi tác dụng nâng cao năng lực làm lạnh. Cho nên, định kỳ cần phải có biện pháp khuấy trộn dung dịch trong bình hấp thụ và bình sinh hơi để dung dịch LiBr và chất phụ gia này hòa lại với nhau. Chẳng hạn, đổi nguồn nhiệt vào bình sinh hơi sang bình hấp thụ và cho nguồn nước lạnh từ bình hấp thụ sang bình sinh hơi...
1.2.2.2.Hệ phương trình tính các tính chất nhiệt vật lý của dung dịch H2O/LiBr :
Qua chỉnh lý các số liệu thực nghiệm và các số liệu tra bảng đối với dung dịch H2O/LiBr, các nhà nghiên cứu đã lập được các phương trình tính các thông số nhiệt động lực học và nhiệt vật lý học của dung dịch H2O/LiBr như sau :
Với phạm vi áp dụng : 0 0C t 130 0C 0,30 0,70
Trong đó : t : nhiệt độ của dung dịch
: nồng độ khối lượng bromualiti trong dung dịch
1.2.2.2.1. Nhiệt độ sôi của dung dịch H2O/LiBr :
(1.1) |
Trong đó :
tP : nhiệt độ sôi của nước ở áp suất P
4 4
i
A(x), B(x) : các hệ số : A(x) = (a xi / 2 )
i0
; B(x) = (b xi / 2 )
i
i0
Với : x =
. 18..
87.(1 )
ai , bi : các hệ số bất biến :
0 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
ai | 340,897 | - 2638,978 | 7262,473 | - 8119,078 | 3302,087 |
bi | - 0,01050 | 6,70042 | - 15,42477 | 16, 42477 | 6,34249 |
1.2.2.2.2. Entanpi của dung dịch H2O/LiBr :
(1.2) |
Trong đó :
an , bn , cn và d : các hệ số bất biến :
- 954, 8 | b0 = | - 0, 3293 | |
a1 = | 47, 7739 | b1 = | 0, 04076 |
a2 = | -1, 59235 | b2 = | -1, 36. 10-5 |
a3 = | 0, 29422 | b3 = | -7, 1366 . 10-6 |
a4 = | -7, 689. 10-5 |
7, 4285 . 10-3 | d = | -2, 269 . 10- 6 | |
c1 = | -1, 5144 . 10-4 | ||
c2 = | 1, 3555 . 10- 6 |