Giáo trình
KỸ THUẬT LẠNH
LÊ XUÂN HÒA
TP. HỒ CHÍ MINH 2007
Truong DH SPKT TP. HCM
http://www.hcmute.edu.vn
Giáo trình
u
DH S
g
n
ruo
K
pham
M
P. HC
uat T
y th
©T
yen
u
q
an
KỸ THUẬT LẠNH
B
LÊ XUÂN HÒA
TP. HỒ CHÍ MINH 2007
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM
Kỹ thuật lạnh
http://www.hcmute.edu.vn
CHƯƠNG I
CƠ SỞ NHIỆT ĐỘNG CỦA MÁY LẠNH.
1.1 MỞ ĐẦU.
Từ xa xưa loài người đã biết sử dụng lạnh trong đời sống: để làm nguội một vật nóng người
ta đưa nó tiếp xúc với vật lạnh. Ở những nơi mùa đông có băng tuyết thì vào mùa đông người ta
sản xuất nước đá cây ngoài trời, sau đó đưa nước đá cây vào hầm tích trữ lại, vào mùa hè người
ta sử dụng lượng lạnh do nước đá cây nhả ra để bảo quản rau quả, thịt cá thu hoạch được để dành
cho mùa đông.
Ở thế kỷ 17 nhà vật lý người Anh là Bôi và nhà vật lý người Đức là Gerike đã phát hiện: ở
áp suất chân không nhiệt độ bay hơi của nước thấp hơn ở áp suất khí quyển. Trên cơ sở này năm
1810 nhà bác học người Anh đã chế tạo ra máy lạnh sản xuất nước đá. Năm 1834 bác sỹ Perkin
người Anh đã đưa máy lạnh dùng môi chất êtylen C2H2 vào ứng dụng. Khi một nhà bác học ở
viện hàn lâm Pháp trình bày phương pháp bảo quản thịt bằng làm lạnh thì công nghệ lạnh mới
thực sự phát triển.
Các môi chất lạnh ban đầu được sử dụng là không khí, êtylen C2H2, ôxit cacbon CO2, ôxít
sulfuric SO2, peôxit nitơ NO2...Về sau môi chất lạnh tìm được là amoniac NH3. Những năm 30
M
40 của thế kỷ 20 người ta tìm ra các freon, là các dẫn xuất từ dãy hydro cacbon
. HC no.
P
T
uat
Năm 1862 máy lạnh hấp thụ ra đời. Năm 1874 kỹ sư Linde
y thngười Đức chế tạo ra máy nén
K
am
lạnh đầu tiên tương đối hoàn chỉnh.
u ph
S
H
D
Sang thế kỷ 20 các cơ sở nhiệt động của
uongmáy lạnh đã tương đối hoàn thiện. Máy lạnh hiệu
r
T
©
ứng Peltie, hiệu ứng từ trường ra đời.
cuộc chạy đua làm lạnh về 0 K vẫn tiếp diễn.
nCông
quye
n
a
Kỹ thuật lạnh được ứngB dụng trong nhiều ngành:
1. Trong công nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; trong sản xuất sữa, bia, nước ngọt,
đồ hộp... Nước đá dùng rộng rãi trong ăn uống, bảo quản sơ bộ cá đánh bắt ở biển.
2. Trong công nghiệp: ngành luyện kim hóa lỏng không khí thu ôxy cấp cho các lò luyện gang
(36 38% ôxy), lò luyện thép và hàn cắt kim loại (tới 96 99% ôxy); hóa lỏng rồi chưng cất
không khí thu các đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe - để nạp vào bóng đèn điện. Sử dụng
lạnh cryo trong siêu dẫn.
3. Trong nông nghiệp: hóa lỏng không khí thu nitơ làm phân đạm.
4. Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản các phôi, dùng
lạnh trong mổ xẻ để giảm bớt chảy máu.
5. Trong quốc phòng: dùng ôxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ. Trước khi tên lửa khai hỏa người ta
cho ôxy lỏng có nhiệt độ dạng khí -180oC ra khỏi bình chứa nên ta thấy phần ống phóng ở
đuôi có băng và hơi nước ngưng tụ mù mịt, sau ít giây mới thấy lửa phụt ra, khi tên lửa bay
phần đuôi vẫn đóng băng.
6. Điều hòa không khí cho nhà ở, nhà công cộng, các xí nghiệp công nghiệp, các phương tiện
giao thông.
Ngày nay người ta đã chế tạo được nhiều loại máy nén khác nhau có công suất lạnh cho 1
máy nén tới 1000MCal/h với môtơ điện tới 400kW.
1.2 CHU TRÌNH NGƯỢC CARNOT (1796- 1832).
1.2.1 Định nghĩa: chu trình ngược Carnot là chu trình ngược được thực hiện bởi 2 quá trình
đẳng nhiệt và 2 quá trình đẳng entropy.
Chu trình ngược Carnot là chu trình ngược lý tưởng, mọi quá trình là thuận nghịch, nhiệt
Thu vien DH SPKT TP. HCM - 1
http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM
Kỹ thuật lạnh
http://www.hcmute.edu.vn
lượng qo được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lượng qk nhả ra cho nguồn nóng có nhiệt độ
tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 công l
1.2.2 Sơ đồ, đồ thị, chu trình lý thuyết.
Hình 1.1: Máy lạnh 1 cấp dùng môi chất là không khí.
1-2: quá trình nén đẳng entropy ở máy nén; 2-3: quá trình nhả nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn nóng;
3-4: quá trình dãn nở đẳng entropy ở máy dãn nở; 4-1: quá trình nhận nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn
lạnh.
M
. HC
P
T
uat
1.2.3 Tính toán chu trình.
y th
K
am
1) Công cấp cho máy nén: lmn = h2 – h1;
u ph
S
H
2) Công cấp cho máy dãn nở: ldn = h3 – hru4;ong D
©T
3) Công cấp cho chu trình: lct =qulymnen– ldn = dt(12341) = (s1 - s4).(Tk - To); dt – diện tích (Trên đồ
Ban
thị T-s).
4) Nhiệt lượng nhận được ở nguồn lạnh: qo = dt(s114s4 s1) = (s1 - s4).To; dt – diện tích (Trên đồ
thị T-s).
5) Nhiệt lượng nhả ra ở nguồn nóng: qk = dt(s123s4 s1) = (s1 - s4).Tk; dt – diện tích (Trên đồ thị
T-s).
q
To
1
6) Hệ số làm lạnh : o
.
l
Tk To To 1
Tk
Ý nghĩa hệ số làm lạnh : khi l = 1 ta có = qo. Vậy hệ số làm lạnh cho biết lượng lạnh thu
được là bao nhiêu khi tiêu tốn một đơn vị công.
1.2.4 Nhận xét, kết luận.
1) Khi có cùng dải nhiệt độ Tk, To thì chu trình Carnot có hệ số làm lạnh lớn nhất.
2) Trong thực tế các quá trình trao đổi nhiệt đẳng nhiệt với nhiệt độ môi chất bằng nhiệt độ
nguồn nhiệt là không thực hiện được. Muốn trao đổi nhiệt cho nhau nhiệt độ môi chất phải
khác nhiệt độ nguồn nhiệt. Ở chu trình thực tế các qu
...
--------------------------------------
...n lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ……………………………….. 37
4.3.2 Tính toán chu trình. ………………………………………………………… 38
4.3.3 Nhận xét. …………………………………………………………………… 38
4.4 Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 tiết lưu. 38
4.4.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ……………………………….. 38
4.4.2 Tính toán chu trình. ………………………………………………………… 39
4.5 Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi. ………………. 40
4.5.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ……………………………….. 40
4.5.2 Tính toán chu trình. ………………………………………………………… 41
4.5.3 Nhận xét. …………………………………………………………………… 42
4.6 Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, bình trung gian loại ống trao đổi
nhiệt (Ống xoắn lò xo). …………………………………………………………….. 42
4.6.1 Mục đích dùng bình trung gian có ống trao đổi nhiệt (ống xoắn lò xo). ……. 42
4.6.2 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ……………………………….. 42
4.6.3 Tính toán chu trình. ………………………………………………………… 43
Thu vien DH SPKT TP. HCM155
- http://www.thuvienspkt.edu.vn
Truong DH SPKT TP. HCM
Kỹ thuật lạnh
http://www.hcmute.edu.vn
4.6.4 So sánh hai loại bình trung gian. …………………………………………..
4.7 Máy lạnh 2 cấp, làm mát trung gian không hoàn toàn, bình trung gian ống xoắn. ..
4.7.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ………………………………..
4.7.2 Tính toán chu trình. …………………………………………………………
4.8 Máy lạnh 3 cấp. ………………………………………………………………..…..
4.8.1 Mục đích dùng máy lạnh 3 cấp. …………………………………………….
4.8.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ………………………………..
4.8.2 Tính toán chu trình. …………………………………………………………
4.9 Máy lạnh 3 cấp sản xuất nước đá khô CO2. ………………………………………
4.10 Máy lạnh ghép tầng. ………………………………………………………………
4.10.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. ………….…………………..
4.10.2 Tính toán chu trình. …………………………………….…………………
4.10.3 Nhận xét. ………………………………………………..…………………
44
44
44
45
46
46
46
46
47
48
48
49
49
CHƯƠNG 5
MÁY LẠNH HẤP THỤ & MÁY LẠNH EJECTOR
M
. HC
P
T
5.1 Các khái niệm chung. ………………………………………………………………
50
uat
y th
K
am
51
5.2 Máy lạnh hấp thụ NH3-H2O một cấp. ……………………..……………………….
u ph
S
H
5.1.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lýuothuyết.
ng D ……………………………….. 51
r
T
n©
5.2.2 Xây dựng đồ thị h-. ……………………………………………..………….
52
quye
n
a
B
5.2.3 Tính toán chu trình. ………………………………………………........…… 52
5.2.4 Quá trình ở các thiết bị chưng cất và hồi lưu. …………………………….... 53
5.2.5 Các chứng minh. ………………………………………………………….… 54
5.3 Chu trình máy lạnh hấp thụ khuyếch tán. ………………………………………….. 54
5.3.1 Sơ đồ nguyên lý. …………………………………………………………… 54
5.3.2 Chu trình lý thuyết. …………………………………………………………. 55
5.3.3 Ưu điểm & nhược điểm. …………………………………………………… 57
5.4 Máy lạnh ejector. ………………………………………………………………….. 57
5.4.1 Các khái niệm chung. ………………………………………………………. 57
5.4.2 Sơ đồ. ……………………………………………………………………….. 57
5.4.3 Chu trình. …………………………………………………………………… 58
5.4.4 Đồ thị. ………………………………………………………………………. 59
5.4.5 Tính toán chu trình. ………………………………………………………… 59
CHƯƠNG 6:
MÁY LẠNH NHIỆT ĐỘ THẤP
(MÁY LẠNH CRYO)
6.1 Khái niệm máy lạnh cryo. …………………………………………………………
6.2 Các chu trình lạnh cryo đơn giản. …………………………………….……………
6.2.1. Chu trình Picter (Chu trình máy lạnh cryo ghép tầng). …………..………..
6.2.2 Chu trình Linde. ……………………………………………………………..
Thu vien DH SPKT TP. HCM156
- http://www.thuvienspkt.edu.vn
60
60
60
61
Truong DH SPKT TP. HCM
Kỹ thuật lạnh
http://www.hcmute.edu.vn
6.2.3 Chu trình Clode. ………………………..………………………………….. 61
6.3 Các giai đoạn nhiệt động cơ bản của lạnh cryo. ………………………………..…. 62
6.3.1 Sơ đồ nguyên lý. …………………………………………………………… 62
6.3.2 Phân tích các giai đoạn. …………………………………………………….. 63
6.4 Sơ đồ hóa lỏng không khí loại trung áp, cao áp thu N2, O2 . ………………………. 63
6.4.1 Sơ đồ. ……………………………………………………………………… 63
6.4.2 Nguyên lý làm việc. ………………………………………………………… 64
6.5 Sơ đồ hóa lỏng không khí hạ áp thu O2, N2. ……………………………………….. 64
6.5.1 Sơ đồ. ……………………………………………………………………… 65
6.5.2 Nguyên lý làm việc. ………………………………………………………… 65
PHỤ LỤC
Bảng 1: Bảng hơi bão hòa NH3 ……………………………………………..………… 66
Bảng 2: Bảng hơi quá nhiệt NH3 ……………………………………………………….. 71
Bảng 3: Bảng hơi bão hòa R12 ………………………………………………………… 80
Bảng 4: Bảng hơi quá nhiệt R12 ………………………………………………………..
84
M
. HC
P
T
Bảng 5: bảng hơi bão hoà R22 …………………………………………………………
96
uat
y th
K
Bảng 6: Bảng hơi quá nhiệt R22 ………………………………………………………..
100
am
u ph
S
H
D
Bảng 7: Bảng hơi bão hoà R134a ……………………………………………………….
112
uong
r
T
Bảng 8: Bảng hơi quá nhiệt R134a ……………………………………………………..
116
n©
quye
n
a
B
Đồ thị lgp-h Môi chất R717 …………………………………………………………….
141
Đồ thị lgp-h môi chất R12 ……………………………………………………………… 142
Đồ thị lgp-h môi chất R22 ………………………………………………………………. 143
Đồ thị lgp-h môi chất R134a …………………………………………………………… 144
Bảng 9: Chọn dầu cho máy nén piston với các môi chất khác nhau. …………………… 145
Bảng 10: Chọn dầu cho máy nén trục vít với các môi chất khác nhau. ………………….146
Đồ thị h- dung dịch nước – amoniac. ………………………………………………… 147
Tài liệu tham khảo. …………………………………………………………………….. 148
Thu vien DH SPKT TP. HCM157
- http://www.thuvienspkt.edu.vn
