BÀI 4 THIẾT BỊ BAY HƠI Mã bài: MĐ 18_04 Giới thiệu: Ở bài này giới thiệu khái quát cho chúng ta về thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh. Đó là mục đích chính của hệ thống lạnh.
Vì vậy, dù toàn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích. Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng lạnh không đảm bảo yêu cầu, trong một số trường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén có thể hút ẩm về gây ngập lỏng. Ngược lại, khi thiết kế lớn hơn so với yêu cầu, thì chi phí đầu tư cao và đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn. Khi độ quá nhiệt lớn thì thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn nhiệt độ cuối quá trình nén cao, tăng công suất nén.
Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh. Mục tiêu: Phân tích được vị trí, vai trò của thiết bị bay hơi trong hệ thống lạnh; Trình bày được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại thiết bị bay hơi và ứng dụng của chúng; Phân biệt được các thiết bị bay hơi dùng cho các môi chất khác nhau, nhận dạng được đầu vào, đầu ra của môi chất, chất tải lạnh của các thiết bị bay hơi; Vệ sinh được một số thiết bị bay hơi. Rèn luyện kỹ năng quan sát, thực hành, ham học, ham hiểu biết, tư duy logic, kỷ luật học tập. Nội dung chính: 1.Vai trò và phân loại.
*Vai trò: Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh. Đó là mục đích chính của hệ thống lạnh.
Vì vậy, dù toàn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích. Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng, nhiệt độ 50 phòng không đảm bảo yêu cầu, trong một số trường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén có thể hút ẩm về gây ngập lỏng. Ngược lại, khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu, thì chi phí đầu tư cao và đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn. Khi độ quá nhiệt lớn thì nhiệt độ cuối quá trình nén cao, tăng công suất nén.
Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh. *Phân loại: Thiết bị bay hơi sử dụng trong các hệ thống lạnh rất đa dạng. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau mà nên chọn loại dàn cho thích hợp. Có nhiều cách phân loại thiết bị bay hơi.
- Theo môi trường cần làm lạnh: + Bình bay hơi, được sử dụng để làm lạnh chất lỏng như nước, nước muối, glycol vv. + Dàn lạnh không khí, được sử dụng để làm lạnh không khí. + Dàn lạnh kiểu tấm, có thể sử dụng làm lạnh không khí, chất lỏng hoặc sản phẩm dạng đặc. Ví dụ như các tấm lắc trong tủ đông tiếp xúc, trống làm đá trong tủ đá vảy vv… + Dàn làm lạnh chất lỏng: dàn lạnh xương cá, panen trong các hệ thống lạnh máy đá cây.
- Theo mức độ chứa dịch trong dàn lạnh: Dàn lạnh kiểu ngập lỏng hoặc không ngập lỏng. Ngoài ra người ta còn phân loại theo tính chất kín hở của môi trường làm lạnh. TBBH làm lạnh chất lỏng. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động.
Bình bay hơi ống - vỏ kiểu ngập: a. Cấu tạo: Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng có cấu tạo tương tự bình ngưng tụ ống chùm nằm ngang. Có thể phân bình bay hơi làm lạnh chất lỏng thành 02 loại: + Bình bay hơi hệ thống NH3: Đặc điểm cơ bản của bình bay hơi kiểu này là môi chất lạnh bay hơi bên ngoài các ống trao đổi nhiệt, tức khoảng không gian giữa các ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt. + Bình bay hơi frêôn: Bình bay hơi frêôn ngược lại môi chất lạnh có thể sôi ở bên trong hoặc ngoài ống trao đổi nhiệt, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động dích dắc bên ngoài hoặc bên trong các ống trao đổi nhiệt.
* Bình bay hơi NH3: Trên hình 5.1 trình bày bình bay hơi NH3. Bình sử dụng các ống trao đổi nhiệt là thép áp lực trơn C20 đường kính Φ38x3, Φ51x3,5 hoặc Φ57x3,5. 51 Bình bay hơi NH3 1: Nắp bình; 2: Thân bình 7: Ống lỏng ra, 8: Ống lỏng vào 3: Tách lỏng, 4: Ống NH3 ra 9: Chân bình, 10: Rốn bình 5: Tấm chắn lỏng, 6: Ống TĐN 11: Ống nối van phao Các chùm ống được bố trí so le, cách đều và nằm trên các đỉnh tam giác đều, mật độ tương đối dày để giảm kích thước bình, đồng thời giảm dung tích chứa NH3. Thân và nắp bình bằng thép CT3.
Để bình có hình dáng đẹp, hợp lý tỷ số giữa chiều dài và đường kính cần duy trì trong khoảng L/D = 5/8. Các mặt sàng thường được làm bằng thép cácbon hoặc thép hợp kim và có độ dày khá lớn 20- 30mm. Ống được núc chặt vào mặt sàng hoặc hàn. Khoảng hở cần thiết nhỏ nhất giữa các ống ngoài cùng và mặt trong của thân bình là 15 - 20mm.
Phía dưới bình có thể có rốn để thu hồi dầu, từ đây dầu được đưa về bình thu hồi dầu. Nguyên lý hoạt động: Môi chất được tiết lưu vào bình từ phía dưới, sau khi trao đổi nhiệt hơi sẽ được hút về máy từ bình tách lỏng gắn ở phía trên bình bay hơi. Đối với các bình công suất lớn, lỏng được đưa vào ống góp rồi đưa vào một số ống nhánh dẫn vào bình, phân bố đều theo chiều dài. Hơi ra bình cũng được dẫn ra từ nhiều ống phân bố đều trong không gian.
Bình bay hơi có trang bị van phao khống chế mức lỏng tránh hút hơi ẩm về máy nén. Van phao tác động đóng van điện từ cấp dịch khi mức dịch vượt quá mức cho phép. Trường hợp muốn khống chế mức dịch dưới có thể dùng thêm van phao thứ 2 tác động mở van điện từ cấp dịch khi lưưọng dịch quá thấp. Các nắp bình cũng có các vách phân dòng để chất tải lạnh chuyển động nhiều lần trong bình, tăng thời gian làm lạnh và tốc độ chuyển động của nó nhằm nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt.
Cường độ trao đổi nhiệt trong thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chế độ nhiệt, tốc độ chuyển động, nhiệt độ và bản chất vật lý của chất lỏng trong ống; Chất lỏng thường được làm lạnh là nước, glycol, muối NaCl và CaCl2. Khi làm lạnh muối NaCl và CaCl2 thì thiết bị chịu ăn mòn đặc biệt khi để lọt khí vào bên trong nên thực tế ít sử dụng. Trường hợp này nên sử dụng các dàn lạnh kiểu hở khi bị hư hỏng dễ sửa chữa và thay thế. Để làm lạnh nước và glycol 52 người ta thường sử dụng bình bay hơi frêôn; Ưu điểm của bình bay hơi là chất tải lạnh tuần hoàn trong hệ thống kín không lọt không khí vào bên trong nên giảm ăn mòn.
* Bình bay hơi frêôn: Trên hình 5. giới thiệu 02 loại bình bay hơi khác nhau loại môi chất sôi ngoài ống và bên trong ống trao đổi nhiệt. Bình bay hơi frêôn môi chất sôi trong ống thường được sử dụng để làm lạnh các môi chất có nhiệt độ đóng băng cao như nước trong các hệ thống điều hoà water chiller. Bình bay hơi môi chất freon a) Môi chất sôi ngoài ống: 1 - Ống phân phối lỏng; 2, 3 - Chất tải lạnh vào, ra;4 - Van an toàn; 5 - Hơi ra; 6 - Áp kế; 7 - Ống thủy; b) Môi chất sôi trong ống (dạng chữ U) c) Tiết diện ống có cánh trong gồm hai lớp: lớp ngoài là đồng Niken, trong là nhôm.
Thiết bị bay hơi ống – vỏ kiểu môi chất sôi trong ống và trong kênh: Ngoài các TBBH kiểu ống chùm chữ U, các thiết bị bay hơi loại này có thể là các kiểu bình bay hơi ống chùm đứng và TBBH kiểu tấm. Hiện nay các TBBH ống – vỏ loại này được sử dụng rất rộng rãi trong các hệ thống làm lạnh chất lỏng trong vòng tuần hoàn kín vì chất lỏng chuyển động phía ngoài ống nên loại trừ được sự cố nước đóng băng trong các ống truyền nhiệt gây nổ ống. Khi phải làm lạnh các chất lỏng trong các không gian lớn kiểu thùng và trong bể, người ta hay sử dụng các loại dàn bay hơi kiểu ống xoắn hoặc kiểu xương cá hoặc kiểu tấm panen * Thiết bị bay hơi kiểu panen: 53 a. Cấu tạo: Để làm lạnh các chất lỏng trong chu trình hở người ta sử dụng các dàn lạnh panen.
Cấu tạo của dàn gồm 02 ống góp lớn nằm phía trên và phía dưới, nối giữa hai ống góp là các ống trao đổi nhiệt dạng ống trơn thẳng đứng. Môi chất chuyển động và sôi trong các ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động ngang qua ống. Các dàn lạnh panen được cấp dịch theo kiểu ngập lỏng nhờ bình giữ mức - tách lỏng. Thiết bị bay hơi kiểu panen 1: Bình giữ mức tách lỏng 7: Xả nước muối 2: Hơi về máy nén 8: Xả cạn 3: Ống góp hơi 9: Nền cách nhiệt 4: Góp lỏng vào; 5: Lỏng vào 10: Xả dầu 6: Xả tràn nước muối 11: Van an toàn b.
Nguyên lý làm việc: Môi chất lạnh đi vào ống góp dưới và đi ra ống góp trên. Tốc độ luân chuyển của nước muối trong bể khoảng 0,5- 0,8 m/s, hệ số truyền nhiệt k = 460 - 580 w/m2.