Tính và chọn thiết bị bay hơi

Phân loại thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi rất da dang, người ta có thế phân loại chúng theo các cơ sở sau:

Phân loại dựa theo trạng thái môi trường làm lạnh người ta chia ra:

• Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, nước muối…)
• Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí. Riêng loại bốc hơi làm lạnh không khí còn chia ra giàn lạnh tĩnh và giàn lạnh quạt.

Phân loại dựa vào mức độ choán chỗ của môi chất lỏng trong thiết bị. Trên cơ sở này người ta chia ra loại ngập và không ngập:

• Loại thiết bị bay hơi ngập, môi chất lỏng (NH3, freon) bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt (thường là loại cấp lóng từ dưới lên).
• Loại thiết bị bay hơi không ngập thì dung môi chất lỏng không bao phủ toàn bộ bó mặt trao đổi nhiệt, một phần bề mặt trao đổi nhiệt dùng để quá nhiệt hơi hút về máy nén (thường là loại cấp long từ trên xuống)

Tính và chọn thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng

Hệ thống lạnh sử dụng chất tải lạnh thường gọi là hệ thống làm lạnh gián tiếp. Hệ thống làm lạnh gián tiếp còn được chia ra loại kín và loại hở, thiết bị bay hơi ống chùm nằm ngang thuộc loại kín. Giàn bay hơi kiểu giàn ống hay giàn bay hơi kiểu tấm (panel) thuộc loại thiết bị loại hở.

Khi tính toán thiết bị bay hơi người ta dựa vào năng suất lạnh đã tính Q₀ và từ đó tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt theo công thức:

F = Q₀ / (K. Δt)

Trong đó

• Q₀ – năng suất lạnh hay nhiệt tái cua thiết bị bay hơi đã tính toán được:
• K – hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào loại thiết bị bay hơi và điều kiện vận hành, nó có thể xác định bằng lý thuyết hay thực nghiệm. w/m2.độ;
• Δt – hiệu số nhiệt độ trung bình giữa chất tải lạnh (nước hoặc nước muối) và môi chất lạnh sôi.

Hệ số truyền nhiệt K có thể tra theo bảng sau:

Bảng – Hệ số truyền nhiệt K đối với một số thiết bị bay hơi làm lạnh nước muối

Lưu lượng chất tải lạnh lỏng (nước muối) có thể xác định theo biểu thức: 

V_n = Q₀ / (C_n. P_n . Δt_n)         (m³/s)

Trong đó

• C_n và p_n – nhiệt dung riêng và khối lượng riêng của nước muối.
• Δt_n – hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi thiết bị bốc hơi.

Và có thể chọn Δt_n theo điều kiện làm việc như sau:

• Đối với các thiết bị bay hơi lấy Δt_n = 2 – 3°C
• Đối với các thiết bị bay hơi làm lạnh buồng Δt_n = 2 – 3°C
• Đối với các thiết bị công nghệ Δt_n = 4 – 6°C
• Đối với các thiết bị làm lạnh đông kiểu màng Δt_n = 1°C

Sau khi xác định Vn , Δt_n có thể chọn bơm và chiều cao cột nước cần thiết của bơm.

Đối với hệ thống làm lạnh muối dùng cho thương nghiệp và đời sống người ta phải xác định thời gian làm việc và khối lượng nước muối tuần hoàn.

Giàn lạnh không khí tĩnh

Giàn lạnh không khí thường chia làm hai loại: trực tiếp và gián tiếp.

• Giàn lạnh không khí trực tiếp là môi chất lỏng bay hơi trong ống thu nhiệt để làm lạnh không khí ngoài ống.
• Giàn lạnh không khí gián tiếp là nước muối lạnh đi trong ống để làm lạnh không khí ngoài ống.

Giàn lạnh không khí tĩnh thuộc loại treo trần hoặc treo tường của phòng bảo quản lạnh hoặc lạnh đông các sản phẩm không bao gói (giàn có thể có cánh hoặc không có cánh) để giảm tổn hao khối lượng sản phẩm.

Giàn lạnh ống trơn thường dùng ống ø 57 X 3,5 mm

Giàn ống có cánh tản nhiệt thường được chế tạo từ ống ø 38 X 2,5 mm. Cánh tản nhiệt dạng chun xoắn chế tạo từ lá thép dày 0,8 – 1mm, chiều rộng lá thép là 45mm bước cánh 20mm cho các buồng bảo quản các sản phẩm không đóng gói và 30mm cho buồng bảo quản các sản phẩm không đóng gói. Giàn treo tường có K = 3 – 4,5 w/m².độ, còn giàn treo trần có K = 4 – 5,5 w/m² .độ theo diện tích bề mặt có cánh.

 a) giàn ống một ống góp CK, b) giàn ống xoắn dấu C3T;
1-     ống thép, 2- lá thép làm cánh tản nhiệt; 3- ống góp, 4- thép góc làm giá đỡ; 5- nẹp ống. 6- đoạn cút ống

a) giàn ống xoăn đuôi, b) gian ống trung gian
1-     ống thép, 2- lá thép làm cánh tản nhiệt; 3- ống góp, 4- thép góc làm giá đỡ; 5- nẹp ống. 6- đoạn cút ống

Để có các giàn lạnh theo ý muốn phù hợp với kết cấu buồng với chiều dài và bề mặt trao đổi nhiệt lớn, các giàn trên được nối ghép với nhau thành tố giàn.

Bề mặt trao đổi nhiệt được tính theo biểu thức:

F = Q_0tb / (K. Δt)

Trong đó

• Q_0tb – Tải nhiệt thiết bị đã tính cho từng phòng;
• K – hệ số truyền nhiệt của giàn lạnh w/m2 .độ;
• Δt – hiệu nhiệt độ giữa không khí trong phòng lạnh và môi chất lạnh sôi trong ống hoặc hiệu nhiệt độ trung bình giữa không khí trong buồng lạnh và nước muối trong giàn lạnh.

Khi tính thiết kế hệ số truyền nhiệt k của giàn lạnh có thể tra theo bảng 

Hệ số truyền nhiệt k của giàn ống lạnh phụ thuộc nhiệt độ buồng và loại ống

Giàn lạnh không khí có quạt gió

Giàn lạnh quạt là giàn lạnh không khí có đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Đây là loại giàn lạnh được dùng phổ biến rộng rãi trong các hệ thống lạnh. So với giàn lạnh tĩnh giàn lạnh quạt gió có các ưu điểm sau:

• Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh.
• Chiếm ít thể tích phòng.
• Nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn.
• ít tổn nguyên vật liệu.

Nhưng chúng cũng có nhược điểm là: ồn, tốn lạnh và điện cho động cơ quạt gió.

Trong tất cả các thiết bị làm lạnh không khí kiểu giàn quạt thường sử dụng loại ống thép ø 25 X 2,5 mm hoặc ø 25 X 2 mm. Cánh làm bằng lá thép dày 0,8mm, rộng 30mm xoắn, bước cánh 13,3 mm. Giàn quạt dùng cho môi chất freon thường dùng ống đồng ø 10 – 18 mm, chiều dày ống 0,5 – 1,5 mm cánh nhôm dày 0,3 mm.

Việc phá băng cho các giàn lạnh với buồng có nhiệt độ lớn hơn 2°C thì dùng không khí trực tiếp của buồng để phá, còn với nhiệt độ không khí buồng thấp hơn thì dùng hơi tác nhân nước nóng hoặc dây điện trở.

a) treo trần không khí vào phía dưới và thổi ra hai bên, 1- cửa gió; 2- quạt; 3- giàn lạnh,
b) treo trần không khí vào và ra theo phương nằm ngang 1- cửa gió; 2- giá treo; 3- động cơ, 4- thân quạt. 5- hộp gió.
c) đặt trên bệ không khí vào phía dưới ra phía trên; quạt ly tâm, giàn đặt thẳng đứng 1- khay hứng nước; 2- giàn lạnh; 3- quạt ly tâm

Diện tích bề mặt của giàn quạt cũng được xác định theo công thức:

F = Q_0tb / (K. Δt)

Hệ số truyền nhiệt K của giàn quạt ống cánh phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của môi chất hoặc nước, nước muối như sau: