Giới thiệu sơ lược về máy cô quay
Thiết bị bay hơi dạng quay là một công cụ quan trọng trong phòng thí nghiệm hóa học, giúp loại bỏ dung môi một cách hiệu quả và nhẹ nhàng từ các mẫu thông qua quá trình bay hơi.
Bay hơi chân không là phương pháp quan trọng trong hệ kín, giúp giảm áp suất và hạ nhiệt độ sôi của các thành phần Quá trình cô quay bay hơi được sử dụng để loại bỏ dung môi từ mẫu dịch chiết, phục vụ cho việc tách chiết hợp chất tự nhiên hoặc trong tổng hợp hợp chất hữu cơ Việc loại bỏ dung môi cần đảm bảo nhiệt độ không vượt quá mức cho phép, tùy thuộc vào độ sôi của hợp chất, chất tan và dung môi.
Hiện nay, có hai loại máy cô quay chính: loại nhỏ dành cho phòng thí nghiệm với dung tích bình quay từ 0,5L đến 4L, và loại công nghiệp với dung tích bình quay lên tới 100L.
Các nhà sản xuất máy cô quay lớn hiện nay có thể kể đến như:
- Heildolph Intruments GmbH & Co KG, Đức
Tìm hiểu về công nghệ chưng cất và chiết xuất
Chưng cất là quá trình tách các thành phần trong hỗn hợp lỏng thông qua đun sôi và ngưng tụ có chọn lọc Quy trình này có thể dẫn đến sự phân tách hoàn toàn, tạo ra các thành phần gần như tinh khiết, hoặc phân tách một phần, làm tăng nồng độ của các thành phần mong muốn Chưng cất khai thác sự khác biệt về độ bay hơi tương đối giữa các thành phần Trong hóa học công nghiệp, chưng cất đóng vai trò quan trọng như một hoạt động đơn vị, nhưng cần lưu ý rằng đây là một quá trình phân tách vật lý, không phải là phản ứng hóa học.
Chưng cất là một quá trình tách hỗn hợp dựa vào sự khác biệt về nhiệt độ sôi của các chất lỏng Phương pháp này sử dụng năng lượng như một công cụ hỗ trợ để tách biệt các thành phần, với ưu điểm là dễ dàng đưa vào và lấy ra khỏi hệ thống Khi năng lượng được cung cấp, các chất lỏng có áp suất hơi cao hơn sẽ bốc hơi nhiều hơn, dẫn đến nồng độ của chất có nhiệt độ sôi thấp hơn trong phần cất cao hơn so với hỗn hợp ban đầu.
Chưng cất có hai quy trình chính: chưng cất một lần, thường thấy trong phòng thí nghiệm để tách hóa chất tinh khiết khỏi hỗn hợp, và chưng cất liên tục, diễn ra trong các cột chưng cất của nhà máy hóa học.
Để nâng cao nồng độ của chất cần tách, có thể thực hiện nhiều lần chưng cất phần cất Sự khác biệt về nhiệt độ sôi càng lớn, số lần chưng cất cần thiết để đạt được nồng độ mong muốn sẽ càng ít.
Chưng cất phân đoạn là phương pháp truyền thống hiệu quả để tách các chất bay hơi trong một hỗn hợp, dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ sôi của các thành phần.
Chưng cất lôi cuốn là phương pháp chưng cất sử dụng hơi nước để tách các hợp chất hữu cơ trong tinh dầu Quá trình này dựa vào sự khuếch tán và lôi cuốn các hợp chất khi nguyên liệu tiếp xúc với hơi nước ở nhiệt độ cao Sự khuếch tán diễn ra hiệu quả hơn khi tế bào chứa tinh dầu nở ra do tiếp xúc với hơi nước bão hòa trong một khoảng thời gian nhất định.
Rượu và các hỗn hợp đẳng phí là ứng dụng lâu đời và phổ biến nhất của chưng cất, đặc biệt trong sản xuất rượu mạnh Một tỷ lệ nhất định của hỗn hợp hai chất lỏng không thể tách tiếp bằng phương pháp chưng cất, được gọi là hỗn hợp đẳng phí Để tăng nồng độ cồn, cần áp dụng các phương pháp tinh cất đặc biệt khác.
Trong công nghệ hóa học, chiết xuất được hiểu là quá trình trích ly, trong đó chất tan được tách ra khỏi chất lỏng hoặc chất rắn bằng một dung môi khác Khi quá trình tách chất hòa tan trong chất lỏng bằng chất lỏng, nó được gọi là trích ly lỏng – lỏng Ngược lại, khi chất hòa tan trong chất rắn được tách bằng chất lỏng, quá trình này được gọi là trích ly rắn – lỏng.
Quá trình trích ly được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm Mục đích:
- Tách các cấu tử quý.
- Thu được dung dịch có nồng độ đậm đặc (đối với trích ly lỏng - lỏng)
- Cững như chưng luyện nó là mốt trong những phương pháp chủ yếu để phân tách hỗn hợp đồng nhất thành các cấu tử thành phần.
Chất lượng và hiệu quả của một quá trình trích ly phụ thuốc chủ yếu vào dung môi, nên yêu cầu chung của dung môi là:
- Có tính hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan cấu tử cần tách, không hoặc hòa tan rất ít các cấu tử khác.
- Không độc, không ăn mòn thiết bị.
- Rẻ và dễ tìm. Đối với trích ly lỏng – lỏng còn yêu cầu khối lượng riêng của dung môi phải khác xa với khôi lượng riêng của dung dịch.
Sau khi trích ly để thu được cấu tử nguyên chất, cần tách dung môi bằng phương pháp chưng luyện hoặc cô đặc Để tiết kiệm năng lượng, dung môi cần có nhiệt dung riêng thấp hoặc khả năng kết tinh nếu cấu tử cần tách có tính hòa tan hạn chế.
Phân loại công nghệ chưng cất
1.3.1 Mô hình chưng cất trong công nghiệp
Trong ngành công nghiệp người ta chưng cất hóa chất bằng mô hình tháp chưng cất hóa chất
Hình 1.1: Sơ đồ tháp chưng cất trong công nghiệp
Quá trình hoạt động của tháp chưng cất bắt đầu bằng việc nâng nhiệt độ nguyên liệu đến mức thích hợp thông qua hệ thống trao đổi nhiệt và lò đốt Tại đĩa tiếp liệu, các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp sẽ bay hơi và ngưng tụ ở các đĩa phía trên, trong khi các cấu tử nặng hơn sẽ chảy xuống phần trong của tháp Để tách các cấu tử nhẹ còn lại, đáy tháp thường được trang bị thiết bị gia nhiệt, và các bơm tuần hoàn được bố trí dọc theo thân tháp để điều chỉnh nhiệt độ và tách các phân đoạn theo thiết kế Sản phẩm đỉnh sau khi ngưng tụ sẽ được hồi lưu một phần về tháp để điều chỉnh hoạt động, trong khi các sản phẩm có thể được chuyển sang tháp khác để phân tách thêm hoặc loại bỏ tạp chất Để thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết, quá trình chưng cất cần được thực hiện nhiều lần.
- p suất làm việc: chân không, áp suất thường, áp suất cao
- Số lượng cấu tử trong hỗn hợp: hệ 2 cấu từ, hệ có 3 hoặc ít hơn 10 cấu tử, hệ có nhiều hơn 10 cấu tử.
- Phương thức làm việc liên tục hay gián đoạn.
Tháp chưng - bốc hơi hoạt động như tháp chưng liên tục, nơi dòng khí nguyên liệu được làm lạnh sơ bộ qua thiết bị trao đổi nhiệt Dòng khí này được đưa vào phần giữa của tháp, trong khi đỉnh tháp được làm lạnh bằng chu trình làm lạnh ngoài Hỗn hợp khí sau đó được ngưng tụ và hồi lưu về đĩa trên cùng của tháp chưng Khí sản phẩm đã được tách dẫn theo đường II sau khi truyền lạnh cho khí nguyên liệu tại thiết bị trao đổi nhiệt.
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo tháp chưng – bốc hơi
- 1: Thiết bị trao đổi nhiệt.
- 4: Chu trình làm lạnh ngoài.
1.3.1.2 Tháp ngưng tụ - bốc hơi
Tháp ngưng tụ - bốc hơi khác với tháp chưng - bốc hơi ở việc hỗn hợp khí nguyên liệu được trộn với sản phẩm đỉnh tháp sau khi làm lạnh bằng chu trình làm lạnh ngoài với propan, rồi đưa vào đĩa trên cùng của tháp chưng Sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc hơi cho thấy sản phẩm đỉnh tháp được kết hợp với dòng khí nguyên liệu và qua chu trình làm lạnh, hỗn hợp này được tách thành phần khí và lỏng, trong đó phần khí sản phẩm được dẫn ra ngoài và phần lỏng vào tháp Việc tăng áp suất trong quá trình làm việc của tháp chưng không làm giảm đáng kể năng lượng cho công đoạn làm lạnh, nhưng lại giảm đáng kể năng lượng tiêu tốn chung nhờ thực hiện ở nhiệt độ cao hơn Chỉ số hồi lưu được tính toán trong khoảng 1,55 - 1,78.
Thông thường trong công nghiệp tháp chưng có 13 đến 17 đĩa lý thuyết Các thông số của quá trình như sau: nhiệt độ đỉnh tháp (-23 o C) – (-30 o C), áp suất trong tháp2,5 - 3,5 (MPa).
Hình 1.3: Sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc hơi
- 2: Chu trình làm lạnh ngoài.
- 3: Tháp ngưng tụ bốc hơi.
- VI: Sản phẩm đỉnh tháp.
Sơ đồ tháp chưng - bốc hơi có ưu điểm nổi bật là tận dụng dòng sản phẩm ra để làm lạnh ngưng tụ nguyên liệu đầu, mang lại hiệu suất tách cao nhờ vào việc hồi lưu sản phẩm đỉnh Ngược lại, sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc hơi sử dụng một thiết bị làm lạnh duy nhất, vừa hồi lưu sản phẩm đỉnh vừa ngưng tụ khí nguyên liệu đầu, tạo nên thiết bị đơn giản hơn Để kết hợp những ưu điểm của cả hai sơ đồ này, các nhà nghiên cứu đã phát triển sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp với hai đường nguyên liệu vào tháp.
1.3.1.3 Tháp chưng cất có hai đường đưa nguyên liệu vào tháp
Hình 1.4: Sơ đồ tháp chưng có hai đường nguyên liệu vào
- 1: Thiết bị trao đổi nhiệt.
- III: Phân đoạn hydrocacbon nặng.
Sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp với hai đường đưa nguyên liệu vào tháp, như trong hình 1, mang lại lợi ích về động học so với sơ đồ một đường Phương pháp này giúp tiết kiệm khoảng 10% năng lượng và cho phép quá trình diễn ra ở nhiệt độ cao hơn.
- Một dòng không làm lạnh đi vào phần giữa của tháp, chiếm 60% thể tích dòng tổng
- Dòng thứ 2 chiếm 40% dòng tổng, được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt
Khí từ đỉnh tháp 5 được đưa vào thiết bị bay hơi propan 2, nơi nó được trộn với sản phẩm và làm lạnh xuống -250 o C, dẫn đến một phần bị ngưng tụ Hỗn hợp 2 pha sau đó được dẫn vào tháp tách 3, nơi khí được tách ra khỏi condensate Sau khi truyền qua thiết bị trao đổi nhiệt 1, khí được đưa đi sử dụng, trong khi phần lỏng qua bơm 4 được chuyển vào phần trên của tháp 5.
Nhiệt độ trong tháp tách 3 được duy trì ở mức -27 độ C, trong khi sản phẩm đỉnh tháp chưng 5 được trộn với dòng khí nguyên liệu đã được làm lạnh Nhiệt độ cung cấp cho đáy tháp 5 đến từ dòng chảy tuần hoàn qua thiết bị đun nóng 6, với nhiệt độ đáy tháp đạt 100 độ C Từ đáy tháp, phân đoạn hydrocacbon nặng được thu nhận.
1.3.2 Thiết bị chưng cất dùng trong phòng thí nghiệm (Máy Cô – quay)
Máy cô quay chân không là thiết bị thiết yếu trong phòng thí nghiệm và ngành phân tích hóa học, phục vụ cho các lĩnh vực như hóa phân tích, môi trường, vật liệu, và khoa học sự sống Ngoài ra, máy còn được ứng dụng trong khoa học ẩm thực để chưng cất và tách chiết trong quá trình sơ chế Đặc biệt, nó được sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm hóa học của các cơ sở giáo dục để loại bỏ dung môi khỏi mẫu một cách hiệu quả và dễ dàng thông qua quá trình bay hơi, phục vụ cho mục đích nghiên cứu.
Trên thế giới, máy cô quay đã được phát minh và thương mại hóa từ lâu, với hệ thống cô quay bay hơi đơn giản do Lyman C Craig sáng chế và được công ty Thụy Sĩ Buchi giới thiệu vào năm 1957 Tại Việt Nam, hiện chỉ có các đại lý cung cấp máy cô quay từ các hãng nước ngoài, chưa có doanh nghiệp nội địa nào sản xuất thiết bị này, dẫn đến nhu cầu thị trường rất lớn Tuy nhiên, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay, việc chế tạo máy cô quay hoàn toàn khả thi trong nước.
Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo máy Cô – quay
- 3: Thiết bị cấp hóa chất.
- 9: Đồng hồ báo nhiệt độ, áp suất.
Nguyên tắc hoạt động chính của hệ thống cô quay chân không là giảm nhiệt độ bay hơi của chất lỏng dưới áp suất chân không, từ đó giúp loại bỏ dung môi một cách nhanh chóng và giữ lại phần chất cần cô đặc.
Khi hệ thống khởi động, bình chứa mẫu được gia nhiệt bằng bể gia nhiệt, giúp dung dịch mẫu đạt nhiệt độ cần thiết Đồng thời, bơm hút chân không sẽ hút không khí bên trong, làm giảm áp suất trong bình chứa mẫu.
Khi áp suất trong bình chứa mẫu giảm, nhiệt độ sôi của dung môi sẽ giảm, khiến dung dịch dễ sôi hơn Để đảm bảo nhiệt độ phân bố đều và tránh hiện tượng tập trung cục bộ, bình dung dịch mẫu cần được quay tròn đều trong quá trình bay hơi.
- Dung môi bay hơi gặp hệ thống sinh hàn có nhiệt độ thấp sẽ ngưng tụ lại thành thể lỏng và chảy xuống bình chứa dung môi thu hồi.
Những lưu ý khi sử dụng máy cô quay chân không:
- Trong quá trình bay hơi, bình thủy tinh dùng cho cô quay có thể phát nổ nếu ban đầu có những vết rạn nứt.
Với các tạp chất không ổn định như ete chứa peroxit, azides hữu cơ, acetylides và hợp chất nitro có chứa phân tử có năng lượng biến dạng, nguy cơ xảy ra vụ nổ là rất cao.
- Không để quần áo, tóc,… mắc vào các bộ phận quay của máy.
Khi làm việc với các vật liệu phản ứng với không khí, cần phải hết sức cẩn trọng Ngay cả một rò rỉ nhỏ cũng có thể dẫn đến việc không khí xâm nhập vào hệ thống, gây ra nguy cơ nổ.
Hiện tượng dính chùm có thể dẫn đến việc mất mát một số mẫu không mong muốn, chẳng hạn như sự kết hợp giữa ethanol và nước, trong đó một phần dung môi mà người ta muốn giữ lại lại bị mất đi.
Quy trình sử dụng máy cô quay chân không:
Tính cấp thiết của đề tài
Mô hình tháp chưng cất được sử dụng phổ biến trong các nhà máy hóa chất nhờ vào tính linh hoạt trong thiết kế và dễ dàng lắp đặt Tuy nhiên, mô hình này không phù hợp cho phòng thí nghiệm do yêu cầu không gian lớn và thiết bị cồng kềnh, cũng như chỉ có thể tách một chất cụ thể Ngược lại, máy Cô – quay khắc phục những nhược điểm này, là lựa chọn lý tưởng cho các nghiên cứu, thực tập và giảng dạy trong phòng thí nghiệm.
Hiện nay, nhu cầu sử dụng thiết bị trong các phòng thí nghiệm tại Việt Nam, đặc biệt trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm, dược phẩm và mỹ phẩm, đang gia tăng Tuy nhiên, giá thành sản phẩm nhập khẩu từ nước ngoài thường rất cao, dao động từ 50.000.000 đến 180.000.000 VNĐ, khiến cho việc đầu tư thiết bị trở nên khó khăn cho các cơ sở giáo dục và nghiên cứu Do đó, việc thiết kế và tính toán nhằm giảm giá thành xuống từ 2 đến 3 lần so với thị trường là cần thiết, đồng thời đảm bảo phù hợp với điều kiện môi trường và khí hậu của Việt Nam, từ đó giúp các cơ sở có thể trang bị đầy đủ "Máy cô quay" cho sinh viên và nghiên cứu sinh.
Giới thiệu đề tài
Nghiên cứu và tính toán máy cô quay chân không với công suất phù hợp cho phòng thí nghiệm là một chủ đề quan trọng Thiết bị này có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như hóa học, sinh học và dược phẩm Bài viết cũng giới thiệu công nghệ chưng cất và chiết xuất, cùng với các lý thuyết liên quan đến công nghệ gia nhiệt và làm lạnh, giúp hiểu rõ hơn về quy trình và hiệu quả của các phương pháp này trong nghiên cứu và sản xuất.
- Hệ thống làm lạnh: nghiên cứu, tính toán lưu lượng của chất tải lạnh, công suất máy nén, năng suất làm lạnh nước cho giàn sinh hàn.
- Hệ thống gia nhiệt: nghiên cứu, tính toán nhiệt độ, phương pháp giữ nhiệt, hệ thống điều khiển nhiệt độ yêu cầu.
- Máy hút chân không: nghiên cứu, tính toán công suất của bơm, hệ thống điều khiển áp suất để đạt được yêu cầu.
- Giàn sinh hàn: nghiên cứu, tính toán ngưng tụ bằng ống lồng lò xo theo phương pháp trao đổi nhiệt.
- Động cơ quay chính: công suất động cơ, số vòng quay tối đa.
Yêu cầu thiết kế
Máy cô quay chân không được thiết kế đặc biệt cho phòng thí nghiệm, đảm bảo đáp ứng đầy đủ nhu cầu của người sử dụng Với thiết kế đơn giản, thiết bị này dễ dàng lắp đặt, vận hành, cũng như bảo trì và sửa chữa khi cần thiết.
Độ chân không của máy cần đạt yêu cầu theo bảng 1.1, với áp suất tuyệt đối thấp nhất để đun sôi các chất Cụ thể, độ chân không tuyệt đối cần thiết là Pct = 5 mbar.
Bảng 1.1: Áp suất tuyệt đối để đun sôi các chất ở nhiệt độ 50 o C.
Tên chất Công thức hóa học Áp suất (mbar)
Nhiệt độ bể gia nhiệt cần đạt 50°C để đảm bảo các hóa chất không mất đi tính chất đặc trưng và cho phép tách chất cần thiết mà không bị biến chất Thời gian gia nhiệt yêu cầu là 4 phút, với chênh lệch nhiệt độ khi sử dụng là ±1°C.
- Công suất làm lạnh 300 (W) tại nhiệt độ nước là 10 ( C ) và cố định tại nhiệt độ này.
Tính toán và thiết kế bể gia nhiệt
Yêu cầu về thông số cần thiết cho bể gia nhiệt
- Thể tích bể chứa: 5 (lít), mực nước 3 (lít), m = 2,991 (kg)
- Bể chứa làm bằng Nhôm.
- Áp suất khí trời: 1 (atm).
Để đun nước từ nhiệt độ phòng 25 độ C (t = 298,15 K) đến nhiệt độ yêu cầu 50 độ C (t = 323,15 K), chúng ta cần tăng nhiệt độ thêm 25 K Nhiệt lượng Q cần thiết để đạt được nhiệt độ này được tính theo định luật Joule-Lenz.
Nhiệt lượng để làm nóng được bể chứa bằng Nhôm là:
- c: nhiệt dung riêng (J/kg.K), nhiệt dung riêng của nước c = 4 200 (J/kg.K), nhiệt dung riêng của nhôm c = 880 (J/kg.K).
- t: độ chênh lệch nhiệt độ (K)
Tổng nhiệt lượng cần thiết để nhiệt độ đạt yêu cầu:
Bể chứa có kích thước chiều dài 286 mm, chiều rộng 183 mm và chiều cao 82 mm, với thể tích khoảng 5 lít Bể được bọc bằng bạc cách nhiệt hai lớp, giúp hạn chế nhiệt bị mất qua bề mặt thoáng, bao gồm cả phần tiếp xúc với bình quay và phần bên ngoài Khi nhiệt độ cung cấp đủ để bình quay sôi, lượng nhiệt mất đi từ bề mặt thoáng sẽ duy trì ở mức ổn định do sự trao đổi nhiệt với môi trường.
Công suất P của điện trở, được xác định bởi nhiệt lượng Q tỏa ra trong một giây, phụ thuộc vào việc sử dụng đúng hiệu điện thế định mức 220V Theo định luật bảo toàn năng lượng, công suất cần thiết để cung cấp nhiệt cho bể được tính toán dựa trên yếu tố này.
- Vậy điện trở cần thiết là khoảng 1500 (W) để đáp ứng yêu cầu gia nhiệt Có thể dùng dây mai so hoặc mâm nhiệt với công suất tương ứng.
Nhiệt lượng tổn thất qua bề mặt thoáng:
- : hệ số tỏa nhiệt của nước ở 50°C là 24,4 (W / (m K) ) 2
- F: diện tích bề mặt, F = 52338 (mm ) 2
- t : nhiệt độ chênh lệch giữa nước và không khí, t 25 (K)
Năng lượng tổn thất qua bề mặt thoáng là 32 Joule trên giây, tương đương với 32 Joule trong 1 giây Để đáp ứng yêu cầu thiết kế với chênh lệch nhiệt độ 1°C, nhiệt lượng cần thiết để làm nóng nước lên 49°C được tính là 329076 Joule Do đó, chênh lệch nhiệt lượng cần thiết để đạt được nhiệt độ mong muốn là một yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống.
Dùng cảm biến nhiệt độ Pt100 loại dây, chiều dài cảm biến 30 (mm), đường
Bộ chuyển đổi tín hiệu HCRM01 được thiết kế để kích hoạt relay khi nhiệt độ đạt 50°C (±1°C), cho phép dòng điện chạy trực tiếp vào điện trở đun nước Sau 47 giây, khi nhiệt lượng tổn thất đạt khoảng 1500J, relay sẽ dừng hoạt động trong 1 giây để điện trở có thể cung cấp 1500J cho nước Chu kỳ này sẽ lặp lại liên tục, đảm bảo quá trình đun nước hiệu quả.
Hình 2.1: Bộ điều khiển nhiệt độ bể gia nhiệt
Tính toán và thiết kế hệ thống lạnh
2.2.1 Giới thiệu về yêu cầu của hệ thống lạnh
Máy cô quay chân không sử dụng sinh hàn xoắn để chuyển đổi hơi từ bình quay thành chất lỏng tại bình hứng Để đạt được quá trình hóa hơi thành lỏng, nhiệt độ nước trong sinh hàn xoắn cần duy trì ở mức 10°C Để đáp ứng yêu cầu này, hệ thống lạnh được thiết kế với máy nén 1 cấp, với nhiệt độ dàn bay hơi khoảng 0°C.
Năng suất lạnh (nhiệt lượng trao đổi) của thiết bị được tính theo biểu thức:
- Q : Năng suất lạnh của thiết bị (W) 0
- F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, F = 0,013 (m ) 2
- t: Hiệu nhiệt độ trung bình logarit, t = 25 (K).
Hệ số truyền nhiệt k xác định theo biểu thức: v 1 2
- 1 : Hệ số tỏa nhiệt môi chất lạnh (W / m K 2 ), với 1 = 21000 ( W / m K 2 )
- 2 : Hệ số tỏa nhiệt phía chất tải lạnh (W / m K 2 ), với 2 = 1000 ( W / m K 2 )
- v , v : Chiều dày vách ngăn là 0,51.10 3 (m); Hệ số dẫn nhiệt nhiệt của ống đồng 380 (W / mK).
- 1 , 1 : chiều dày 0,001.10 3 (m); Hệ số dẫn nhiệt của lớp cặn bẩn phía môi chất lạnh (R134a) là 0,0832 (W / mK).
- 2 , 2 : chiều dày 0,002.10 3 (m); Hệ số dẫn nhiệt của lớp cặn phía chất tải lạnh (nước) là 0,593 (W / mK).
Môi chất lạnh có nhiệm vụ là mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp đưa ra môi trường có nhiệt độ cao.
Môi chất lạnh có nhiều loại với các tính chất và đặc điểm riêng, trong đó R134a là một trong những lựa chọn phổ biến R134a có độ hoàn thiện nhiệt động cao, chỉ thua R12 và R22, và được sử dụng rộng rãi cho máy lạnh một cấp trong điều hòa không khí Đặc biệt, R134a là môi chất thân thiện với môi trường vì không chứa Cl trong thành phần hóa học, do đó không gây hại cho tầng ozon khi bị rò rỉ Ký hiệu "a" trong R134a chỉ ra rằng đây là một đồng phân của C2H4F2.
- Công thức hóa học: CH F CF 2 3
- Tính chất về nhiệt động:
+ Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển thấp: p = 1,013 (bar); t = -26,2 ( o C ).
+ Ở nhiệt độ môi trường áp suất ngưng tụ vừa phải: t = 40 ( o C ); p = 10,1761 (bar).
+ Nhiệt độ tới hạn tương đối cao: t = 101,15 ( th o C ); p = 40,46 (bar) th
+ Nhiệt độ đông đặc điểm 3 pha thấp.
+ Nhiệt ẩn hóa hơi tương đối lớn, ví dụ r = 269,2 (kJ/kg) tại -15 ( o C ).
+ Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải.
R134a có độ nhớt rất thấp, nhỏ hơn không khí, cho phép nó rò rỉ qua các khe hở mà không khí không thể đi qua Mặc dù độ nhớt của R134a lớn hơn một chút so với nitơ, nhưng để kiểm tra độ kín, cần sử dụng nitơ khô.
- Tính chất về hóa học:
R134a không gây nổ, nhưng khi gặp nhiệt độ cao, nó phân hủy thành các chất cực kỳ độc hại như HF Do đó, cần nghiêm cấm sử dụng các vật có nhiệt độ bề mặt cao trong phòng máy để đảm bảo an toàn.
+ Dầu bôi trơn chuyên dụng; khối lượng riêng của dầu nhỏ hơn khối lượng riêng của lỏng R134a (Ví dụ tại -15 ( o C ) lỏng R134a có khối lượng riêng là 1428,57
(kg / m )), độ hòa tan dầu bôi trơn phụ thuộc vào loại dầu, thường dùng dầu 3 polyolester POE, polyalkylenglycol PAG hoặc polygycol PG để có thể hòa tan dầu.
+ Không ăn mòn kim loại; R134a là môi chất bền vững về mặt hóa học.
+ Không hòa tan được nước; do đó có thể tách nước ra khỏi R134a bằng các chất hút ẩm thông dụng.
+ Khi rò rỉ khó phát hiện: R134a không màu, không mùi, không vị.
+ Khi rò rỉ không làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh.
2.2.3 Chọn các thông số của chế độ làm việc
Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh đặc trưng bằng 4 nhiệt độ sau:
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t 0
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t k
- Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu t ql
- Nhiệt độ hơi hút về máy nén (nhiệt độ quá nhiệt) t qn
2.2.3.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh:
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc nhiệt độ buồng lạnh Có thể lấy như sau:
- t : là nhiệt độ cần sử dụng b t = 10 ( b o C )
- t 0 : hiệu nhiệt độ yêu cầu
Hiệu nhiệt độ được coi là tối ưu t 0 = 813 ( o C ), nên có thể chọn t0
Nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất lạnh chịu ảnh hưởng bởi môi trường làm mát và nhiệt độ của chất tải nhiệt trong thiết bị ngưng tụ Đối với dàn ngưng tụ giải nhiệt gió, hiệu nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh và không khí là yếu tố quan trọng cần xem xét.
1015 ( o C ) Vậy nhiệt độ ngưng tụ t = 40 ( k o C ).
Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén và luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất Việc quá nhiệt hơi hút nhằm bảo vệ máy nén tránh hút phải lỏng, với mức độ quá nhiệt khác nhau tùy thuộc vào loại môi chất và máy nén Đối với máy lạnh sử dụng freôn, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp, độ quá nhiệt hơi hút thường được chọn cao, khoảng 20-25°C cho môi chất freôn.
Nhiệt độ quá lạnh là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng cao.
Do quá trình lạnh lỏng diễn ra trong thiết bị hồi nhiệt, nhiệt thải ra từ môi chất lỏng chính là lượng nhiệt mà hơi môi chất nhận được sau khi bay hơi.
Từ nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ quá nhiệt.
Tra cứu đồ thị logp-i của môi chất R134a cho thấy tại nhiệt độ t = 0 °C, enthalpy i là 404 kJ/kg Tại nhiệt độ t = 20 °C, enthalpy i' là 421 kJ/kg, do đó, sự chênh lệch enthalpy Δi là 17 kJ/kg Khi nhiệt độ ngưng tụ đạt 40 °C, giá trị enthalpy i giảm xuống còn 256 kJ/kg.
Gọi i là entanpi của điểm quá lạnh ' 3
Với i ' 3 239 (kJ/kg) tra đồ thị logp-i của R134a ta được t = 28 ( ql o C )
Các thông số của hệ thống được trình bày ở bảng sau:
Bảng 2.1: Các thông số của chế độ làm việc hệ thống lạnh.
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, t 0
Nhiệt độ ngưng tụ, t k Nhiệt độ quá nhiệt, t qn
Nhiệt độ quá lạnh, t ql
Chế độ làm lạnh của hệ thống lạnh: t = 0 (0 o C ) p = 2,9 (MPa)0 t = 40 (k o C ) p = 10,1 (MPa)k t o C ) t = 28 (ql o C )
Ta có tỷ số nén k 0 p p =
2.2.4.1 Sơ đồ chu trình biểu diễn trên đồ thị (logp-i)
Hình 2.2: Chu trình biểu diễn trên đồ thị logp-i
Hình 2.3: Sơ đồ chu trình lạnh một cấp
Hệ thống lạnh hoạt động dựa trên chu trình tuần hoàn của môi chất Đầu tiên, hơi môi chất sinh ra từ thiết bị bay hơi được máy nén hút vào, nén lên áp suất cao và đẩy qua trạng thái 2 Tại thiết bị ngưng tụ, môi chất được ngưng tụ thành lỏng và giải nhiệt ở trạng thái 3 Sau đó, lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu, giảm áp suất và nhiệt độ trước khi vào trạng thái 4 Môi chất lỏng ở nhiệt độ và áp suất thấp được đưa vào thiết bị bay hơi, nơi nó thu nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và chuyển đổi thành hơi, trở về trạng thái 1 Máy nén tiếp tục hút hơi môi chất để khởi động chu trình mới.
Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình:
1 – 2: Quá trình nén đoạn nhiệt từ áp suất p lên áp suất 0 p k
2 – 2’: Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hòa khô.
3 – 3’: Quá lạnh môi chất đẳng áp.
3’ – 4: Quá trình tiết lưu đẳng Entanpi.
4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp.
12 : máy nén nén hơi môi chất có nhiệt độ thấp (t ), áp suất thấp ( 0 p ) lên nhiệt 0 độ cao (t ), áp suất cao ( k p ) k
23: hơi môi chất có nhiệt độ cao (tk), áp suất cao (p ) ngưng tụ trên dàn ngưng k thành trạng thái lỏng sôi.
34: Môi chất tiết lưu đẳng entanpi xuống áp suất thấp p 0
41: Môi chất qua dàn bay hơi, nhận nhiệt từ nước hóa hơi đi vào máy nén.
Bảng 2.2: Bảng thông số chu trình lạnh
2.2.5 Tính toán chu trình lạnh
Năng suất lạnh là lượng lạnh mà 1 kg môi chất lạnh lỏng ở áp suất và nhiệt độ cao sản sinh ra sau khi đi qua van tiết lưu và hoàn toàn bay hơi trong thiết bị bay hơi, chuyển thành hơi bão hòa khô tại nhiệt độ và áp suất bay hơi.
- i : là entanpi của hơi (bão hào) sau khi ra khỏi dàn lạnh ' 1
- i : là entanpi của môi chất sau khi qua van tiết lưu 4
2.2.5.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén
2.2.5.3 Năng suất thể tích thực tế của máy nén
2.2.5.4 Hệ số cấp của máy nén
Ta có tỷ số nén k 0 p p =
10,1 2,9 = 3,48 Tra đồ thị hình 7-4 [1] nên suy ra = 0,85
Là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết.
i: Là hiệu suất chỉ thị i w b.t0
- b: là hệ số thực nghiệm b = 0,001
- w : là hệ số tổn thất không thấy được
Công suất ma sát trong máy nén được tạo ra từ sự ma sát giữa các chi tiết chuyển động Công suất này chịu ảnh hưởng bởi kích thước và chế độ hoạt động của máy nén.
Ta có: N ms V P tt ms
- P : áo suất ma sát riêng, đối với máy nén freon ngược dòng ms
Công nén được xác định bằng cách tính toán tổn thất ma sát giữa các chi tiết của máy nén, bao gồm pittong - xi lanh, tay biên - trục khuỷu và ắc pittong Đây là giá trị công được đo trên trục khuỷu của máy nén.
Công suất điện N là giá trị công suất được ghi trên bảng đấu điện, bao gồm cả các tổn thất trong quá trình truyền động, như tổn thất ở khớp và đai Nó cũng phản ánh hiệu suất chính của động cơ điện.
Ta có: e el td el
- td : là hiệu suất truyền động đai, td = 0,95
- el : là hiệu suất động cơ, el 0,8 0,95 , ta chọn el 0,95
2.2.5.11 Công suất động cơ lắp đặt Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn N Tùy theo tình hình cụ thể có thể chọn động cơ lắp đặt lớn hơn công suất tính el toán từ 1,1 đến 2,1 lần Đối với các máy lạnh nhỏ, chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới không ổn định, có thể chọn hệ số an toàn cao đến 2,1 hoặc lớn hơn Vì thế ta chọn hệ số an toàn là 1,5. dc el
2.2.5.12 Phụ tải nhiệt dàn ngưng
Tính toán và thiết kế chọn bơm chân không
2.3.1 Các thông số làm việc của máy bơm
- Định nghĩa: Lưu lượng của bơm là lượng lưu chất mà máy cấp được trong một đơn vị thời gian.
- Thứ nguyện: đơn vị thể tích/đơn vị thời gian (m 3 /s).
Cột áp của máy bơm được định nghĩa là mức tăng năng lượng mà một đơn vị trọng lượng chất lỏng nhận được khi đi qua máy bơm, từ lúc vào đến lúc ra.
- Công thức xác định: H = Er - Ev
- Trong đó: αv, αr: Hệ số vận tốc dòng chảy khi vào và khi ra khỏi máy bơm
Ev, Er: Năng lượng đơn vị dòng chảy khi vào và khi ra của máy bơm
Pr, vr, Zr: Áp suất, vận tốc và cao độ dòng chảy khi ra khỏi máy bơm
Pv, vv, Zv: Áp suất, vận tốc và cao độ dòng chảy khi vào máy bơm Γ: Trọng lượng riêng g – Gia tốc trọng trường.
- Định nghĩa: Toàn bộ độ gia tăng năng lượng mà dòng chảy nhận được khi đi qua bơm trong một đơn vị thời gian gọi là công hữu ích.
H: Cột áp của bơm (m). γ: Trọng lượng riêng của không khí (N/m3).
Công suất trên trục bơm
Công suất trên trục được định nghĩa là tổng năng lượng mà đầu bơm tiêu thụ để máy bơm có thể bơm được lưu lượng Q và đạt cột áp toàn phần H.
(W) với η hiệu suất của bơm, k hệ số an toàn
2.3.2 Tính công suất cần thiết của bơm
Yêu cầu: Áp suất hút cực đại Pmax = 5 (mbar). Đường kính ống vào d = 30 (mm). Đường kính ống ra d = 8 (mm).
Pr: áp suất ra bằng với áp suất khí trời Pr = 1 (bar).
Pv: áp suất vào bằng với áp suất hút cực đại Pv = Pmax = 5 (mbar). γ: khối lượng riêng của không khí γ = 1,225.g = 1,225.9,8 = 12,005 (N/m 3 ). α = 1 (chảy rối).
Kiểu bơm Model Nhà sản xuất
Công suất Điện áp sử dụng Độ chân không Kích thước
Bơm chân không V – 300 Buchi 180 W 110 – 240 V 5 mbar 200x321x291 mm
Thiết kế bộ ngưng tụ dạng ống lò xo
Hình 2.4: Bộ ngưng tụ dạng ống lò xo
- 3: Ống dẫn dạng lò xo.
2.4.2 Nguyên lý ngưng tụ - hứng mẫu
Khi dung dịch được đun sôi, hơi nước sẽ bay lên bình ngưng tụ, nơi có ống dẫn dạng lò xo chứa nước lạnh (10 °C) Hơi nước gặp nhiệt độ thấp sẽ ngưng tụ trên ống lò xo và rơi xuống bình hứng mẫu Đầu cấp hóa chất cho phép bổ sung hóa chất mà không cần tắt máy, giúp quy trình diễn ra liên tục và hiệu quả.
Do áp suất trong hệ thống thấp hơn áp suất môi trường, khi mở đầu cấp hóa chất, hóa chất sẽ được hút vào bình Cô-quay nhờ sự chênh lệch áp suất.
2.4.3 Ưu và nhược điểm Ưu điểm:
- Hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn giúp ngưng tụ nhanh môi chất.
- Có kết cấu thẳng đứng nên khả năng bám bẩn ít hơn dễ vệ sinh hơn.
- Phương pháp chế tạo tương đối phức tạp.
Bảng 2.4: Bảng thông số dàn ngưng tụ dạng ống lò xo
Vật liệu Tiêu chuẩn Đường kính ngoài Đường kính trong Diện tích làm lạnh
Dàn ngưng tụ dạng ống lò xo
Tính toán và thiết kế motor điện để quay bình cô quay
Yêu cầu tải trọng cho bình cầu có đường kính 140mm chứa dung dịch 3 kg là tốc độ quay tối đa của trục bị dẫn là 90 vòng/phút và tốc độ quay của trục động cơ là 180 vòng/phút.
Momen quán tính của trục bị dẫn:
(kg.m 2 ) Momen xoắn trên trục bị dẫn:
Mx I. 9,8.10 10 98 (N.mm) Công suất cần thiết cho động cơ: x ct 6
- n: số vòng quay động cơ tính bằng vòng/phút
- η: hiệu suất của bộ truyền đai η = 0,95
Bảng 2.5: Bảng các thông số động cơ.
Kiểu động cơ model Lực kéo moment tối đa
Công suất Điện áp sử dụng Dòng tải tối đa
Tốc độ sau hộp giảm tốc Động cơ servo giảm tốc
JGP37-520 5 Kg.cm 12 W 12VDC 1A 250 vòng/phút
2.5.2 Thiết kế bộ truyền đai
Chọn đai vải cao su loại A
2.5.2.2 Xác định đường kính bánh đai Đường kính bánh đai nhỏ
(m/s) Đường kính bánh đai lớn
(mm) Kiểm tra số vòng quay n2
: Hệ số trượt đai vải cao su = 0,01
Trên lệch tương đối của số vòng quay n2 = 1%
2.5.2.3 Định khoảng cách trục A và chiều dài đai L
(mm) Để nối đai cần tăng thêm chiều dài đai 100 ÷ 400 (mm)
2.5.2.4 Kiểm nghiệm góc ôm trên bánh nhỏ
Góc ôm đai α1 trên bánh nhỏ
2.5.2.5 Xác định tiết diện đai
Chọn bề dày đai δ theo tiêu chuẩn: δ = 4,5 (mm)
Xác định bề rộng dây đai p 0 t v b b P
- p 0 : Trị số ứng suất có ích cho phép của đai dẹt p 0 = 2,1 (N/mm 2 )
- C t : Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng Máy làm việc một ca
- C : Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm C = 0,97.
- C v : Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc C v = 1,03.
- C b : Hệ số xét đến sự bố trí bộ truyền C b = 1,0. b 23 2, 43
(mm) Chọn b = 20 theo tiêu chuẩn.
2.5.2.6 Xác định chiều rộng bánh đai
Chiều rộng bánh đai B xác định dựa trên chiều rộng dây đai b
2.5.2.7 Xác định lực căng và lực tác dụng lên trục
C 573.(125.2000) 0,323825 (N) Lực tác dụng lên trục
Chọn ổ bi SKF đỡ chặn một dãy.
Bảng 2.6: Bảng thông số ổ lăn.
Vận tốc giới hạn Vòng/phút
Kiểm tra hệ số khả năng làm việc C của ổ lăn
- n: Số vòng quay 125 (vòng/phút).
- h: Thời gian làm việc h = 2000 (giờ).
S 1,3.R tan 1,3.15.tan 40 16,4 (N) Tải trọng tương đương Q v i n t
- Kv: Hệ số xét đến vòng nào của ổ là vòng quay Kv = 1.
- m: hệ số chuyển tải trọng dọc trục về tải trọng hướng tâm m = 0,46.
- Kn: Hệ số nhiệt độ Kn = 1,05
- Kt: Hệ số tải trọng Kt = 1.
Thiết kế giá đỡ cho cụm chi tiết motor, bộ ngưng tụ, bình cô mẫu và bình hứng mẫu
Hình 2.5: Cụm giá đỡ cho motor, bộ ngưng tụ, bình cô mẫu và bình hứng mẫu
Bảng 2.7: Bảng kê các chi tiết cho cụm giá đỡ
Tên chi tiết Vật liệu
2 Ống dẫn Thủy tinh BORO 3.3
6 Chốt đỡ cụm máy Thép C45
9 Que đỡ Thủy tinh BORO 3.3
Bộ ngưng tụ được cố định chủ yếu nhờ vào nắp vỏ, tuy nhiên để giảm tải trọng và tăng độ chắc chắn, cần bố trí thêm que đỡ liên kết với bình qua đai xiết Que đỡ giúp tránh nứt gãy do tác động bên ngoài Dàn ngưng tụ và ống dẫn hơi quay tương đối với nhau nhờ vòng chắn, trên đó có khe hở để tra dầu, giảm ma sát hiệu quả.
2.6.2 Chọn bình cô và bình hứng mẫu
Bảng 2.8: Thông số bình cô và bình hứng mẫu.
Vật liệu Tiêu chuẩn Đường kính Chiều cao
Thiết kế hệ thống điện điều khiển
2.7.1 Bộ điều tốc động cơ điện 1 chiều
Mạch điều tốc sử dụng IC 555 gồm các linh kiện sau:
- Điện trở: 1 con 220 Ohm, 1 con 10000 Ohm, 1 con 1000 Ohm
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện tử điều tốc
Khi cấp nguồn cho động cơ, dòng điện sẽ di chuyển từ nguồn qua động cơ và đi qua mosfet Q1 về Mass Khi mosfet Q1 dẫn điện, động cơ sẽ hoạt động, và khi mosfet Q1 ngắt, động cơ sẽ dừng lại.
Nguồn 12V đi qua điện trở R1, diode D2, biến trở RV1 và tụ C1, sau đó trở về Mass Trong quá trình này, tụ C1 được nạp và tích điện trong khoảng thời gian t1, dẫn đến tín hiệu ra của mạch.
IC 555 chân 3 sẽ ở áp mức cao đi qua R3 đưa vào mosfet để động cơ hoạt động.
- Sau khoảng thời gian nạp t1, tụ C1 bắt đầu xả qua biến trở RV1 qua diode D1 vào IC 555 xuống mass thì tín hiệu ra của IC 555 sẽ ở áp mức thấp.
Quá trình nạp và xã liên tục tạo ra xung vuông, và khi điều chỉnh biến trở, xung vuông cũng thay đổi, dẫn đến sự thay đổi tốc độ động cơ Nếu biến trở có giá trị nhỏ, động cơ sẽ quay chậm hơn.
Mạch trên có thể giảm biến trở về 5% vậy tốc độ quay tối thiểu của động cơ là: min 5% max 5%.250 12,5 v v (vòng/phút).
Giới thiệu phần mềm Inventor
3.1.1 Phần mềm Inventor là gì
Autodesk Inventor là phần mềm chuyên dụng cho việc xây dựng mô hình 3D, thiết kế và kiểm tra ý tưởng sản phẩm Phần mềm này cho phép tạo ra các nguyên mẫu mô phỏng chính xác về khối lượng, áp lực, độ ma sát và tải trọng của các đối tượng trong môi trường 3D Với các công cụ mô phỏng và phân tích tích hợp, Inventor hỗ trợ người dùng thiết kế từ khuôn đúc cơ bản đến các chi tiết máy phức tạp, đồng thời giúp trực quan hóa sản phẩm một cách hiệu quả.
3.1.2 Ứng dụng của Inventor đối với đề tài Đối với đề tài máy Cô – quay phần mềm Inventor giúp ích trong việc:
Tối ưu hóa thiết kế giúp tăng tốc độ hoàn thiện các chi tiết, giảm thiểu lỗi phát sinh và cho phép kiểm tra thiết kế mà không cần thực hiện lại toàn bộ quy trình.
- Mô phỏng được quá trình vận hành giúp người đọc, người xem có thể dễ dàng hiểu về nguyên lý hoạt động của máy.
- Kiểm tra được độ bền của các chi tiết Tối ưu thiết kế một cách nhanh chống.
Các bước mô phỏng 3D máy cô quay trên phần mềm Inventor
Bước 1: Vẽ các chi tiết dưới dạng 3D.
Bước 2: Ràng buộc các chi tiết.
- Sử dụng các ràng buộc trong hộp thoại Constrain.
Bước 3: Mô phỏng nguyên lý hoạt động.
- Vào môi trường Environments => Inventor Studio => điều chỉnh Animation Timeline để mô phỏng chuyển động.
Bước 4: Mô phỏng lắp ráp.
- Insert model => Tiến hành tháo lắp và mô phỏng.
Kiểm tra và đánh giá kết quả thực tế
3.3.1 Kiểm tra độ bền ống thông hơi
Hình 3.1: Chi tiết ống thông hơi
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật ống thông hơi
Tên chi tiết Ống thông hơi
Vật liệu Thủy tinh BORO 3.3
Thể tích 25459,6 mm 2 Ứng suất uốn cho phép 33 MPa Ứng suất kéo cho phép 33 MPa
TCVN 11559:2016 Kết quả kiểm tra độ bền khi tác dụng một lực 50 N (tương đương 5Kg cho ống).
Hình 3.2: Kiểm tra ứng suất uốn
Hình 3.4: Kiểm tra ứng suất kéo
Hình 3.5: Kiểm tra chuyển vị
Hình 3.6: Kiểm tra hệ số an toàn
3.3.2 Đánh giá kết quả thiết kế
- Ứng suất uốn = 0,147 MPa < = 33 (MPa)
- Ứng suất kéo = 0,022 MPa < = 33 (MPa)
Suy ra: Từ kết quả trên ống dẫn hơi thiết kế đủ bền để tải trọng khối lượng từ bình cô.
Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu thực tế và catalog của nhà sản xuất, chúng tôi đã hoàn thành việc tính toán các thiết bị cơ bản, bao gồm việc sử dụng phần mềm hỗ trợ để tính bền cho chi tiết bằng thủy tinh Đề tài luận văn tốt nghiệp “Tính toán, thiết kế máy cô quay dùng cho phòng thí nghiệm” đã tích hợp nhiều kiến thức từ hệ thống gia nhiệt, hệ thống lạnh, động cơ quay bình cô đến máy bơm chân không Qua đó, chúng tôi đã nắm vững kiến thức nền về thiết bị phức hợp này Kết quả tính toán đều nằm trong giới hạn cho phép, và khi xác định các thông số cần thiết, chúng tôi có thể lựa chọn thiết bị trên thị trường đảm bảo đủ công suất theo tính toán.
Kiến nghị
Nghiên cứu tối ưu hóa năng lượng cho toàn bộ hệ thống là cần thiết, vì mọi thiết bị đều tiêu thụ điện Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và kiến thức, chúng tôi không thể đi sâu vào vấn đề năng lượng trong bài viết này.
Cần phát triển mô hình thiết kế chi tiết hơn trên phần mềm mô phỏng 3D, đồng thời thực hiện tính toán độ bền và dự đoán thời gian bảo trì, bảo dưỡng thiết bị.
Tính toán chi tiết hơn từng thiết bị, từng bước làm chủ tất cả chi tiết cấu thành thiết bị.
Mặc dù chúng em đã nỗ lực tìm hiểu tài liệu và thực tế, luận văn tốt nghiệp này vẫn còn những thiếu sót do kiến thức thực tế hạn chế Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo và giúp đỡ từ các thầy, cô để có thể khắc phục những thiếu sót này và học hỏi thêm kinh nghiệm quý báu cho công việc sau này.
