Разделив переменные и проинтегрировав в пределах от 0 до δл получим расчетное выражение, определяющее время намораживания льда (в с) у охлаждаемой плоской стенки (10):
τ = ρ
{ δл + λл •(θ0 — t2) ln
[ 1- δл
]} (tпр — θ0) • α1 α1 • (tпр — θ0) δл max где δл max — максимальная толщина льда, определяемая из выражения (3).
Если температура воды t ω = О. то время намораживания льда (в с) у плоской стенки находят из выражения (11), которое получают так же, как и выражение (10)
τ = ρ • δл
(δл + δм + 1
) (θ0 — t2) 2 λл λм α2 Таким же образом получают расчетную формулу (12) для времени намораживания льда (в ч) в воде, температура которой у внутренней поверхности охлаждаемой трубы составляет 0 °C, т. е.
τ = ρ
{ ri2 ln ri' ;
(1 + 1 ln rа + 1
)} • [(ri')2 — ri2 2 • (θ0 — t2) λл ri 2 λл λм ri rа • α2 Формула (13) для определения времени намораживания льда на наружной поверхности охлаждаемой трубы имеет следующий вид:
τ = - ρ
{ ri' ln ri' ;
(1 — 1 ln rа — 1
)} • (ri2 — rа2) 2 • с λл rа 2 λл λм ri rа • α2 где ri' - радиус поверхности льда, омываемой водой; rа — наружный радиус трубы; ri — внутренний радиус трубы.
Рис. 3 Процесс теплопередачи и льдообразования снежного льда ледогенератора.
Приведенные выше расчетные зависимости процесса намораживания льда у охлаждаемых плоской и цилиндрической стенок позволяют произвести тепловой расчет различных типов льдогенераторов, водоохладителей и других охладителей жидкости, у теплопередающей поверхности которых происходит переход жидкой фазы в твердую. С их помощью можно прогнозировать интенсификацию или замедление процесса намораживания льда.
Для упрощения выводов предполагаем, что теплопередающая втулка ледогенератора имеет цилиндрическую форму. Тогда условия теплопередачи и льдообразования в ней могут быть представлены следующей схемой (рис. 3).
Вода поступает в аппарат через сечение 0 с температурой (t1)0 и охлаждается в первой зоне 0 — 1 до температуры (t1)1, при которой температура поверхности стенки в сечении снижается до 0 °C. Значение температуры (t1)1находят из выражения (3), приравняв δл max к нулю. Протяженность этой зоны и охлаждение в ней воды определяют по обычным формулам теплопередачи.
Вторая зона I — II характеризуется тем, что у ее теплопередающей стенки намораживается лед. Причем толщина его возрастает с понижением температуры воды и в конечном сечении II значение δл max достигает величины зазора между резцом и втулкой. Тепловой поток, вызывающий охлаждение жидкости, циркулирующей в аппарате, ql = [(t1)cp — θ0 ] • α1
Нижнюю границу II данной зоны находят по значению температуры воды (t)п которую предварительно определяют из выражения (3) при величине зазора между резцом и втулкой δл max= ∆. Коэффициент теплопередачи для этой зоны находят из выражения (5).
В третьей зоне (II — III)) происходит намораживание льда, срезание его резцами, плавление частиц льда, поступающих в циркулирующую воду, и интенсивное охлаждение воды. Вместе с тем температура воды в этой зоне остается положительной и только в конечном сечении III зоны падает до 0 °C. Таким образом, в этой зоне вода охлаждается двумя путями: конвективным (тепловой поток ql) и за счет плавления льда, срезаемого резцами (тепловой поток q2).
Тепловой поток ql находят так же, как и для II зоны. Тепловой поток q2 = n •δл ср •ρ, где n частота вращения, cl; δл ср — средняя толщина льда, срезаемого за один оборот, находят ее из выражения (11); ρ - объемная теплота льдообразования, Дж/мЗ .
Важной особенностью охлаждения воды в этой зоне является то, что с понижением ее температуры тепловой поток ql в соответствии с разностью температур t1 — Q0 падает. В то же время тепловой поток q2 увеличивается, так как с падением температуры воды толщина срезаемого льда возрастает. В результате суммарный тепловой поток q0 == ql + q2 практически по всей длине III зоны остается постоянным и приближенно может быть рассчитан с помощью выражения
q0 == (θ0 — t2) /[(∆/ δл) + (δм/λм) + (1 / α2)].
Здесь не учитывается тепловое сопротивление толщины срезаемого льда, так как оно в ледогенераторах снежного льда при n = 3 c-1 не превышает сотых долей миллиметра. В то же время зазор между резцом и втулкой составляет около 0,5−0,8 мм.
Четвертая зона (III — IV) представляет собой интенсивный ледогенератор, температура воды в котором остается неизменной и равной 0 °C. Здесь вся теплота отводится в процессе льдообразования, в результате которого получается смесь воды и снежного льда. По мере движения смеси к выходу из ледогенератора концентрация ее возрастает.
Удельную производительность [в м3 ((м2•с)] ледогенератора IV зоны находят из выражения
ql = n •δл ср •1
где δл ср толщина срезаемого льда в этой зоне, определяемая из выражения
τв ср.= 1 = δл ср •ρ
(δл ср + ∆ + δм + 1
) n θ0 — t2 2λ λл λм α2 Если не учитывать тепловое сопротивление срезаемого льда, то удельную производительность ледогенератора [в м3/(м2•с)] можно определить с помощью выражения
qл == (θ0 — t2) / [((∆л / λл) + (δм / λм) + (l/ α2) • ρ].
При рассмотрении общего случая теплообмена в ледогенераторе снежного льда имеют место все четыре зоны. Однако одновременное их существование необязательно. В зависимости от условий теплопередачи могут отсутствовать одна, две и даже три зоны. Наличие и протяженность их можно регулировать, изменяя условия теплопередачи температуру и расход поступающей воды, температуру испарения, зазор между резцом и втулкой, частоту вращения резцов и т. д.
Используя приведенные выше формулы теплопередачи, для любого типа ледогенератора можно рекомендовать необходимый режим рациональной эксплуатации.
Затруднения могут возникнуть тогда, когда процесс льдообразования нельзя приравнять к варианту использования плоской или цилиндрической стенки например при замораживании воды в ледоформах.
В этом случае для определения продолжительности замораживания воды (в ч) используют одну из приближенных формул Р. П. Планка τ = А • b • (b +B) / t2
где b меньшая сторона ледоформы в ее верхней части; А и В коэффициенты, определяемые по соотношению сторон поперечного сечения формы Коэффициент Соотношения сторон 1 1,5 2 2,5 4 A
B 3120
0,036 4060
0,030 4540
0,026 4830
0,024 5320
0,023
Заключение
По производительности ледогенераторы подразделяют на большие производительностью 1000 кг/ч и более, средние менее 1000, но более 100 кг/ч, малые менее 100, но более 10 кг/ч и мелкие менее 10 кг/ч, в том числе ледогенераторы со встроенными льдохранилищами и миниледогeнераторы (производительностью 1 кг/ч), которые обычно входят в состав домашних холодильников.
Привел расчеты по:
— тепловой поток от воды к поверхности льда
— условиям намораживания льда,
— время намораживания,
— процесс теплопередачи и льдообразования снежного льда ледогенератора.
Дал классификацию стационарных холодильников и морозильных камер хранения, которые обеспечивают хранение продуктов при средних и низких температурах.
В графической части показал ледогенератор непосредственного охлаждения и его принцип работы. льда. По конструкции ледогенераторы трубчатого льда напоминают вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Пространство между кожухом и трубками заполняют кипящим аммиаком. Вода, стекая по внутренней поверхности трубок, охлаждается, и лед намораживается в виде трубок.
Когда толщина их достигает 10−15 мм, процесс охлаждения прекращается. После этого вентиль отсоса паров из ледогенератора перекрывают, а жидкий аммиак передавливают с помощью горячих паров в специальный сборник. В следующем цикле аммиак самотеком возвращается обратно в кожух ледогенератора. Этими же парами производится оттаивание льда у трубчатой поверхности. Лед после этого опускается вниз и срезается ножом, расположенным заподлицо с нижней трубной доской ледогенератора, и попадает в бункер. При трубках диаметром 57 Х 3,5 мм время одного цикла (при продолжительности процесса оттаивания около 10 мин) составляет примерно 40 мин. Ледогенератор вырабатывает трубки льда заданной высоты и толщины. Ледогенератор полностью автоматизирован и при производительности 10 т/сут имеет следующие габаритные размеры: высоту 3,9 м, длину 2,9 м, ширину 1,9 м.
Для уменьшения потерь при оттаивании льда трубки ледогенератора делают прямыми, с гладкой внутренней поверхностью. При оттаивании следует обеспечить интенсивный обогрев нижней трубной доски, иначе удаление льда будет затруднено.
Список используемой литературы
В. Маке, Г. Ю. Эккерт, Ж.Л. кшпен. Учебник по холодильной технике, 1993 г.
Чумак И.Г., Чепурненко В. П., Чуклин С. Г. Холодильные установки. Учебник, Москва., «Легкая и пищевая промышленность», 1981 г.-344.
Большаков С. А. Холодильная техника и технология продуктов питания. Учебник М., АСАДЕМА, 2003
Цуранов О.А., Крысин А. Г. Холодильная техника и технология. Учебник СПб: Лидер, 2004
Лашутина Н.Г., Верхова Т. А., Суедов В. П. Холодильные машины и установки. М.: Колос
С, 2007
Архипцев Н. Е. Технические средства холодильной технологии. Учебное пособие М.: МУПК, 1995
Архипцев Н. Е. Совершенствование эксплуатации стационарных холодильников в потребительской кооперации. Лекция. МКИ, 1988
Архипцев Н. Е. Торговое холодильное оборудование. Лекция. Учебный комплекс потребительской кооперации. МКИ, 1990
Мещеряков Ф. Е. Основы холодильной техники и холодильной технологии. М.: Пищевая промышленность, 1985
Жадан В. З. Теплофизические основы хранения сочного растительного сырья на пищевых предприятиях. М.: Пищевая промышленность, I976.
233 с.
Архипцев Н. Е. Оборудование для предприятий кооперативной торговли. Каталог М.: Информреклама Центросоюза, 1991
Архипцев Н. Е. Средства механизации и инвентарь для кооперативной розничной торговли. Каталог. М.: Информреклама Центросоюза, 1991
Архипцев Н. Е. Технические средства холодильной технологии. Каталог, М.: ЦРИБ Главкоопторгрекламы, 1983
(2, стр.
272)
(2, стр.
291)
(2, стр.
137)
(2, стр.
138)
(2, стр.
139)
(4, стр.
52)
(2, стр.
139)
(2, стр.
140)
(2, стр.
141)
(10, стр. 82)
(2, стр.
274)
(3, стр.
272)
