Диссертация (1025426), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Охладить 2 тонны молока с +35 ˚C до +5 ˚C;

Температура воды после градирни: 1˚C;

Температура воды, поступающая в градирню: = 8˚C;

Время оттаивания ;

Задача:

Определить размеры холодоаккумуляционной градирни, время намораживания льда, время оттаивания, электропотребление.

Заготовку льда и получение ледяной воды целесообразно получать в ночные часы, так как температура окружающей среды и тарифы на электроэнергию в ночное время ниже.

1. Составим тепловой баланс:

Находим массу требуемой воды :

где – теплоемкость молока, =3885 Дж/(кг·К); – теплоемкость воды, = 4187 Дж/(кг·К).

2. Рассчитаем расход воды проходимый через аппарат:

где – расход воды через аппарат, кг/с; – время ведения процесса охлаждения воды, .

3. Проведем расчет тепловой нагрузки:

4. Находим количество льда необходимое для охлаждения 8 тонн воды:

К этому значению необходимо прибавить 10%, которые учитывают в себе различные потери холода: = 711+10% = 782 кг 800 кг

5. Рассчитываем количество аккумулирующих насадок. Примем холодоаккумуляционную насадку диаметром 40 мм. Масса льда в насадке будет составлять:

Количество насадок:

6. Определим габаритные размеры холодоаккумуляционной зоны.

Градирня будет представлять прямоугольную емкость, в которой будет находиться холодоаккумуляционная насадка, форсунки, емкость для воды, вентилятор. Для наиболее лучшего обтекания воздуха и воды насадку требуется размещать друг от друга на расстояние не менее 5 мм. Ширину и глубину градирни примем 1000 мм. При таких размерах в одном ряду будет располагаться 22 насадки, в одной плоскости 484 единиц. При таких размерах необходимо 52 плоскости. Соответственно высота холодоаккумуляционной композиции будет составлять 2300 мм. Габаритные размеры холодоаккумуляционной зоны:

Ширина – 1000 мм ; Длина – 1000 мм ; Высота – 2300 мм.

7. Произведем расчет времени, требуемый для заморозки всей холодоаккумуляционной композиции. Для этого нужно всю насадочную часть разбить на участки и решать задачу позонно, определяя в каждом случае температуру выхода воздуха, покидающую i-тую зону и эта же температура будет начальной температурой воздуха следующей зоны. В случае, если температура покидающего воздуха будет больше 272 К, то основное время заморозки увеличивается:

где – минимальная температура воздуха для ведения процесса, К; – радиус ледяной сферы, м; – координата фронта фазового превращения, м; – плотность льда, =917 кг/ ; L – теплота плавления льда, L=334 кДж/кг; – температура фазового перехода вода-лед, = 273 К; λ_л – коэффициент теплопроводности водного льда при околонулевой температуре λ_л = 2,3 Вт/м·К; – коэффициент теплоотдачи от воздуха к воде, =Nu· Вт/( ·К), Nu – Число Нуссельта по Дрэйку, Nu=2+0,459 , – время ведения процесса замораживания, с; – масса льда зоны, = 265 кг; – теплоемкость воздуха, = 1006 Дж/(кг·К); – температура воздуха, покидающий градирню, К; – масса льда, кг; F – площадь холодоаккумуляционной насадки, ; – средняя температура воздуха, К.

Уравнение просчитывается на ЭВМ с использованием программы для математических вычислений MathCAD 14. В результате получаем время замораживания насадки, равное = 10800 с = 3 ч.

8. Следующим шагом при расчете необходимо проверить охладится ли вода до требуемой температуры при протекании ее через ледяную композицию и хватит ли для этого массы льда исходя из физической конструкции градирни. Для этого необходимо посчитать толщину размороженного слоя , которая должна быть не более R:

где – расход воды, кг/с; – теплоемкость воды, = 4187 Дж/(кг·К); ; – начальная температура воды, К; – конечная температура воды, К; – радиус ледяной сферы, м; – толщина размороженного слоя, м; – плотность льда, =917 кг/ кг/м3; L – теплота плавления льда, L=334 кДж/кг; ; – температура фазового перехода вода-лед, =273К; F – площадь ледяных сфер, F = 125 ; – коэффициент теплоотдачи от воды, = 3760 = 3760· = =3760· = 2100 Вт/( ·К); N – число ледяных насадок, шт.

В случае, если вода не охладится до конечной температуры или толщина размороженного слоя будет больше R, требуется увеличить количество насадок, соответственно увеличить массу льда.

9. В холодоаккумуляционной градирне требуется создать скорость воздуха до 4 м/с. Для этого необходимо рассчитать сопротивление рабочей зоны градирни, расход воздуха и выбрать вентилятор.

где – гидравлическое сопротивление холодоаккумуляционной композиции, Ра; – плотность воздуха, ; V – максимальная скорость воздуха в градирне, V = 4 м/с; – коэффициент сопротивления; – эквивалентный диаметр, м; H – высота холодоаккумуляционной насадки.

где е – порозность рабочей зоны насадки, / ; а – удельная поверхность насадки, .

где Re – число Рейнольдса.

где – динамическая вязкость воздуха при 273 К, .

где – расход воздуха через градирню, /ч; F1 – площадь поперечного сечения градирни, F1 = 1

По сопротивлению и расходу воздуха подбираем вентилятор. В данном случае подобран осевой вентилятор марки Лиссант ВО 630-4 (производство Россия) со следующими характеристиками: расход воздуха 15000 , воздуховод круглый, частота вращения 1380 об/мин, потребляемая мощность 0.7 кВт, вес 15.5 кг, размеры 642х208 мм, класс защиты IP 44 [78].

10. По площади поперечного сечения F1 = 1 и расходу воды = 2.7 подбираем форсунки.

Выбрана тангенциальная форсунка [63] НПО Агростройсервис (Россия) диаметром выходного сечения D = 16 мм, радиус факела 0.45 – 0.7 м, расходом 2.7 – 3.8 [79].

11. Определим высоту холодоаккумуляционной градирни. К высоте холодоаккуммуляционной зоны необходимо прибавить высоту вентиляторного блока, зоны для форсунок и бассейна для воды. Для размещения форсунок необходимо 200 мм. Для входа воздуха и стекания холодной воды необходимо 300 мм. Высота вентилятора 200 мм. Габаритные размеры холодоаккумуляционной зоны: ширина – 1000 мм ; длина – 1000 мм ; Высота – 3000 мм.

12. По расходу воды = 2.7 и высоте Н = 3м градирни подберем циркуляционный насос для воды. Выбран насос Грундфос солар 25-40 со следующими характеристиками: производительность до 3.6 , высота подъема 4 м, потребляемая мощность 0.055 кВт, вес 2.8 кг [80].

13. Потребляемая мощность холодоаккумуляционной градирни N = 0.755 кВт.

Примечание: в случае с непрерывным охлаждением воды, можно применять две параллельно работающие холодоаккумуляционные градирни. Одна замораживает воду и получает лед, вторая в это время работает на оттаивание льда и получение ледяной воды.

5.2. Описание и методика теплового конструктивного расчета холодоаккумуляционного устройства для получения плитчатого льда

Данное устройство предназначено для заготовки льда в зимнее время при помощи потенциала отрицательных температур воздуха, в дальнейшем лед будет храниться в льдобунтах и использоваться в летнее время.

На Рисунке 5.4. представлена конструктивная схема холодоаккумуляционного устройства, которое состоит из емкости 1, где будет намораживаться лед, стоящее на двух опорах 2. Редуктора 10 установленный на металлическом ровном столе 5,6,7 который соединен с опорой 2. Емкость 1 соединена с валом 4 редуктора 10 и цапфами 3 для вращения ее вокруг оси. В верхней части расположен вентилятор 12 и гофрированная труба 13, для подачи холодного воздуха. Вода подается через патрубок, расположенный над емкостью 14.

Рисунок 5.4. Конструктивная схема холодоаккумуляционного устройства

Предложенное холодоаккумуляционное устройство работает следующим образом

При наступлении отрицательных температур окружающего воздуха для заготовки льда предполагается использовать холодоаккумуляционное устройство, способное работать от минус 1.5 . В емкость 1 заливается слой воды толщиной от 5 до 10 мм. Затем включается вентилятор 12, который подает по гофрированной трубе 13 холодный воздух в емкость 1 на уровне воды. По истечению времени слой воды замерзает и превращается в лед. В это время отключается вентилятор 12 и на лед подается новый слой воды. Далее процесс повторяется, до тех пор пока таким образом не наморозиться плита льда толщиной от 1 до 1.5 метра. Массу плиты льда можно регулировать длинною емкости 1.

Полученные плиты льда можно использовать для процесса в зимнее время, так же складывать в специальные льдобунты, где энергия холода будет храниться до наступления потепления. И в течение теплого времени года использовать накопленный лед для ведения процесса охлаждения.

5.2.1. Методика теплового конструктивного расчета холодоаккумуляционного устройства

Исходные данные:

Производительность льда в сутки, кг;

Характеристики

Список файлов диссертации