|
Исходные данные:
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; λл – коэффициент теплопроводности водного льда при околонулевой температуре λл = 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.
Do'stlaringiz bilan baham: |
