Пропускная способность соединительного патрубка определяется в первом приближении по уравнению
Где = 0.3 - радиус соединительной трубы, м;
= 0.2 - длина участка, м;
d = 0.6 - диаметр затвора, м;
= 1.238 - давление у поверхности сублимации, мм. рт. ст;
= 0.167 - давление у поверхности конденсации, мм. рт. ст;
Объём водяного пара при среднем давлении в системе
= 8 - количество намороженного льда за 1 час, кг/ч;
= 0.525 - среднее давление в системе, мм. рт. ст. с учётом коэффициента
неравномерности испарения 1.2
Скорость откачки пара конденсатором
Так как пропускная способность соединительного трубопровода, полученная в расчете.
- примерно в 10000 раз больше объёма пара, подлежащего, откачке , то членом - пренебрегаем.
поверхность конденсатора, обеспечивающая требуемую скорость откачки,
,
где = 0.167 - давление у поверхности конденсации, мм. рт. ст.;
= 0.72 - определяется по графику, по среднему давлению в системе;
= 0.525рт. ст. и принятом расстоянии между испарительными
батареями =0.05м.
Принимаем допускаемую толщину слоя льда = 0.007м, тогда площадь поверхности для обеспечения льда такой толщины
Сравнивая площади поверхностей = 0,0467 и = 4.665 , делаем вывод, что поверхность с площадью = 4.665 обеспечивает необходимую толщину слоя льда и в то же время гарантирует полную откачку пара конденсационной поверхностью, так как для откачки требуемого количества пара достаточно иметь поверхность, равную
= 0.0467 (эта поверхность была бы достаточна для непрерывной конденсации, если бы она полностью и непрерывно очищалась от конденсата).
Таким образом, принимаем = 4.665 .
Удельный тепловой поток через поверхность конденсации
Коэффициент теплоотдачи от стенки к хладагенту - хладон-22
Как видно из расчёта, удельный тепловой поток получается значительно меньше величин, предлагаемых в работах основанных на опытных данных, Т.е. выбранная поверхность с площадью = 4.665 , справится с необходимой нагрузкой.
Термическое сопротивление.
Для простоты расчёта принимается то, что температура стенки трубы и связанного с ней ребра будут одинаковы. Ввиду малой толщины стенки трубы определение термического сопротивления проводим по формуле для плоской стенки.
Где =0,001 - толщина стенки трубы наготовленной из коррозионностойкой стали;
- коэффициент теплопроводности коррозионностойкой стали.
Температура поверхности конденсации в конце цикла намораживания при толщине намороженного льда
,
где ,°С - температура поверхности конденсации в конце цикла намораживания; = 35°С - температура поверхности конденсации в начале цикла намораживания;
q = 5378, - удельный тепловой поток;
- толщина слоя намороженного льда;
- коэффициент теплопроводности льда.
Следовательно, в конце цикла намораживания температура поверхности конденсации будет равна = - 29,°С, т.е. ниже максимально допустимой.
Определение габаритов сублимационного конденсатора.
Предельно допустимую рабочую длину охлаждающих элементов конденсатора находим из графиков. Для температуры конденсации t = - 30,°С и давлении системы =0.525, мм. рт. ст., и принятом расстоянии между испарительными батареями =0.05, м имеется
Эта величина является предельной для принятого расстояния между испарительными батареями.
В качестве вымораживающих элементов конденсатора принимаем вертикальные короткошланговые батареи с одним сплошным касательным ребром вдоль всех вертикальных труб батареи.
Диаметр вертикальных труб = 0.02, м, диаметр верхнего и нижнего коллекторов = 0.032, м, шаг труб в батарее принимаем =0.045, м.
Теплообменная поверхность 1 м вертикальной трубы с учётом касательного ребра
Высота вертикальных труб определится из выражения
Общее количество вертикальных испарительных труб
Общая длина коллекторных труб
Площадь поверхности коллекторных труб
Полная поверхность теплообмена в конденсатор
Расход тепла на расплавлении намороженного в конденсаторе льда.
Предварительное оттаивание намороженного льда от испарительных труб осуществляется парами горячего хладагента. Конструкция испарительных батарей выполнена таким образом, что намороженные плиты льда после подачи в испарительные батареи горячих паров Хладола-22 подтаивают и сползают на дно, где лед окончательно расплавляется за счёт тепла, выделяемого электронагревательным элементом конденсатора. Для расплавления намороженного в конденсаторе льда необходимо подвести тепло
где
= 32кг - количества льда сконденсированного за цикл;
= - 30°С - температура конденсации;
= 5°С - температура выводимого жидкого конденсата;
= 0°С - температура плавления льда;
- теплота плавления льда;
- теплота нагрева жидкого конденсата;
- теплоемкость льда;
- теплоемкость материала батареи (конструкционная сталь);
- масса испарительных батарей, кг;
Испарительные батареи конденсатора изготовлены из стальных коррозионностойких труб с толщиной стенки 1 мм.
Полная поверхность теплообмена в конденсаторе = 5.12, ,
тогда объём
Плотность коррозионностойкой стали = 7630 , масса испарительных батарей
Электрическая мощность нагревателя.
- тепловая нагрузка па нагреватель;
= 45мин = 0.75ч - время оттаивания намороженного льда
860 - тепловой эквивалент 1 кВт/ч
= 0.95 - коэффициент полезного действия нагревателя.