|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ра, кг/м2; |
S — скорость |
откачки, м3/ч; Q — скорость на |
текания |
воздуха, |
м3/ч; |
X — расстояние |
от сублимирую |
щегося |
образца |
до |
конденсатора, |
м; |
ps — табличное |
среднее |
парциальное |
давление воздуха, |
кг/м2; Г«, Гс — |
поправки |
на дисбаланс; |
Dv — концентрационный |
коэф |
фициент |
диффузии пара, м3/ч; F — поверхность |
субли |
мации, м2; ß= t£>2/(2g) |
— выражение из кинетической тео |
рии; |
L — толщина |
образца, |
м; х — переменная коорди |
ната |
льда |
либо |
твердого |
тела, м; |
k — геометрический |
коэффициент, учитывающий течение в некруглом кана
ле; d — смоченный гидравлический диаметр |
канала, |
м; |
R — газовая постоянная; |
Т — температура |
газа, |
°К; |
Mw— молекулярный вес |
воды; р — полное |
давление, |
кг/м2. |
|
|
|
В заключение следует отметить, что тепло- и массоперенос в сублимационной сушильной установке являет ся сложным комплексным процессом, установление оп тимальных параметров которого требует как детальных исследований отдельных его частей (сублимация, пере нос парогазовой смеси, конденсация), так и анализа всего процесса в целом.
6-6. ПРОЦЕССЫ КОНДЕНСАЦИИ {ДЕСУБЛИМАЦИИ) ВОДЯНЫХ ПАРОВ В ВАКУУМЕ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ
СПРОЦЕССАМИ СУБЛИМАЦИИ
Всублимационной сушильной установке пары из суб
лиматора |
поступают |
в |
конденсатор-вымораживатель, |
в котором |
происходит |
их |
конденсация (десублимация). |
Комплексное исследование этих процессов имеет боль шое значение как для развития теории фазовых пере ходов в вакууме, так и для расчета и конструирования вакуумно-сублимационных установок.
Чем больше будет сконденсировано паров, тем мень ше будет расход электроэнергии на привод вакуум-на соса для эвакуации неконденсирующихся газов и несконденсированных паров. Рассматриваемую задачу можно решить, установив конденсатор с большой по верхностью охлаждения, однако технико-экономические условия требуют такой оптимизации процесса, когда сублимация и десублимация происходят при максималь но возможных коэффициентах тепло-и массообмена.
Нами были проведены комплексные исследования процесса сублимации и десублимации, результаты ко торых коротко рассмотрены в данном параграфе.
Экспериментальная установка (рис. 6-21) для изуче ния процесса десублимации водяного пара представля ла собой вакуумную камеру, в которую помещалась экспериментальная модель 1, где непосредственно осу ществлялся процесс конденсации водяного пара
Заданное давление в вакуумной камере создавалось вакуумным насосом типа ВН-1МГ 12 с индивидуальным электроприводом. Давление водяных паров поддержи валось путем перекрытия заслонки на основной маги страли вакуумного насоса. Барокамера подключалась к насосу через ловушку с сухим льдом.
Необходимая постоянная отрицательная температу ра стенки вакуумной камеры создавалась с помощью холодильного агрегата 11. Заданная температура стенки вакуумной камеры устанавливалась через задатчик электронной схемы системы охлаждения путем периоди ческого включения холодильной машины ХА-1 в диапа зоне температур —20ч— 10°С. Для получения более низких температур на стенке вакуумной камеры (—70ч- —20 °С) использовался второй холодильный агрегат 13.
Для подачи в экспериментальную модель 1 хладо агента, обеспечивающего охлаждение рабочей поверх ности конденсации (десублимации), был создан контур охлаждения, снабженный холодильником 9 и насосом 7 с электроприводом. Охлажденный спирт из холодильни ка прогонялся через экспериментальную модель.
Для подачи воды (источника сублимирующегося па ра) в экспериментальную модель использовалась систе ма, рассмотренная в § 5-1.
Для измерения вакуума камера была снабжена тер мопарным вакуумметром (ВИТ-1) 5 с ловушкой водя ных паров 6, заполненной сухим льдом. Измерение тем ператур в эксперименте производилось хромель-копеле- выми термопарами по схеме, описанной в § 3-4.
Экспериментальная модель. Автором и Е. Ф. Андрее вым была создана экспериментальная модель, которая позволила рассмотреть процесс сублимации и десубли мации взаимосвязанно и разрешить ряд вопросов: 1) мо делирование процесса десублимации на конкретно вы бранной поверхности; 2) создание направленного потока водяного пара; 3) управление процессом десублимации; 4) определение нестационарной величины теплоты де-1
1 В модели происходила десублимация водяного пара (без при месей неконденсированных газов).
сублимации и толщины формирующегося на поверхно сти слоя льда; 5) непрерывный замер основных термо динамических параметров, определяющих интенсивность и характер процесса десублимации (общего давления
Рис. 6-22. Экспериментальная модель для исследования процесса десублимации водяного пара на плоской пла стине в вакууме.
(4 — пластина; 6 — корпус модели).
в вакуумной камере, парциального давления водяных паров, температуры поверхности десублимации и т. д.). [Л. 6-40, 6-41].
Экспериментальная модель была изготовлена из органического стекла, позволяющего осуществлять ви-
зуальное наблюдение за ходом процесса десублимации (рис. 6-22). Модель включала в себя два основных эле мента: сублиматор и рабочую поверхность десублима ции 1. Источник водяного пара (сублиматор) представ лял собой заполненную водой емкость 7, верхней частью которой была проницаемая пористая металлокерамика 8, подогреваемая снизу электронагревателем 9. В порах металлокерамики происходила сублимация льда в ва куум 3 и создавался направленный поток пара в сто рону поверхности десублимации.
Десублиматор водяного пара 14 представлял собой цилиндрический сосуд, нижняя часть 1 которого явля лась экспериментальным элементом, поверхностью де сублимации. Поверхность десублимации 1 с помощью специального насоса охлаждалась низкотемпературной смесью. Направленный поток пара из проницаемой пла стины сублиматора 8 через диафрагмы 3 подавался на поверхность десублимации. При этом на поверхности десублимации образовался постоянно растущий по тол щине в сторону потока пара слой льда.
Количество тепла, выделяющееся в процессе десуб лимации, измерялось через определенное время датчи ком теплового потока 21 и дублировалось по замерам температур с помощью термопар /—III в медной пла стине 1. Температуры в различных точках по толщине слоя намороженного льда определялись с помощью термопар VI—IX. Температура насыщения водяных па ров в модели при заданном разрежении измерялась термопарой V. Вакуум в модели измерялся и поддержи вался через патрубок 12 мембранным вакуумметром ти па «FA-160, Leybold—Heraeus G. М. В. Н.» с точностью ±0,01 мм рт. ст.
Исследование нестационарных режимов десублима ции водяного пара в вакууме осуществлялось посредст вом управления двумя заслонками 10 и 11, снабженны ми электрическим приводом 13, 15—17. До выхода на заданный стационарный режим заслонки находились в следующем положении: заслонка 10 закрыта, заслонка 11 открыта, и, таким образом, пар мог свободно вы ходить от источника в вакуумную камеру. После дости жения стационарного режима, т. е. установления задан ной температуры на поверхности конденсации 1 и задан
1 Использование датчика |
теплового потока может быть положе |
но в основу автоматического |
регулирования десублимации [Л. 7-20]. |