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冻干机的热负荷技术讨论

发布时间:2022-07-15      点击次数:197
  冻干机的传热过程分析是设备设计和制作的理论依据。进行计算的目的是根据压缩空气状态(主要是进气压力和温度),确定其降温过程制冷系统所需要供给的制冷量、预冷器和蒸发器的负荷分配、计算冻干机排水量,同时也可借此预测排气干球温度。
 
  冻干机
 
  实质而论,冻干机是由两个换热器构成的复合式换热器,有几种不同状态的流体参与换热:
 
  1.预冷器里的热流体是温度较高的饱和压缩空气,冷流体是冷却后相对干燥的压缩空气,两者水当量(定压比热与质量的乘积)极为接近;
 
  2.蒸发器里热流体是温度已预先降低了的饱和压缩空气,冷流体是冷媒蒸汽。
 
  蒸发器由独立的制冷系统提供冷源,而预冷器的冷源则来自通过蒸发器冷却了的压缩空气,因而不具备独立性。所以说,在整个热交换过程中预冷器的作用是回收制冷系统产生的部分冷量,客观上减少了冻干机整机的能量消耗。
 
  冻干机的预冷器从蒸发器回收的冷量Q’越多或进入蒸发器的空气温度t2越低,表示预冷器里冷气流的热交换越剧烈,冻干机排气温度t4也就越高;在t3不变的前提下蒸发器热负荷就越小,需要由制冷压缩机提供的冷量Q0也就越少,冻干机消耗的能量也就越少。
 
  但由于被预冷器回收的冷量Q’只是压缩机总制冷量Q0的一部分,Q0越少,Q’也要随之减少;而且由于受到冰点极限的限制,压缩机不可能提供更多的冷量来分流给预冷器,这就必然使t2上升,如此循环的结果就是使进入预冷器的冷量收到限制,换句话说,即t2的降幅是有限制的。
 
  在冻干机的热工计算中,进入蒸发器的空气温度t2(d2)是变动值,其高低选择决定了制冷系统中蒸发器的负荷,相应地决定了制冷压缩机的功耗。在冻干机中,换热器(蒸发器和预冷器)负荷可通过计算热流体进出口焓差来求得:
 
  Δh=1.01Δt+(2501+1.84Δt)Δd(KJ/kg干空气);
 
  式中:Δt-作为热流体的压缩空气进出口温度差,℃Δt=t’-t”;t’-压缩空气进入换热器时的温度;t”-压缩空气离开换热器时的温度;1.01-干空气的平均定压比热,KJ/kg.℃;1.84-水蒸气的平均定压比热,KJ/kg.℃;2501-水的汽化潜热,KJ/kg;Δd-换热器中产生的凝结水量,kg;Δd=d’-d”。
 
  式中,d’、d”分别表示对应温度t’和t”时压缩空气中的饱和含水量,kg。
 
  换热器的热负荷为:
 
  Q=qmΔh(W);
 
  式中:qm-空气的质量流量,kg/s。
 
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