凍干機(jī)的傳熱過(guò)程分析是設(shè)備設(shè)計(jì)和制作的理論依據(jù)。進(jìn)行計(jì)算的目的是根據(jù)壓縮空氣狀態(tài)(主要是進(jìn)氣壓力和溫度),確定其降溫過(guò)程制冷系統(tǒng)所需要供給的制冷量、預(yù)冷器和蒸發(fā)器的負(fù)荷分配、計(jì)算凍干機(jī)排水量,同時(shí)也可借此預(yù)測(cè)排氣干球溫度。
凍干機(jī)
實(shí)質(zhì)而論,凍干機(jī)是由兩個(gè)換熱器構(gòu)成的復(fù)合式換熱器,有幾種不同狀態(tài)的流體參與換熱:
1.預(yù)冷器里的熱流體是溫度較高的飽和壓縮空氣,冷流體是冷卻后相對(duì)干燥的壓縮空氣,兩者水當(dāng)量(定壓比熱與質(zhì)量的乘積)極為接近;
2.蒸發(fā)器里熱流體是溫度已預(yù)先降低了的飽和壓縮空氣,冷流體是冷媒蒸汽。
蒸發(fā)器由獨(dú)立的制冷系統(tǒng)提供冷源,而預(yù)冷器的冷源則來(lái)自通過(guò)蒸發(fā)器冷卻了的壓縮空氣,因而不具備獨(dú)立性。所以說(shuō),在整個(gè)熱交換過(guò)程中預(yù)冷器的作用是回收制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的部分冷量,客觀上減少了凍干機(jī)整機(jī)的能量消耗。
凍干機(jī)的預(yù)冷器從蒸發(fā)器回收的冷量Q’越多或進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度t2越低,表示預(yù)冷器里冷氣流的熱交換越劇烈,凍干機(jī)排氣溫度t4也就越高;在t3不變的前提下蒸發(fā)器熱負(fù)荷就越小,需要由制冷壓縮機(jī)提供的冷量Q0也就越少,凍干機(jī)消耗的能量也就越少。
但由于被預(yù)冷器回收的冷量Q’只是壓縮機(jī)總制冷量Q0的一部分,Q0越少,Q’也要隨之減少;而且由于受到冰點(diǎn)極限的限制,壓縮機(jī)不可能提供更多的冷量來(lái)分流給預(yù)冷器,這就必然使t2上升,如此循環(huán)的結(jié)果就是使進(jìn)入預(yù)冷器的冷量收到限制,換句話說(shuō),即t2的降幅是有限制的。
在凍干機(jī)的熱工計(jì)算中,進(jìn)入蒸發(fā)器的空氣溫度t2(d2)是變動(dòng)值,其高低選擇決定了制冷系統(tǒng)中蒸發(fā)器的負(fù)荷,相應(yīng)地決定了制冷壓縮機(jī)的功耗。在凍干機(jī)中,換熱器(蒸發(fā)器和預(yù)冷器)負(fù)荷可通過(guò)計(jì)算熱流體進(jìn)出口焓差來(lái)求得:
Δh=1.01Δt+(2501+1.84Δt)Δd(KJ/kg干空氣);
式中:Δt-作為熱流體的壓縮空氣進(jìn)出口溫度差,℃Δt=t’-t”;t’-壓縮空氣進(jìn)入換熱器時(shí)的溫度;t”-壓縮空氣離開(kāi)換熱器時(shí)的溫度;1.01-干空氣的平均定壓比熱,KJ/kg.℃;1.84-水蒸氣的平均定壓比熱,KJ/kg.℃;2501-水的汽化潛熱,KJ/kg;Δd-換熱器中產(chǎn)生的凝結(jié)水量,kg;Δd=d’-d”。
式中,d’、d”分別表示對(duì)應(yīng)溫度t’和t”時(shí)壓縮空氣中的飽和含水量,kg。
換熱器的熱負(fù)荷為:
Q=qmΔh(W);
式中:qm-空氣的質(zhì)量流量,kg/s。