Материал: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме

коэффициент, учитывающий течение в некруглом кана­

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

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.

$90

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-

292

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

293