Искусственный водный лед изготовляют из пресной или морской воды и рассолов в льдогенераторах непосредственного и рассольного охлаждения. По форме выпускается лед блочный, плиточный, цилиндрический (трубчатый), чешуйчатый и снежный.
При расчете льдогенераторов определяют их производительность, продолжительность замораживания, тепловую нагрузку на аппараты. После расчета осуществляют подбор холодильного оборудования (испарителей, компрессоров, конденсаторов, насосов для воды и др.).
В связи с большим разнообразием форм льда и типов льдогенераторов расчеты выполняют с использованием различных зависимостей. При этом продолжительность замораживания определяют с помощью соотношения Р. Планка, представленного в различных вариантах.
ЗАДАНИЕ: Определить тепловую нагрузку на холодильную установку кожухотрубного льдогенератора для производства трубчатого льда (рис. 1) при следующих условиях: производительность льдогенератора G, т/сутки; температура поступающей воды tw , °C;температура кипения холодильного агента (аммиак) t0,°С; диаметр труб DН = 57´3,5 мм (рис. 2); высота труб h,м; активная высота труб h а, м; количество труб п,шт; толщина намораживаемого льда δл = = 0,015 м; конечная среднеобъемная температура льда t л=-5°С; мощность электродвигателя насоса для подачи воды N дв = 2,8 кВт; продолжительность одного цикла работы льдогенератора τц=0,6 ч, в том числе продолжительность намораживания льда τл=0,4 ч.
|
Рис. 2. Схема намораживания льда
1 - стенка трубы; 2 - лед
|
| Вариант | G, т/сутки | tw, 0С | t0 , 0С | h, м | h а, м | n, шт |
| 3,5 | -15 | 2,5 | ||||
| 3,2 | -20 | 2,5 | ||||
| 3,5 | -20 | 2,5 | ||||
| 3,3 | -20 | 2,5 | ||||
| 2,9 | -18 | 2,5 | ||||
| 3,1 | -15 | 2,5 | ||||
| 3,0 | -16 | 2,5 | ||||
| 3,7 | -16 | 2,5 | ||||
| 4,0 | -16 | 2,5 | ||||
| 3,8 | -15 | 3,5 | ||||
| 3,5 | -19 | 3,5 | ||||
| 3,7 | -19 | 3,5 | ||||
| 3,0 | -20 | 3,5 | ||||
| 3,6 | -20 | 3,5 | ||||
| 3,4 | -15 | 3,5 | ||||
| 3,5 | -17 | 3,2 | 2,7 | |||
| 3,8 | -17 | 3,2 | 2,7 | |||
| 3,2 | -16 | 3,2 | 2,7 | |||
| 3,0 | -19 | 3,2 | 2,7 | |||
| 3,9 | -20 | 3,2 | 2,7 | |||
| 3,2 | -15 | 2,5 | ||||
| 3,3 | -15 | 2,5 | ||||
| 3,5 | -18 | 2,5 | ||||
| 3,6 | -18 | 2,5 | ||||
| 4,0 | -20 | 2,5 |
Тепловая нагрузка Qo (кВт) равна сумме теплопритоков:
где Qл - теплоприток от воды при ее охлаждении и замораживании, а также при понижении температуры льда до конечной температуры, кВт; Qмт - теплоприток от металлоконструкций льдогенератора после каждого цикла оттаивания, кВт; Qт - теплоприток из окружающей среды через изолированную и неизолированную поверхности льдогенератора, поверхность бака для воды и охлаждающих труб, кВт; Qн - теплоприток от насоса для подачи воды из бака на охлаждающие трубы льдогенератора, кВт.
Теплоприток от воды
где G' - действительная производительность льдогенератора, т/сутки; 
- общая продолжительность работы льдогенератора в режиме намораживания льда, с.
Действительную производительность льдогенератора определяем по формуле
где у - доля льда, подтаявшего при освобождении льдогенератора;
где δп - толщина подтаявшего льда, м (принимаем δп = 0,00075 м);
Учитывая значение у, находим действительную производительность льдогенератора G'.
Для определения продолжительности задаемся, что льдогенератор работает круглосуточно, и находим:
где z - количество циклов;
Подставляя известные данные, определяем теплоприток Qл.
Теплоприток от металлоконструкций льдогенератора определяем по формуле
где gмт - масса металла, отепляемого при оттаивании льда и охлаждаемого при подготовке к замораживанию льда, кг; смт удельная теплоемкость металла, кДж/(кг·К) [для стали смт = 0,461 кДж/(кг·К)]; tοт - температура, до которой нагреваются металлоконструкции льдогенератора, °С (tот=15°С).
Массу Gмт определяем по формуле
Gмт=l,l(Gт+Gт.р+Gоб)
где 1,1—коэффициент, учитывающий массу неучтенных элементов (патрубки, опоры и т. д.); Gт, Gт.р, Gоб - масса охлаждающих труб, трубных решеток и обечайки, кг.
Масса 1 м стальной трубы диаметром 57´3,5 мм составляет m=4,62 кг.
Следовательно, масса труб
Gт=m·n·h
Массу двух трубных решеток принимаем равной Gт.р=100 кг.
Массу обечайки определяем по формуле
где Dоб-диаметр обечайки льдогенератора, м (Dоб = 0,6 м); δ-толщина обечайки, м (δ=0,008 м); rст = 7500 кг/м3 , плотность стали.
Теплоприток Qт учитываем следующим образом: Qт = 0,1Qл
Теплоприток Qн рассчитываем с помощью выражения
где Nдв - мощность электродвигателя насоса, кВт; ηн — КПД насоса (ηн = 0,6); ηн - КПД электродвигателя насоса (ηн = 0,85);
Определяем тепловую нагрузку на холодильную установку льдогенератора: