Анализ тепломассообмена в абсорбционных установках

В абсорбционных установках производится термовлажностная обработка воздуха при распылении водного раствора хлористого лития, который при этом оказывает антибактерицидное действие [1]. Абсорбционные установки применяют для кондиционирования воздуха в помещениях, где требуется повышенная стерильность (предприятия фармацевтической и пищевой промышленности) и относительная влажность воздуха ниже 55% (производство химикатов, кондитерских изделий, ряда волокон, полупроводников, сахара, каучука, бумаги; предприятия оптической, полиграфической промышленности, кинофотоматериалов и т.п.).

Анализ дифференциальных уравнений [2-7] позволил определить структуру    критериальных    уравнений,    которые    описывают гидродинамические процессы, тепло- и массообменные процессы.

Для ламинарного режима:

АР = A ( pw ) ^a1 0 ^b1

( H

с1

< d э 7

q1

Eu = B • Re e¹

[ H)

к d э 7

Для турбулентного режима:

АР = D ( pw ) ^a2 0 ^b2

H

с2

к d э 7

;

Eu

= E • Re BB²

Re ^e3 a

ГнА ^q2 к I

_   AP где Eu =---- - критерий Эйлера;

pw ²

Re B

Re a

wd

• ^{B э} - критерии Рейнольдса для воздуха;

^V B

• - критерий Рейнольдса для абсорбента;

H a

• A P - аэродинамическое сопротивление аппарата осушки воздуха;

• ( pw ) - весовая скорость воздуха в живом сечении аппарата, кг/м³;

• ρ - плотность воздуха, кг/м³;

• w в - скорость воздуха, м/с;

• Н - расстояние между пластинами, мм;

• d э - эквивалентный диаметр каналов, м;

• Θ - плотность орошения пластин, кг/м²ч;

• ν - коэффициент динамической вязкости воздуха, м²с;

• μ а ,μ в - коэффициент динамической вязкости воздуха и абсорбента, Па·с;

• А, В, D, Е, а 1 , а 2 , b 1 , b 2 , е 1 , е 2 , c 1 , c 2 - постоянные коэффициенты, которые необходимо определить из опытных данных.

Основные показатели тепло- и массообмена будут характеризоваться следующими критериальными зависимостями:

AI у = 91 M,Rea,Re

V

H Д X B J ^B,d, ХХ J эa  a

;

Г                    )

AX = 9 2 N,Re a ,Re_B,—,- 1 V               ^d э t a )

.

Коэффициенты тепло- и массообмена будут характеризоваться следующими критериальными уравнениями:

Nu = f 1

(

V

H

Rea,ReB,Pr,-r d э )

;

NuD

(           H)

= ^f 1 R ^e a ,R ^e B ^,P r D ,—

I               d э J

.

Для уравнений (6-9) приняты следующие обозначения:

AI = I 1 -1 2 - разность начального и конечного теплосодержания, Дж/кг;

AX = Xj — X2  - разность начального и конечного влагосодержания осушаемого воздуха, кг/кг;

Nu = ^

D

• - критерий Нуссельта теплообменный;

Nu_D = ^^ - критерий Нуссельта диффузионный;

Pr = ^cL - критерий Прандтля теплообменный; X в

Pr_D =--критерий Прандтля диффузионный; D   pD

Хв - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м2

в - коэффициент массоотдачи, отнесенный к средней разности влагосодержания, кг/м2ч;

D - коэффициент диффузии водяного пара в воздух, м2/ч.

В результате обработки экспериментальных данных были определены постоянные коэффициенты для критериальных уравнений и зависимостей.

Гидродинамический режим в сушильной камере [8-9] описывается следующими критериальными уравнениями:

для ламинарного режима:

AP = 2,18 -10 ^{— 1} ( pw ) ^1,96 0 ^0,15

Eu = 5,11 - Re _в ^0,52

Re0,28 a

( н ^ 0,76 [ d. J

;

для турбулентного режима:

AP = 1,88 • 10 ^{- 3} ( pw ) ^3,15 0 ^0,43

Г h

2,66

V d э 7

,

Eu = 6,17 -10

⁵ • Re 5,¹⁹ Re 0,⁵⁶ Ba

Г h

2,03

V d Э 7

.

Тепло- и массообменные процессы в сушильной камере

описываются следующими критериальными уравнениями:

^A = 1,98 -10 ^{- 3} • Re 0^,52

_I ,                  _B

Г h

0,21

•

AX = 6,7 -10

^^^^^s

Nu = 1,44 -10

^^^^^s

V ^d Э 7

• ³    • Re ⁰ _B ²⁹

Г h

0,09

V d э 7

•

• ³    • ReAPr 6

Г h

X -0,5

V d Э 7

;

Nu D = 0,79 • Re B⁷⁷ Pr ^0,11

Г h

1,17 t B V t a 7

*

0,59

t B

• V t a 7

x -0,85

V ^d Э 7

.

0,12 x B

V x a 7

•

;

1,31 x B

V x a 7

;

Полученные уравнения справедливы для системы "влажный воздух -40%-ный хлористый литий".

Уравнения (10-17) позволяют определить аэродинамическое сопротивление сушильной камеры при различных каналах и степенях орошения, коэффициент теплоотдачи и коэффициент массообмена, что дает возможность проводить инженерные расчеты аппаратов для приготовления осушенного воздуха.