Name: Generazione di ghiaccio e il calore e Trasferimento di Massa fenomeni di acqua Lintroduzione di un bagno freddo di salamoia (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Scopri un metodo efficiente per la produzione di ghiaccio mediante contatto diretto tra acqua e salamoia fredda ad alta concentrazione. Questa tecnica sfrutta principi di trasferimento di calore e massa per applicazioni industriali.

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Attenzione: Ci sono due sostanze chimiche velenose, metanolo e glicole etilenico, utilizzati in questi esperimenti. Il metanolo può essere metabolizzato nel corpo umano per generare formaldeide e quindi ad acido formico o sale formiato. Queste sostanze sono tossici per il sistema nervoso centrale e possono anche causare la morte. glicole etilenico può essere ossidato ad acido glicolico, che possono poi trasformarsi in acido ossalico. Ciò può causare insufficienza renale e morte. Non bere queste sostanze chimiche. Consultare immediatamente un medico se si verifica un incidente. 1. Il sistema di raffreddamento NOTA: È molto difficile mantenere la salamoia a -18 ° C oppure quando la temperatura ambiente è all&#39;incirca a temperatura ambiente. È importante che i bacini di stoccaggio del glicole etilenico e salamoia sono ben isolate e di dimensioni ragionevoli per evitare il consumo di energia elettrica in eccesso e per garantire prestazioni ottimali del sistema. Si raccomanda che le dimensioni del serbatoio non superi 30 L. <ol><li> Preparare il fluido di raffreddamento secondario <ol><li> Versare 1 L di glicole etilenico nel serbatoio di raffreddamento secondario, serbatoio A (Base: 400 mm × 200 mm, Altezza: 350 mm). Aggiungere circa ,6-,65 L (600-650 g) di acqua al serbatoio A. </li><li> Ripetere il punto 1.1.1 più volte fino a quando c&#39;è abbastanza liquido nel serbatoio A (25 L). </li><li> Mescolare il fluido in modo che il fluido omogeneo. </li><li> Accendere le due pompe in serbatoio A all&#39;impostazione piena capacità (2,500 L / h). Assicurarsi che tutte le bolle intrappolate negli scambiatori di calore e le tubazioni vengono rilasciati. </li><li> Spegnere la pompa di osservare se tutte le bolle vengono rilasciati. In caso contrario, ripetere il passaggio 1.1.4. </li></ol></li><li> Preparazione della salamoia NOTA: In questo esempio, il 22% in peso della salamoia viene preparata. Se sono necessarie altre concentrazioni, la massa di sale aggiunto deve essere modificata di conseguenza. I valori di concentrazione e densità salamoia di riferimento può essere trovato a pagina D-257 della 64 ° edizione (1983) di The CRC Handbook of Chemistry and Physics 46. <ol><li> Aggiungere 4 kg di acqua in un becher di plastica 5-L. </li><li> Misurare 1 kg di sale NaCl su una bilancia elettronica e versare questo sale nel bicchiere con l&#39;acqua. </li><li> Mescolare la miscela fino a soluzione limpida (cioè, non ci sono particelle di sale o bolle d&#39;acqua visibile nella soluzione). </li><li> Prelevare un campione, ~ 10 ml, della soluzione con una siringa da 10 ml. </li><li> Iniettare il liquido nella densimetro U-tube. </li><li> Verificare la presenza di bolle d&#39;aria nel tubo. Se ci sono, iniettare più fluida a spingerli fuori. </li><li> Press &quot;Impostazioni rapide&quot; e selezionare &quot;Densità di temperatura.&quot; Digitare 20 ° C e premere &quot;OK&quot;. Il misuratore di densità sarà ora misurare la densità del fluido a questa temperatura. </li><li> Premere Start e attendere il risultato. </li><li> Confrontare la lettura di densità con 1164,00 kg / m 3. </li><li> Aggiungere più sale se la lettura è inferiore alla CONFRONTODensità n. Aggiungere l&#39;acqua nel caso contrario. </li><li> Ripetere i passaggi 1.2.3-1.2.10 fino a quando la densità del fluido è corretto (1164.00 kg / m 3). </li><li> Versare questa soluzione in un contenitore più grande, Container A. </li><li> Seguire i punti 1.2.1-1.2.12 di fare 35-40 L di salamoia e messo contenitore A in un congelatore orizzontale a -40 ° C. Mantenere la salamoia lì per 48-72 ore, fino a quando la sua temperatura raggiunge -19,18 ° C (punto di questo il 22% in peso di salamoia congelamento). </li></ol></li></ol> 2. Preparazione del ghiaccio per il Iniettare e lavaggio con acqua <ol><li> Preparare il ghiaccio per l&#39;acqua iniezione <ol><li> Versare 1 L di acqua in un piccolo contenitore (200 × 200 × 50 mm). </li><li> Ripetere il passaggio 2.1.1 con un altro contenitore e posizionare i due contenitori nel congelatore a -40 ° C. </li><li> Tenerli nel congelatore per 10 ore o più per assicurare che tutta l&#39;acqua è congelato. </li></ol></li><li> Preparare guscio di ghiaccio dell&#39;acqua di lavaggio <ol><li> Riempire un 5-L becher con 5 L di acqua. </li><li> Riempire un 2-L bicchiere con 2 litri di acqua. </li><li> Posizionare entrambi i bicchieri nel congelatore a -40 ° C per 8-10 ore in modo che ci sia uno spesso guscio di avvolgimento ghiaccio attorno acqua non congelata. </li><li> Utilizzare un getto d&#39;acqua ad alta velocità ad una velocità di 3-5 m / s dal rubinetto per aprire un foro del diametro di 3 cm nella parte superiore della calotta di ghiaccio. </li><li> Scaricare l&#39;acqua all&#39;interno del guscio di ghiaccio. </li><li> Mettere i due bicchieri di nuovo nel congelatore. </li><li> Se la massa del guscio di ghiaccio non raggiunge 3 kg e 1 kg per i due bicchieri, rispettivamente, ripetere i punti 2.2.1-2.2.5, ma tenere i bicchieri in freezer più a lungo nella fase 2.2.3. Le due bicchieri dovrebbero ora essere in grado di contenere 2 L e 1 L di acqua, rispettivamente. </li></ol></li></ol> 3. Acqua Introduzione posizione e l&#39;esperimento di controllo reologia <ol><li> Introdurre acqua sulla superficie della salamoia <ol><li> Decantare 2 L di 22 wt% di salamoia fredda dal contenitore A nelsecchio di alluminio della gelatiera e accendere l&#39;unità di raffreddamento. </li><li> Misurare la temperatura della salamoia con un termometro / termocoppia (sia di tipo K o tipo T sono adatti). Si prosegue l&#39;esperimento se la salamoia è -15 ° C o inferiore. </li><li> Riempire la siringa di vetro da 100 mL con acqua di rubinetto a temperatura ambiente. Attaccare un diametro di 2 mm interna, spessa 1 mm e tubo lungo silicone 1-m alla punta della siringa. </li><li> Posizionare la siringa in una posizione specifica in modo che vi è una testa tra l&#39;acqua nella siringa e l&#39;uscita del tubo di silicone. La pressione idrostatica spremere l&#39;acqua dal tubo. </li><li> Immergere una certa lunghezza del tubo in silicone, tipicamente 70 cm, in salamoia. </li><li> Regolare la posizione relativa tra la siringa e l&#39;uscita del tubo in modo che la pressione idrostatica è grande abbastanza per permettere all&#39;acqua di lasciare la siringa. Se il tubo è bloccato, aumentare la testa elevando la siringa in posizione verticale superiore, until la pressione idrostatica in grado di superare la sollecitazione di taglio all&#39;interno del tubo. </li><li> Mantenere l&#39;uscita del tubo di circa 1 cm o meno al di sopra della superficie della salamoia. </li><li> Regolare la lunghezza del tubo sommerso e l&#39;altezza della siringa per controllare sbocco dell&#39;acqua lascia temperatura e portata al fine di determinare la quantità di ghiaccio può essere fatto o quanto miscelazione avviene in superficie salamoia. Il fenomeno di congelamento dovrebbe essere osservato in superficie salamoia. Vedere di riferimento 45 per ulteriori direzione. </li></ol></li><li> Introdurre acqua attraverso la salamoia <ol><li> Ripetere i punti 3.1.1-3.1.6. </li><li> Mantenere l&#39;uscita del tubo all&#39;interno della salamoia, preferibilmente nella parte inferiore del contenitore. </li><li> Regolare la lunghezza del tubo sommerso e l&#39;altezza siringa. </li><li> Regolare l&#39;angolo del tubo di uscita per controllare la reologia del flusso. </li><li> Ripetere i punti 3.2.3-3.2.4 per trovare la reologia flusso migliore accoppiata e la velocità che può produrre il più ghiaccio fluire. </li></ol></li></ol><ol><li> fare il ghiaccio <ol><li> Se ci sono bolle nei tubi, accendere le due pompe all&#39;interno del serbatoio A per liberare le bolle fuori del sistema di circolazione glicole, e poi spegnere le pompe. </li><li> Accendere il tre unità di refrigerazione e lasciarli correre per 10-16 ore per raffreddare le soluzioni di glicole etilenico. </li><li> Misurare la soluzione glicole etilenico con un termometro / termocoppia. La temperatura glicole dovrebbe essere di circa -25 ° C. </li><li> Misurare la temperatura della salamoia in un contenitore A per assicurarsi che sia a -19 ° C prima di procedere al punto 4.1.5. </li><li> Riempire il serbatoio salamoia, Serbatoio B, con circa il 30 L di salamoia dal contenitore A e accendere le due pompe in vasca A. </li><li> Misurare la temperatura del glicole nella vasca A. Se è più freddo di -19 ° C, spegnere una o più unità di raffreddamento per impedire la precipitazione di particelle di ghiaccio di fuori scambiatori in serbatoio B. Se la temperatura è più calda rispetto alla temperatura della salamoia previsto, accendere tutte e tre le unità di raffreddamento. Effettuare l&#39;esperimento a -17 ° C a -19 ° C. </li><li> Posizionare i due blocchi predefiniti di ghiaccio dal punto 2.1 nella isolata 5-L bicchiere, contenitore B, e versare circa 3 litri di acqua nel bicchiere. </li><li> Misurare la temperatura dell&#39;acqua e la tiene a 2 ° C mescolando la miscela tra esperimenti, se la temperatura aumenta. </li><li> Riempire la siringa di vetro con 100 ml di acqua 2 ° C. </li><li> Applicare 5-10 ml di metanolo al vetro della finestra Serbatoio B per fermare la condensazione e la formazione di ghiaccio. </li><li> Iniettare l&#39;acqua in salamoia regolando la posizione relativa tra la siringa e l&#39;uscita del tubo in modo che vi sia una pressione idrostatica costante e quindi una portata costante. Circa 70 cm di tubo di silicone deve essere immersa nella salamoia. Regolare l&#39;angolo di iniezione a 0 ° in modo che la velocità iniziale di acqua nel dire ascendentection è 0 m / s. NOTA: La siringa può essere o bloccato ad un supporto portatile. Tenuto in mano è più appropriato quando la temperatura è più fredda della salamoia, perché ci vuole più tempo per regolare uno stand, e il ghiaccio può bloccare il tubo. Mantenere la reologia flusso costante durante l&#39;esperimento garantendo una portata e iniezione angolo costante (0 °) e mantenendo la frontiera congelamento di circa 3 cm sopra l&#39;uscita del tubo. Non lasciate che il flusso di entrare nella regione in cui si inizia a girare turbolenta 47. Vedere di riferimento 45 per ulteriori direzione. </li><li> Raccogliere il ghiaccio come descritto ai punti 4.2 e 4.3. Ripetere i punti 4.1.8 - 4.1.11 a diverse temperature salamoia. </li></ol></li><li> Raccogliere il ghiaccio prodotto e stimare quanto il ghiaccio si produce (insieme a secco) <ol><li> Mettere un contenitore (200 × 200 × 50 mm) sulla bilancia e azzerare la lettura premendo il tasto &quot;Turn On&quot; pulsante. </li><li> Utilizzare il setaccio per scavare il ghiaccio e scrollarsi di dossola salamoia. </li><li> Mettere questo ghiaccio nel contenitore. Misurare la massa del ghiaccio con la scala. </li><li> Dopo il ghiaccio è sciolto, usare la siringa 10 ml per prelevare un campione. Iniettare questo campione di liquido nel densimetro. </li><li> Eseguire i punti 1.2.6-1.2.9. </li><li> Registrare la lettura di densità. </li><li> Calcolare la massa d&#39;acqua netto della sua densità (cioè, la massa dell&#39;acqua convertita in ghiaccio) utilizzando la seguente formula: <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq1.jpg" /> dove <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq2.jpg" /> è la concentrazione salamoia wt% e <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq3.jpg" /> e <img alt="Equazione" src="/files/ftp_upload/55014/55014eq4.jpg" /> sono i pesi rispettivamente sale e acqua,. </li></ol></li><li> Raccogliere il ghiaccio prodotto e stimare quanto ghiaccio viene prodotto (raccolta bagnato) <ol><li> Riempire il 5-L bicchiere con un guscio di ghiaccio (fase 2.2) ed a temperatura ambiente l&#39;acqua del rubinetto. Rimetterlo in freezer a -40 ° C. </li><li> Decantare l&#39;acqua con il guscio di ghiaccio dal 5-L bicchiere in un 2-L becher quando la sua temperatura è a 0 ° C. Riempire il 5-L bicchiere. Mantenere entrambi i bicchieri in freezer. </li><li> Raccogliere la ghiaccio prodotto in passi 4.1.8 e 4.1.9 e versare 200-500 ml di acqua da 2-L bicchiere sul ghiaccio per lavarlo. Non agitare il setaccio prima di applicare l&#39;acqua 0 ° C. </li><li> Agitare il fluido nel setaccio. </li><li> Ripetere i punti 4.2.2-4.2.7. </li></ol></li></ol>

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<li>Martin, S. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/231803789_Ice_stalactites_Comparison_of_a_laminar_flow_theory_with_experiment">Ice stalactites: comparison of a laminar flow theory with experiment.</a> J. Fluid Mech. 63, 51-79 (1974).</li>
<li>Jeffs, K., Attenborough, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJeffs%2C+K+%22Frozen+Planet%3A+Episode+5+%27Winter%27%22">Frozen Planet: Episode 5 'Winter'</a>. , BBC. (2011).</li>
<li>Fothergill, A., Berlowitz, V., Attenborough, D. Ch. Winter: Life closes down. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFothergill%2C+A+%22in+Frozen+Planet%3A+A+World+Beyond+Imagination%22">in Frozen Planet: A World Beyond Imagination</a>. , BBC books. (2011).</li>
<li>Yun, X., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/287800102_Ice_formation_in_the_subcooled_brine_environment">Ice formation in the subcooled brine environment.</a> Int. J. Heat Mass Transfer. 95, 198-205 (2016).</li>
<li>Weast, R. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWeast%2C+RC+%22CRC+Handbook+of+Chemistry+and+Physics%22">CRC Handbook of Chemistry and Physics</a>. 64, 64 edn, CRC Press. 257-258 (1983).</li>
<li>Bejan, A., Lage, J. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/236541062_The_Prandtl_Number_Effect_on_the_Transition_in_Natural_Convection_Along_a_Vertical_Surface">The Prandtl Number Effect on the Transition in Natural Convection Along a Vertical Surface.</a> J. Heat Transfer. 112, 787-790 (1990).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il processo di generazione di ghiaccio con salamoia come refrigerante secondario comporta la combinazione di calore e di massa. Se il trasferimento di calore è maggiore, allora forme di ghiaccio prima che l&#39;acqua ha la possibilità di mescolare con il fluido bulk. È stato osservato che, quando c&#39;è un movimento relativo tra l&#39;acqua immessa e la salamoia bulk quiescente (cioè, acqua iniettando all&#39;interno salamoia), il flusso aiuta il trasferimento di calore e incoraggia ghiaccio per formare rapida...

<html> Fanghi di ghiaccio sono ampiamente utilizzati nell&#39;industria, ed una applicazione particolare successo è la tecnologia di ghiaccio pigging 1, 2. Rispetto alla schiuma convenzionale e maiale solido, il maiale ghiaccio può viaggiare attraverso topologie complesse su una lunga distanza a causa dell&#39;effetto di lubrificazione della fase liquida e l&#39;elevazione del suo punto di congelamento alcuni dei ghiaccio cristalli sciolgono 3, 4, 5 . Anche se il maiale si blocca, si può semplicemente attendere che i fanghi di ghiaccio a sciogliersi e riprendere il processo di pulizia in seguito. Questo metodo di pulizia del tubo è economico e facile da usare. La frazione di ghiaccio gioca un ruolo chiave nella prestazione del maiale ghiaccio. Per misurare la frazione di ghiaccio, si può usare una caffettiera (stampa francese) per determinare se il liquame ghiaccio è sufficientemente spesso 6,&quot;&gt; 7. Una frazione di ghiaccio alta caffettiera, tipicamente 80%, è necessaria quando effettuano pigging ghiaccio. Recenti ricerche sulla rilevazione frazione ghiaccio mostrato che sia le onde elettromagnetiche e ultrasuoni sono adatti per il lavoro 8, 9, 10, 11. Il maiale ghiaccio è generalmente costituito da un fabbricatore di ghiaccio raschiato superficie da una soluzione di NaCl 5% in peso (salamoia). E &#39;anche il modo principale di fare fanghi di ghiaccio nel settore industriale. Questo tipo di macchina del ghiaccio congela acqua o acqua salata su una superficie metallica fredda, tipicamente una superficie di 316 liscia e poi cesoie ciclicamente le particelle di ghiaccio al largo. Le interfacce liquido-metallo sono molto complesse e sono interessati da una vasta gamma di fattori che sono essenziali per il ghiaccio fare 12. L&#39;interfaccia tra non-metallo e acqua può essere molto differente, e un esempio particolarmente interessante è Kaolinite. il KaolInterfaccia inite-acqua è speciale perché non c&#39;è una struttura di ghiaccio favorevole adiacente alla superficie del solido, ma piuttosto uno strato di fluido substrato anfotero che incoraggia i cluster-bonded idrogeno simili al ghiaccio per formare su di esso 13, 14. Un altro modo di produrre maiale ghiaccio richiede la frantumazione dei blocchi di ghiaccio predefiniti, mentre si aggiunge allo stesso tempo ad alta concentrazione salina. Per questo metodo, il sistema di refrigerazione può essere eseguito ad una temperatura di evaporazione molto superiore perché non viene aggiunto alcun punto di congelamento depressivo (FPD) prima della formazione di ghiaccio; è quindi considerato più efficiente grazie al rapporto di compressione ridotto e potenza diminuita per un determinato duty raffreddamento 15, 16, 17. Ci sono altri due metodi di produzione del ghiaccio: la produzione di ghiaccio da acqua sopraffuse e mettendo refrigerante e l&#39;acqua a contatto diretto <supclass = &quot;xref&quot;&gt; 18, 19. Il metodo consiste supercooling disturbare l&#39;acqua super-raffreddato metastabile per generare nucleazione del ghiaccio e la crescita. Il problema principale di questo metodo è la formazione di ghiaccio indesiderato che può bloccare il sistema. Il metodo di contatto diretto è considerato non adatto a pigging ghiaccio perché né refrigerante né olio lubrificante sono ricercati nel prodotto finale ghiaccio. La formazione di ghiaccio richiede calore e di massa a causa del calore latente di fusione generato nel processo. E &#39;stato scoperto da Osborn Reynolds nel 1874 che il trasporto di calore e di massa nel gas sono fortemente accoppiati e può essere espressa in formule matematiche similari 20. Questo lavoro ha costituito la carta pionieristica in materia di momento, calore e trasferimento di massa nei fluidi e ristampata più volte 21, 22. Questo argomento è stato poi studiato da unnumero di altri, da entrambi i metodi analitici ed empirici, per gas, liquidi e metallo fuso 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. A parte il trasferimento di calore e di massa, il fluido deve siti di nucleazione in cui la crescita del ghiaccio dendritica può sviluppare. Una visione moderna nella crescita dei cristalli di ghiaccio utilizza legge Constructal, sviluppato da Adrian Bejan, per spiegare perché il ghiaccio cresce in questo modo 34, 35, 36. La formazione di ghiaccio in salamoia è molto diverso da quello in acqua pura a causa dell&#39;esistenza di sale. Prima di tutto,<html> sale cambia la termodinamica del fluido ed abbassa il punto di congelamento. In secondo luogo, il sale non può dissolversi nella matrice di ghiaccio (tranne hydrohalite, che può formare solo quando la temperatura raggiunge il punto eutettico), ed è respinto al fluido massa quando il ghiaccio comincia a crescere. Il rifiuto del sale è stato scoperto in entrambi ghiaccio marino e il ghiaccio ha studiato in laboratorio 37, 38. Poiché la respinta salamoia ad alta concentrazione è ad una temperatura ben al di sotto del punto di congelamento dell&#39;acqua di mare, mentre scende, ghiaccio cresce all&#39;interfaccia tra la salamoia fluente e fluido bulk quiescente. Queste stalattiti di ghiaccio, chiamato anche brinicles, sono stati scoperti nel McMurdo Sound, Antartide e sono stati studiati sperimentalmente 39, 40, 41, 42. Nel 2011, la BBC ha filmato la formazione di brinicles nella sua serie Frozen Planet&quot;xref&quot;&gt; 43, 44. Nel nostro laboratorio, si è scoperto che invertendo i fluidi in movimento e di riposo quando l&#39;acqua viene introdotta in un bagno di salamoia fredda, l&#39;acqua può trasformarsi in ghiaccio sotto le condizioni corrette 45. Si è constatato che la posizione in cui viene introdotta l&#39;acqua, flusso reologia, e la temperatura e la concentrazione della salamoia sono tutti fattori chiave che influenzano la quantità di ghiaccio può essere prodotta. L&#39;obiettivo generale di questo studio è quello di indagare se una macchina del ghiaccio può essere sviluppato attraverso questo meccanismo per generare fanghi di ghiaccio, visto che la temperatura evaporatore elevata e l&#39;alto tasso di trasferimento di calore liquido-liquido può migliorare l&#39;efficienza del consumo di energia. Questo articolo condivide gli aspetti chiave di questo esperimento.

<table><tbody><tr><td>DMA 4500 M</td><td>Anton Paar</td><td>81546022</td><td>Densimetro</td></tr><tr><td>GELATO Chef 2200</td><td>magimix</td><td>0036500504R13</td><td>Gelatiera</td></tr><tr><td>280D</td><td>FREEZE MASTER</td><td>241-1441</td><td>Pipe-Freezer</td></tr><tr><td>M17.5X2</td><td>BLUE ICE MACHINES</td><td>GK924</td><td>Slushy Puppy Machine</td></tr><tr><td>HH68K</td><td>OMEGA</td><td>140045</td><td>Termometro</td></tr><tr><td>OHAUS</td><td>TS4KW</td><td>1324</td><td>Scala</td></tr><tr><td>ZFC321WA/BNI225</td><td>ZANUSSI</td><td>920672574-00</td><td>Congelatore</td></tr><tr><td>EIS Riscaldatore Matrice</td><td>Vauxhall</td><td></td><td>214720041 Scambiatore di calore</td></tr><tr><td>2500LPH</td><td>JBA</td><td>AP-2500</td><td>Pompa</td></tr><tr><td>Siringa in vetro</td><td>FORTUNA Optima</td><td></td><td>100 mL</td></tr><tr><td>OAT refrigerante concentrato</td><td>wilko</td><td>P30409014</td><td>Glicole etilenico</td></tr><tr><td>sale sottovuoto essiccato puro</td><td>INEOS Enterprise</td><td>1433324</td><td>NaCl sale</td></tr><tr><td>alcool metilato</td><td>Barrettine</td><td>1170</td><td>metanolo&nbsp;</td></tr></tbody></table>

generazione di ghiaccio e il calore e trasferimento di massa fenomeni di acqua l&#39;introduzione di un bagno freddo di salamoia

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

Abbiamo dimostrato un metodo per lo studio del trasferimento di calore e di massa e dei fenomeni di congelamento in un ambiente salamoia sottoraffreddato. Il nostro esperimento ha dimostrato che, in condizioni appropriate, il ghiaccio può essere prodotto quando l&#39;acqua viene introdotta in un bagno di salamoia fredda. Per rendere forma ghiaccio, oltre ad avere la miscela salina e acqua, la velocità di trasferimento di calore deve escludere che di trasferimento di massa. Quando l&#39;acqua viene introdotto in forma di minuscole goccioline sulla superficie salamoia, la modalità di trasferimento di calore e di massa è per diffusione. La spinta idrostatica ferma acqua dalla miscelazione con salamoia sotto, ma come il ghiaccio si ispessisce, rallenta la velocità di trasferimento di calore, rendendo il ghiaccio più difficile da aumentare a seguito. Quando l&#39;acqua viene introdotta all&#39;interno della salamoia nella forma di un flusso, un certo numero di fattori sono evidenziata un&#39;influenza quanto ghiaccio possono formare. la temperatura e la concentrazione Brine, che sono le forze motrici di calore e di massa, rispettivamente, possono influenzare la conversione rati acqua-ghiaccioo; temperature più basse del bagno e le concentrazioni di salamoia incoraggiano più ghiaccio per formare. La reologia flusso, che può influenzare direttamente sia il calore e coefficienti di trasferimento di massa, è anche un fattore chiave. Inoltre, la reologia flusso cambia l&#39;area di contatto del flusso con il fluido bulk.

Figura 1 confronta gli effetti dell&#39;acqua introdotta sulla superficie della salamoia di acqua iniettata attraverso la salamoia. Nello scenario &quot;calotta&quot;, il ghiaccio formatosi è solida perché l&#39;acqua non mescolare molto con il fluido bulk. La differenza di temperatura e di densità tra i due fluidi genera forza di galleggiamento sull&#39;acqua e impedisce loro di miscelazione. Entrambi i fluidi sono statici (cioè, il trasferimento di calore è mo...

Qui, presentiamo un protocollo per dimostrare la generazione di ghiaccio quando l&#39;acqua viene introdotta in un bagno freddo di salamoia, come refrigerante secondario, ad una gamma di temperature ben al di sotto del punto di congelamento dell&#39;acqua. Può essere usato come un modo alternativo di produzione di ghiaccio per l&#39;industria.

Generazione di ghiaccio e il calore e Trasferimento di Massa fenomeni di acqua L&#39;introduzione di un bagno freddo di salamoia

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di studiare la formazione di ghiaccio e calore e il trasferimento di massa quando l'acqua e la salamoia fredda ad alta concentrazione sono a diretto contatto. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo del trasferimento di calore e di massa. Ad esempio, per quanto riguarda la protezione dal ghiaccio e l'accumulo di energia.Il vantaggio principale di questa tecnica è che non richiede una bassa temperatura evaporativa ed è efficiente. Questo esperimento richiede da 35 a 40 litri di salamoia preparata in piccole quantità. Per preparare un piccolo lotto, inizia con quattro chilogrammi di acqua in un becher di plastica da cinque litri e un chilogrammo di cloruro di sodio.Misurato da una bilancia elettronica. Versare il sale nel becher con acqua e mescolare il composto fino a quando la soluzione non sarà limpida. Il prossimo passo è testare la densità con un densimetro di youtube.Utilizzare una siringa da 10 millilitri e aspirare circa 10 millilitri se la soluzione è un campione. Iniettare il campione nel densimetro di YouTube e assicurarsi che non ci siano bolle d'aria prima di procedere. Ai controlli del densimetro inserire la temperatura di 20 gradi Celsius.Quindi avviare la misurazione. Confrontare la lettura con il valore di riferimento e regolare il contenuto di acqua e sale secondo necessità. La salamoia di raccolta deve essere conservata in un congelatore, tenuto a meno 40 gradi Celsius.Dovrebbe essere conservato lì fino a quando non raggiunge il suo punto di congelamento, da 48 a 72 ore. Il congelatore conterrà altri oggetti preparati per l'esperimento. Ci sono due blocchi di ghiaccio che verranno utilizzati per iniettare l'acqua.Questi si ottengono versando un litro d'acqua in un contenitore e congelandoli. Ci sono anche due gusci di ghiaccio nel congelatore. Un guscio di ghiaccio si trova in un becher da cinque litri e dovrebbe essere in grado di contenere due litri di acqua.L'altro guscio di ghiaccio è in un contenitore da due litri e dovrebbe avere una capacità di un litro. Ci sono tre elementi principali per l'esperimento impostato. C'è un serbatoio di salamoia mantenuto fresco tramite scambiatori di calore in cui ha una finestra per l'osservazione del flusso.C'è un serbatoio in cui il refrigerante secondario viene pompato attraverso gli scambiatori di calore del serbatoio della salamoia. Il refrigerante secondario viene mantenuto fresco utilizzando tre unità di refrigerazione. La disposizione è raffigurata in questo schema.Il serbatoio del refrigerante secondario deve essere riempito e raffreddato dalle unità di refrigerazione per 10-16 ore fino a quando il liquido di raffreddamento non raggiunge una temperatura di meno 25 gradi Celsius. Quando il refrigerante secondario è pronto, trasferire 30 litri di salamoia dal serbatoio di stoccaggio al serbatoio della salamoia dell'esperimento. Una volta fatto ciò, iniziare a far circolare il refrigerante secondario attraverso gli scambiatori di calore.Monitorare regolarmente la temperatura del liquido di raffreddamento secondario. Mantenerlo tra meno 17 e meno 19 gradi Celsius accendendo e spegnendo le unità di refrigerazione. Quindi, preparati per iniettare acqua nella salamoia.Ciò richiede di lavorare con i blocchi di ghiaccio prefabbricati, un becher isolato di cinque metri, circa tre litri d'acqua e una siringa di vetro da 100 millilitri. Posizionare il blocco prefabbricato nel becher isolato. Quindi versare circa tre litri di acqua nel bicchiere.Monitora la temperatura dell'acqua e mantienila a due gradi Celsius. Successivamente, lavorare con la siringa di vetro da 100 millilitri. La siringa deve avere un tubo di silicone collegato per iniettare l'acqua nel serbatoio.Utilizzare il tubo per riempire la siringa con due gradi Celsius di acqua dal becher. Quindi posizionare il tubo aperto nella salamoia. Sostenere il tubo in modo che la sua estremità aperta sia tenuta orizzontalmente nella salamoia.Osservare il flusso attraverso la finestra dei serbatoi e iniettare l'acqua a una velocità costante. Per la raccolta del ghiaccio, tieni un tavolo con una bilancia vicino all'allestimento. Procurarsi un contenitore per la raccolta dei campioni.Posizionalo sulla bilancia e strappa la bilancia. Nel serbatoio della salamoia, usa il coltello per raccogliere un campione. Per la raccolta a secco, estrarre il ghiaccio e poi scuotere il coltello per rimuovere la salamoia.Portare il campione sulla bilancia, mettere il ghiaccio nel contenitore e registrarne la massa. Attendi che il ghiaccio si sciolga, quindi usa una siringa da dieci millilitri per prelevare un campione di acqua. Passare al densimetro e iniettare il campione.Misurare la densità a una temperatura di 20 gradi Celsius e registrare il valore. Per la procedura di raccolta a umido, avere un tavolo e una bilancia vicino all'allestimento e al congelatore. Inoltre, inizia con un becher circa cinque litri di acqua del rubinetto a temperatura ambiente.Continuando aprendo lì il congelatore. Trova il bicchiere da cinque litri preparato con un guscio di ghiaccio e aggiungi acqua del rubinetto a temperatura ambiente per riempire completamente il bicchiere. Attendere che l'acqua nel bicchiere si raffreddi a zero gradi Celsius.Per il passaggio successivo, tieni a portata di mano altra acqua del rubinetto. Nel congelatore assicurarsi che il bicchiere da due litri precedentemente preparato sia accessibile. Quando l'acqua che è stata aggiunta al bicchiere da cinque litri raggiunge gli zero gradi centigradi, titanic nel bicchiere da due litri.Quindi utilizzare acqua a temperatura ambiente per riempire nuovamente il bicchiere da cinque litri. Chiudere il congelatore fino a quando non sarà necessaria l'acqua nel bicchiere da due litri. Per raccogliere un campione.Per prima cosa, strappa un contenitore sulla bilancia. Quindi, vai alla soluzione di salamoia con un coltello. Elimina un po' di ghiaccio senza scuoterlo.Quindi recupera il contenitore da due litri dal congelatore e versa da 200 a 500 millilitri di acqua a zero gradi Celsius sul ghiaccio raccolto. Agitare il liquido sul ghiaccio prima di procedere. Quindi posizionare il ghiaccio in un contenitore su una bilancia e registrarne la massa.Quando il ghiaccio si è sciolto, raccoglierne un campione per eseguire una misurazione della densità. Passare al densimetro e iniettare un campione. Misurare una densità a una temperatura di 20 gradi Celsius e registrare il valore.Questi dati si riferiscono a un angolo di iniezione dell'acqua di zero gradi rispetto all'orizzonte parallelo al pavimento. La frazione di acqua convertita in ghiaccio si trova lungo l'asse verticale. La temperatura della salamoia è lungo l'asse orizzontale.Le tre serie superiori di dati sono le diverse concentrazioni di salamoia e il ghiaccio raccolto con il metodo di raccolta a umido. La linea rappresenta gli adattamenti lineari ai set di dati rispettati. Per le tre concentrazioni studiate, all'aumentare della concentrazione di salamoia, il rapporto di deviazione diminuisce.Le tre serie di dati inferiori si riferiscono alle stesse concentrazioni di salamoia utilizzando il metodo di raccolta a secco. In tutti i set di dati la tendenza è per un rapporto di conversione più elevato con una temperatura più bassa. Una volta padroneggiato, questo studio può essere svolto in tre ore se è preformato correttamente.Quando si tenta la raccolta a umido, è importante essere coerenti quando si applica la forza, soprattutto dell'acqua salata, per ridurre queste discrepanze nei risultati. Dopo aver visto questo video dovresti avere una buona comprensione di come massimizzare il rapporto di conversione acqua-ghiaccio regolando la temperatura della salamoia, la concentrazione e la radiologia del flusso iniettato.

ice-generation-heat-mass-transfer-phenomena-introducing-water-to-cold

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