CC BY
5ПРЕДПУСКОВАЯ ПОДГОТОВКА КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Рисунок 4. Изменение уровня вредных выбросов двигателем КамАЗ - 740 и предпусковым подогревателем ПЖД - 400 в процессе его разогрева.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Медведев Ю.С. // Двигателестроение. - 2004. -№2. - С. 23 - 24.
2. Максимейко Ю.Г., Мельберт А.А., Бекбаев Б.Ф.,
Грабовская Н.Н. // Проблемы совершенствования энергетических установок: Сб. статей. Барнаул: Изд. АлтГТУ, 2008. - С.73 - 77.
РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕНЫХ НУЖД
Е.В. Кондратюк, И.Г. Чигаев, А.Г. Семенин, И.В. Сесёлкин
Рассмотрены современные теплообменные аппараты, применяемые в пищевой и химической промышленности. Изучены основные характеристики, преимущества и недостатки используемой теплообменной техники.
Ключевые слова: теплообменник, охлаждение жидкости.
В настоящее время наряду с крупными предприятиями стали интенсивно развиваться предприятия малого бизнеса, а также подсобные и фермерские хозяйства. Очевидно, что объём выпускаемой продукции у них небольшой, но при этом технология производства продукции требует наличие оборудова-
ния для выполнения необходимых операций подчас тех же самых, что и на крупных предприятиях. Хотя сегодня производители и стали уделять внимание данной сфере - наладили выпуск малообъемного оборудования, что привело к снижению его стоимости, начали разработки техники специально для таких
предприятий, но этих мер явно не достаточно. Серийные аппараты как правило дороги и рассчитаны на производства с большим объёмом выпускаемой продукции. Теплообмен-
ные аппараты не стали исключением. В таблице 1 приведены характеристики охлаждающего оборудования, выпускаемого ООО "НПП Энергия" для молочных ферм [1].
Таблица 1
Характеристики холодильных установок компании ООО "НПП Энергия"
Аппарат Максимальная вместимость, л Время охлаждения молока (часов) при 1/3 загрузке от начальной температуры 32°С до конечной 4°С
Установка для охлаждения молока открытого типа 1070 3
1070
2100
3150
4000
Установки для охлаждения молока закрытого типа ЫЕРЕНТА 2350 3
3940
4740
5900
7900
Установки вертикальные для охлаждения молока ЫЕРЕИТА 530 3
1060
2027
Таблица 2
Характеристики пластинчатых теплообменников компании «АТИС-Лаб»
Модель Температура, °С (вход/выход) Нагрузка, кВт Максимальный расход нагреваемой воды, л/ч Габариты (ДхШхВ), мм Вес, кг
Греющий контур Нагревательный контур
Разборные теплообменники
М10х20 90/60 5/55 100 1730 123х115х287 9
М10х30 90/60 5/55 150 2590 153х115х287 10
М10х40 90/60 5/55 200 3450 173х115х287 11
М10х50 90/60 5/55 250 4320 193х115х287 13
М10х60 90/60 5/55 280 5000 213х115х287 14
Паяные теплообменники
Е5Ых12 90/60 5/55 40 690 42х73х192 0,8
Е5Ых16 90/60 5/55 55 950 54х73х192 0,9
Е5Ых30 90/60 5/55 100 1730 92х73х192 1,6
Стоимость холодильных установок в зависимости от производительности колеблется от 165 до 770 тысяч рублей (в комплект оборудования входит бак, компрессор, КИП и трубопроводы внутренней развязки). Снизить затраты на приобретение теплообменников можно за счёт их замены на более дешевые и эффективные проточные аппараты. Но при этом возникают проблемы с установкой и наладкой данных аппаратов, так как всё дополнительное оборудование покупается отдельно и требует квалифицированного подхода к установке его на аппарат.
Для того, чтобы повысить эффективность теплообменника, а также уменьшить его габариты используют развитую поверхность теплообмена. Чем выше развитость
поверхности, тем большая площадь поверхности теплообмена, а значит, повышается производительность и эффективность аппарата. В этом легко убедится, рассмотрев уравнение теплопередачи в простейшем виде [2]:
О = ЮМср
где: К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К); О - количество теплоты, Дж; F -площадь поверхности теплообмена, м ; Мср -средняя разность температур теплоносителей, °С.
Уравнение показывает прямую зависимость теплопроизводительности и площади поверхности теплообмена.
Характеристики пластинчатых и спиральных теплообменников различных конст-
РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ
ПРОМЫШЛЕНЫХ НУЖД
рукций [3] приведены в таблице 2 [4].Стоимость теплообменников таких конструкций составляет от 6 до 38 тысяч рублей.
Таблица 3
Значения коэффициента теплоотдачи при различном движении теплоносителей
Коэффициент теплоотдачи а, Вт/м2К Движение теплоносителей
1200 - 5800 для продольного обтекания труб и каналов
3100 - 10000 для поперечного обтекания труб
Как видно, цена и габариты аппаратов приемлемы, но вот использовать такой теплообменник можно только для подогрева воды. Чтобы использовать его для других жид-
костей необходимо дополнительное оборудование, которое повысит его стоимость и снизит его эксплуатационные качества. Увеличение производительности теплообменника можно достичь, используя специфические материалы, которые имеют высокий коэффициент теплопередачи и увеличивают производительность, которая прямо пропорциональна указанному коэффициенту. Теплообменники, изготовленные из таких материалов, довольно дороги и обычно применяются для производств, где другие материалы не пригодны. Например, графитовые теплообменники используются в производстве фосфорной кислоты [3].
Таблица 4
Типоразмер пароводяных подогревателей Центральной Технологической Компании
Обозначение/ Площадь
типоразмер пароводяного по- поверхности нагре- Количество трубок, шт Диаметр корпуса, мм Общая длина, мм Масса общая , кг
догревателя ва, м
ПП 2-6-0,2-2 6,3 68 325 2606 390
ПП 2-9-0,7-2 9,5 68 325 3606 485
ПП 2-9-0,7-4 9,5 68 325 3606 485
ПП2-11-0,2-2 11,4 124 426 2650 600
ПП2-17-0,7-2 17,2 124 426 3650 730
ПП2-17-0,7-4 17,2 124 426 3650 730
ПП2-16-0,2-2 16 176 480 2720 730
ПП2-24-0,7-2 24,4 176 480 3630 940
ПП2-24-0,7-4 24,4 176 480 3630 940
ПП1-21-0,2-2 21,2 232 530 2785 900
ПП 1-32-0,7-2 32 232 530 3785 1090
ПП 1-32-0,7-4 32 232 530 3785 1090
ПП1-35-0,2-2 35,3 392 630 2885 1290
ПП1-53-0,7-2 53,9 392 630 3835 1565
ПП1-53-0,7-4 53,9 392 630 3835 1565
ПП1-71-0,2-2 71 792 820 3135 1615
ПП 1-76-0,7-2 76,8 560 720 3985 2000
ПП 1-76-0,7-4 76,8 560 720 3985 2000
ПП 1-108-0,7-2 108 792 820 4135 2600
Таблица 5
Характеристики опытного образца
Размеры, мм Поверхность теплообмена, м2 Тепловая нагрузка, кВт
Диаметр Длина Вес, кг
110 1200 10 0,8 0,7
Для повышения эффективности теплообменников разрабатывают эффективную гидродинамику потока, а также схему оптимального движения теплоносителей стремятся уменьшить количество застойных мест и увеличить турбулентность потока и его скорость. Это обуславливает высокий конвек-
тивный перенос тепла от стенки в глубь потока, тем самым увеличивая разность температур по обе стороны стенки, что в свою очередь повышает производительность теплообменника. В таблице 3 приведены значения коэффициента теплоотдачи при различных движениях теплоносителей [2].
Поскольку величина коэффициента теплоотдачи возрастает при поперечном обтекании труб теплоносителем, а следовательно коэффициент теплопередачи, зависящий от него, тоже возрастает. Более эффективное использование пространства уменьшает габариты аппарата. Это актуально для кожу-хотрубчатых и змеевиковых теплообменников [3]. Пример: кожухотрубчатый теплообменник типа труба в трубе имеет малое гидравлическое сопротивление, что позволяет существенно увеличить скорость потока. Увеличенную площадь теплообмена и усложненное движение теплоносителей имеют кожухот-рубчатые теплообменники с большим количеством труб. Характеристики кожухотрубча-тых подогревателей в зависимости от типоразмера приведены в таблице 4 [5]. Стоимость кожухотрубчатых подогревателей колеблется от 45 до 620 тысяч рублей.
Как видно, из представленной таблицы габариты и вес кожухотрубчатых теплообменников значительно возросли по сравнению с пластинчатыми теплообменниками, но повысилась и универсальность. В зависимости от материала такие теплообменники можно использовать для подогрева или охлаждения различных жидких сред.
Все выше перечисленные теплообмен-ные аппараты имеют ряд недостатков. Главным из них является цена, которая выше приемлемой для большинства предприятий малого бизнеса. Вторым недостатком является сложность монтажа и эксплуатации теплообменников. Особенно это касается проточных аппаратов, не имеющих в комплекте поставки вспомогательного оборудования. Для всех промышленных теплообменников характерны большие габариты, связанные с большим объёмом выпускаемой продукции, что представляет определённые трудности с их транспортировкой и размещением. Немаловажным фактором является узкая специализация предлагаемых на данный момент аппаратов, поэтому бизнесменам приходится покупать несколько теплообменников.
Так, теплообменники, контактирующие с пищевыми продуктами, нуждаются в частых регулярных чистках, к чему большинство промышленных аппаратов не приспособлено.
На кафедре ХТиИЭ АлтГТУ изготовлен опытный образец теплообменника, в котором использовалась комбинация современных высокотехнологичных материалов с высоким и низким коэффициентами теплопередачи, что позволило получить теплообменник со следующими характеристиками: интервал рабочих температур от - 45 до + 85 °С; высокая долговечность (порядка 15 - 20 лет); возможность работы с пищевыми продуктами;
низкие потери тепла в окружающую среду без применения дополнительных теплоизоляционных элементов. Для увеличения площади теплообмена, а следовательно, уменьшения габаритов аппарата, использовалась трубка с развитой поверхностью теплообмена. Для повышения эффективности в опытном образце теплоносители движутся по схеме змееви-ковых теплообменников, но не исключена и возможность движения по схеме теплообменников типа труба в трубе при больших скоростях. Основные характеристики опытного образца приведены в таблице 5. Опытный образец оборудован элементами автоматики, в частности расходомерами и термосопротивлениями с восьмиканальным измерителем УКТ38-Щ4 [6]. Расходомеры служат для определения производительности по теплоносителям. Термодатчики предназначены для измерения температуры на входах и выходах теплообменника, а также для определения температуры в точках по сечению самого образца. Показания приборов дадут возможность оценить эффективность данной конструкции, оптимальные параметры работы, а также инерционность аппарата, создадут базу для моделирования схожих конструкций. Серийные теплообменники будут оборудованы более простой схемой автоматизации, позволяющей удобно и просто осуществлять контроль и регулирование параметров его работы. Ориентировочная цена теплообменника без дополнительных устройств составляет 10 тысяч рублей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Холодильные установки для молочной промыш-ленности[Электронный ресурс]: статья/Ковров. -2011. - Режим доступа: http://www.npp-energiya.ru/price.html/ Загл. с экрана.
2. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов под ред. чл. - корр. АН России П. Г. Романкова. - 13-е изд., стереотипное. Перепечатка с издания 1987 г. М.: ООО ТИД "Альянс", 2006. - 576 с.
3. Поникаров И.И., Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопере-работки. - М.: Альфа-М. - 2006. - 605 с.
4. Пластинчатые теплообменники расчёт и произ-водство[Электронный ресурс]: статья/Петербург. -2011. - Режим доступа: http://atislab.ru/price/ Заглавие с экрана
5. Подогреватели пароводяные Электронный ресурс]: статья/М. - 2011. - Режим доступа http://centrtehkom.ru/index.php? ption= от_ ontent&task=view&id=4&Itemid=9/ Загл. с экр
6. Контрольно измерительные приборы производства ОВЕН[Электронный ресурс]: статья/М - 2011. - Режим доступа: http://www.owen.ru/catalog/ Загл. с экр.
