Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Основою високого рівня життя і ефективної економіки країни є зростання виробництва енергоресурсів на душу населення і їх раціональне споживання. Росія ділить з Францією 5-6 місце за споживанням енергоресурсів і знаходиться на 18-му місці за ефективністю використання енергії серед країн з подібними кліматичними умовами. Попереду розташувалися країни Європи, а також США і Канада.

На даному етапі розвитку людства з'явилася проблема ефективного використання енергії та впровадження енерго- та ресурсозберігаючих технологій, що дозволить звести до мінімуму проблеми екологічного характеру, а також забезпечити зростання потреби в енергії та енергоносіях. Успішне вирішення проблеми енерго- та ресурсозбереження можливо тільки в тому випадку, якщо переглянути і модернізувати всі етапи індустріального метаболізму. Основними етапами є: виробництво енергоносія, його передача і споживання. Частину проблем можна уникнути вже на стадії проектування енергоекономічних об'єктів і обладнання.

Особливу увагу слід приділити розвитку методів і режимів їх експлуатації, а також створення ефективних інструментів управління енергоресурсами на підприємствах і механізмів стимулювання. За різними оцінками це в 2-5 разів вигідніше, ніж будівництво нових потужностей з виробництва теплової і електричної енергії для тих же цілей. Близько 90% використовуваних в даний час енергоресурсів становлять невідновлювані (вугілля, нафта, природний газ, уран і т.п.) завдяки їхньому високому енергетичному потенціалу, відносної доступності та доцільності вилучення; темпи видобутку і споживання їх обумовлюють енергетичну політику. У ПЕК Росії виробляється близько третини всієї промислової продукції, формується більше 40% дохідної частини бюджету, за рахунок ПЕК забезпечується понад 40% дохідної частини бюджету, більше половини всіх валютних надходжень в країну.

Підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів і створення необхідних умов для переведення економіки країни на енергозберігаючий шлях розвитку — одна з пріоритетних завдань Енергетичної стратегії Росії до 2020 року.[1]

1 Актуальність теми

Вторинні (побічні) енергоресурси (ВЕР) — це носії енергії, що утворюються в ході виробництва, які можуть бути повторно використані для отримання енергії поза основного технологічного процесу.

Необхідність їх використання пояснюється тим, що коефіцієнт корисного використання (КПВ) енергоресурсів — головний показник ефективності виробництва — не досягає 40%, що свідчить про існування великих ресурсів економіки. Утилізація ВЕР дозволяє отримати велику економію палива і істотно знизити капітальні витрати на створення відповідних енергозберігаючих установок.

Актуальність дослідження обумовлена світовими тенденціями підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів і створення необхідних умов для переведення економіки країни на енергозберігаючий шлях розвитку[2].

За оцінками фахівців, потенціал енергозбереження становить 40-45% сучасного енергоспоживання в країні, або 360-430 млн т у. т., причому третина цього потенціалу економії мають галузі ПЕК, інша третина зосереджена в енергоємних галузях промисловості і будівництві, понад чверть — в житлово-комунальному господарстві, 6-7% — на транспорті та 3% — в сільському господарстві.

2 Мета та задачі роботи, заплановані результати

Метою роботи є розробка способу реалізації, які утворюються в процесі сушіння пастообразних матеріалів, вторинних енергоресурсів.

Задачі, які вирішуються для досягнення зазначеної мети:

  1. - аналіз існуючих розробок проблеми;
  2. - опис робочої установки сушіння пастообразних матеріалів;
  3. - виявлення виду ВЕР і його характеристик;
  4. - пропозиція по реалізації ВЕР;
  5. - техніко-економічне обґрунтування технічних рішень.

Об'єкт дослідження: процес сушіння пастообразних матеріалів.

Предмет дослідження: апаратурне оформлення процесу вакуумної сушки цинку двовуглекислого.

Наукова новизна роботи полягає в розробці обґрунтування апаратурного оформлення процесу сушіння пастообразних матеріалів, яке обумовлює використання ВЕР процесу.

Практичне значення роботи полягає у використанні результатів роботи для зниження енерго-, і матеріалокористання при прийнятті проектних рішень і промисловому впровадженні теплонасосних установок для використання ВЕР.

3 Огляд розробок по темі

Локальний

У дослідженні М. А. Остапенко і Л. М. Галушко наведені порівняльні результати промислових досліджень сушіння цинку вуглекислого в обігріваємій паром сушарці при атмосферному тиску і під вакуумом. Показано, що при сушінні під вакуумом зниження часу сушіння становить 27,3%. Розглянута конструкція апарату для очищення парів від пилу, який встановлюється після сушарки та забезпечує автоматичну підтримку заданого вакууму в сушарці[3].

Російська Федерація

Питання економії енергетичних ресурсів стало гостро тільки в останні роки, так як геополітичні та загальноекономічні умови примушують РФ до цього. Дослідження в області економії палива і енергії не мали належної уваги. Це обумовлено рядом причин: співвідношення цін в Росії на електроенергію і паливо таке, що навіть при високому коефіцієнті трансформації теплового насоса все одно вигідніше залишається купити паливо; значні капітальні витрати на впровадження теплонасосної установки і підтримання її експлуатаційних показників; термін окупності теплового насоса оцінюється в роках, що теж позначається негативно. Нині ж прийняті ряд законодавчих актів, спрямовані на ресурсозберігання у всіх можливих галузях.

Зарубіжжя

У статті представлена систематична класифікація методів зниження енергоспоживання і вартості сушарок. Можливості включають зниження питомого навантаження на випаровування і теплове навантаження сушильних установок, рекуперацію тепла і більш ефективне використання комунальних систем, включаючи ТЕЦ (комбіноване тепло і електроенергію). Скорочення використання енергії приносить відповідні вигоди для скорочення викидів і збереження природних ресурсів. Наводяться деякі приклади успішного застосування технологій мінімізації енергії в промисловості[4]

.

Енергетичні характеристики сушарки і процес сушіння характеризуються різними показниками, такими як об'ємна швидкість випаровування, споживання пара, питоме теплоспоживання та енергетична (теплова) ефективність. З усіх показників ефективність використання енергії найбільш часто вказується в технічних характеристиках. Ретельний аналіз доступної інформації, включаючи «Керівництво з промислової сушіння», вказує на неузгодженість термінології, визначення та інтерпретації даних. Таким чином, дані щодо енергоефективності значно різняться і часто суперечать теорії сушіння і промисловій практиці. Щоб створити спільну платформу для вирішення енергетичних проблем, в цій статті подано короткий огляд найбільш поширених визначень енергоефективності, а також критичний огляд опублікованих даних. Вказується необхідність проведення енергетичного аудиту та бенчмаркінгу. Щоб усунути недоліки енергоефективності як зосередженого параметра і забезпечити аналіз споживання енергії з плином часу (періодична сушка) або відстань (безперервна сушка), пропонуються миттєві і кумулятивні показники. Використовуючи ці показники, вивчаються енергетичні характеристики окремих сушарок, і наводяться можливі зміни в конструкції сушарки і робочих параметрах, щоб знизити загальне споживання енергії[5].


На основі експериментів представлені та обговорені обертаючася сушарка з киплячим шаром і модифікована спін-флеш-сушарка по відношенню до звичайної сушарки з киплячим шаром і спін-флеш-сушарки[6].

4 Дослідження сушки пастообразних матеріалів

4.1 Апаратурне оформлення сушки пастообразних матеріалів на прикладі Донецького заводу хімічних реактивів

Типова схема апаратурного оформлення установки для сушіння пастообразних матеріалів з використанням вакуум-гребкової сушарки показана на рисунку 1.

Типова схема апаратурного оформлення установки для сушіння пастообразних матеріалів з використанням вакуум-гребкового сушарки

Рисунок 1 — Типова схема апаратурного оформлення установки для сушіння пастообразних матеріалів з використанням вакуум-гребкового сушарки

Принцип роботы:

Циліндричний корпус сушарки 1 забезпечений сорочкою, в яку подається пар — теплоносій. Обертання скребків здійснюється електромеханічним приводом, що складається з редуктора 2 і електродвигуна 3. Корпус сушарки забезпечений штуцерами для завантаження пасти, виходу парів сушки і вивантаження сухого продукту. Сорочка корпусу забезпечена штуцером для подачі пари і двома штуцерами для видалення конденсату, що утворюється при охолодженні пара.

Пари, що виходять з сушарки, проходять перегрівник 4, призначення якого запобігти конденсації парів сушки і повернення вологи в сушарку, проходять барометричний конденсатор 8, де конденсуються, а повітря через каплевідбійники 9 відкачується водокільцевого вакуум-насосом 6. Вода, що подається на зрошення барометричного конденсатора, стікає в збірник 5. Вода, що подається в водокільцевий вакуум-насос, направляється в збірник 7.


Досвід експлуатації показує, що схема апаратурного оформлення процесу сушіння паст, представлена на малюнку 1, має наступні недоліки:

1. Велике винесення сухого продукту з робочої порожнини корпусу з парами сушки, що приводить до забивання трубопроводів і вакуумного насоса і частих зупинок. При цьому в багатьох випадках вакуумний насос відключається і сушка здійснюється без використання вакууму, що є економічно недоцільним, оскільки призводить до необхідності збільшення часу сушіння і, отже, — до збільшення витрати пари.

2. Велика енергоємність процесу, що пов'язано з втратами тепла парів сушки, які охолоджуються в барометричному конденсаторі водою.

3. Втрати продукту, що виноситься у вигляді пилу з робочої порожнини корпусу сушарки.

4. Втрати маточного розчину, пари якого конденсуються в барометричному конденсаторі, а конденсат разом з охолоджувальною водою скидається в каналізацію.

5. Велика металоємність і громіздкість трубопровідної обв'язки сушарки, що пов'язано з наявністю барометричного конденсатора, який для забезпечення видалення води, яка подається для охолодження і конденсації парів сушки, розташовується на значній висоті.


Для усунення вищевказаних недоліків було запропоновано:

1. Після сушарки встановити апарат для уловлювання пилу з парів сушки.

2. Перегрівник парів сушки 4 (рис. 1) виключити і замість нього встановити випарник теплового насоса.

3. Виключити барометричний конденсатор, встановлений в типовій схемі перед вакуум-насосом.

Схема апаратурного оформлення установки для сушіння пастообразних матеріалів після модернізації показана на рисунку 2.

Схема апаратурного оформлення установки для сушіння пастообразних матеріалів після модернізації

Рисунок 2 — Схема апаратурного оформлення установки для сушіння пастообразних матеріалів після модернізації

анімація: 16 кадрів, 10 циклів повторення, 126 кілобайт

Процес сушки паст після модернізації апаратурного оформлення здійснюється наступним чином:

Пари сушки з робочої порожнини корпусу сушарки 1 надходять в відцентрово-інерційний апарат 4 мокрого типу для очищення від уносимого пилу продукту і потім — в міжтрубний простір випарника 5 теплового насоса, в якому тепло парів сушки відбирається холодоагентом, киплячому в трубах випарника. При охолодженні парів сушки волога конденсується, а повітря відкачується вакуумним насосом.

У міжтрубномупросторі випарника 5 відбувається практично повна конденсація парів сушки, що виключає необхідність установки барометричного конденсатора перед вакуумним насосом.

Шлам з апарату 4 (вода з розчиненим пилом продукту) і конденсат пари сушки, з випарника 5 стікають до збірника 9, звідки насосом 10 направляються в збірник маточного розчину і потім — в реактор для виробництва продукту.

Пари киплячого холодоагенту відсмоктуються з випарника 5 компресором 6, стискаються, при цьому нагріваючись, і направляються в трубний простір конденсатора 7, де охолоджуються до температури конденсації хімічно очищеною водою, що проходить в міжтрубному просторі.              Нагріта хімічно очищена вода, яка виходить з конденсатора 7, використовується для виробництва енергетичної пари.

Рідкий холодоагент з конденсатора 7 проходить капілярний редукційний клапан 8 і направляється в труби випарника 5. Після клапана 8 тиск рідкого холодоагенту різко знижується, що призводить до його закипання в трубах випарника за рахунок тепла парів сушки.

Таким чином, модернізація апаратурного оформлення процесу сушіння пастообразних матеріалів у вакуум-гребковій сушарці дозволяє за допомогою теплового насоса здійснювати перенесення тепла від конденсуючихся в міжтрубному просторі випарника 5 парів сушки до хімічно очищеної води, що проходить через міжтрубний простір конденсатора 7[7].

Чому саме тепловий насос

До недоліків теплових насосів, що використовуються для опалення та гарячого водопостачання, слід віднести велику вартість встановленого обладнання.[9]

4.2 Принцип розрахунку теплонасосної установки

ВЕР, як уже було відзначено вище, який пропонується використовувати — пари сушки з робочої порожнини корпусу.

Для аналізу роботи теплового насоса використовуються T, S- і p, h- діаграми (рис. 3, 4).


T, S-діаграма

Рисунок 3 — T, S-діаграма

p, h-діаграма

Рисунок 4 — p, h-діаграма

Тепловий насос — це теплова машина, в якій зовнішня робота витрачається на передачу теплоти.              Схема ідеального циклу парокомпрессіонного теплового насоса представлена на рисунку 5.


Ідеальний теплонасосний цикл Карно

Рисунок 5 — Ідеальний теплонасосний цикл Карно:

qu — теплота, що віддається низькопотенційним теплоносієм і отримується хладоагентом при його випаровуванні; qk — теплота, що віддається холодоагентом при його конденсації і отримується високопотенційним теплоносієм; lсж — робота, необхідна для стиснення холодоагенту; W — енергія, підведена до приводу; Tи и Tк — температури випаровування і конденсації

В ідеальному теплонасосному циклі Карно здійснюються такі процеси:


В парокомпресійному тепловому насосі на відміну від теплонасосного циклу Карно наступні відмінності:

1. Замість детандера використовується дросельний вентиль. Це обумовлено як великою вартістю першого, так і простотою виготовлення і експлуатації другого.

2. Стискати технічно можливо тільки газ, тому в компресор повинен надходити пар без домішок рідини. Стиснення супроводжується втратами енергії і відбувається політропно.

3. Втрати тиску через тертя в сполучних трубопроводах між конденсатором і дроселем викликають часткове випаровування фреону. Якщо на вхід дроселя надходить парорідинна суміш, ефективність його роботи знижується. Тому рідину після конденсатора додатково переохолоджують так, щоб точка 3 перебувала не на лінії насичення, а лівіше її. Це також покращує роботу теплового насоса, так як знижує частку пара, що надходить у випарник, що призводить до меншої витрати фреону в циклі.

4. У реальних теплових двигунах можна створити умови, при яких їх робочий цикл був би циклом Карно, так як процеси в них відбуваються швидше, ніж це необхідно для ізотермічного процесу, і в той же час не настільки швидкі, щоб бути адіабатичними (рис.6).

Схема и цикл парокомпресійного теплового насоса

Рисунок 6 — Схема и цикл парокомпресійнного теплового насоса:

tв1, tв2, tн1, tн2 — температури високопотенційного і низько потенційного теплоносія на вході і виході


Вибір найбільш оптимальної конструкції теплового насоса вимагає порівняння безлічі варіантів по схемам насосів, фреонам, температурних перепадів, що задаються в теплообмінниках. Розрахунок теплових насосів традиційно проводиться за допомогою T, S или p, h – діаграм робочих тіл (фреонів). Метою термодинамічного розрахунку є визначення показників ефективності циклу теплового насоса.             У розділі пропонується методика розрахунку теплонасосних циклів.

Вихідними даними для розрахунку є:

— теплове навантаження Qтн, кВт, або витрата низькопотенційного теплоносія Gн, кг/с;

— температура низько потенційного теплоносія (холодної води, антифризу або розсолу) на вході в тепловий насос tн1, °С;

— температура низько потенційного теплоносія (холодної води, антифризу або розсолу) після теплового насоса tн2, °С;

— температура високопотенційного теплоносія (гарячої води) на вході в тепловий насос tв1, °С;

— температура гарячої води після теплового насоса tв2, °С[10].

4.3 Підбір теплового насосу та техніко-економічне обґрунтування

Вибираємо тепловий насос за наявними класифікаційними категоріями:

1) Принцип дії: парокомпресійний тепловий насос. У парокомпресійних теплових насосах підбираються робочі тіла, що змінюють свій агрегатний стан при необхідних температурах і тисках. Вони поглинають тепло при випаровуванні і віддають при конденсації. Ці процеси утворюють ізотерми циклу. Головним компонентом теплового насоса є компресор, що стискає пар. В якості робочого тепла в даних машинах використовуються хладони - переважно фторхлор містять вуглеводні, т.н. фреони.

2) Джерело низькопотенційного тепла: тепло технологічного процесу, а саме парів сушки пастообразного матеріалу.

3) Тип теплообмінника: вода — повітря.

4) Принцип взаємодії робочих середовищ: замкнутий цикл.

5) Режим експлуатації теплового насоса: моновалентний[11].

6) Можливі шляхи застосування відібраного установкою тепла: на підтримку клімату заводських приміщень (температура, вологість повітря), в технологічний процес, на нагрів рідин (водопостачання заводу).

Техніко-економічна частина питання

Ефективність проектованих машин полягає в першу чергу в тому, що їх застосування забезпечує економію матеріалів, палива, електроенергії, праці робітників.

При розробці проекту реконструкції виробництва слід провести розрахунок:

Склад техніко-економічної частини проекту модернізації обладнання буде залежати від того, на що спрямована модернізація, і тому може проводитися з різних видів витрат. Вартість обладнання впливає на величину капітальних витрат. Капітальні витрати зазвичай знижуються при заміні обладнання на більш продуктивне, при цьому можуть бути знижені металоємність обладнання і потреба в виробничих площах.

При визначенні витрат на обладнання слід враховувати витрати, пов'язані з його доставкою, монтажем та іншими видами робіт[12].

Висновки

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена.

Остаточне завершення: червень 2018 року.

Вищевикладені етапи дослідження є предметом більш детального вивчення в магістерської дисертації з метою виявлення найбільш ефективних розрахункових і економічних показників.

Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Версия 1.0 [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие / В. В. Стафиевская, А. М. Велентеенко, В. А. Фролов. — Электрон. дан. (6 Мб). — Красноярск : ИПК СФУ, 2008.— (Методы и средства энерго- и ресурсосбережения : УМКД № 10-2007 / рук. творч.)
  2. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) [Электронный ресурс]. — Режим доступа к статье: http://greenevolution.ru/enc/wiki/vtorichnye-energeticheskie-resursy-ver/.
  3. Галушко Л. М., Остапенко М. А. Исследование процесса вакуумной сушки пасты цинка углекислого / Л. М. Галушко, М. А. Остпенко // Сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвящённых 105-летию академика А.В. Лыкова "Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе". Курск: ЗАО "Университетская книга", 2015.— 485 с.
  4. Reducing Dryer Energy Use by Process Integration and Pinch Analysis [Электронный ресурс]. — Режим доступа к статье: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/07373930500210572.
  5. Energy Aspects in Drying [Электронный ресурс]. — Режим доступа к статье: http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1081/DRT-120038572.
  6. Drying of paste-like materials in screw-type spouted-bed and spin-flash dryers [Электронный ресурс]. — Режим доступа к статье: http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/07373938908916612.
  7. Солохин Д. М., Остапенко М. А. Энерго- и ресурсосберегающая модернизация аппаратурного оформления процесса сушки пастообразных материалов / Д. М. Солохин , М. А. Остапенко // Сборник научных работ «Комплексное использование природных ресурсов» — Донецк, ДонНТУ, 2015.— 172 с.
  8. Германович В., Турилин А. Альтернативные источники энергии и энергосбережение. Практические конструкции по использованию энергии ветра, солнца, воды, земли, биомассы. СПб.: Наука и техника, 2014.— 320 с.
  9. Тепловые насосы [Электронный ресурс]. — Режим доступа к статье: http://technocool.kz/oborudovanie/kholod/teplovye-nasosy.
  10. Трубаев П. А., Гришко Б. М. Тепловые насосы: учеб. пособие / П. А. Трубаев, Б. М. Гришко. — Белгород: Изд-во БГТУ, 2010.— 143 с.
  11. Классификация тепловых насосов [Электронный ресурс]. — Режим доступа к статье: http://vantubo-service.ru/company/30-produktsiya/teplovye-nasosy/59-klassifikacziya-teplovyx-nasosov.
  12. Альперт Л. З. Основы проектирования химических установок: Учеб. пособие для учащихся химико-механич. спец. техникумов. — 4-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1989.— 304 с.; ил.