Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла

Целью исследований являлась разработка методики определения показателей энергоэффективности различных схем энергообеспечения ВВУ. В результате проведено сравнение одноступенчатой ВВУ и ВВУ с тепловым насосом. Для ВВУ с тепловым насосом определены режимные параметры обеспечивающие минимум выбранного...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Смирнов, Г.Ф., Зыков, А.В., Резниченко, Д.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2016
Schriftenreihe:	Промышленная теплотехника
Schlagworte:	Теория и практика сушки
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142303
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла / Г.Ф. Смирнов, А.В. Зыков, Д.Н. Резниченко // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 5. — С. 32-38. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142303
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1423032018-10-04T01:23:09Z Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла Смирнов, Г.Ф. Зыков, А.В. Резниченко, Д.Н. Теория и практика сушки Целью исследований являлась разработка методики определения показателей энергоэффективности различных схем энергообеспечения ВВУ. В результате проведено сравнение одноступенчатой ВВУ и ВВУ с тепловым насосом. Для ВВУ с тепловым насосом определены режимные параметры обеспечивающие минимум выбранного критерия. Метою досліджень була розробка методики визначення показників енергоефективності різних схем енергозабезпечення ВВУ. В результаті проведено порівняння одноступеневої ВВУ і ВВУ з тепловим насосом. Для ВВУ з тепловим насосом визначені режимні параметри які забезпечують мінімум обраного критерію. The goal of research was to develop a methodology for determining the energy efficiency of various schemes of Vacuum Evaporators (VE) energy supply. As a result, the comparison of singleeffect VE and VE with heat pump (HPVE) was done. For HPVE the operating parameters are defined to ensure a minimum of the selected criteria. 2016 Article Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла / Г.Ф. Смирнов, А.В. Зыков, Д.Н. Резниченко // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 5. — С. 32-38. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0204-3602 DOI: https://doi.org/10.31472/ihe.5.2016.04 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142303 621.577 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теория и практика сушки Теория и практика сушки
spellingShingle	Теория и практика сушки Теория и практика сушки Смирнов, Г.Ф. Зыков, А.В. Резниченко, Д.Н. Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла Промышленная теплотехника
description	Целью исследований являлась разработка методики определения показателей энергоэффективности различных схем энергообеспечения ВВУ. В результате проведено сравнение одноступенчатой ВВУ и ВВУ с тепловым насосом. Для ВВУ с тепловым насосом определены режимные параметры обеспечивающие минимум выбранного критерия.
format	Article
author	Смирнов, Г.Ф. Зыков, А.В. Резниченко, Д.Н.
author_facet	Смирнов, Г.Ф. Зыков, А.В. Резниченко, Д.Н.
author_sort	Смирнов, Г.Ф.
title	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла
title_short	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла
title_full	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла
title_fullStr	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла
title_full_unstemmed	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла
title_sort	проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Теория и практика сушки
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142303
citation_txt	Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла / Г.Ф. Смирнов, А.В. Зыков, Д.Н. Резниченко // Промышленная теплотехника. — 2016. — Т. 38, № 5. — С. 32-38. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv	AT smirnovgf problemavyboralučšegotehničeskogorešeniâdlâobespečeniâvakuumvyparnojustanovkipodvodomtepla AT zykovav problemavyboralučšegotehničeskogorešeniâdlâobespečeniâvakuumvyparnojustanovkipodvodomtepla AT rezničenkodn problemavyboralučšegotehničeskogorešeniâdlâobespečeniâvakuumvyparnojustanovkipodvodomtepla
first_indexed	2025-07-10T14:40:13Z
last_indexed	2025-07-10T14:40:13Z
_version_	1837271263413796864
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №532 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ УДК 621.577 ПРОБЛЕМА ВЫБОРА ЛУЧШЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВАКУУМ-ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКИ ПОДВОДОМ ТЕПЛА Смирнов Г.Ф., д.т.н., Зыков А.В., канд. техн. наук, Резниченко Д.Н. Одесская национальная академия пищевых технологий, ул. Канатная 112, Одесса, Украина Метою досліджень була розроб- ка методики визначення показників енергоефективності різних схем енергозабезпечення ВВУ. В результаті проведено порівняння одноступеневої ВВУ і ВВУ з тепло- вим насосом. Для ВВУ з тепловим насосом визначені режимні параме- три які забезпечують мінімум обра- ного критерію. Библ.10. рис. 2. Ключевые слова: вакуум-выпарной аппарат, тепловой насос, оптимизация. Введение. Одна из распространенных форм организа- ции технологического процесса в пищевой, хи- мической, биотехнической и др. областей про- мышленности связана с подводом тепла низкого температурного потенциала. При этом решается вопрос об источнике тепла. При обычном под- ходе используется греющий пар, получаемый от котельной. Иногда этот пар может быть получен как часть отбираемого пара из отборов паровой турбины [1]. Тогда, чем ниже давление и тем- пература отбора, тем выше получаемая от него энергия. Но понижение температуры греющего пара, при требуемом по технологии уровне, при- водит к возрастанию поверхности теплообмена, на которой должен кипеть продукт. Это означает необходимость выбора оптимума этого параме- тра. Решение этой проблемы, по существу, задача оптимизации ВВУ при её стационарном режиме. Первый шаг связан с определением функции цели. Естественно, принимать в качестве такой величины суммарные затраты в денежном вы- ражении. В этом случае, как правило, они опре- деляются как сумма затрат, в которую входят: а) Затраты эксплуатационные, включая затраты Целью исследований являлась разработка методики определения показателей энергоэффективности различных схем энергообеспече- ния ВВУ. В результате проведено сравнение одноступенчатой ВВУ и ВВУ с тепловым насосом. Для ВВУ с тепловым насосом определены режимные параметры обеспечива- ющие минимум выбранного крите- рия. The goal of research was to develop a methodology for determining the energy efficiency of various schemes of Vacuum Evaporators (VE) energy supply. As a result, the comparison of single- effect VE and VE with heat pump (HPVE) was done. For HPVE the operating parameters are defined to ensure a minimum of the selected criteria. на подачу энергии и тепла; обслуживание работы ВВУ и т.п. б) Затраты капитальные, связанные с стоимостью оборудования, приборов, необходи- мых помещений и пр. Совремённые тенденции, обусловленные энергетическими проблемами, приводят к не- обходимости, учитывать задачи энерго – ресур- сосбережения [2, 3]. Традиционным путем повы- шения энергетической эффективности процесса при сохранении качества концентрируемого про- дукта является использование многоступенчатых ВВУ [4, 5]. Также для снижения затрат энергии на процесс используется и энергия отводимого вторичного пара. Существуют схемные решения организации работы ВВУ, основанные на при- менении разных вариантов устройств по сжатию вторичного пара и возврата его в качестве источ- ника тепла, такие как использование эжекторов [6, 7], применение компрессоров или газодувок [8], и разнообразные их вариации. Эффектив- ность такого пути решения проблемы энергосбе- режения сильно зависит от экономических пока- зателей этих устройств: в частности к.п.д. (этот параметр достаточно мал для эжекторов, в пер- вую очередь,). В не меньшей мере, это зависит от ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №5 33 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ уровня отработки этих устройств и данных по их стоимости. В последние годы оказались популярными и перспективными схемы обеспечения работы ВВУ на основе использования тепловых насо- сов (ТНУ) в качестве источников подвода тепла [9, 10], которые, при соблюдении требований технологии, могут решать и задачи отвода тепла, возникающие в ВВУ, связанные с конденсаци- ей вторичного пара, образующегося как побоч- ный результат при выпаривании. Таким образом, возникает задача объективного сравнения двух схемных решений технологии ВВУ: обычной, с греющим паром в качестве основного источ- ника тепла, и с применением ТНУ. Представля- ется, что в этом отношении, применение ТНУ имеет преимущество. Поэтому, в данной работе авторами исследовалась проблема объективного сравнения 2-х схем ВВУ: 1. Использующих гре- ющий пар; 2. Использующих ТНУ, в качестве источника энергии. В качестве конкретного при- мера рассматривалась одноступенчатая ВВУ для концентрирования водных растворов. Такие ВВУ весьма распространены в пищевых технологиях. Заметим также, что они же применимы при ре- шении экологических проблем (очистка сточных вод; промышленных стоков и т.д.); в химических технологиях при пониженном уровне температур и др. Процедура и методика расчёта ВВУ с гре- ющим паром в качестве источника тепла. Тоже при использовании ТНУ как источника и стока тепла в ВВУ Целью расчета является определение кон- структивных параметров установки и опреде- ление затрат энергии на проведение процесса. Затраты энергии складываются из затрат на по- догрев продукта до температуры кипения, на испарение растворителя и компенсацию потерь энергии в окружающую среду. Основным же конструктивным параметром является площадь теплопередающей поверхности, которая опреде- ляется из уравнения теплопередачи. Следует от- метить, что при использовании ТНУ как источни- ка и стока теплоты, конденсация вторичного пара осуществляется в поверхностном теплообменни- ке и его поверхность также должна быть опреде- лена при расчете. Набор исходных данных, рас- чётных формул и общий порядок расчёта имеет следующий вид: 1.Производительность по начальному про- дукту Gn в кг/час или в кг/сек. 2. Начальное содержание сухих веществ в кг/ кг an; 3. Конечное содержание сухих веществ в кг/ кг ak; 4. Давление греющего пара в МПа Pgr,температура tgr и её диапазон. 5. Температура и давление вторичного пара в градусах С и в МПа Pvt. 6. Температура выпаривания в градусах С tvt. и диапазон её изменения. 7. Начальная температура продукта tn в гра- дусах С. 8. Степень сухости греющего пара или его эн- тальпия. 9. Материал поверхностей теплообменников и его физические свойства. 10. Тип топлива его теплотворная способ- ность и стоимость его единицы. 11. Стоимости основного оборудования и сроки его эксплуатации. 12. Соотношения для определения теплофи- зических свойств теплоносителя. 13. Соотношения для определения теплофи- зических свойств продукта. В последних важными являются соотношения для расчёта основных температурных депрессий конечного состояния продукта: физико–хими- ческой (ФХТД), гидростатической, гидродина- мической. Для первой необходима информация, учитывающая реальные свойства продукта на выходе; для второй нужны данные по конструк- ции парогенератора; третью принимают, а затем уточняют после завершения основных расчётов. Ниже дана формула для расчёта ФХТД при вы- паривании соков: ∆ph=0.38∙exp(0.05+0.045∙ak), (1) здесь Δph; ak ФХТД и концентрация на выходе продукта, соответственно. Для гидростатической депрессии рекомендуется следующая схема рас- чёта оптимальной высоты продукта в трубках па- рогенератора; 𝑙𝑙𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜 = [0.26 + 0.0014 ∙ (𝜌𝜌𝑜𝑜𝑝𝑝 − 𝜌𝜌𝑔𝑔𝑝𝑝𝑔𝑔(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡) 𝑘𝑘𝑘𝑘 ∙ 𝑚𝑚−3 ] ∙ 𝑚𝑚 , (2) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №534 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ здесь: lopt; ρgrk (tvt); ρpr – оптимальная высота уров- ня кипящего продукта в трубках парогенератора; его плотность на выходе и на входе, соответствен- но. Далее, среднее давление в аппарате: Pср= Pvt+0.5∙lopt∙ρpr∙g. (3) Масса выпаренной влаги определяется: Wvt=Gn∙(1–an⁄ak). (4) здесь Wvt и есть массовый расход в кг/сек или в кг/час. Тепловая мощность необходимая для обе- спечения технологии Q0 состоит: 1 мощности для нагрева от начальной температуры продукта до температуры насыщения Q1 при его парообразо- вании; 2. мощности для самого процесса выпари- вания Q2; 3. потерь тепла в окружающую среду Qop. Формулы для определения этих слагаемых имеют следующий вид: Q1= Gn∙ Cp∙(ts – tn); (5) Q2= Wvt∙ rvt; (6) Qop = 0.05(Q1+ Q2); (7) Q0 = Q1 + Q2+ Qop. (8) Температурный напор в парогенераторе (не- зависимая переменная) определяется как: ∆ti= tgri – tS , (9) здесь ∆ti, tgri, tS – i ый температурный напор; i я температура нагрева; температура насыщения при выпаривании, соответственно. Следующими действиями будут расчёты теплопередачи в грею- щей камере парогенератора. Плотность теплово- го потока в ней определяется по данным расчётов теплоотдачи с сторон кипения и конденсации. С стороны кипения продукта коэффициент тепло- отдачи можно рассчитать по следующей форму- ле: ∝ 2 = (𝜆𝜆1 δ1) ∙ 3.25 ∙ 10−4 ∙ (𝑞𝑞1𝑓𝑓 ∙ 𝛿𝛿1 𝑟𝑟1 ∙ 𝜌𝜌2 ∙ 𝜆𝜆1 ∙ 𝐶𝐶1 ∙ 𝜌𝜌1) 0.6 ∙ (𝑔𝑔 ∙ 𝛿𝛿1 3 𝜈𝜈12) 0.125 ∙ (𝑃𝑃1 ∙ 𝛿𝛿1𝜎𝜎1) 0.7⁄ ∝ 2 = (𝜆𝜆1 δ1) ∙ 3.25 ∙ 10−4 ∙ (𝑞𝑞1𝑓𝑓 ∙ 𝛿𝛿1 𝑟𝑟1 ∙ 𝜌𝜌2 ∙ 𝜆𝜆1 ∙ 𝐶𝐶1 ∙ 𝜌𝜌1) 0.6 ∙ (𝑔𝑔 ∙ 𝛿𝛿1 3 𝜈𝜈12) 0.125 ∙ (𝑃𝑃1 ∙ 𝛿𝛿1𝜎𝜎1) 0.7⁄ . (10) Здесь: δ1 = √ 𝜎𝜎1 (ρ1 − ρ2) ∙ 𝑔𝑔 𝑞𝑞1𝑓𝑓 = 𝛼𝛼2 ∗ ∆𝑡𝑡2 ∝ 1 ∙ 𝑑𝑑 𝜆𝜆1 = 𝐶𝐶10 ∙ 𝑅𝑅𝑅𝑅10.8 ∙ 𝑃𝑃𝑃𝑃10.43 ∙ [1 + 𝑋𝑋ср ∙ (𝜌𝜌1 𝜌𝜌2 − 1)]0.5⁄ ; (11) q1f =α2∆t2; (12) ∆t2= tgri2– tS, (13) прочие величины связаны с теплофизическими свойствами продукта; это: λ1; r1; ρ2; ρ1; ν1;σ1;C1; P1 – коэффициент теплопроводности жидкого продукта; теплота его фазового перехода; плот- ности пара и жидкости; коэффициенты кинема- тической вязкости и поверхностного натяжения жидкого продукта; его удельная теплоёмкость и давление насыщения, соответственно. Для рас- чёта коэффициента теплоотдачи при конденса- ции внутри трубок парогенератора используем известную зависимость для полной конденсации быстродвижущегося пара внутри гладкого кана- ла: ∝ 1 ∙ 𝑑𝑑 𝜆𝜆1 = 𝐶𝐶10 ∙ 𝑅𝑅𝑅𝑅10.8 ∙ 𝑃𝑃𝑃𝑃10.43 ∙ [1 + 𝑋𝑋ср ∙ (𝜌𝜌1 𝜌𝜌2 − 1)]0.5⁄ Re1 = 𝑞𝑞 ∙ 𝑑𝑑1 r1 ∙ μ1 . (14) Здесь: α1;d1;C10;Re1;Pr1;Xср;ρ1;ρ2;λ1 – средний по поверхности канала коэффициент теплоотда- чи при конденсации внутри быстродвижущегося пара с средним массовым расходным паросодер- жанием, равным Xср; внутренний диаметр канала; полуэмпирическая постоянная; число Рейноль- дса для плёночной конденсации; число Прандт- ля для конденсата; среднее массовое расходное паросодержание; плотности конденсата и пара; коэффициент теплопроводности конденсата, со- ответственно. В (14) ∝ 1 ∙ 𝑑𝑑 𝜆𝜆1 = 𝐶𝐶10 ∙ 𝑅𝑅𝑅𝑅10.8 ∙ 𝑃𝑃𝑃𝑃10.43 ∙ [1 + 𝑋𝑋ср ∙ (𝜌𝜌1 𝜌𝜌2 − 1)]0.5⁄ Re1 = 𝑞𝑞 ∙ 𝑑𝑑1 r1 ∙ μ1 , (15) тут q – средняя по внутренней поверхности ка- нала плотность теплового потока; r1; μ1- тепло- та фазового перехода и динамическая вязкость конденсата, соответственно. Термическое сопро- тивление с стороны кипящего продукта помимо термического сопротивления процесса, включает сумму термических сопротивлений металличе- ской стенки и загрязнений, т.е. 𝑅𝑅Σ = (𝛿𝛿𝑤𝑤 𝜆𝜆𝑤𝑤 + 𝑅𝑅заг) , (16) тут RΣ; δw; λw;Rзаг– сумма 2-х этих сопротивлений; толщина стенки и её коэффициент теплопро- водности, термическое сопротивление загряз- нений, соответственно. Последнюю величину нужно принимать на основе рекомендаций из эксплуатационного опыта. Таким образом, рас- чёт интенсивности теплопередачи через стенку парогенератора при конденсации греющего пара внутри трубы и кипении продукта на внешней её поверхности приводит к системе трансцендент- ных уравнений или к системе из степенных урав- нений вида: 2 Z11t2 1.5  , (17) ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №5 35 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ здесь α2, ∆t2, q- коэффициент теплоотдачи с сто- роны кипящего продукта; температурный напор поверхность кипения – объём кипящей среды; плотность теплового потока, соответственно. Параметр Z11 – есть комплекс теплофизических свойств следующих из эмпирической формулы для расчёта интенсивности процесса кипения. Этот параметр имеет вид: 𝑍𝑍11 = 𝛿𝛿11.675 ∙ 𝜆𝜆1 ∙ (𝐶𝐶1 ∙ 𝜌𝜌1𝜌𝜌2 ∙ 1 𝑟𝑟1) 1.5 ∙ (𝑃𝑃1𝜎𝜎1) 1.75 ∙ (𝑔𝑔)0.3125 ∙ (𝜈𝜈1)−0.625 ,(18) следует иметь ввиду, что необходимо уточне- ние этой формулы, включая суть и размерности входящих в нее величин. Естественным шагом является запись коэффициента теплопередачи с учётом термических сопротивлений стенки и слоя загрязнений для записи плотности теплово- го потока с стороны кипящего продукта, из этого следует: 1 𝑘𝑘2 = 1 ∝2 + 𝛿𝛿𝑤𝑤 𝜆𝜆𝑤𝑤 + 𝑅𝑅заг; 𝑞𝑞2 = 𝑘𝑘2 ∙ ∆𝑡𝑡2 , (19) С другой стороны эта плотность теплового пото- ка должна быть такой же, как и с стороны грею- щего пара, т.е.: 𝑞𝑞1 =∝ 1 ∙ ∆𝑡𝑡1; ∆𝑡𝑡1 = 𝑡𝑡𝑔𝑔𝑔𝑔 − 𝑡𝑡𝑊𝑊1 𝑞𝑞1 = 𝑞𝑞2; 𝑡𝑡𝑔𝑔𝑔𝑔 − 𝑡𝑡𝑊𝑊1 = 𝑡𝑡𝑣𝑣𝑣𝑣 + ∆𝑡𝑡2 tW12 2 tW1 tgr11 Z111 Z1222 tW1 t10 Z111 Z1222  tgr112  0 (20) и 𝑞𝑞1 =∝ 1 ∙ ∆𝑡𝑡1; ∆𝑡𝑡1 = 𝑡𝑡𝑔𝑔𝑔𝑔 − 𝑡𝑡𝑊𝑊1 𝑞𝑞1 = 𝑞𝑞2; 𝑡𝑡𝑔𝑔𝑔𝑔 − 𝑡𝑡𝑊𝑊1 = 𝑡𝑡𝑣𝑣𝑣𝑣 + ∆𝑡𝑡2 tW12 2 tW1 tgr11 Z111 Z1222 tW1 t10 Z111 Z1222  tgr112  0 . (21) Конкретные расчёты показали, что для каж- дого варианта температуры греющего пара, при всех остальных исходных условиях одинаковых, определение температуры поверхности кипения и плотности теплового потока, можно свести к решению квадратного уравнения вида: 𝑞𝑞1 =∝ 1 ∙ ∆𝑡𝑡1; ∆𝑡𝑡1 = 𝑡𝑡𝑔𝑔𝑔𝑔 − 𝑡𝑡𝑊𝑊1 𝑞𝑞1 = 𝑞𝑞2; 𝑡𝑡𝑔𝑔𝑔𝑔 − 𝑡𝑡𝑊𝑊1 = 𝑡𝑡𝑣𝑣𝑣𝑣 + ∆𝑡𝑡2 tW12 2 tW1 tgr11 Z111 Z1222 tW1 t10 Z111 Z1222  tgr112  0 .(22) Здесь: tW1; tgr11; t10; Z111; Z122- искомая тем- пература на поверхности кипения; температура греющего пара в этом варианте; температура на- сыщения вторичного пара; комплексы основных факторов влияния, включая связанные с тепло- физическими свойствами продукта и теплоно- сителя и геометрией поверхностей теплообмена. Для каждого варианта температуры греющего пара определялись: температуры поверхности кипения, плотности теплового потока и масштаб поверхности парогенератора, а затем её масса, стоимость и прочие параметры для техно- эко- номического расчёта и определения оптимально- го значения греющей температуры. Результаты расчётов в их графической форме представлены ниже для разных вариантов исходных данных. Рис. 1. Зависимость критерия оптимизации ZEi от греющей температуры tgri при 7500 часах в год работы и прочих вышеназванных параметрах. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №536 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ Рис. 2. Зависимость критерия оптимизации ZEAi от греющей температуры tgri при 750 часах в год работы и прочих вышеназванных параметрах. Исходные положения по выбору оптималь- ных параметров ВВУ Задача оптимизации ВВУ с ТНУ состоит в определении режимных параметров ТНУ, таких как температуры испарения и конденсации хла- дагента, которые обеспечат наименьшие затраты энергии на проведение процесса при наимень- ших эксплуатационных затратах и соблюдении технологических ограничений. Следует также учесть влияние перегрева и переохлаждения хла- дагента на эффективность работы ТНУ. Для решения задачи был принят критерий оптимизации в таком виде: Копт = Сэ∙Зэ + Ка∙Кк, (23) где Зэ – потребленная за год энергия; Ка – коэф- фициент амортизации Кк – стоимость оборудо- вания. Возможны варианты использования только электрической энергии либо комбинированное использование электрической и тепловой энер- гии. Во втором случае критерий примет следую- щий вид: Копт=Сээ∙Зээ + Стэ∙Зтэ +Ка∙Кк, (24) где: Сээ – стоимость электроэнергии; Зээ – по- требленная за год электроэнергия; Стэ – стои- мость тепловой энергии; Зтэ – потребленная за год тепловая энергия; Параметрами, влияющими на показатель качества (критерий оптимально- сти) являются температуры испарителя и кон- денсатора, температура перегрева хладагента, конструктивные особенности теплообменников (расположение труб, их длина или диаметр). Для оптимизации ВВУ с ТНУ принята математиче- ская модель. Алгоритм реализации модели включает сле- дующие этапы: 1. Ввод исходных данных. На этом этапе зада- ются производительностью аппарата, вид сырья, его начальная температура, давление в аппарате, температура охладителя и конденсатора ТН, тем- пература перегрева хладагента в ТН, расположе- ние теплообменных труб и их линейные размеры. Стоимость электричества и тепла и коэффициент амортизации. 2. Определение теплофизических свойств продукта и хладагента. 3. Определение температуры кипения про- дукта в аппарате с учетом давления в аппарате и температурной депрессии. 4. Определение теплофизических свойств продукта и жидкого и парообразного растворите- ля при температуре кипения продукта. 5. Определение расхода тепла. По величине расхода тепла определяется мощность компрес- сора ТН и величина мощности подводимой к ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №5 37 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ установке либо сбрасываемой в окружающую среду. 6. Определяется стоимость подводимой за год электрической и тепловой энергии. 7. Определяется коэффициент теплопередачи кипятильных труб ВВА, которые являются кон- денсатором ТНУ. 8. Определяется площадь поверхности кипя- тильных труб и их стоимость. 9. Определяется коэффициент теплопередачи конденсатора ВВА, который является испарите- лем ТНУ. 10. Определяется площадь поверхности кон- денсатора и его стоимость. 11. Определяются суммарные эксплуатаци- онные затраты за год как сумма стоимости по- требленной за год энергии и амортизационных отчислений от капитальных затрат на теплооб- менное оборудование. Выводы и рекомендации Таким образом, по результатам выполненных расчётов при принятом виде функции цели (кри- терии оптимальности) следует, что оптимальной является температура греющего пара при числе часов работы ВВУ в 7500 в год в 330 К, т.е. 57 С. В случае 750 часов работы в году, эта темпера- тура составляет примерно 333К, т.е. 60С. Отме- тим, что такой функционал и критерий оптими- зации возникли для принятых исходных условий и исходных стоимостных параметров (стоимость единицы массы оборудования, в данном случае парогенератора; цена единицы энергии, которая может быть получена, если в качестве греющего пара используется пар из отбора турбины; сто- имость единицы электрической энергии и т.д.). При использовании греющего пара из котель- ной, с точки зрения денежных затрат, не имеет значения вероятный энергетический потенциал этого пара. Тем не менее, при сравнении вариан- та с традиционной схемой подвода тепла к ВВУ и варианта, когда источником энергии для ВВУ является тепловой насос, нужной производитель- ности или система на его основе, такой подход к выбору оптимальных температурных параметров парогенератора, представляется естественным. ЛИТЕРАТУРА 1. Adriano V. Ensinas, Silvia A. Nebra, Miguel A. Lozano, Luis Serra. Design of Evaporation Systems and Heaters Networks in Sugar Cane Factories Using a Thermoeconomic Optimization Procedure. // Int. J. of Thermodynamics ISSN 1301-9724 Vol. 10 (No. 3), pp. 97-105, September 2007 2. Бурдо О.Г.Энергетический мониторинг пи- щевых производств – Одесса: Полиграф, 2008 – 244 с. 3. Бурдо О. Г., Буйвол С. М., Бандура В. Н. Энергетическая стратегия развития агропромыш- ленного комплекса в условиях кризиса // Пробле- мы региональной энергетики. 2009, №1. 4. R. Simpson, S. Almonacid, D. Lopez, and A. Abakarov. “Optimum design and operating conditions of multiple effect evaporators: Tomato paste,” J. Food Eng., 2008 – Vol. 89, Р. 488-497. 5. M. H. Khademi, M. R. Rahimpour, and A. Jahanmiri. “Simulation and optimization of a six- effect evaporator in a desalination process,” Chem. Eng. Proc. – 2009, Vol. 48, Р. 339–347. 6. Марченко В. Н., Прокопов М. Г. Энергети- ческая эффективность парового струйного термо- компрессора // Холодильна техніка і технологія. – 2007. – № 5 (109). – С. 45–51. 7. В. Арсеньєв, С. Шарапов, В. Мірошниченко Застосування рідинно-парового ежектора для рекомпресії вторинної пари вакуумних випар- них установок // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит.. – 2013. – № 2. – С. 57-64. 8. James Pope and Jeffrey Hude. Industrial performance of the mechanical vapor recompression and multiple effect evaporator system: successful operation and significant reduction in steam usage // American society of sugar beet technologists. Biennial meeting / Proceedings from the 31st Biennial Meeting February 28 - March 3, 2001, Vol. 31 Р. 124-136. 9. K. J. Chua, S. K. Chou, and W. M. Yang. “Advances in heat pump systems: A review,” Appl. Energy, 2010, Vol. 87, Р. 3611–3624. 10. Chi-I Tuan, Yi-Lung Yeh, Ting-Chien Chen, Chi-Jen Chen. The Optimal Operation Design for a Three-effect Vacuum Evaporator (TEVE) and an Energy Performance Assessment. // International Journal of Energy Science IJES. –2011, Vol.1 №.2 P.118-124. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2016, т. 38, №538 ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ THE PROBLEM OF SELECTING THE BEST TECHNICAL SOLUTIONS OF HEAT SUPPLY FOR VACUUM EVAPORATOR Smirnov H.F., Zykov A.V., Reznichenko D.N. Odessa National Academy of Food Technology (ONAFT); Kanatna Str. 112, Odessa; Ukraine The principles of the Vacuum Evaporator (VE) optimal parameters determination were suggested. The problem was studied on the example of tomato juice concentration in VE. The special method for different variants of VE optimization was working out. It is especially important for the correct comparison of usual VE design (using steam from the boiler or from the turbine) and VE with heat pump as the energy source. The optimization calculations were completely fulfilled. The optimal steam temperature was discovered from these results. The dependency of minimum expenditures from the inlet and outlet concentrations was obtained. It was concluded, that there are some conditions, when VE with Heat Pump can be considerable better. The using of Heat Pump as the energy source for VE would be especially effective in the cases when temperature drop between heating and cooling temperatures is low. References:10, figures 2. Key words: vacuum evaporator, heat pump, optimization. 1. Adriano V. Ensinas, Silvia A. Nebra, Miguel A. Lozano, Luis Serra. Design of Evaporation Systems and Heaters Networks in Sugar Cane Factories Using a Thermoeconomic Optimization Procedure. // Int. J. of Thermodynamics ISSN 1301-9724 Vol. 10 (No. 3), Р. 97-105, September 2007. 2. Burdo O.G. Energy monitoring of food production – Odessa: Poligraf, 2008 – 244 p (Rus.) 3. Burdo O.G., Buyvol S.М., Bandura V.N. Energy Strategy of development of agriculture in the conditions of crisis // Problemy regionalnoy energetiki. 2009, №1 (Rus.) 4. R. Simpson, S. Almonacid, D. Lopez, and A. Abakarov. “Optimum design and operating conditions of multiple effect evaporators: Tomato paste,” J. Food Eng.,2008, Vol. 89, Р. 488-497. 5. M.H. Khademi, M.R. Rahimpour, and A. Jahanmiri. “Simulation and optimization of a six- effect evaporator in a desalination process,” Chem. Eng. Proc., 2009, Vol. 48, Р. 339–347. 6. Marchenko V.N., Prokopov M.G. The energy efficiency of the steam jet thermocompressor // Holodylna tehnika i tehnologiya – 2007. – № 5 (109). – Р. 45–51. (Rus.) 7. V. Arsenev, S. Shrapov, V. Miroshnichenko The using of liquid-vapor ejector for secondary vapor recompression in vacuum evaporators // Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. – 2013. – N 2. – Р. 57-64. (Ukr.) 8. James Pope and Jeffrey Hude. Industrial performance of the mechanical vapor recompression and multiple effect evaporator system: successful operation and significant reduction in steam usage // American society of sugar beet technologists. Biennial meeting / Proceedings from the 31st Biennial Meeting February 28 - March 3, 2001, Vol. 31, Р. 124-136. 9. K. J. Chua, S. K. Chou, and W. M. Yang. “Advances in heat pump systems: A review,” Appl. Energy, 2010, Vol. 87, Р. 3611–3624. 10. Chi-I Tuan, Yi-Lung Yeh, Ting-Chien Chen, Chi-Jen Chen. The Optimal Operation Design for a Three-effect Vacuum Evaporator (TEVE) and an Energy Performance Assessment. // International Journal of Energy Science IJES. – 2011,Vol.1, No.2, P.118-124. Получено 18.08.2016 Received 18.08.2016

Проблема выбора лучшего технического решения для обеспечения вакуум-выпарной установки подводом тепла

Institution

Ähnliche Einträge