Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Том 113, № 2 (2024)
Научные обзоры
Технологии повышения эффективности процесса ректификации
Аннотация
Повышение энергетической эффективности ректификационных колонн, широко используемых в различных областях промышленности, находится в центре внимания многих исследователей. Несмотря на то, что традиционные ректификационные колонны широко распространены, соответствуют высокому технологическому совершенству и низким капитальным затратам, применение новых технологий может значительно снизить эксплуатационные затраты, привести к существенной экономии общих затрат на установку ректификации и важно для достижения устойчивого развития в целом. В данной статье рассматриваются и сравниваются технологии, направленные на повышение энергоэффективности ректификационных установок: многоэффектная ректификация, термически связанная ректификация и диабатическая ректификация. Многоэффектная ректификация позволяет увеличивать количество ступеней разделения, тем самым повышая эффективность процесса. В термически связанной ректификации благодаря прямому контакту потоков пара и жидкости из различных колонн снижается количество необходимых теплообменных аппаратов. Диабатическая ректификация характеризуется тем, что в колонне применяются управляемые теплообменные аппараты, обеспечивающие приближение условий рабочего процесса к линии фазового равновесия системы. Также в работе описаны некоторые перспективные разработки, связанные с усовершенствованием конструкции ректификационных колонн: такие как колонна с разделительной стенкой и ректификация с промежуточными теплообменниками. Указанные технологии имеют свои преимущества и могут быть при определенных условиях интегрированы в промышленность. Цель данной статьи — рассмотреть и сравнить наиболее распространенные существующие решения, направленные на повышение энергетической эффективности ректификационных колонн.
54-61
Оригинальные исследования
Разработка системы кондиционирования воздуха для сверхзвукового гражданского самолета
Аннотация
Обоснование. Разработка нового сверхзвукового гражданского самолета (СГС) требует создания новой системы кондиционирования воздуха (СКВ) для удовлетворения повышенных требований, предъявляемых к современным пассажирским самолетам в части топливной эффективности. Повышения энергетической эффективности для повышения топливной эффективности СГС предлагается достичь путем применения для подготовки сжатого воздуха в СКВ электрокомпрессоров (ЭК).
Цель работы — оценить работоспособность схемы СКВ, разработанной в ходе научно-исследовательской работы (НИР) по разработке СКВ для СГС.
Материалы и методы. Создана статическая математическая модель СКВ СГС с регулированием влагосодержания для определения характеристик системы на основных ожидаемых режимах эксплуатации.
Результаты. Приведены данные об основных параметрах СКВ СГС. Даны результаты расчета параметров СКВ СГС на основных ожидаемых режимах эксплуатации.
Заключение. Приведены выводы о работоспособности разработанной схемы СКВ для СГС, об уровне готовности разрабатываемой технологии СКВ, о необходимости проведения НИР по разработке демонстраторов технологий ЭК и установки охлаждения воздуха (УОВ).
63-75
Исследование аммиачного винтового компрессора, работающего в холодильной установке с экономайзером
Аннотация
Обоснование. Вопросы сбережения энергии и уменьшения вредного воздействия холодильных установок на окружающую среду являются актуальными при создании новой техники. В связи с этим рассмотрен вопрос создания винтового аммиачного маслозаполненного компрессора для низкотемпературного холодильного цикла с экономайзером. Аммиак относится к природным холодильным агентам и не подпадает под действие Монреальского, Копенгагенского и Киотского протоколов, а применение экономайзера приводит к увеличению холодильного коэффициента по сравнению с двухступенчатым циклом.
Цель — предложить методику расчета промежуточного давления, при котором холодильный цикл с экономайзером будет иметь максимальный холодильный коэффициент.
Методы. Холодильный коэффициент рассчитан аналитически. Для этого разработана схема установки и для всех, рассматриваемых режимов, построены циклы в диаграммах «энтальпия — давление» и рассчитаны холодопроизводительность, потребляемая мощность и холодильный коэффициент.
Результаты. Получена зависимость холодильного коэффициента от промежуточного давления для всех, рассматриваемых режимов.
Заключение. Разработана методика расчета промежуточного давления, при котором холодильный цикл с экономайзером будет иметь наибольший холодильный коэффициент.
76-82
Сравнительный анализ воздушных конденсаторов
Аннотация
Обоснование. В холодильной отрасли постоянно развиваются новые технологии, внедряемые в повседневную практику работы коммерческих и промышленных предприятий. Наглядным примером последнего является использование микроканальных воздушных теплообменников. Они отличаются высокой энергетической эффективностью, экономией материалов и минимальным содержанием хладагента. Несмотря на все преимущества, микроканальные конденсаторы обладают главным недостатком — малоизученностью. Поэтому настоящая работа посвящена исследованию указанных теплообменников, а именно, экспериментальному исследованию параметров теплообмена и сравнительному анализу микроканальных и пластинчато-трубчатых воздушных конденсаторов.
Цель работы — сравнительный анализ микроканального и пластинчато-трубчатого конденсатора по температурному градиенту и термодинамической эффективности холодильных машин на базе этих конденсаторов.
Методы. Поставленные задачи решались путем проведения в лаборатории экспериментального исследования микроканальных и пластинчато-трубчатых конденсаторов, обработкой экспериментальных данных, оценкой погрешностей измерений, а также термодинамическим анализом циклов работы холодильных машин на базе воздушных конденсаторов.
Результаты. Получены результаты по температурному градиенту, температурам переохлаждения исследуемых теплообменников, а также рассчитаны величины холодильных коэффициентов машин.
Заключение. Исследования показали, что разница температур конденсации и окружающей среды на микроканальном конденсаторе меньше, чем на пластинчато-трубчатом теплообменнике. Холодильная машина на базе микроканального аппарата обладает более высоким эффективным холодильным коэффициентом.
84-89
Использование энтропийного анализа при эксплуатации чиллера центра обработки данных
Аннотация
Обоснование. Холодильные установки широко применяются в разных отраслях промышленности. Для получения температур ниже температуры окружающего воздуха и отвод избыточного количества теплоты, образовывающейся в результате какого-либо технологического процесса, требуется затратить работу (электроэнергию). Данные затраты зачастую составляют значительную часть энергопотребления всего предприятия.
Например, холодильное оборудование, применяемое для одной из наиболее развивающихся областей (например, для строительства центров обработки данных (ЦОД)) потребляет до 40% от общего потребления электроэнергии [1].
Для снижения энергопотребления важно проводить анализ работы на всех этапах жизненного цикла от проектирования до эксплуатации. Часто результаты, получаемые теоретически, отстают далеко от практики и требуют внесения изменений как в конструкцию холодильной системы, так и в алгоритмы управления.
В данной публикации приводится анализ холодильной установки для охлаждения жидкости центра обработки данных, на основании которого были проведены действия с целью увеличения эффективности работы установки.
Цель — показать необходимость и возможность применения анализа работы холодильной установки на этапе проведения пуско-наладочных работ.
Методы. Проведено исследование потерь чиллера системы холодоснабжения центра обработки данных энтропийно-статистическим методом термодинамического анализа [2]. По результатам анализа были предприняты действия, позволяющие повысить эффективность работы холодильной установки.
Результаты. Применение энтропийно-статистического метода термодинамического анализа на этапах жизненного цикла холодильной установки позволяет определять элементы, требующие коррекции (настройка, замена и т.д.). После пуска в эксплуатацию отклонение значений действительного холодильного коэффициента от проектного значения составило 13,67%, после замены испарителя — 4,14%. Поскольку в техническом задании на проектирование холодильной установки было указано, что значение холодильного коэффициента не должно быть ниже 5,4, полученное значение 5,34 при отклонении от требуемого 1,04% является приемлемым.
Заключение. Применение энтропийно-статистического метода термодинамического анализа на этапе проектирования и пуско-наладочных работ позволило получить требуемые значения эффективности при этом на основании распределение потерь был выявлен элемент с максимальными потерями, который и подвергся изменению.
90-96
Разработка безотборной энергоэффективной системы кондиционирования воздуха для самолета с распределенной силовой установкой
Аннотация
Обоснование. К современным пассажирским самолетам предъявляются повышенные требования по топливной эффективности. Система кондиционирования воздуха (СКВ), являющаяся одной из основных общесамолетных систем, должна иметь высокую энергетическую эффективность для обеспечения топливной эффективности самолета в целом, в т.ч. за счет использования в составе СКВ автономных источников сжатого воздуха и турбохолодильников с электрическим приводом.
Цель работы — расчетная оценка работоспособности схемного решения, созданного в ходе научно-исследовательской работы (НИР) по энергоэффективной электрической СКВ самолета.
Материалы и методы. Разработана статическая математическая модель электрической СКВ с регулированием влагосодержания для расчета параметров системы на различных эксплуатационных режимах.
Результаты. Приведены сведения о технических характеристиках основного агрегата рассматриваемой электрической СКВ — электротурбокомпрессоре (ЭТК). Приведены результаты расчета параметров СКВ на различных эксплуатационных режимах.
Заключение. Сделаны выводы о работоспособности предлагаемого схемного решения энергоэффективной СКВ с ЭТК для регионального самолета с распределенной силовой установкой, о достигнутом уровне готовности технологии СКВ, о необходимости проведения НИР по созданию демонстраторов технологий ЭТК и установки охлаждения воздуха (УОВ) на основе ЭТК.
97-105