Рубрика: Публикации Ru

Организация производства сухого льда (Ростехнадзор)
By in ,

Организация производства сухого льда (Ростехнадзор)

Технологический процесс производства гранул сухого льда

Сосуд с жидким СО2

Подачи жидкого СО2

Гранулятор

Грануляция сухого льда

Контейнеры с сухим льдом

О жидком диоксиде углерода и его хранении

   Согласно РД 26-4-87 двуокись углерода или углекислый газ (CO) может находиться в газообразном, сжиженном и твердом (в виде сухого льда) состояниях. Плотность двуокиси углерода зависит от давления, температуры и агрегатного состояния, в котором она находится. Тройная точка двуокиси углерода характеризуется избыточным давлением 0,428 МПа (4,28 кгс/см) и температурой минус 56,6°С. В жидком состоянии двуокись углерода может находиться только под давлением выше РД 26-4-87 Правила. Оборудование для безбаллонного обеспечения предприятий двуокисью углерода. Выбор и применение (с Изменением N 1)0,428 (4,28 кгс/см). Двуокись углерода не представляет опасность для здоровья человека при концентрации ее в воздухе рабочей зоны 0,5% по объему. При содержании в воздухе свыше 5% двуокиси углерода появляется ощущение раздражения слизистых оболочек дыхательных путей и глаз, кашель, ощущение тепла в груди и головные боли.

Технические требования к жидкой двуокиси углерода определяются ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия». 

Для централизованного обеспечения двуокисью углерода потребителем могут быть применены: газопровод от поставщика к потребителю, автономная станция и изотермические резервуары среднего давления, предназначенные для хранения и транспортировки жидкой двуокиси углерода под рабочим давлением до 2,5 МПа.

Изотермические резервуары среднего давления, как транспортные цистерны, так и стационарные накопители, представляют собой теплоизолированные сосуды различной вместимости. При этом жидкая двуокись углерода накапливается и хранится у поставщика в стационарных накопителях при рабочем давлении от 0,8 до 1,6 МПа (8-16 кгс/см), из которых производится заполнение транспортных цистерн, рассчитанных на рабочее давление от 0,8 до 2,0 МПа (8-20 кгс/см) и предназначенных для доставки жидкой двуокиси углерода потребителю. У потребителя жидкая двуокись углерода переливается из транспортных цистерн в стационарные накопители (расходные емкости), рассчитанные на рабочее давление от 0,8 до 2,4 МПа (8-24 кгс/см).

Конструкция емкостей и интервалы рабочего давления в них обеспечивают срок хранения жидкой двуокиси углерода (без потерь его паров через предохранительные устройства в атмосферу) от 6 до 20 суток для стационарных накопителей и автомобильных транспортных цистерн и до 40 суток — для железнодорожных цистерн.

Стационарные резервуары типов УДХ, РДХ и НЖУ-50Д, оборудованные холодильными установками, обеспечивают хранение жидкой двуокиси углерода неограниченное время.

Сосуды изготавливают согласно ГОСТ 19662-89.

Согласно пп «к» пункта 3 правил сосуды для жидкого СО2 являются сосудами работающими под давлением.

Правила Ростехнадзора

Актуальность необходимо уточнять самостоятельно

Согласно подпункту 1 пункта 5 Приложения 2 ФЗ №116 «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» Резервуары для хранения жидкой двуокиси углерода являются опасным производственным объектом (ОПО) с присвоенным классом опасности III, подлежат обязательной регистрации в государственном реестре в порядке, устанавливаемом правительством РФ.

Опасные производственные объекты, на которых эксплуатируются сосуды, работающие под давлением, должны быть зарегистрированы в Государственном реестре опасных производственных объектов в порядке, установленном Правилами регистрации объектов в государственном реестре опасных производственных объектов, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 24.11.98г. №1371.

Постановка на учет в Ростехнадзоре

Перечень документов необходимых для постановки на учет в Ростехнадзоре сосудов, работающих под избыточным давлением: 

   1. заявление, содержащее информацию об эксплуатирующей организации с указанием места установки сосуда, места применения транспортабельного сосуда и планируемого периода его эксплуатации на указанном месте;
   2. копии акта монтажа сосуда и пуско-наладочных работ;
   3. паспорт сосуда;
   4. краткие сведения о подлежащем учету оборудовании, указанные в паспорте, в том числе: 
      4.1. наименование или обозначение оборудования, год изготовления, завод-изготовитель, заводской номер (по системе нумерации изготовителя); 
      4.2. основные технические характеристики, расчетные и рабочие (максимальные, номинальные, минимальные) параметры и условия работы оборудования, сведения о рабочей среде, расчетный срок службы, расчетный ресурс (для котлов и их основных частей), расчетное количество пусков сосуда;
      4.3. сведения о дате проведения технического освидетельствования и следующего технического освидетельствования;
      4.4. сведения о проведенных экспертизах промышленной безопасности и сроках следующего проведения экспертизы.

Пуск в работу и ввод в эксплуатацию

Чтобы проверить готовность оборудования к пуску в работу, комиссия теперь контролирует (дополнен п. 207 ФНП):

  • фактическое состояние оборудования;
  • соответствие проектной документации (документации на установку) установленным требованиям;
  • наличие документации изготовителя, ее соответствие техническим регламентам и ФНП;
  • наличие документации о качестве монтажа;
  • наличие документов о приемке оборудования после пусконаладочных работ;
  • наличие документов о соответствии – сертификат/декларация или заключение ЭПБ;
  • наличие положительных результатов технического освидетельствования;
  • наличие документов по результатам пусконаладочных испытаний и комплексного опробования (если установлено проектом и руководством по эксплуатации);
  • наличие, соответствие проекту и исправность арматуры, контрольно-измерительных приборов, приборов безопасности и технологических защит;
  • правильность установки, размещения, обвязки оборудования – их соответствие требованиям промбезопасности, указаниям проекта и руководства по эксплуатации; исправность питательных устройств котла и их соответствие проекту;
  • соответствие водно-химического режима котла требованиям ФНП.

После проверки оборудования и организации надзора за ним составляют Акт готовности оборудования под давлением к вводу в эксплуатацию. Теперь есть образец этого документ – к ФНП добавили Приложение №7. Если один из членов комиссии не согласен с выводами проверок, он может изложить свое особое мнение в письменном виде (дополнен п. 209 ФНП). В таком документе надо обосновать свои возражения, указать требования, выполнение которых не обеспечено, со ссылкой на: пункты, части, главы нормативных актов, в том числе ФНП и/или технических регламентов; разделы (части) проектной/конструкторской документации и (или) технической документации изготовителя. Обратите внимание: особое мнение прилагается к Акту готовности оборудования (отметку о нем делают в самом акте) и становится его неотъемлемой частью.

Требования-рекомендации безопасности при производстве двуокиси углерода жидкой и твердой (сухого льда) по ПОТ РО 97300 07 95 (недействующий документ)

2.4.1. Обслуживание оборудования и установок в производстве двуокиси углерода жидкой может быть поручено лицам, достигшим 18-летнего возраста, прошедшим медицинское освидетельствование, производственное обучение, проверку знаний в квалификационной комиссии и инструктаж по безопасному ведению процессов, имеющим соответствующее удостоверение.

2.4.2. Помещения для производства двуокиси углерода жидкой и склады для хранения наполненных баллонов должны быть одноэтажными, без чердачных перекрытий, строительная часть должна быть выполнена в соответствии со СНиП 2.09.02-85 и СНиП 2.01.02-85, удовлетворять санитарным нормам и оборудована аварийной вентиляцией (Приложение 9 настоящих Правил).

2.4.3. Высота машинного (компрессорного) зала должна быть не менее 4 м, сухоледного — не менее 3,5 м и склада для баллонов, наполненных двуокисью углерода жидкой — не менее 3,25 м.

2.4.4. Склады твердой двуокиси углерода (сухого льда) желательно располагать вблизи с сухоледным отделением, высота склада должна быть не менее 3,25 м. Над складом сухого льда могут быть расположены служебные и другие помещения.

2.4.5. В стене, отделяющей помещение с наполнительными рампами от компрессорного отделения, устройство проемов не допускается.

2.4.6. В случае загазованности помещений компрессорного и наполнительного отделений углекислым газом должна срабатывать аварийная сигнализация и включаться аварийная вентиляция в соответствии с п. 2.2.37 настоящих Правил.

2.4.7. Монтаж и эксплуатация оборудования, работающего под давлением и не имеющего паспорта установленной формы, запрещается.

2.4.8. Величины предельно допустимых давлений и температуры газа на всех ступенях сжатия, давлений в стапельной батарее, в маслоотделителях всех ступеней, в фильтрах и других аппаратах, должны быть указаны в таблице, вывешенной на видном месте у каждого аппарата и сосуда.

2.4.9. Выброс двуокиси углерода при срабатывании предохранительных клапанов и других устройств должен осуществляться наружу с выводом выше конька крыши на 2 м.

2.4.10. Двуокись углерода по физико-химическим показателям должна соответствовать нормам и требованиям, приведенным в ГОСТ 8050. При отборе проб жидкой двуокиси углерода необходимо работать в защитных очках и рукавицах.

2.4.11. Запрещается наполнять баллоны без клейма освидетельствования, с просроченным сроком испытания, неокрашенные, с неисправным вентилем, при заметных механических повреждениях.

2.4.12. Взвешивание наполняемых баллонов производится только на проверенных весах, имеющих клеймо госповерителя.

2.4.13. Все баллоны, наполняемые двуокисью углерода жидкой, должны регистрироваться в журнале, где записывается следующее: дата наполнения, номер баллона, дата последующего освидетельствования, вместимость баллона в дм3, конечное давление газа при наполнении в кгс/см2, количество налитой в баллон двуокиси углерода в кг.

2.4.14. Мойка, погрузка и разгрузка баллонов должны быть механизированы. Места хранения баллонов не должны загромождаться, должны иметь свободный и достаточно широкий проезд от рампы к месту хранения баллонов. Границы проездов и площадок для хранения баллонов обозначаются хорошо видимыми белыми линиями шириной не менее 50 мм. Хранение баллонов в наполнительной станции не допускается. Баллоны должны храниться не ближе 1 м от нагревательных приборов и 10 м от источников тепла с открытым огнем.

2.4.15. Запрещается оставлять без надзора промежуточные сосуды с закрытыми вентилями на их жидкостных и газовых трубопроводах при наличии в них сжиженной двуокиси углерода.

2.4.16. Регистрация цистерн и других сосудов для хранения и перевозки сжиженного углекислого газа должна осуществляться в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Эксплуатация цистерн и сосудов, не имеющих паспорта, запрещается.

2.4.17. Перед наполнением цистерн и сосудов необходимо проверить: наличие паспорта, дату освидетельствования, исправность арматуры, корпуса, теплоизоляции и состояние окраски. В цистерне, баллоне или сосуде не должно быть воды и постороннего газа, остаточное давление должно быть не менее 4 кгс/см2.

2.4.18. Наполнение цистерны или сосуда выше установленной инструкцией нормы запрещается. Степень наполнения цистерны или сосуда должна быть указана в килограммах и определяется взвешиванием во время наполнения.

2.4.19. В случае обнаружения пропуска газа из цистерны или сосуда наполнение их немедленно прекращается. Двуокись углерода должна быть удалена из цистерны или сосуда, и цистерна или сосуд должны быть направлены на устранение неисправностей.

2.4.20. У наполненной цистерны или сосуда на штуцере вентилей должны быть плотно навернуты или приболчены заглушки, а на арматуру надеты предохранительные колпаки, которые должны пломбироваться.

2.4.21. Завод-наполнитель (цех отпуска) обязан вести журнал налива цистерн и сосудов, в который записываются следующие данные: дата наполнения, название завода-изготовителя цистерны (сосуда), заводской и регистрационный номер, вместимость цистерны (сосуда), масса тары, масса продукта (налитой двуокиси углерода), величина рабочего и пробного давления, дата следующего освидетельствования.

2.4.22. Производство сухого льда и жидкой двуокиси углерода должно отвечать требованиям «Правил техники безопасности на заводах сухого льда и жидкой углекислоты».

2.4.23. В случае остановки сухоледного цеха (отделения) на продолжительное время оборудование и трубопроводы должны быть освобождены от сжиженной двуокиси углерода.

2.4.24. Блоки сухого льда должны храниться в специальных помещениях (хранилищах, складах) или в изотермических контейнерах. Хранить сухой лед в герметически закрытых сосудах запрещается.

2.4.25. Запрещается поднимать баллоны или контейнеры с ними, а также загружать и выгружать блоки сухого льда тельфером с просроченным сроком испытания или неисправным.

2.4.26. Машинный зал, сухоледное отделение и станция наполнения баллонов должны быть обеспечены шланговыми противогазами. У входа в каждое из перечисленных помещений должно быть не менее трех противогазов на случай аварии.

Новый подход к производству гранул сухого льда
By in ,

Новый подход к производству гранул сухого льда

Введение 

Одним из самых первых устройств предшествующего уровня техники для производства гранулированного твердого диоксида углерода является устройство Валдемара Хесслинга (US1919698, 1928 г.). В настоящий момент существуют несколько производителей грануляторов сухого льда, принцип работы которых основывается на устройстве Хесслинга.

Устройство Валдемара Хесслинга (US1919698, 1928 г.)

Обобщенная схема аналогичных грануляторов

На рисунке справа представлено обобщенное схема гидравлических или механических грануляторов, которые выпускаются во всем мире.

Все устройства содержат камеру прессования 2, поршень для прессования 5, силовой привод 7, клапан впрыска 4 и фильтрационные элементы 6.

От цистерны 1 с жидким СО2 по трубопроводу поступает поток жидкого СО2 L1, который впрыскивается в камеру прессования, где поддерживается около атмосферное давление. В процессе дросселирования жидкий СО2 трансформируется в крошку сухого льда и большой объем газообразного СО2, который проходит через фильтры и выходит в окружающую среду или повторно сжимается, охлаждается и сжижается. После завершения цикла впрыска оставшийся снег сухого льда начинается прессоваться поршнем при давлении 160-220 атм, за счет чего снег приобретает стекловидную структуру. Силовой привод при этом работает от внешнего источника электрической энергии. 

 

Далее лед сухого льда выдавливается через матрицу с отверстиями, на что также расходуется огромная энергия.

Так газообразный СО2 после выхода из камеры прессования имеет температуру ниже температуры поступающего жидкого СО2, то в грануляторе может быть предусмотрен теплообменный аппарат, в котором за счет газообразного СО2 охлаждается жидкий СО2 и тем самым повышается коэффициент конвертации.

Читать про коэффициент конвертации

Обобщенная схема модуля PU20

Модули PU20 также состоят из камеры прессования, силового привода и теплообменного аппарата. Но все эти узлы отличаются от подобных узлов в существующих грануляторах. кроме теплообменного аппарата.

Камера прессования имеет диаметр 20 мм, в который также впрыскивается жидкий СО2, поступающий из цистерны. Но впрыск происходит при давлении выше атмосферного и ниже тройной точки СО2 (5.1 атм), таким образом из камеры отводится сжатый газообразный СО2 при повышенном давлении и в дальнейшем используется в силовом приводе. Силовой привод из себя представляет специальный криогенный пневмоцилиндр, который формирует силу на плунжере, который в свою очередь прессует снег сухого льда в камере при давлении до 250 атм. Таким образом данная система не требует энергии от внешнего источника. 

Примечание: Данная машина не является вечным двигателем, так как она работает на энергии, которая изначально заложена в сжатом жидком СО2.

Читать про модули PU20
Отказоустойчивость грануляторов
By in ,

Отказоустойчивость грануляторов

Риск отказа Грануляторов

Отказоустойчивость — свойство технической системы сохранять свою работоспособность после отказа одного или нескольких составных компонентов. Отказоустойчивость определяется количеством любых последовательных единичных отказов компонентов, после которого сохраняется работоспособность системы в целом. Базовый уровень отказоустойчивости подразумевает защиту от отказа одного любого элемента — исключение единой точки отказа. 

Интенси́вность отка́зов — отношение числа отказавших объектов (образцов аппаратуры, изделий, деталей, механизмов, устройств, узлов и т. п.) в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными. Другими словами, интенсивность отказов численно равна числу отказов в единицу времени, отнесенное к числу узлов, безотказно проработавших до этого времени. 

Ниже приводятся элементы каждого гранулятора и их интенсивность отказа согласно:

  • «Generic component reliability data for research reactor PSA» INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY
  • «Aging and Service Wear of Air-Operated Valves Used in Safety-Related Systems at Nuclear Power Plants» Martin Marietta Energy Systems, Inc.
  • «Solenoid Valves used in Safety Instrumented Systems» ASCO Valves
  • «Increased Efficiency of Hydraulic Systems Through Reliability Theory and Monitoring of System Operating Parameters» Jocanović, M. – Šević.

 

Гидравлический аналог (1 шт)

Proportional valve
Pressure compensated relief valves
Gear pump with frequency regulation
Electro-hydraulic valves
Electrical motors
Pressure switch valve
Check valve - flow restrictor
Rubber high-pressure hoses

Модуль PU20 (3 шт)

Ball valves for gas
Pneumatic actuators rotary
Proportional valves
0 %
Вероятность отказа на 10 000 часу эксплуатации
Узнать подробнее причины отказов компонентов
0 %
Вероятность отказа на 10 000 часу эксплуатации

Ресурс Приводов

Качественные гидравлические/пневматические манжеты – основа правильной работы гидравлического/пневматического цилиндра. Знание характеристик гидравлических/пневматических манжет и того, что в конечном итоге приводит к их отказу, помогает достичь безотказной работы гидроцилиндра/пневмоцилиндра на протяжении всего срока службы.

 

Манжеты играют важную роль — они удерживают жидкость/газ и предотвращают ее утечку между компонентами цилиндра. Манжеты делятся на две основные категории: динамические и статические. Динамические манжеты используются между частями, которые находятся в движении относительно друг друга. Манжеты для системы уплотнения штока защищают динамическое возвратно-поступательное движение штока, поршня и головки. Возвратно-поступательное движение поршня относительно цилиндра является еще одной областью цилиндра, в котором используются динамические манжеты.

Ниже приводится простой расчет ресурса привода аналогов и модуля PU20:

  • Trelleborg Sealing Solutions PROHIPP 4th Year General Meeting VIC, 26th of May 2008
  • Jack-up cylinders First Selection Offshore Bosch Rexroth
  • ISO 19973 — Pneumatic Fluid Power — Assessment of component reliability by testing

Гидравлический цилиндр

  • Ресурс манжетных уплотнений: 500 км;
  • Продолжительность цикла прессования: 45 сек;
  • Ход плунжера за цикл: 0,6 метров;

Пневматический цилиндр

  • Ресурс манжетных уплотнений: 30 000 км;
  • Продолжительность цикла прессования: 12 сек;
  • Ход плунжера за цикл: 0,8 метров;
0 ч
Ресурс силового привода гидравлического гранулятора
0 ч
Ресурс силового привода модуля PU20
Что такое коэффициент конвертации грануляторов?
By in ,

Что такое коэффициент конвертации грануляторов?

Основная функция гранулятора сухого льда это преобразование жидкого СО2 в гранулы сухого льда. Рассмотрим этот процесс подробнее с разбитием на этапы.

Хранение и подача жидкого СО2 в гранулятор

Как известно, жидкий СО2 изначально всегда хранится в цистерне при заданном давлении. Рекомендуемое давление хранение жидкого СО2 для оптимальной работы гранулятора от 16 до 18 атм, в целом чем ниже давление тем ниже температура жидкого СО2. Традиционно штуцеры цистерны «Выдача жидкого СО2» подключают к гранулятору через прочные и гибкие гидравлические рукава либо через сваренные стальные трубопроводы. Также для более эффективной работы грануляторов рекомендуется устанавливать выше над ними коллектор-сепаратор-фильтр, в котором отфодятся пары СО2, появляющиеся от внешних теплопритоков, и фильтруется жидкий СО2 от микроскопических твердых частиц.

Дросселирование жидкого СО2

Дросселирование — адиабатное расширение жидкости в открытой системе в условиях стационарного течения без совершения внешней работы и приращения скорости на контрольной поверхности.
Архаров А.М. «Криогенные системы. Том 1. Основы теории и расчета»

В случае грануляторов контрольной поверхностью выступает клапан или дюза подачи жидкого СО2 в камеру прессования, проходя через которую жидкий СО2 теряет давление ниже давления тройной точки СО2 (5,12 атм) и тем самым превращается в двухфазную смесь (в газообразный СО2 и крошку сухого льда).

Пропорция смеси (газ:снег) имеет постоянное значение для каждого уровня давления (16-18 атм) вне зависимости от место расположения гранулятора на земном шаре. Таким образом базовый коэффициент конвертации из жидкости в снег всегда одинаков для всех грануляторов.

На рисунке справа изображена TS-диаграмма для понимания способа производства гранул. Точка А1 располагается на линии насыщения a1-a2 и характеризует состояние диоксида углерода в жидком агрегатном состоянии (L) при хранении в цистерне при давлении 1,8 МПа (выбрано для примера), линия А1-А2 показывает протекание процесса резкого падения давления жидкого диоксида углерода (L) из точки А1 в точку А2, где точка А2 показывает термодинамическое равновесие смеси из твердого диоксида углерода (S) (точка А3) и газообразного диоксида углерода (G) (точка А4), исходя из этого доля получаемого твердого диоксида углерода равняется результату деления значения длины отрезка А2-А4 на значение длины отрезка А3-А4 и составляет примерно 0,51 (51%).

Your Diagram TitleВпрыск жид. СО2 → Газ. СО2 (через фильтр): 50%Впрыск жид. СО2 → Снег СО2 в камере: 50%Впрыск жид. СО2: 100%Впрыск жид. СО2: 100%Газ. СО2 (через фильтр): 50%Газ. СО2 (через фильтр): 50%Снег СО2 в камере: 50%Снег СО2 в камере: 50%
Your Diagram TitleВпрыск жид. СО2 → Газ. СО2 (через фильтр): 50%Впрыск жид. СО2 → Снег СО2 в камере: 50%Впрыск жид. СО2: 100%Впрыск жид. СО2: 100%Газ. СО2 (через фильтр): 50%Газ. СО2 (через фильтр): 50%Снег СО2 в камере: 50%Снег СО2 в камере: 50%

Фильтрация двухфазной смеси

При впрыске жидкого СО2 в камеру прессования жидкий СО2 превращается частично (к примеру на 50%, взято для простого восприятия) в газообразный СО2 и на 50% в снег сухого льда.

Техническая информация:

  • Плотность жидкого СО2 при 16 атм: 1060 кг/м3;
  • Плотность холодного газообразного СО2 при 1 атм: 2.5 кг/м3;
  • Плотность частиц сухого льда: 1600 кг/м3 (примерно);

Половина потока жидкого СО2 получается превращается в газообразный СО2, что сопровождается увеличением объема данной половины потока в объеме в 424 раза (1060/2,5). В следствии чего в камере прессования образует сложнейший вихревой поток двухфазной смеси. При этом задача фильтра максимально задержать снег сухого льда в камере прессования.

Источники Потерь

Тепло от экструзии

В процессе экструзии поверхности матриц и камер, контактирующие с выдавливаемым материалом, подвергаются значительному локальному нагреву.

Ниже представлены процессы испарения гранул при их выходе в атмосферные условия. Так как лед прессуется под высоким давлением то тепло, которое к нему поступило от трения, не сразу переходит в пар, а удерживается под давлением в камере. После выхода давление вокруг льда становится атмосферным и происходит испарение.

extrude5
extrude6
extrude7

Тепло от гидросистемы

Теплоприток от гидравлического масла через поршень прессования, шпильки, каркас, конвекцию внутри оболочки каркаса. Обычно температура при работе гидроцилиндра, как правило, + 80°C, в экстремальных условиях она достигает +110 °C. Это происходит в результате потерь, часть электрической энергии (10-15%) в гидроприводе с КПД 85-90% преобразуется в тепло. Часть этого тепло отводится через систему охлаждения, но часть поступает в камеру прессования.

Трение при уплотнении

На данном участке снег сухого льда уплотняется и его трение о стенки камеры прессования незначительно.

Трение от прессования пульпы

Уплотненный снег до степени стекловидной формы под давлением 160-220 атм приобретает вязкое состояние и начинает давить на боковые стенки камеры прессования. Данное трение является одним из самых высоких за цикл производства сухого льда.

Трение о матрицу и от внутренней деформации пульпы в гранулы

При прохождении льда через матрицу создается еще одно усилие, необходимое для преодоления сопротивления деформации. При выходе "перегретый" лед начинает мгновенно испаряться до наступления равновесного состояния.

Пример расчета

К примеру, для расчета потерь при работе гидравлического гранулятора с производительностью Gгр=120 кг/час и мощностью N=10 кВт, необходимо взять КПД в 87% (примерно), и получим мощность (8,7 кВт) на плунжере в камере прессования. 

К примеру базовый коэффициент конвертации составляет 2.0, то есть соотношение массы твердой фазы и газообразной фазы составляет 50/50, то есть на 1 кг снега необходимо затратить 2 кг жидкости. 

Замерьте время процесса экструзии, с момента увеличения шумности работы гидроузла до остановки выхода гранул из матрицы, и время одного общего цикла. Для традиционной машины эти показатели примерно равны 6 и 24 секунды соответственно, то есть 25% от всего времени работы машин (также стоит прибавить примерно 5% для процесса спрессовывания снега сухого льда) — это доля времени плунжера, когда вся мощность гидроузла уходит на преодоление трения в камере прессования и матрицы с отверстиями. Тепловыделения от трения:

Qтр=N • 87% • 30% = 2,6 кВт.

Эффективность отвода за пределы гранулятора тепла от гидросистемы примем в 50% (грубо). Тепловой поток от гидроузла к камере прессования:

Qг=N • (100% — 87%) • 50% = 0,6 кВт.

Общий теплоприток к сухому льда в процессе его производства составляет Q=3,2 кВт.

Так как удельная теплота сублимации сухого льда составляет примерно k=590 000 Дж/кг, то потери сухого льда составят:

Gпот = Q / k= 0,0054 кг/с = 19,5 кг/час

Рассчитаем фактический расход жидкости:

Gж = (Gгр+Gпот )/0,5=279 кг/час

Итоговый коэффициент конвертации с учетом реальной производительности и фактического расхода жидкости:

x= Gж/Gгр=279 / 120 = 2,3

Таким образом используя такой гидравлический гранулятор эксплуататор в течение года (2000 рабочих часов) теряет сухого льда массой:

Gпот • 2000 ч = 19,5 кг/час *2000 ч= 39 000 кг

и расходует электричество в объеме

N • 2000 ч = 20 000 кВт•ч

Методы Улучшения

Нагрев жидкости выхлопным газом

Приведем основные физические параметры веществ:

Жидкий СО2 при 16 атм:

  • Температура до теплообменника [Tж]: -26 С;
  • Температура после теплообменика [Tк]: неизвестно;
  • Теплоемкость [Cж]: 2100 Дж/кг*С;

Газ СО2 при 1 атм:

  • Температура после камеры прессования (до теплообменика) [Tг]: -78 С;
  • Температура после теплообменика [Tк]: неизвестно;
  • Теплоемкость [Сг]: 778 Дж/кг*С;

Сухой лед при 1 атм:

  • Температура: -78 С;
  • Удельная теплота сублимации [k]: 590 000 Дж/кг;

Глядя на выше приведенные значения температур, логично решить данную проблему установкой теплообменного аппарата, задача которого будет передача холода отходящего потока газообразного СО2 жидкому СО2. Этим можно добиться повышения выхода снега при следующем впрыске уже охлажденного жидкого СО2. Примем допущение, что теплообмен выполняется на 100%, то есть жидкий СО2 охлаждается до температуры Тк, а газ нагревается до температуры Тк. Также примем массовый поток жидкого СО2 за единицу (1), а коэффициент конвертации 50/50, то есть массовый поток газа составить 0,5 единиц.

Составим уравнение сохранения тепловой энергии:

(Тк-Тж)•Сж•1+(Тк-Тг)•Сг•0,5=0

Подставим числа, без указания единиц измерения, так как все значения в системе СИ:

(Тк+26)•2100•1+(Тк+78)•778•0,5=0

Тк•2100+54 600+Тк•389+30342=0

Тк•2489+84942=0

Тк=-34,1 С

Теперь вычислим мощность холода, которая передается жидкому СО2 в теплообменнике для производительности по гранулам 100 кг/час (расход жидкого СО2 составит 200 кг/час = 0,0556 кг/с).

N=(-34,1[С] +26 [С]) • 0,0556 [кг/с] • 2100 [Дж/кг*С] = 934 Вт,

при условии что КПД теплообменников составляет около 80%, то реальная тепловая мощность составить около 750 Вт.

Вычислим дополнительный выход гранул. Самый простой способ это представить, что весь переданный холод идет на создание гранулы из паров СО2 (на десублимацию):

G= 750 [Вт] / 590 000 [Дж/кг] = 750 [Дж/с] / 590 000 [Дж/кг] = 0,00127 [кг/с] = 4,5 кг/час

Таким образом теплообменник теоретически максимум предоставляет гранулятору с производительностью 100 кг/час производить дополнительные 4,5 кг/час гранул, или 9,15 кг жидкого СО2 /час.

Про модули PU20

Отсутствует трение при прессовании

За счет инновационной конструкции каждая гранула прессует почти без трения и при этом индивидуально., что позволяет сократить расходы на жидкий СО2.

Встроенный теплообменник

В модулях предусмотрен инновационный теплообменный аппарат, который за счет высокой интенсификации позволяет сократить расходы на жидкий СО2.

Энергонезависимая система прессования

В модулях предусмотрен инновационная система прессования гранул сухого льда, которая требует всего лишь 14 Вт.

Схема модулей грануляции

  • 1 — резервуар с жидким СО2;
  • 2 — камера прессования;
  • 3 — теплообменник;
  • 4 — клапан впрыска жидкого СО2;
  • 5 — плунжер прессования;
  • 6 — система фильтрации;
  • 7 — пневмопривод, работающий от газообразного СО2
  • G1 — рабочий газ СО2
  • G2 — рабочий газ СО2 после теплообменника;
  • G2` — рабочий газ СО2 после отработки;