О рекомендациях как не стать жертвой мошенников по покупке некачественного оборудования
PU20A - глобально новый вид гранулятора сухого льдаПроизводите гранулы с максимальной надежностью и экономией жидкого СО2
Преимущества модулей PU20A
Снижение потерь жидкого СО2 за счет отказа от экструдирования
Видео процесса экструдирования
Фото процесса испарения экструдированных гранул
Изображение принципа прессования гранулы энергией сжатого воздуха в “СО2-газовой подушке”
При экструдировании, значительная часть энергии прессования гидравлического гранулятора, по закону сохранения энергии, переходит в тепловую энергию, которая передается сразу к экструдированному сухому льду. В новых модулях PU20A каждая гранула, диаметром 20 мм, прессуется индивидуально в «СО2-газовой подушке» и без экструдирования (без трения), за счет чего гранулы сухого льда не нагреваются.
На видео слева показываются два процесса экструзии на разных грануляторах, видно, как “перегретый” сухой лед выходит из матрицы экструдирования. Лед “нагревается” пока еще находится в камере прессования под давлением в 180-200 атм. При выходе в атмосферные условия «перегретый» лед начинает интенсивно испаряться, то есть переходит в равновесное состояние с окружающей средой. При этом, в первые секунды выхода гранулы испарение происходит с её поверхности, далее таким же образом продолжается испарение за счет остывания внутренней части “перегретой” гранулы.
Для самостоятельного примерного расчета потерь сухого льда в гидравлических грануляторах, можно засечь время экструдирования гранул из матрицы (от момента начала их выхода до момента остановки), данное время составит примерно 4.0 секунды для гранулятора с производительностью в 100 кг/час и мощностью 7,5 кВт. Получает, что за цикл выдавливания гранул вырабатывается 7500 Вт х 4 сек = 30 000 Джоулей тепла. При этом за цикл (28 секунды) гранулятор производит примерно 0.8 кг гранул сухого льда. Известно, что удельная теплота испарения сухого льда составляет 590 000 Дж/кг, тогда получается, что испарение сухого льда составляет на каждый цикл: 30 000 Дж / [590 000 Дж/кг х 0.8 кг] = 6,4%, что соответственно примерно равняется 6,4 кг сухого льда/час, что составляет потери жидкого СО2 в 12,8 кг/час при коэффициенте конвертации в 2,0 (для примера).
Некотоыре модели имеют время цикла в 10-11 секунд и мощность 4 кВт при той же производительности. Пи этом тепловыделения экструзии такие же.
К примеру, если взять из расчета, что гидравлический гранулятор на 100 кг/час работает по 7 часов в день и 240 дней в году, то потери жидкого СО2 достигают 20 000 кг/час.
Подробнее про коэффициент конвертации
Известно, что жидкий СО2 не может существовать при атмосферных условиях в жидком состоянии. Поэтому, когда его выпускают из цистерны, он трансформируется сразу же в снег СО2 и газообразный СО2 в пропорции примерно (условно) “51/49” – это и является базовым коэффициентом конвертации, который также можно выразить одним числом (условно) “2,0”. Базовый коэффициент конвертации зависит только от давления хранения жидкого СО2 в цистерне и одинаков в любой точке планеты. Для точного определения базового коэффициента конвертации можно всегда обратится к научным PH- или TS-диаграммам состояния диоксида углерода.
После получения снежной массы СО2, в камере прессования происходят потери сухого льда в следствие протекания следующих неотъемлемых процессов в гидравлических грануляторах:
- – трение о камеру и матрицу прессования при экструдировании сухого льда;
– охлаждение металлоконструкции камеры прессования до температуры сухого льда при ежедневном теплом пуске; - – остатки ледяной пульпы в грануляторе;
– теплопритоки от гидравлического масла;
– поломки бюджетных версий гидравлических грануляторов, приводящие к перебоям в работе оборудования.
Далее уже если учитывать вышеуказанные потери сухого льда, то итоговый коэффициент конвертации становить выше и может достигать значений в 2,3-2,5.
Снижение пусковых потерь жидкого СО2 за счет снижения металлоемкости
Блок прессования гидравлического гранулятора
При ежедневном запуске гидравлического гранулятора происходит охлаждение его блока прессования (гильза, матрица экструдирования, силовые плиты, шпильки) с температуры окружающей среды (+20ºС) до температуры сухого льда (‒80ºС). При этом масса металлического блока прессования гидравлического гранулятора может составлять 90-180 кг в зависимости от его производительности и изготовителя. Такая большая масса блока прессования обеспечивает жесткость конструкции и, следовательно, минимальные деформации при приложении огромной силы прессования в 30-40 тонн.
Таким образом, для охлаждения данной массы до температуры сухого льда потребуется испарить около 7-14 кг сухого льда при каждом запуске. Если взять из расчета, что гранулятор запускается 240 раз в году, то потери сухого льда достигают 1680-3360 кг/год или жидкого СО2 – 3360-6720 кг/год. Для сравнения, в каждом модуле PU20A масса камеры прессования и затвора составляет всего лишь 2,6 кг металла (в 35-70 раз меньше).
Также после остановки гранулятора в камере прессования остается пульпа (“таблетка”) сухого льда перед матрицей, которая формируется при прессовании. Ее вес может достигать 2-3 кг, за счет чего дополнительные потери сухого льда составляют до 480-720 кг/год, или жидкого СО2 – 960-1440 кг/год.
Общая экономия жидкого СО2 составит: 4320-8160 кг/год.
[ОПЦИЯ] Рекуперация выхлопного газа СО2 экономит жидкий СО2
Пластинчатый теплообменный аппарат
Температура жидкого СО2 составляет примерно -25…-30 С, а температура “выхлопного” газообразного СО2 уже составляет -79С. При производстве сухого льда главной ценностью является продукция – сухой лед, то есть холод. За счет передачи холода от выхлопного газа к жидкому СО2 можно добиться экономии жидкого СО2.
Теплообменник с КПД 80% предоставляет гранулятору с производительностью 100 кг/час экономить жидкий СО2 в размере 7,5 кг/час.
К примеру, если взять из расчета, что гидравлический гранулятор на 100 кг/час работает по 7 часов в день и 240 дней в году, то экономия жидкого СО2 будет составлять 12 000 кг/год.
Повышенная надежность
Схема пневматической системы модуля PU20A
Типичная схема гидравлики гидравлического гранулятора
Многократно повышена теоретическая отказоустойчивость модулей PU20A за счет перехода на пневматическую систему прессования (далее – ПСП) вместо электрогидравлической системы прессования (далее – ЭГСП).
Для расчета отказоустойчивости применялись среднестатистические значения уровня отказоустойчивости компонентов из следующей промышленной литературы:
- • “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.
Согласно анализу вышеуказанной литературы для ЭГСП самыми слабыми компонентами оказались (от часто до редко ломающихся): пропорциональные клапаны, клапан сброса избыточного давления, гидравлический насос, электрогидравлические клапаны, электрический двигатель, клапана переброса давления, обратный клапан, рукава высокого давления. Высокая вероятность отказа данных компонентов связана с тем, что данные компоненты работают при давлении гидравлического масла в 180-220 атм, что формирует высокие нагрузки и трение на двигающиеся и поворотные части механизмов.
В модулях PU20A отсутствуют такие слабые компоненты, а самый высоконагруженный компонент это пневмоцилиндр прессования, который работает от давления 2,5-3 атм сжатого воздуха и формирует усилие прессования всего в 0,7 тонн в отличие от ЭГСП, где данное усилие достигает 30-40 тонн.
Ниже представлены статистические данные по относительной вероятности отказа отдельных компонентов, из которых состоят четыре модуля PU20A (120 кг/час) и один гидравлический гранулятор (120 кг/час), которые подобраны специалистами ИРБИСТЕХ.
Модуль PU20 (4 шт)
Гидравлический аналог (1 шт)
Ниже представлен график уровня теоретической отказоустойчивости (%) модулей PU20A (4 шт по 30 кг/час) и гидравлического гранулятора (1 шт по 120 кг/час) в зависимости от часов работки оборудования, которые рассчитали специалисты ИРБИСТЕХ.
Реальный уровень отказоустойчивости зависит от стоимости/качества компонентов, которые закладывает производитель гидравлических грануляторов, а также от уровня его технического обслуживания.
В качестве компонентной базы для модулей PU20A используется итальянская пневматика от «Camozzi» и «Omal», французская электрика от «Schneider Electric», датские клапаны и соленоиды жидкого СО2 от «Danfoss».
Важно также знать, что теоретический ресурс пневмоцилиндра согласно ISO 19973 составляет 30 000 км, что в 60 раз больше, чем у гидравлического привода (500 км), это объясняется разной степенью износа динамических манжет и направляющих при трении о гильзу гидро- или пневмоцилиндра.
Согласно опросу компаний, которые закупили бюджетные гидравлические грануляторы, таким компаниям часто приходится модернизировать гидравлический узел и заменять высоконагруженные детали (шпильки, гайки, матрицы, гильзы) на аналогичные детали из более качественной стали.
Компактность
В гидравлических грануляторах гидроузел, который генерирует энергию прессования, является неотъемлемой часть машины. В модуле PU20A такой узел вынесен за его пределы, поэтому модуль превратился в компактный пневмоэлектрический инструмент, который может работать от цеховой сети сжатого воздуха.
Потребление сжатого воздуха составляет всего 250 нл/мин на один модуль.
Габариты одного модуля: 225 мм ширина, 290 мм глубина, 1600 мм высота.
Масштабируемость
За счет малых габаритов и настенной установки модулей PU20A, появилась возможность гибко масштабировать производство сухого льда кратно 30 кг/час. Модули можно устанавливать максимально близко другу к другу. Ширина одного модуля составляет всего 225 мм, а это значит, что если требуется производительность в 120 кг/час, то требуется 900 мм ширины пространства на стене, если 240 кг/час – то 1800 мм. При всем при этом место на полу не занимается за счет подвешивания модулей.
У гидравлических грануляторов все наоборот:
- • во-первых, они полностью занимают своим каркасом место на полу;
- • во-вторых, необходимо оставлять по 1 метру вокруг каркаса для его технического обслуживания.
У модулей PU20A всё техническое обслуживание можно осуществлять при снятии передней панели.
Электробезопасность
Все электрические компоненты модуля PU20A работают от сети сверхнизкого безопасного напряжения 24 VDC (Safety Extra Low Voltage, стандарт HD60364), что гарантирует максимальную электробезопасть для персонала.
Мощность каждого модуля не превышает 24 Вт.
Низкий шум
Все гидравлические станции, встроенные в гидравлические грануляторы, имеют уровень шума в 80-90 дБ, что создает дискомфорт и даже может повлиять на слух. Модули PU20A работают от сжатого воздуха, который поступает от стандартного винтового компрессора с уровнем шума около 60-65 дБ. При этом, компрессор может стоять за стеной в другом помещении, и тогда максимальный уровень шума, которые вырабатывают модули за счет выпуска сжатого воздуха через глушители, составляет всего лишь 60 дБ, что сравнимо с обычным разговором людей.
Подробная Информация
Технические характеристики одного модуля PU20A
Основные характеристики
- Производительность: 25-30 кг/час;
- Коэффициент конвертации из жидкого СО2 в гранулы: наиболее близкий к теоретическому (нет нагрева льда из-за отсутствия экструдирования);
- Размер гранул: только диаметр Ø20 мм (без экструдирования, каждая гранула прессуется индивидуально), длина 120-160 мм;
- Габариты: 225 мм ширина, 290 мм глубина, 1600 мм высота.
- Плотность гранул: 1550 кг/м3
Электропотребление
- Напряжение: 24VDC;
- Максимальный ток: 1 А;
- Среднее энергопотребление: 21 Вт (0,02 кВт);
- Тип питания в соответствии с пунктом 414.3 стандарта ГОСТ Р 50571.3-2009.
Требования по сжатому воздуху
- Среднее потребление воздуха: 250 нл/мин;
- Пределы давления сжатого воздуха: от 2,5 до 3 избыточных атмосфер;
Требования по жидкому СО2
- Рекомендуемое давление: 14-16 атм;
Принцип работы модулей PU20A
Шаг 1. Впрыск. Над поршнем пока действует атмосферное давление. За счет пружинного газа с давлением 1.0 атм поршень поднят вверх. В начале такта открывается клапан впрыска и жидкий СО2 начинает впрыскиваться в камеру прессования и трансформируется в газообразный СО2 и снег СО2. Снег задерживается в камере за счет фильтров, а газообразный СО2 выходит через фильтры в коллектор, откуда выходит через верхнюю точку модуля. Снег СО2 при этом имеет плотность в 600-650 кг/м3, он хрупкий и рассыпчатый.
Шаг 2. Прессование. Впрыск прекращается и подается сжатый воздух с давлением 2,5-3 атм в область над поршнем, в свою очередь усилие с мультипликацией в 60 раз переходит на плунжер, который прессует снег СО2 и вытесняет из его структуры газовую фазу, в результате в гранула принимает сплошную стекловидную структуру с плотностью примерно 1400-1600 кг/м3 ( https://youtu.be/CxuHx9s0xg0). Время прессования также выдерживается автоматикой. При прессовании гранула начинает давить на внутренние стенки камеры прессования, но за счет наличия жидкостной рубашки (не показано) вокруг камеры прессования периферийная часть гранулы сублимируется и образуется «воздушная подушка», в результате трение снижает до нуля и гранула равномерно прессуется вдоль своей длины. При этом холод той массы гранулы, которая испарилась при соприкосновении с камерой прессования, переходит в холод жидкого СО2, за счет чего он слегка снижает свою температуру. При этом в следующем цикле при впрыске коэффициент конвертации будет пропорционально выше за счет переданного холода. Таким образом обеспечивается внутренний замкнутый теплообмен без изменения базового коэффициента конвертации.
Шаг 3. Выход и возврат. Сбрасывается давление над поршнем в атмосферу и поршень фиксируется в пространстве без нагрузки. Открывается затвор и подается небольшая порция сжатого воздуха опять над поршнем и плунжер выталкивает гранулу из камеры прессования. Далее повторный сброс давления над поршнем и подача пружинного газа под поршень, который заставляет поршень вернуться обратно в верхнюю мертвую точку, и цикл повторяется.
Устройство модуля PU20A
На рисунке справа представлена конструкция модуля PU20A. Сверху модуля размещена панель-1, на которой расположены фитинги для подключения жидкого СО2, сжатого воздуха, выхлопа газообразного СО2 и электропитание 24VDC. Под панелью-1 размещены два пневмораспределителя-2, которые управляют потоками сжатого воздуха для поднятия поршня пневмоцилиндра-3 и надавливания на поршень для прессования сухого льда. Электрошкаф-4 включает умное реле с твердотельными выходами с выдержкой времени для каждого цикла и предохранитель. Блок прессования-6 включает нержавеющую камеру прессования, жидкостную рубашку с коллектор сбора газообразного СО2. В нижней части модуля расположен поворотный нержавеющий затвор-6 камеры с антифрикционными скользящими металлическими кольцами. Открытие и перекрытие камеры прессования осуществляется с помощью поворотного пневмопривода-7. Сверху блока прессования-5 расположен механизм-8 впрыска жидкого СО2 с соленоидом.
Качество гранул модулей PU20A
Тестирование гранул на испарение на открытом воздухе
Система производства гранул сухого льда
На изображении показаны основные компоненты системы для производства гранул сухого льда на базе модулей PU20A. Данная система должна включать как минимум:
- 1. цистерну для хранения жидкого СО2 с давлением 14-16 атм;
- 2. винтовой компрессор с ресивером и с производительностью 250 нл/мин на каждый модуль;
- 3. два фильтр-регулятора давления сжатого воздуха (1 и 2,5 атм) для запитывания модулей;
- 4. источник сверхнизкого безопасного напряжения 24 VDC с мощностью в 24Вт на каждый модуль;
- 5. насос для циркуляции жидкого СО2 между модулями и шланги с теплоизоляцией;
- 6. непосредственно сами модули PU20A.
Наши предложения
Шеф-монтаж
- Контроль проведения монтажа на территории клиента
- Без учета переезда
- Без учета проживания
- Без учета командировочных
Пуско-наладка
- От сборки до первого пуска
- Без учета переезда
- Без учета проживания
- Без учета командировочных
История развития технологии
Экспериментальный образец
Опытный образец
Предпромышленный образец
Промышленный образец
Варианты организации производства гранул сухого льда
Мелкотонажное изготовление гранул (30 кг/час) без регистрации сосуда в Ростехнадзоре
Сосуд ГХК – 0,5/1,6
Объем 0.5 м3 (самый крупный из данной линейки)
Давление 1.6 МПа
Рабочая среда внутри: жидкий диоксид углерода (точно 2 группа сред);
Получается: 0.5 м3 х 1.6 МПа = 0.8 проходит и не требует регистрации в Ростехнадзоре
Каждый сосуд считает отдельно, то есть можно объединять сосуды для увеличения объема жидкого СО2.
Производство любой мощности с регистрацией цистерны в Ростехнадзоре
К примеру УДХ – 10/2,4
Объем 10 м3
Давление максимальное 2.4 МПа
Рабочая среда внутри: жидкий диоксид углерода (2 группа сред);
Получается: 10 м3 х 2.4 МПа = 24 (требуется регистрации в Ростехнадзоре)
Правила перевозки вакцины с сухим льдом
СП 3.1.3671-20 Условия транспортирования и хранения вакцины для профилактики новой коронавирусной инфекции (COVID-19) Гам-Ковид-Вак
