Автореферат (Вакуумный дистилляционный агрегат с теплонасосным энергоподводом), страница 3

В герметичныйсосуд I выше уровня конденсатора-испарителя ІІ, предварительнозаливается вода. Выдерживается необходимое время для стабилизациитемпературы системы. Затем включается вакуумный насоспредварительной откачки IV для удаления воздуха из системы. Придостижении требуемого уровня разрежения насос ІV выключается изапускается основной вакуумный насос-компрессор ІІІ, которыйоткачивает водяные пары из гермососуда І и нагнетает их в КИ.В течение эксперимента в гермососуде І поддерживается уровеньводы выше поверхности КИ путем дискретной подачи исходной водыс известной температурой через вакуумный кран при одновременномкратковременном запуске насоса ІV для удаления растворенных в водегазов.

Время работы вспомогательного насоса равняется 30 сек. спериодичностью включения 600 с., что составляет 5% от общеговремени работы основного насоса. Отвод рассола из установки неосуществляется, во всех экспериментах степень извлечения дистиллятаравняется 1.Показания температуры кипения и конденсации воды,производительностиустановкиипотребляемоймощности(кип ) =12фиксируются в реальном времени. Относительная погрешность приопределениицелевогопараметраэксперимента(удельногоэнергопотребления установки) составляет 7,5%.Наилучшеезначениеудельногоэнергопотребленияэкспериментального стенда ВТД в диапазоне температур кипения водыв гермокамере 25…30 ℃ составило 85,5 кВт ∙ ч⁄м при выработкедистиллята 11 л/ч и общей потребляемой установкой электроэнергии0,94 кВт ∙ ч, что сопоставимо с паспортными характеристикамивыпускаемых в настоящее время аналогичных выпарных устройств дляопреснения и очистки воды, представленных в таблице 1.Таблица 1.

Сопоставление характеристик дистилляционных агрегатов.МодельNorlandVC800EVALEDRV N 3H2O GmbHXS 180ООО "БМТ"ЭСВА-100Опытныйстенд ВТДТип основноговакуумногонасосаТемпературакипенияводы, °СВыходдистиллята,л ⁄чУдельныезатратыэнергиикВт ∙ ч⁄мцентробежный80…901305080…904005080…90308080…9010011020…401085компрессор типаРУТСкомпрессор типаРУТСкомпрессор типаРУТСвакуумныйнасос-компрессортипа РУТСПри визуальном наблюдении за процессом выпаривания воды вгермокамере ВТД было зафиксировано, что бо́льшая частьтеплообменной поверхности обеднена центрами парообразования.

Этообстоятельство позволяет отнести условия теплообмена к переходномурежиму и сделать вывод, что основным механизмом переноса теплотыв рассматриваемых условиях является конвекция.На основе экспериментальных данных предложена зависимостьдля определения коэффициента теплоотдачи при прогреве массы водыв свободном объеме на вертикальных трубах в условиях переходногорежима и давлении на уровне 30 Торр:кип = 0,2 ∙ ( ∙ )∙ ,где– число Грасгофа;– число Прандтля;– теплопроводность жидкости, Вт⁄м ∙ K;– характерный линейный размер, м.13(1.4)Сопоставление расчетных и опытных данных зависимоститемпературы конденсации от температуры кипения приведено нарисунке 2.Сопоставление расчетных и опытных данных потеплообмену: точки – экспериментальные данные,линия – расчетные данныеНа рисунке 3 показано изменение температуры кипения воды вгермокамере в первые два часа работы после запуска установки приначальной температуре воды в гермокамере 24,2 ℃ и температуреисходной воды ис = 18 ℃, степени извлечения дистиллята = 1.Опытные данные имеют высокую согласованность с расчетнойзависимостью (расхождение не более 5%), что говорит об адекватностиматематической модели.Сиспользованиемэкспериментальноустановленнойхарактеристики производительности и потребляемой мощностивакуумного насос-компрессора модели ДВН-600 построен график(рисунок 4) изменения температуры кипения воды в гермокамере вовремя выхода ВТД на установившийся режим работы при степениизвлечения дистиллята = 0,2.Для вышеприведенных условий продолжительность временивыхода ВТД на установившийся режим работы составляет 7,5 ч.Удельные затраты энергии на опреснение за этот промежуток временипри использовании предпускового ТЭНа для предварительного нагреваисходной воды с 24,2℃ до 28,4℃ (93,3 кВт ∙ ч⁄м ) и без егоиспользования (87,3 кВт ∙ ч⁄м ) сопоставимы, что, в свою очередь,14дает возможность отказатьсяопреснительной установке.отиспользованияТЭНоввИзменение температуры кипения воды с момента запускаВТД: точки – экспериментальные данные, линия – расчетные данныеИзменение температуры кипения воды в гермокамерев процессе выхода ВТД на установившийся режим работыпо результатам численного эксперимента15ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.

Показано, что одним из наиболее перспективных методовопреснения и дистилляции воды в целом является метод выпариванияс механической компрессией пара. Такие системы малойпроизводительностивыгодноотличаются:мобильностью;возможностью работы на воде любого качества и в любом месте приналичииэлектросети;надежностьюивозможностьюфункционирования в широком диапазоне температур.2. Разработано схемное решение мобильного ВТД на базебыстроходного двухротного вакуумного насос-компрессора типаРУТС, функционирующего при пониженных температурах кипенияжидкости в диапазоне 20…40 ºС в условиях вакуумирования паровогопространства гермокамеры.

ВТД может быть использован для:опреснения воды высокой степени солености и загрязненности;очистки сточных вод промышленных предприятий; выпариваниярастворов с целью кристаллизации растворенных веществ;дистилляции термолабильных веществ.3.

Выполненные опыты на стенде, созданном в лабораториикафедры «Техника низких температур» им. П.Л. Капицы, подтвердилиработоспособность предложенного технического решения ВТД сиспользованием двухроторного вакуумного насос-компрессора типаРУТС в качестве основного средства сжатия и перемещения паров всоставе ВТД.

Удельное энергопотребление экспериментального стендаВТД составило 85…90 кВт ∙ ч⁄м , что сопоставимо с показателямивыпускаемых сегодня аналогичных выпарных устройств малойпроизводительности.4. Получены опытные данные по теплоотдаче при прогреве массыводы в свободном объеме на вертикальных трубах, которыесогласуются с известными аналитическими зависимостями в условияхвакуумирования парового пространства.5.

Разработана и экспериментально подтверждена математическаямодель нестационарного тепломассообменного процесса кипенияжидкости в гермокамере одноступенчатой дистилляционной установкис механической компрессией пара, позволяющая рассчитыватьпараметры работы и время выхода системы на режим.16СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯПубликации в рецензируемых научных изданиях1. Малафеев, И. И.

Рабочие тела высокотемпературных тепловыхнасосов. Современное состояние вопроса и направления развития /И. И. Малафеев, Г. А. Ильин, К. С. Крысанов // Известия МГТУ«МАМИ». — 2014 г. — № 3 (21). — С. 53–58.2. Калнинь, И. М. Проблема выбора рабочего вещества дляприменения в высокотемпературных тепловых насосах /И. М.

Калнинь, И. И. Малафеев // Холодильная техника. — 2014. —№ 12. — С. 21–24.3. Маринюк, Б. Т. Вакуумный теплонасосный дистиллятор,особенности работы и расчет / Б. Т. Маринюк, И. И. Малафеев //Холодильная техника. — 2016. — № 3. — С. 42–47.4. Малафеев, И. И. Экспериментальное исследование вакуумноготеплонасосного дистиллятора с механической компрессией пара /И. И.

Малафеев, Б. Т. Маринюк, Г. А. Ильин, Н. В. Шарапов //«Холодильная техника». — 2017. — № 3. — С. 38–43.Публикации в других изданиях5. Малафеев, И. И.Энергоэффективностьтеплонасосногодистиллятора / И. И. Малафеев // Инновационные разработки в областитехники низких температур. III Международная конференция сэлементами научной школы для молодежи: сборник научных трудов.— М.

: Университет машиностроения, 2013. — С. 71–73.6. Малафеев, И. И. Разработка теплонасосного дистиллятора /И. И. Малафеев // Проблемы и перспективы развития индустрии холодана современном этапе: сбор. тез. докл. междунар. науч.-тех. конф. врамках выставки ChillVenta Rossija 2014, 2014.

— С. 113–114.17.