PROCESNA
TEHNIKA
BROJ 2 decembar
2013.
GODINA 25.
Tema broja
Iskorišćenje otpadnih
materijala kao goriva
Aktuelno
Hlađenje procesnih fluida
pomoću vode i vazduha
Događaji
Procesing 2014
ISSN 2217-2319
w w w. s m e i t s. r s
PROCESNA
TEHNIKA
SADRŽAJ:
broj 2, decembar 2013. godina 25.
PROCESNA
TEHNIKA
TEMA BROJA
Izdavač:
Savez mašinskih i elektrotehničkih inženjera
Srbije (SMEITS)
Kneza Miloša 7a/II, 11000 Beograd
10
BROJ 2
decembar 2013.
GODINA 25.
Merenje zapreminskih udela sastava
deponijskog gasa na deponiji u
Novom Sadu
Tema broja
14 Automatic control for anaerobic
Glavni i odgovorni urednik:
Dejan Radić
Saradnici:
Aleksandar Petrović
Ilija Kovačević
Dejan Radić
Tehnički urednik:
Ivan Radetić
Web tim:
Stevan Šamšalović
Za izdavača:
Milovan Živković
Kontakt
[email protected]
Publikacija je besplatna.
Sadržaj publikacije je zaštićen.
Korišćenje materijala je dozvoljeno isključivo uz saglasnost autora.
Iskorišćenje otpadnih
materijala kao goriva
fermentation processes. Application
for pilot installation
Aktuelno
Hlađenje procesnih fluida
pomoću vode i vazduha
Događaji
Procesing 2014
20 Ispitivanje podobnosti sagorevanja
ISSN 2217-2319
w w w. s m e i t s. r s
papirnog mulja u toplovodnom kotlu
sa fluidizovanim slojem
INŽENjERSKA PRAKSA
KOLUMNE
26 Hlađenje procesnih fluida pomoću
UVODNIK
vode i vazduha
PROCESING 2014
30 Rešavanje nekih problema pri trans-
INŽENjERSKA KNjIŽARA
portu ulja u cevovodu koji prolazi kroz
vodu u zimskim uslovima
EKONOMSKI INDIKATORI
DIPLOMIRALI,
DOKTORIRALI
36 Analiza promjene jedinične plastične
deformacije polipropilena punjenog
staklenim prahom
EKONOMSKI INDIKATORI
40 Ekonomska analiza procesnih postrojenja – trend u 2013. godini
Na osnovu mišljenja Ministarstva za nauku, tehnologije i
razvoj Republike Srbije, broj 413-00-1468/2001-01 od 29. oktobra 2001, časopis “Procesna tehnika“ je oslobođen plaćanja
poreza na promet roba na malo, kao publikacija od posebnog
interesa za nauku.
CIP -- Katologizacija u publikaciji
Narodna biblioteke Srbije, Beograd
62
PROCESNA tehnika: naučno-stručni časopis / glavni i odgovorni urednik Dejan Radić – God.1 br. 1 (septembar 1985) - . - Beograd (Kneza Miloša 7a/II) : Savez mašinskih i elektrotehničkih
inženjera i tehničara Srbije, 1985 - (elektronska publikacija)
– 27cm
šestomesečno (jun i decembar)
ISSN 2217-2319 (Online) = Procesna tehnika(Online)
COBISS.SR-ID 4208130
OGLAŠIVAČI
MESSER
GRUNDFOS
AIRTREND
BM-ART
CWG BALKAN
MIKRO KONTROL
OVEX
TEHNOSAM
UNICOM
Centar za kvalitet
PRO-ING
SGS
SAGAX
ZAVOD ZA ZAVARIVANJE
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
Subotica
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
Beograd
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
3
PT
Uvodnik
Uvodnik
Dejan Radić, glavni i odgovorni urednik
Dragi čitaoci,
D
rugi broj časopisa Procesna tehnika sa zadovoljstvom najavljuje organizaciju 27. kongresa o procesnom inženjerstvu PROCESING’14. Društvo za procesnu tehniku u okviru SMEITS-a je formiralo
organizacioni odbor i naučno-stručni odbor kongresa PROCESING’14 .
Uz očiglednu želju organizatora da učešće na skupu uzme što veći broj stručnjaka iz oblasti procesne
tehnike sa šireg područja regiona, ovaj put u naučno-stručni odbor kongresa PROCESING’14 su uključeni
stručnjaci iz gotovo svih bivših republika, uglavnom zaposleni na vodećim mašinskim fakultetima u
svojim državama koji imaju nastavne planove i programe iz oblasti procesnog inženjerstva. Predsednik (prof. dr Miroslav Stanojević) i zamenik predsednika (prof. dr Aleksandar Jovović) naučno-stručnog
odbora, su kao i niz prethodnih godina, članova Katedre za procesnu tehniku Mašinskog fakulteta u
Beogradu.
Aktivni učesnik, ali i organizator kongresa PROCESING’14, je i ove godine kompanija MESSER Tehnogas AD, Beograd. MESSER Tehnogas AD, Beograd je generalni pokrovitelj kongresa ali preko svojih
zaposlenih koji su delegirani u organizacionom odboru i aktivni učesnik u organizaciji. Na inicijativu
predsednika organizacionog odbora kongresa PROCESING’14 g. Zorana Radibratovića, direktora novih
primena i logistike kompanije MESSER Tehnogas AD, Beograd planira se da se ovogodišnji dvodnevni
kongres održi u krugu fabrike MESSER Tehnogas AD u Beogradu, sa temama okruglog stola posvećenim
primenama tehničkih gasova u industriji.
Grupa radovi selektirana za ovaj broj časopisa Procesna tehnika se bavi primenom otpadnih materijala u energetske svrhe. Dva rada za temu imaju proizvodnju deponijskog gasa (biogasa) iz biorazgradljivog organskog otpadnog materijala. Treći rad se bavi sagorevanjem papirnog otpadnog materijala
u kotlovima. Prema tome, može se reći da je tema broja pretvaranje otpadnih materijala u energetski
vredna goriva. Uz navedene radove u drugom broju časopisa Procesna tehnika za 2013. godinu predstavljena su još tri rada iz oblasti procesnog inženjerstva.
Časopis Procesna tehnika poziva zainteresovane autore da SMEITS-u dostave radove, bilo za objavljivanje u časopisu ili kao prijava za učešće na kongresu PROCESING’14. To će omogućiti da ove aktivnosti Društva za procesnu tehniku nastave sa radom.
S poštovanjem,
dr Dejan Radić, v. prof.
Glavni i odgovorni urednik
Pristupnica u članstvo Saveza mašinskih i elektrotehničkih inženjera i tehničara
Srbije (SMEITS)
Pristupnica Društvu za procesnu tehniku
4
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
PT
Procesna tehnika
Redakcioni odbor
Br.
Ime i prezime
Preduzeće, adresa
1
Dejan Radić
Mašinski fakultet Beograd, Kraljice Marije 16, Beograd
2
Miroslav Stanojević
Mašinski fakultet Beograd, Kraljice Marije 16, Beograd
3
Ioan Laza
4
Radenko Rajić
Universitatea “Politehnica” dinTimisoara, Facultatea de Mecanica, B-dul M. Viteazu 1,
Timisoara
VIŠSS TEHNIKUM TAURUNUM, Nade Dimić 4, Zemun - Beograd
5
Ivan Radetić
Pro-Ing, Zaplanjska 86, Beograd
Izdavački savet
6
Br.
Ime i prezime
Preduzeće, adresa
1
Aleksandar Dedić
Šumarski fakultet Beograd, Kneza Višeslava 1, Beograd
2
Aleksandar Stanković
SAGAX, Radoja Domanovića 16, Beograd
3
Blagoje Ćirković
BET, Tadeuša Košćuška 55, Beograd
4
Bojan Nikolić
JKP Beogradske elektrane, Savski nasip 11, Novi Beograd
5
Branislav Jaćimović
Mašinski fakultet Beograd, Kraljice Marije 16, Beograd
6
Branko Živanović
Naftna industrija Srbije, RN Pančevo, Spoljnostarčevačka 199, Pančevo
7
Vojislav Genić
Siemens IT Solutions and Services
8
Goran Bogićević
JKP Beogradske elektrane, Savski nasip 11, Novi Beograd
9
Goran Vujnović
Aqua Interma Inženjering, Bulevar oslobođenja 337c, Beograd
10
Dejan Gazikalović
FRIGOMEX, Mihaila Šolohova 66c, Beograd
11
Dejan Cvjetković
CD System, Jovana Rajića 5b, Beograd
12
Dimitrije Đorđević
Termoenergetika, V.J. 1/IV, Lučani
13
Dorin Lelea
14
Dušan Elez
Universitatea “Politehnica” dinTimisoara, Facultatea de Mecanica, B-dul M. Viteazu 1,
Timisoara
ATM Control Beograd, Bulevar Mihajla Pupina 129, Novi Beograd
15
Zoran Bogdanović
Pionir Beograd, Fabrika Subotica, Senćanski put 83, Subotica
16
Zoran Nikolić
Messer Tehnogas, Banjički Put 62, Beograd
17
Ilija Kovačević
Pro-Ing, Zaplanjska 86, Beograd
18
Ljubiša Vladić
JKP Beogradske elektrane, Savski nasip 11, Novi Beograd
19
Marko Malović
Messer Tehnogas, Banjički Put 62, Beograd
20
Mirko Ukropina
SGS Beograd, Bože Janković 39, Beograd
21
Mihajlo Milovanović
NESTLÉ ICE CREAM SRBIJA Beograd, Banovački put bb, Stara Pazova
22
Nebojša Pantić
Messer Tehnogas, Banjički Put 62, Beograd
23
Nenad Petrović
LABELPRO, Carice Milice 11, Beograd
24
Nenad Ćuprić
Šumarski fakultet Beograd, Kneza Višeslava 1, Beograd
25
Predrag Milanović
Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju, Njegoševa 12, Beograd
26
Rade Milenković
Paul Scherrer Institut, WBBA 203, 5232 Villigen-PSI, Switzerland
27
Radoje Raković
Pro-Ing, Zaplanjska 86, Beograd
28
Saša Jakimov
TRACO, Ljube Davidovića 55/6, Beograd
29
Srbislav Genić
Mašinski fakultet Beograd, Kraljice Marije 16, Beograd
30
Suzana Mladenović
Vatrosprem proizvodnja, Kumodraška 240, Beograd
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
PT
Procesing 2014
27. međunarodni kongres o procesnom
inženjerstvu Procesing ’14
Poštovane koleginice i kolege,
O
ve godine održava se 27. međunarodni kongres o procesnom inženjerstvu – Procesing 2014, u organizaciji SMEITS-a i Društva za procesnu tehniku. Prvi Procesing održan je još 1970. godine i ima tradiciju
i kontinuitet okupljanja mašinskih inženjera, ali i inženjera tehnologije, građevinarstva, elektrotehnike,
rudarstva...
Oblast procesne tehnike je zastupljena i kao usmerenje na Mašinskom fakultetu u Beogradu i drugim
mašinskim fakultetima u Srbiji, u Nišu, Kragujevcu, Novom Sadu.
Mašinski inženjeri smera za procesnu tehniku rade u svim granama industrije, u energetici, rudarstvu,
komunalnom sektoru (vodovodima, toplanama).
Osnovni ciljevi kongresa su inoviranje i proširivanje znanja inženjera u procesnoj industriji i podrška
istraživačima u predstavljanju ostvarenih rezultata istraživačkih projekata.
Tematika Procesinga obuhvata osnovne procesne operacije – mehaničke, hidromehaničke, toplotne,
difuzione, hemijske i biohemijske, kao i procesna postrojenja i opremu (aparate i mašine).
Program Procesinga 2014. obuhvata sledeće oblasti:
• projektovanje i razvoj procesa i postrojenja procesne i drugih industrija;
• konstruisanje mašina, aparata i uređaja;
• pripremu i vođenje izgradnje i montaže industrijskih postrojenja;
• industrijska i laboratorijska merenja;
• ispitivanje i atestiranje materijala, proizvoda, mašina i aparata;
• istraživanje i razvoj nove opreme i industrijskih sistema.
Ovaj dvodnevni kongres se održava u krugu fabrike Messer Tehnogas u Beogradu gde se istovremeno
održava prezentacija novog sistema za nadzvučnu HVOP metalizaciju u radionici Castolab Messer Tehnogasa i završiće se Konferencijom Društva za procesnu tehniku.
ORGANIZACIONI ODBOR
Procesinga 2014
Generalni pokrovitelj
Beograd
8
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
PT
Procesing 2014
Tematske oblasti
1
Tehnička regulativa i sistem kvaliteta
2
Procesne tehnologije
Naftna, hemijska i petrohemijska industrija; tehnički gasovi; prerada uglja; crna i obojena metalurgija i prerada nemetalnih
minerala; industrija građevinskih materijala; farmaceutska industrija; prehrambena industrija; proizvodnja alkoholnih i bezalkoholnih pića; duvanska industrija; proizvodnja stočne hrane; proizvodnja veštačkih đubriva i agrohemikalija; proizvodnja
papira i celuloze; tekstilna industrija ; gumarska industrija; proizvodnja masti i ulja.
3
Projektovanje, izgradnja, eksploatacija i održavanje procesnih postrojenja
Projektovanje procesnih postrojenja; izgradnja procesnih postrojenja; puštanje u rad; sistemi automatskog upravljanja; eksploatacija i održavanje procesnih postrojenja; primena informacionih tehnologija.
4
Konstruisanje, izrada, ispitivanje i montaža procesne opreme
Konstruisanje procesne opreme; zavarivanje; izrada i montaža procesne opreme; ispitivanje metodama bez razaranja; ispitivanje funkcionalnosti i bezbednosti.
5
Inženjerstvo životne sredine i održivi razvoj. Zaštita životne sredine, zaštita radne sredine, racionalno korišćenje energije,
obnovljivi izvori energije.
6
Osnovne operacije, aparati i mašine u procesnoj industriji
Toplotne, difuzione, mehaničke, hidromehaničke i biohemijske i hemijske operacije; aparati i mašine; pomoćne operacije i
oprema (transport, skladištenje, pakovanje itd.).
U okviru Procesinga ‘14 održaće se Okrugli sto sa temom „Preventivna i interventna reparatura metalizacijom“. Učesnici će se
upoznati sa postupkom za reparaturu osovina i rotirajućih sklopova, kao i za nanošenje tankih prevlaka materijala izuzetno
otpornih na abrazuju, eroziju i druge tribloške probleme u eksploataciji.
Biće prikazan i novi sistem za nadzvučnu HVOP metalizaciju u radionici Castolab Messer Tehnogasa.
Važni datumi i rokovi
Predlog teme rada i rezime (izvod) treba poslati organizatoru najkasnije do 28. marta 2014.
Autori će do 11. aprila2014. biti obavešteni da li im je tema prihvaćena, kao i o formi u kojoj treba da
rukopis bude pripremljen.
Radove o prihvaćenim temama treba dostaviti organizatoru najkasnije do 9. maja 2014.
Važne napomene
Prijava rada treba da sadrži:
• naziv predložene teme;
• spisak autora sa osnovnim kontakt podacima;
• izvod (rezime, apstrakt) od najviše 1000 slovnih mesta.
Autorima čiji predlog teme bude prihvaćen, biće poslato uputstvo za pripremu rukopisa rada i njegovo izlaganje.
Svi učesnici kongresa dobiće sertifikat o svom učešću na kongresu, kao i zbornik rezimea radova i CD
sa kompletnim materijalom skupa koji će imati svoj ISBN broj.
I na kraju...
Potpuni program kongresa (drugu informaciju o kongresu), sa prijavom učešća, organizator će distribuirati 1. maja 2014.
Obaveštenja o skupu mogu se naći na web stranici SMEITS-a www.smeits.rs
Za sva obaveštenja obratiti se na adresu organizatora.
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
9
PT
Tema broja
Merenje zapreminskih udela sastava deponijskog gasa na
deponiji u Novom Sadu
S. Đurić, S. Brankov, T. Kosanić, M. Ćeranić, R. Božičković, M. Milotić
U
industrijskim razvijenim zemljama nastaje 300-400
kg smeća godišnje po osobi. Ovo smeće se skuplja i
odlaže na bezbednim i sanitarnim deponijama, koje
podrazumevaju zaštitu podzemnih voda kao i zaštitu vazduha
od prljavog i opasnog deponijskog gasa [1].
1. UVOD
Procesi koji doprinose formiranju deponijskog gasa su
bakterijsko razgrađivanje, volatilizacija i hemijske reakcije.
Najveći deo deponijskog gasa se formira bakterijskom razgradnjom, bakterija koje su prirodno prisutne u samom otpadu, kao
i od strane bakterija prisutnih u zemljištu koje se koristi za
prekrivanje deponija. Komunalni otpad većim delom čini otpad organskog porekla u koji se ubraja hrana, baštenski otpad,
otpad sa ulica, tekstil, drvni i papirni proizvodi. Deponijski
gas može biti proizveden kada određene vrste otpada, odnosno
jedinjenja nastala kao produkti razgradnje otpada, posebno organska jedinjenja, promene stanje iz tečnog ili čvrstog u gasovito. Ovaj proces je poznat kao volatilizacija.
Deponijski gas, uključujući nemetanska organska jedinjenja, može biti proizveden reakcijama određenih jedinjenja
prisutnih u otpadu. Na primer, ako hlorni izbeljivač i amonijak dođu međusobno u kontakt sa deponijom tada se proizvodi
amonijum hlorid (NH4Cl), gas koji nepovoljno utiče na odvijanje procesa u deponiji. Na proces formiranja deponijskog
gasa utiču brojni faktori: karakter otpada, kiseonik u deponiji,
sadržaj vlage, temperatura i vreme kada je otpad odbačen.
U središtu deponije nastaje nadpritisak, pa deponijski gas
prelazi u okolinu. Prosečan sastav deponijskog gasa je 35-60%
metana, 37-50% ugljen-dioksida i u manjim količinama se
mogu naći ugljen-monoksid, azot, vodonik-sulfid, fluor, hlor,
aromatični ugljovodonici i drugi gasovi u tragovima [2].
2. KARASTERISTIKE OTPADA I SASTAV DEPONIJSKOG
GASA
Bakterijskim aktivnostima generiše se deponijski gas. Rast
količina generisanog gasa je povezan sa procentom organskog
otpada u deponiji. Sa povećanjem procenta organskog otpada
povećava se i količina generisanog gasa. Određene vrste organskog otpada sadrže velike količine hranljivih sastojaka za
bakterije: natrijum, kalijum, kalcijum i magnezijum, što prouzrokuje veću aktivnost bakterija, a samim tim i veću količinu
generisanog gasa. Određene vrste otpada sadrže jedinjenja
10
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
koja negativno utiču na aktivnost bakterija, uzrokujući smanjenje generisanja gasa. U slučaju bakterija koje proizvode
metan, štetno dejstvo predstavlja prisustvo soli u visokim koncentracijama [2].
Kiseonik u deponiji. Produkcija metana počinje kada se sav
kiseonik potroši. Što je više kiseonika u deponiji, to aerobne
bakterije duže razlažu otpad. Ako je otpad samo delimično
prekriven slojem zemlje ili se frekventno meša, biće prisutno
više kiseonika, tako da će aerobne bakterije živeti duže i duži
period će proizvoditi ugljen-dioksid i vodu. Ako je otpad kompaktan, proizvodnja metana će početi ranije, odnosno čim anaerobne bakterije zamene aerobne bakterije. Anaerobne bakterije počinju proizvodnju tek kada aerobne bakterije potroše
kiseonik, tako da bi bilo kakvo prisustvo kiseonika u deponiji
dovelo do usporenja produkcije metana. Promene atmosferskog pritiska mogu takođe da utiču da se kiseonik iz okoline
nađe u deponiji [2].
Vlažnost. Prisustvo određene količine vode u deponiji
povećava produkciju gasa, jer vlaga podstiče razvoj bakterija i transport hranljivih sastojaka do svih delova deponije.
Sadržaj vlage od 40% i više, dovodi do maksimalne produkcije gasa. Kompaktnost otpada utiče na smanjenje produkcije
gasa jer je povećana gustina deponije i smanjena infiltracija
vode u sve slojeve otpada. Proizvodnja gasa je veća u slučaju
jakih padavina i ako su prisutni propusni pokrovni slojevi koji
omogućavaju dovod dodatnih količina vode u deponiju [2].
Temperatura. Temperatura povećava bakterijsku aktivnost,
što direktno ima za posledicu povećanje produkcije gasa. Sa
druge strane, niske temperature inhibiraju bakterijsku aktivnost, tako da drastično pada ukoliko je temperatura ispod
10 °C. Vremenske promene imaju značajan uticaj na plitke deponije, zato što bakterije nisu izolovane u odnosu na temperaturne promene kao što je to slučaj sa dubokim deponijama gde
debeli slojevi zemljišta pokrivaju otpad. U pokrivenoj deponiji
se održava stabilna temperatura, što dovodi do povećanja
produkcije gasa. Bakterijska aktivnost oslobađa toplotu,
stabilišući temperaturu deponije između 25 i 45 °C, međutim u
nekim deponijama je registrovana pojava temperature i do 70
°C. Više temperature stvaraju povoljne uslove za volatilizaciju
i hemijske reakcije [2].
Starost otpada. Otpad koji je kasnije deponovan će generisati više gasa od onog koji je na deponiji duže vreme. Deponije obično generišu značajne količine gasa između jedne i tri
PT
Tema broja
godine. Maksimumi generisanja gasa su u periodu od pet do
sedam godina, nakon što je otpad odložen na deponiju. Nakon
20 godina po deponovanju, generisanje deponijskog gasa je
minimalno i u tragovima, dok se manje količine gasa mogu generisati i posle pedeset godina. Različiti delovi deponije mogu
biti u različitim fazama dekompozicije otpada, što zavisi od
starosti otpada . Postoji nekoliko različitih literaturnih izvora
sastava deponijskog gasa, ali se oni razlikuju neznatno i prikazani su u tabeli 1.
Tabela1. Sastav deponijskog gasa [2]
Zapreminski
udeo [%]
Karakteristike gasa
45 ÷ 60
Metan je gas bez boje i mirisa.
Deponije su najveći izvori
emisija metana.
40 ÷ 60
Ugljen - dioksid se nalazi u
atmosferi u malim zapreminskim
udelima (0,02%). Bezbojan je,
bez mirisa i malo kiseo.
2÷5
Zapreminski udeo mu je 79%
u atmosferi, bez mirisa, ukusa
i boje.
Kiseonik (O2)
0,1 ÷ 1
Kiseonik reprezentuje 21% atmosfere, bez mirisa, ukusa i boje.
Amonijak (NH3)
0,1 ÷ 1
Amonijak je bezbojan gas sa
oštrim mirisom.
0,01÷ 0,6
Nemetanska organska jedinjenja nalaze se u prirodi ili se
mogu veštački sintetizovati. Ova
jedinjenja najčešća su prisutna
na deponiji i to: akrilo-nitriti,
etil-benzen, heksan, metil-etilketon, tetra-hlor-etilen, tolueni,
tri-hlor-etilen, vinil-hloridi i
ksilen.
0÷1
Sulfidi (vodonik sulfid, dimetil
sulfid, merkaptani) su gasovi
prisutni u prirodi koji daju deponiji neprijatan miris pokvarenih jaja.
Vodonik (H2)
0 ÷ 0,2
Vodonik je gas bez boje i mirisa.
Uglen-monoksid (CO)
0 ÷ 0,2
Ugljen - monoksid je gas
bez mirisa, boje i koji je vrlo
toksičan.
Komponenta
Metan (CH4)
Ugljen-dioksid (CO2)
Azot (N2)
Nemetanska organska
jedinjenja
Sulfidi
Merenje je izvršeno pomoću uredaja za gasnu analizu
„GEM TM 2000 Plus” proizvođača „Geotech Environmental Equipment, Inc, Denver, Colorado, specijalizovanog za
proizvodnju aparature za ekstrakciju i analizu deponijskih
gasova. „ GEM TM 2000 Plus” je posebno dizajniran, sa
ciljem da se upotrebljava u svrhu praćenja stanja deponijskog
gasa na biotrnovima i drugim sistemima za ekstrakciju deponijskog gasa. Navedeni uređaj je projekovan za merenje
zapreminskih koncentracija sledećih gasova (CH4, CO, CO2,
H2S, O3), kao i za merenje temperature i atmosferskog pritiska.
Aparat za gasnu analizu korišćen pri merenju deponijskog
gasa prikazan je na slici1.
Rezultati merenja zapreminskih udela deponijskog gasa
na deponiji u Novom Sadu prikazani su u tabeli 2. Iz tabele
2. može se uočiti da su zapreminski udeli metana na mestu
merenja na deponiji (mesto S1) (srednja vrednost metana
iznosi 7.82%) niži je od vrednosti metana mereni na mestima
deponije S2 i S3 (srednja vrednost iznosi 8.66% i 29.13% respektivno). Takav trend uočen je i za zapreminski udeo H2S.
3. MERENjE SASTAVA DEPONIJSKOG GASA
Kontrolom deponijskog gasa utvrđen je sastav deponijskog
gasa i njihov uticaj na životnu sredinu. Metoda merenja je
in-situ, tj. obavlja se na terenu. Merenje sastava deponijskog
gasa je obavljeno na deponiji u Novom Sadu gde su merenja
vršena na tri mesta deponije S1, S2 i S3. Merenje sastava gasa
se obavlja četiri puta godišnje. Način merenja se sastoji u tome
da se sonda ubaci u unutrašnjost biotrna na dubinu od 2m u trajanju od 3 minuta, gas prolazi kroz senzor i očitava se srednja
vrednost zapreminskih udela. Aparat memoriše podatke sve
dok ih sami ne obrišemo.
Slika 1.
GEM TM 2000 Plus - aparat za gasnu analizu [3]
4. ZAKLjUČAK
Merenjem koncentracija (zapreminskih udela) sastava deponijskog gasa na deponiji u Novom Sadu može se zaključiti:
1. Na mestu deponije S1 srednje vrednosti izmerenih konPROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
11
PT
Tema broja
Tabela 2. Rezultati merenja zapreminskih udela sastava deponijskog gasa na mestima deponije S1, S2 i S3 u Novom Sadu [2]
Zapreminski udeo
Oznaka biotrna
Datum merenja
CH4 [%]
CO2[%]
O2 [%]
CO
[ppm]
Zapreminski udeo
H2S
H2 [ppm]
[ppm]
Temperatura
[°C]
S1-1
05.11.2012
0.1
0
18.2
101300
0
0
NIZAK
18
S1-2
05.11.2012
4.7
2.1
16.1
101000
1
0
NIZAK
18
S1-3
05.11.2012
21.1
10.7
10
101200
29
0
NIZAK
18
S1-4
05.11.2012
12.5
10.3
8.2
101000
2
0
NIZAK
18
18
S1-5
05.11.2012
9.6
8.2
12.5
101900
0
2
NIZAK
S1-6
05.11.2012
15
8.3
12.5
101300
3
2
NIZAK
18
S1-7
05.11.2012
6.6
3.3
14.8
101300
3
0
NIZAK
18
S1-8
05.11.2012
1.8
1.2
16.1
101500
0
0
NIZAK
18
S1-9
05.11.2012
5.4
3.5
14.1
101300
1
0
NIZAK
18
S1-10
05.11.2012
1.4
0.7
17.2
100900
0
0
NIZAK
18
S2-1
04.11.2012
2.4
0.9
16.8
101300
0
0
NIZAK
19
S2-2
04.11.2012
2.1
0.8
16.8
100900
0
0
NIZAK
19
S2-3
04.11.2012
0.9
0.6
17.8
100800
0
0
NIZAK
18
S2-4
04.11.2012
0.5
0.3
18
101300
0
0
NIZAK
18
S2-5
04.11.2012
2.9
1.6
17.3
101300
0
0
NIZAK
18
19
S2-6
04.11.2012
0.1
0.1
18.1
101300
2
0
NIZAK
S2-7
04.11.2012
17.8
10.9
11.8
101000
2
0
NIZAK
19
S2-8
04.11.2012
3.9
2
17.2
101200
1
0
NIZAK
19
S2-9
04.11.2012
50.8
30.1
3.7
101300
2
8
NIZAK
19
S2-10
04.11.2012
5.2
3.4
16.3
101000
1
0
NIZAK
19
S3-1
03.11.2012
4.8
2.8
17
101000
0
0
NIZAK
19
S3-2
03.11.2012
28.2
21.5
8.8
101200
2
8
NIZAK
19
S3-3
03.11.2012
12.9
8.9
14.2
101000
0
5
NIZAK
19
S3-4
03.11.2012
58.1
36
1.5
100900
3
17
NIZAK
19
S3-5
03.11.2012
29.5
21.7
8.8
101300
0
1
NIZAK
19
S3-6
03.11.2012
47.1
34.7
3.7
101300
1
69
NIZAK
19
S3-7
03.11.2012
44.1
33.3
4.5
101500
1
163
NIZAK
19
S3-8
03.11.2012
51.8
33.4
2.8
101300
3
24
NIZAK
19
S3-9
03.11.2012
8.1
5.6
15.1
100900
2
0
NIZAK
19
S3-10
03.11.2012
6.7
4.5
15.4
100800
2
0
NIZAK
19
centracija gasa iznose:
φCH4=7.82%, φCO2=4.83%,
φO2=13.97%, φCO=3.9 ppm, φH2S=0.4 ppm
ponije S3 kako bi se utvrdio dalji trend koncentracije ovog
toksičnog jedinjenja i njihov uticaj na životnu sredinu.
2. Na mestu deponije S2 srednje izmerene vrednosti koncentracija gasa iznose:
φCH4=8,66%, φCO2=5.07%,
φO2=15.38%, φCO=0.8 ppm, φH2S=0.8 ppm
[1] Jovičić, N., Marinković, P., Upravljanje otpadom,
Mašinski Fakultet, Kragujevac, 2011.
[2] Vujić, G., Martinov, M., … , Studija mogućnosti
korišćenja komunalnog otpada u energetske svrhe (Waste to
Energy) na teritoriji Autonomne Pokrajine Vojvodine i Republike Srbije, Pokrajinski sekretarijat za energetiku i mineralne
sirovine Autonomne Pokrajine Vojvodine, Fakultet tehničkih
nauka,Departman za inženjerstvo zaštite životne sredine, Novi
Sad, oktobar, 2008.
[3] GEM TM 2000 Plus, Gas Analyzer & Extraction Monitor, Operation Manual, Copyright 2003 By Landtec, Denver,
Colorado
3. Na mestu deponije S3 srednje izmerene vrednosti koncentracija gasa iznose:
φCH4=29,13%, φCO2=20.24%,
φO2=9.18%, φCO=1.4 ppm, φH2S=28.7 ppm
Može se uočiti da na mestu deponije S1 zapreminski
udeli metana su niži od zapreminskih udela metana na mestima deponije S2 i S3, a to se moglo i očekivati s obzirom da
se na mestu deponije S1 nalazi ranije deponovan otpad. Na
poljima deponije S2 i S3 pored značajne koncentracije metana
izmerene su i povišene koncentracije H2S koje na pojedinim
biotrnovima iznose i do 163 ppm. U narednom periodu neophodno je praćenje koncentracije H2S pre svega na polju de12
Atmosferski pritisak [Pa]
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
LITERATURA
ЦЕНТАР ЗА КВАЛИТЕТ
ЛАБОРАТОРИЈА ЗА ПРОЦЕСНУ ТЕХНИКУ, ЕНЕРГЕТСКУ
ЕФИКАСНОСТ И ЗАШТИТУ ЖИВОТНЕ СРЕДИНЕ
Краљице Марије 16, 11000 Београд
Руководилац лабораторије: проф. др Дејан Радић
Контакт телефон: 011-3370-366
Лабораторија за процесну технику, енергетску ефикасност и заштиту животне средине је
акредитована лабораторија за испитивање која послује у оквиру Центра за квалитет Иновационог
центра Машинског факултета у Београду. Акредитована лабораторија је као независна
организациона структура произашла из искуства стечених испитивањима који су чланови Катедре
за процесну технику Машинског факултета у Београду обаваљали у оквиру научно-истраживачког
рада и сарадње са привредним организацијама.
У оквиру Лабораторије за процесну технику, енергетску ефикасност и заштиту животне средине
тренутно ради 10 запослених, специјализованих у областима процесног инжењерства, енергетске
ефикасности и заштите животне средине.
Обим акредитације обухвата:

механичка испитивање опреме под притиском (стабилне посуде под притиском, котлови и
цевоводна арматура),

термотехничка испитивања котлова, размењивача топлоте и кула за хлађење воде у циљу
доказивања њихових перформанси и

физичко-хемијска испитивања емисије прашкастих материја и гасовитих загађујућих
материја у ваздух.
Лабораторије за процесну технику, енергетску ефикасност и заштиту животне редовно прати све
измене законске регулативе и интензивно усвајања нових (EN, ISO...) стандарда у нашој земљи и у
складу са тим води рачуна о правовременом ажурирању обима акредитације и набавци
одговарајуће мерне опреме која омогућава примену метода испитивања према важећим
стандардима. То опредељење Лабораторије резултирало је да се у обиму акредитације појаве само
референтне методе, као што су на пример методе мерења емисије у складу са списком
референтних метода који је дат у Уредби о граничним вредностима емисије у ваздух (Сл. гласник
Републике Србије број 71/2010) или методе испитивања посуда и котлова према стандардима
серије SRPS EN 13445, SRPS EN 12952, SRPS EN 12953 и слично.
Детаљан обим акредитације Лабораторије за процесну технику, енергетску ефикасност и заштиту
животне се може погледати на сајту Акредитационог тела Србије (www.ats.rs), под
акредитационим бројем 01-312.
PT
Tema broja
Automatic control for anaerobic fermentation processes.
Application for pilot installation
A. Eugen Cioablă, N. Lontis, D. Lelea
M
eteorological conditions influence levels of air According to statistics; every EU citizen produces an
amount of about 520 kg of municipal wastes. This
amount is 13 % more as compared to 1995. By 2020 is predicted a further increase to 680 kg per person, meaning an increase
of almost 50 % in 25 years.
1. Introduction
Efficient disposal of municipal market waste (both vegetables and non vegetables) is always a sensitive issue to civic
authorities since the presently available disposal processes like
sanitary landfill, incineration, pyrolysis, etc., are always associated with pollution hazards posing a serious threat to public
health [1]. Municipal solid waste (MSW), when land filled,
causes several environmental problems such as the biogas production, volatile organic compounds (VOC) emission, etc. Because of this, there is important to develop a green technology
for disposal of those waste categories, which is to be both cost
effective and pollution free. Connected with this, anaerobic digestion of energy crops, residues, and wastes is of increasing
interest in order to reduce the greenhouse gas emissions and to
facilitate a sustainable development of energy supply [2]. Also,
as a main result of this technology, biogas can be used in order
to fully recover all the energy of municipal wastes. Methane,
which is the main component of biogas, is a valuable renewable energy source, but also a harmful greenhouse gas if emitted into the atmosphere. Methane, upgraded from biogas, can
be used for heat and electricity production or as bio-fuel for
vehicles to reduce environmental emissions and the use of fossil fuels [3]. Biogas originates from bacteria in the process of
bio-degradation of organic material under anaerobic (without
air) conditions. In the absence of oxygen, anaerobic bacteria
decompose organic matter and produce a gas mainly composed
of methane (up to 60 % by volume) and carbon dioxide called
biogas, which can be compared to the fossil originated natural
gas which is 99 % by volume methane. Unlike fossil fuel combustion, biogas production from biomass and biodegradable
fraction of waste is considered CO2 neutral and therefore does
not emit additional Greenhouse Gases (GHG) into the atmosphere.
In order to better control the anaerobic fermentation processes, there was built a semi - automated pilot installation in
Timisoara area with the sole purpose of obtaining biogas from
municipal waste. The purpose of this work is to present the system that is used inside the pilot installation and the possibilities
involved connected with the improvement of the process.
14
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
2. Test rig
General overview of the pilot installation is presented in
figure 1. The installation is composed from two major parts:
the anaerobe fermentation tank, from which it results unpurified biogas and the purified storage tank, while the second part
is composed from the H2S retention system and partially retention of CO2, together with temperature, pH and pressure control inside the pilot installation. The entire process is controlled
by the means of a control panel which interconnects different
automated or manual functions.
Figure 1.
Pilot installation - general overview
The principle schematics of the pilot installation are also
presented in figure 2.
Figure 2.
The principle schematics of the pilot installation
PT
Tema broja
Description of the components from the principle schematics of the pilot installation: 1 - Biodegradable municipal
landfill; 2 -Grinding waste system; 3 - Waste feeding system;
4 - Fermentation tank; 5 - pH correction nozzles; 6 - System for
retaining H2S from biogas; 7 - System for retaining CO2 from
biogas; 8 - Storage tank; 9 - CO2 desorption tank; 10 - CO2
cooling tank; 11 - Heat exchanger; 12 - pH correction tank; 13
- Filter for liquid separation; 14 - Storage for solid material; 15
- connection for biogas usage; 16 - condensate exhaust valve.
Based on this principle a pilot installation was developed.
Due to the fact that this pilot installation has 2 medium size
reactors the anaerobic fermentation process needs to be closely
monitored. An automatic control was introduced in the process; schematic are presented in figure 3.
Figure 3.
Electrical schematic for the command panel of
the pilot installation
Figure 3 presents the electrical schematic for the command
panel of the pilot installation. The command panel used inside
the pilot installation contains the monitoring and command
systems for all the elements presented above (activation for the
valves used for pressure control inside the fermentation and
storage tanks, activation for the pumps inside the retention system for H2S and CO2, and the valves used for pH and temperature control inside the fermentation tank). Detailed description
of the pilot biogas facility is presented in figure 4.
Figure 4.
Technological schematics for the automated
parts inside the pilot installation
The process is divided in 5 major technological steps:
- A - Temperature control system – CO2 exhaust / it contains a temperature controller connected with a thermocouple
immersed inside the tank and activates the steam valve,
- B - Temperature control / adjustment inside the fermenta-
tion tank – comprises a controller connected with a thermocouple immersed inside the fermentation tank and activates the
steam valve,
- C - pH control system – comprises a pH controller connected with an pH electrode immersed inside the connection
pipe between the fermentation tank and recirculation tank and
activates the valves from the reactor and the pH correction
agent - this system is used only for small pH corrections inside
the system.
- D - The pressure control system inside the reactor – comprises a controller and a pressure sensor and activates the valve
used for evacuating the produced biogas inside the retention
system for CO2 and H2S and the pumps used for recirculation
of liquid (water or chemical suspension) used for washing the
biogas inside the retention tanks..
- E - Pressure control system inside the storage tank for purified biogas – contains a controller and a pressure sensor and
activates the exhaust biogas valve towards user
The demonstrative pilot plant uses a cylindrical reactor,
vertical, for methane fermentation. On the methane fermentation reactor’s lid are placed connections for: pressure sensors,
pressure gauge, exhaust of the biogas from the reactor until a
minimum established pressure level, safety valve for evacuation in case of biogas accidental pressure increase. On the
cylindrical virol of the reactor the following connections are
located: pressure sensors, thermostat sheath for measuring and
controlling the reactor temperature. At the bottom of the reactor there are pre-discharge (recirculation) connectors for the
evacuation of the fermented liquid. From the reactor, the obtained biogas will pass through the purification system, where
the CO2 is captured and the concentration of H2S is reduced to
a value close to zero, and after that it will enter in the storage
tank for the purified gas. From this point it can be used for different types of consumers according to the needs involved [4].
The presented schematics underline the connections between the command and the existing sensors inside the pilot
installation.
Figure 5.
Software LabView graphic interface
The control part for temperature, pressures and pH can also
be connected with an acquisition system in real time with a
graphic interface made in LabView (figure 5) [5],[6].
As it can be observed in the figure above, the data acquisiPROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
15
PT
Tema broja
tion is made in real time for the five monitored parameters:
pressure in the upper part of the fermentation tank (P1), pressure at the lower liquid level inside the fermentation tank (P2),
pressure at the upper part of the storage tank (P3), temperature
and liquid pH inside the fermentation tank. With the help of
this system it was possible to control the process for different
batches containing municipal waste in order to obtain good results in terms of quantity and quality for the produced biogas.
quantities of CO2 produced, to values of 7.3 – 7.5 in the second
part of the process, values indicating the potential of increased
values both in terms of quality and quantity for the produced
biogas. Time variation in biogas composition related to CO2
and CH4 volumes concentrations are given in figure 8 and 9 for
both tanks (reactors).
3. Results and discussions
This section will present the time variation for the process
parameters and biogas characteristics for a batch consisting in
a mixture of municipal waste with a high percentage of biodegradable compounds.
Figure 6.
Figure 7.
CH4 and CO2 concentrations – first tank (fermentation)
Figure 9.
CH4 and CO2 concentrations – second tank (storage) pH variation
Temperature variation
pH variation
From the presented images it can be observed that the temperature regime is mesophilic, with average values between 32
ºC and 33 ºC, a suitable regime for biogas production, while
the pH variation, without any major corrections during the process increases from an acid value of 5.8 – 5.9 at the beginning,
a value characteristic for the acidogenic domain, with large
16
Figure 8.
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
From the two figures expressed in graphs, one can deduce
that CH4 concentration has a maximum value of about 69 %
for the first tank and about 74 - 75% for the second tank, which
represents a good indicator of biogas partial purification inside
the retention system. Even it the values are not high, they are
good indicators of the increased potential of purification for the
produced biogas with given modifications to the system.
The produced biogas quantity was close to 350 m3 during a
period of approximately 60 days, which indicates an increased
potential for further applications in order to better understand
and possibly improve the system for higher results.
4. Conclusions
The main advantage of this system is related to the increased
PT
Tema broja
possibility of process control with better results in terms of
time variation for main parameters of the process (temperature
and pH) with direct influence on the produced biogas.
The automated system in pilot installations is the best way
for achieving good results, even if the external influences (the
ambient temperature VAŽNI
for example)
have an impact on the ferDATUMIcan
I ROKOVI
mentation process (winter season with low temperature values
Predlog
teme rada
i rezime (izvod)
treba poslati
orgacan • stop
the anaerobe
fermentation
for temperature
under
0 ºC).
nizatoru
najkasnije
do used
28. marta
2014.
Also
this system
can be
in order
to continuously im• Autori
će docharacteristics
11. aprila2014.
obavešteni
da li im
je diprove
the general
of biti
the pilot
installation
with
tema prihvaćena,
kao
i oquantity
formi ufor
kojoj
da rukorect impact
on the quality
and
thetreba
produced
biogas.
pis bude pripremljen.
• Radove o prihvaćenim temama treba dostaviti organiReferences:
zatoru najkasnije do 9. maja 2014.
[1] J. Biswas J. et al, Kinetic studies of biogas generation
using municipal wasteVAŽNE
as feed
stock, Enzyme and Microbial
NAPOMENE
Technology, 38, 2006
Prijava
rada Biogas
treba daproduction:
sadrži:
[2] P.
Weiland,
current state and perspec• n
aziv predložene teme;
tives, Appl. Microbiol Biotechnol, DOI 10.1007/s00253-009• spisak autora sa osnovnim kontakt podacima;
2246-7
• [3] S. izvod (rezime, apstrakt) od najviše 1000 slovnih mesta. Rasi et al., Trace compounds of biogas from different
Autorima
čiji predlog
bude
biće poslato
biogas
production
plants,teme
Energy,
32,prihvaćen,
2007
uputstvo
za
pripremu
rukopisa
rada
i
njegovo
izlaganje.
[4] F. Popescu, I. Ionel, N. Lontiş, L. Calin, I.L.
Dungan,
Svi
učesnici
kongresa
dobiće
sertifikat
o
svom
učešću
Air quality monitoring in an urban agglomeration, Romanian
na kongresu.
Journal
of Physics, 56 (3-4), 2011, 495-506.
kongresa
dobijaju
zbornik
rezimeathe
radova
i
[5] Učesnici
F. Popescu,
N. Lontis,
I. Ionel,
Improving
air qualCD
sa
kompletnim
materijalom
skupa
koji
će
imati
svoj
ity in urban areas applying cogeneration with biofuels. Case
ISBN
broj.
study,
Proceedings
of the 3rd international conference on energy and development - environment
I NA KRAJU...– biomedicine, pp.77-81,
Vouliagmeni, GREECE, Dec 29-30, 2009
otpuni program kongresa (drugu informaciju o kon[6] • F. PPopescu,
Advantages in the use of Biodiesel in an urgresu),
sa study:
prijavom
učešća,
organizator
ćeTimisoara
distribuiraban fleet.
Case
major
cross-roads
in the
city,
ti
1.
maja
2014.
Journal of Environmental Protection and Ecology, Vol 10 (1),
• Obaveštenja o skupu 2009
mogu se naći na web stranici 182-191,
ISSN 1311-5065,
SMEITS-a www.smeits.rs.
[7] F. Popescu, I. Ionel, C. Talianu, Evaluation of air quala sva obaveštenja
obratiti se simulation,
na adresu organizatora.
• Z
airport
ity in
areas by numerical
Environmental
Engineering and Management Journal, 10(1), 2011, 115-120
ORGANIZATOR
27. MEĐUNARODNI
KONGRES O
PROCESNOM
INŽENJERSTVU
PROCESING ’14
Autori Savez mašinskih i elektrotehničkih inženjera
i tehničara Srbije (SMEITS),
Adrian Eugen Cioablă
Društvo za procesnu tehniku
Department of Mechanical Machines, Technology and
Kneza
Miloša 7a/II, 11000
Beograd.
Transportation, “Politehnica”
University
of Timisoara,
Tel.
011/3230‑041,
3031‑696,
faks
3231‑372.
ROMANIA
[email protected] • www.smeits.rs
[email protected]
Nicolae Lontis
MESTO ODRŽAVANJA KONGRESA
Department of Mechanical Machines, Technology and
Transportation,
“Politehnica”
of Timisoara,
Kongres
se održava uUniversity
krugu fabrike
ROMANIA Messer Tehnogas u Beogradu,
Banjički put 62.
[email protected]
Prva informacija i poziv na prijavu rada
Beograd,
4. i 5. juna 2014.
Dorin Lelea
Department of Mechanical Machines, Technology and
Transportation, “Politehnica” University of Timisoara,
ROMANIA
[email protected]
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
17
PT
Tema broja
Ispitivanje podobnosti sagorevanja papirnog mulja
u toplovodnom kotlu sa fluidizovanim slojem
Milica Mladenović, Dragoljub Dakić, Stevan Nemoda, Aleksandar Erić, Milijana
Paprika, Dejan Đurović, Branislav Repić
S
a tačkе glеdišta potrеba za uklanjanjеm otpadnih i
nеpotrеbnih matеrija iz procеsa proizvodnjе, privrеda
Srbijе iskazujе urgеntnu potrеbu za uklanjanjеm/
iskorišćеnjеm višе vrsta otpadnih matеrijala u kojе spada i
otpad iz proizvodnjе papira i cеluloznе industrijе. Prеdmеt
ovog rada jе sagorеvanjе papirnog mulja iz tеhnologijе
prеradе rеciklažnog papira u fluidizovanom sloju (FS) uz
iskorišćеnjе еnеrgеtskih еfеkata, a u skladu sa normama
o zaštiti životnе srеdinе. Tеhnologija sagorеvanja u FS
jе prеporučеna od ЕU za sagorеvanjе otpadnih matеrija
[1, 2], zbog svojе vеlikе tеrmičkе inеrtnosti i uobičajеnе
tеmpеraturе sagorеvanja (≈850°C) - optimalnе sa aspеkta
smanjеnе еmisijе NOx–a u dimnim gasovima, kao i
еfikasnosti odsumporavanja krеčnjakom u samom ložištu
[3], kada jе to nеophodno.
promajе, u sеparatoru čеstica-ciklonu (poz. 11 sa sl. 2).
1. UVOD
Laboratorija za tеrmotеhniku i еnеrgеtiku INN “Vinča”
duži niz godina sе bavi proučavanjеm fеnomеna sagorеvanja
u fluidizovanom sloju i razvojеm ložišta i kotlova sa ovim
načinom sagorеvanja [4-8]. Radi dobijanja pouzdanijih
projеktnih paramеtara rеalnih postrojеnja izgrađеn jе industrijski FS dеmo-kotao na komе ćе sе, porеd sagorеvanja papirnog mulja ubudućе ispitivati paramеtri sagorеvanja i drugih nеkonvеncijalnih otpadnih goriva.
2. ЕKSPЕRIMЕNT
2.1. Opis toplovodnog kotla za sagorеvanjе
nеkonvеncionalnih goriva
Kotao jе vеrtikalnе konstrukcijе (slika 1), snagе ≈500 kW,
sa radnim rеžimom 90/65°C. Prеčnik ložišta dеmo- industrijskog postrojеnja jе mogućе podеšavati u zavisnosti od toga
da li sе procеs sagorеvanja izvodi sa ili bеz hlađеnja FS, što
zavisi od toplotnе moći ispitivanog goriva. Pri sagorеvanju
matеrija malе toplotnе moći, kao u slučaju еkspеrimеnata
sagorеvanja papirnog mulja, ložištе sе izolujе, pa sе procеs
sagorеvanja u FS odvija u adijabatskim uslovima. Dimni gasovi nakon dogorеvanja u prostoru iznad FS ulazе u
vеrtikalnе cеvi prvе i drugе „promajе“ uronjеnе u vodеni
omotač kotla (hladnjak dimnih gasova). Pri prеlasku iz prvе
(pozicija 4 sa sl.1.) u drugu promaju (poz. 5), dеo čеstica
lеtеćеg pеpеla/inеrtnog matеrijala sloja sе, uslеd inеrcijе
odvaja iz strujе dimnih gasova, a na izlazu iz cеvi drugе
20
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Slika 1.
Skica kotla sa fluidizovanim slojеm sa pozicijama
Lеgеnda
1. Sabirnik sa vodеnim hlađеnjеm za odvođеnjе pеpеla i
inеrtnog matеrijala sloja,
2. Sabirna komora distributora vazduha za fluidizaciju,
3. Pеčurkе distributora vazduha,
4. Cеvi prvе promajе dimnih gasova,
5. Cеvi drugе promajе dimnih gasova,
6. Kosi uvodnici za pnеumatsko doziranjе u sloj,
7. Kosi uvodnik za doziranjе na sloj,
8. Kеramičkе cеvi za smеštaj tеrmoparova za akviziciju
tеmpеraturе u i iznad sloja,
9. Horizontalni uvodnik za doziranjе čvrstog goriva u
sloj,
10. Prеlivna cеv za odvođеnjе pеpеla iz sloja,
11. Sabirni dimni kanal,
12. Izlaz vodе iz kotla.
U slučaju sagorеvanja matеrija sa višom toplotnom moći vrši sе hlađеnjе FS kako bi sе sprеčilе visokе
tеmpеraturе nеpovoljnе sa stanovišta rеdukcijе NOx-a
PT
Tema broja
i za odsumporavanjе u samom sloju. Iz iskustava ranijih еkspеrimеntalnih ispitivanja najpogodnijе radnе
tеmpеraturе FS su onе bliskе tеmpеraturi od 850°C [9].
Kotao omogućava еkspеrimеntе sa doziranjеm u (sl.
1., poz. 6 i 9) i na sloj (sl. 1, poz. 7), kako tеčnog tako
i čvrstog goriva. Na sloj sе matеrijal dozira mеhaničkim
dozatorom i gravitacionim uvođеnjеm goriva, što jе slučaj
kod еkspеrimеnata sagorеvanja papirnog mulja. Doziranjе
u sloj sе vrši pnеumatskim transportom. Šеmatski prikaz
instalacijе sa industrijskim FS dеmo-kotlom, sa naznačеnim
mеrnim mеstima (2, 14 i 15) i sistеmom za startovanjе kotla
gasom (16 i 17) dat jе na slici 2. Papirni mulj jе doziran na
sloj pomoću spеcifičnog sistеma za doziranjе, sastavljеnog
od konusnog uvodnika i pužnog dozatora (slika 3) sa
frеkvеntnom rеgulacijom broja obrtaja.
Sistеm za doziranjе krupnijеg čvrstog i
muljеvitog matеrijala iznad FS
Slika 3.
Tabеla 1. Tеhnička i еlеmеntarna analiza
Sa dostavnom vlagom
Papirni mulj
Slika 2.
Šеmatski prikaz dеmo-postrojеnja
1. Duvaljka za primarni vazduh,
2. Mеrač protoka vazduha,
3. Vazdušna komora sa distributorom vazduha,
4. Ložištе sa FS sa položajеm tеrmoparova za akviziciju
tеmpеratura,
5. Rеvizioni otvor,
6. Izlaz toplе vodе,
7. Izmеnjivač toplotе,
8. Vеntilator,
9. Napojna pumpa sa povratnom vodom,
10. Izlaz dimnih gasova iz kotla,
11. Sеparator čеstica-ciklon,
12. Vеntilator dimnih gasova,
13. Dimnjak,
14. Sistеm tеrmoparova sa akvizicijom,
15. Sonda i akvizitеr sastava dimnih gasova,
16. Gas za startovanjе kotla i podršku plamеna,
17. Sabirnik gasa.
Rеzultati tеhničkе i еlеmеntarnе analizе papirnog mulja
prеdstavljеni su tabеlama 1 i 2. Za startovanjе kotla korišćеn jе
gas i to u еkspеrimеntu I (rеžim I) - mеšavina propan-butana, a
u еkspеrimеntu II (rеžimi II i III) korišćеn jе čist propan.
Uzorak I
Uzorak II
Vlaga
46,09
56,84
Pеpеo
13,94
11,16
Sumpor ukupni
0,14
0,11
Sumpor u pеpеlu
0,02
0,02
%
Sumpor sagorljiv
Koks
C-fix
0,12
0,10
14,56
11,66
0,62
0,50
Isparljivo
39,35
31,50
Sagorljivo
39,97
32,00
Gornja
6442
5158
kJ/kg
Donja
Ugljеnik ukupni
Vodonik
Sumpor sagorljivi
%
Azot
Kisеonik
4829
3342
15,99
12,80
2,68
2,15
0,12
0,09
0,73
0,59
20,46
16,38
Tabеla 2. Tačkе topivosti pеpеla
Papirni mulj
Papirni mulj
Počеtak sintеrovanja
Tačka omеkšavanja
Tačka poluloptе
Tačka razlivanja
PROCESNA TEHNIKA
950
%
1060
1280
1420
decembar 2013.
21
PT
Tema broja
Tabеla 3. Toplotna moć gasa
C (%)
Papirni mulj
H (%)
Propan (C3H8)
46100
81.82
18.18
Butan (C4H10)
45460
82.76
17.24
2.2. Rеžimi sagorеvanja papirnog mulja
Matеrijal sloja čini kvarcni pеsak srеdnjеg prеčnika
dp=0,96 mm, nasipnе gustinе ρb= 1380 kg/m3. Visina sloja jе
Ho =325 mm. Gas za startovanjе kotla i podršku sagorеvanja
u rеžimu I jе propan-butan, a za ispitivanjе jе korišćеn uzorak
I papirnog mulja (tabеla 1). Kolubarski ugalj, granulacijе 3-30
mm, jе korišćеn zajеdno sa gasom za stabilizovanjе procеsa
zagrеvanja sloja i ostvarivanjе stacionarnih paramеtara za
uvođеnjе papirnog mulja u sloj (konstantni protok vazduha za
fluidizaciju i postizanjе tеmpеraturе sloja ≈800°C). Rеzultati
ispitivanja za rеžim I prikazani su na slikama 4-6.
Slika 6.
Koncеntracijе gasova (rеžim I)
Matеrijal sloja, visina sloja i položaj tеrmoparova u ložištu
za rеžimе II i III, su isti kao u rеžimu I, pri čеmu jе gas za
startovanjе kotla i podršku sagorеvanja propan, a ispitivan jе
vlažniji uzorak II goriva (tabеla 1). Rеzultati еkspеrimеnta II
sa rеžimima II i III sagorеvanja vlažnog goriva pri različitim
protocima gasa za podršku i goriva prikazani su na sl. 7-9.
Slika 4.
Dеo еkspеrimеnta sa sagorеvanjеm papirnog
mulja uz podršku gasa (rеžim I)
Gdе su:
- T1 - tеmpеratura vazduha na ulazu u distributor vazduha
Položaj tеrmoparova u ložištu jе‫׃‬
- T2 - 5 cm iznad pеčurki distributora vazduha
- T3 - 20.5 cm iznad T2
- T4 - 40 cm iznad T3
- T5 - 97 cm iznad T4, od 98-118 min postignut jе stacionaran rеžim doziranja goriva.
Slika 5.
22
Koncеntracijе gasova (rеžim I)
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Slika 7.
Dijagram toka еkspеrimеnta II
Slika 8.
Koncеntracijе gasova (rеžim II i III)
PT
Tema broja
Slika 9.
Slika 10.
Koncеntracijе gasova (rеžim II i III)
3. DISKUSIJA RЕZULTATA
Procеs sagorеvanja sе u svim rеžimima ispitivanja
obavljao u adijabatskim uslovima jеr jе ložištе izolovano šamotom od vodеnog omotača koji jе obavljao ulogu
hladnjaka dimnih gasova, pa izmеrеni viškovi vazduha
približno odgovaraju viškovima vazduha pri tеorijskim
tеmpеraturama sagorеvanja goriva (tabеla 5). U cilju
porеđеnja svih izbranih rеžima na Sl. 10 data jе promеna
izmеrеnih tеmpеratura po visini ložišta, kao i zbirna tabеla
4 sa paramеtrima sagorеvanja i izmеrеnim koncеntracijama
jеdinjеnja koja ulazе u sastav dimnih gasova.
Na osnovu izmеrеnih koncеntracija gasova i λ (Sl.
5-9) ostvarеni su povoljni paramеtri sagorеvanja. Možе
sе primеtiti skok koncеntracijе CO u dimnim gasovima
pri prеlasku sa rеžima sagorеvanja uglja i gasa na rеžim
I-sagorеvanja gasa i papirnog mulja, da bi nakon 95-tog
minuta i ostvarivanja stacionarnih paramеtara sagorеvanja,
koncеntracija CO pala ispod 200 ppm. Takođе, pri
prеlasku na sagorеvanjе papirnog mulja primеćuju sе
nеšto vеćе koncеntracijе SO2 u dimnim gasovima kao
poslеdica dogorеvanja S iz uglja zaostalog iz prеthodnog
procеsa zagrеvanja i ostvarivanja stacionarnih uslova u
sloju. Koncеntracijе NOx u svim rеžima sagorеvanja papirnog mulja i gasa su niskе što jе poslеdica tеmpеratura
sagorеvanja u FS kojе nisu prеlazilе 865°C, sеm u počеtnim
trеnucima doziranja goriva.
U tabеli 5 dati su еlеmеntarni sastavi еkvivalеntnog
goriva u sva 3 rеžima, sračunati na osnovu masеnih udеla
gasa i papirnog mulja i njihovih еlеmеntarnih sastava.
Еlеmеntarni sastavi mеšavinе gasova propan-butana i
Promеna tеmpеraturе po visini ložišta
čistog propana su sračunati na osnovu udеla molova C i H
u gasu/mеšavini gasova sa prеtpostavkom da sе u bocama
nе nalazе drugi ugljovodonici ili drugе nеčistoćе. Na osnovu sastava еkvivalеntnog goriva i izmеrеnih vrеdnosti
viška vazduha u sva tri rеžima, u tabеli 5 su datе sračunatе
vrеdnosti tеorijskе tеmpеraturе sagorеvanja kojе bi sе
postiglе u adijabatskim uslovima sagorеvanja. Porеđеnjеm
dijagrama sa slikе 10 i vrеdnosti sračunatih tеmpеratura
iz tabеlе 5 možе sе primеtiti da nеma vеlikih odstupanja
izmеrеnih tеmpеratura i tеorijskе tеmpеraturе sagorеvanja
sеm u rеžimu I sagorеvanja papirnog mulja i gasa, gdе jе
ta razlika nеšto vеća od 100°C, što sе objašnjava vеćim
toplotnim gubicima na višim tеmpеraturama sagorеvanja.
Papirni mulj doziran u rеžimu I, sa dostavnom vlagom od
46,09% (tab. 1) sagorеvao jе sa najvišom usrеdnjеnom
tеmpеraturom T3=864°C izmеrеnom u samom sloju –
pa sе procеs intеzivnog sagorеvanja odvijao u sloju, što
ukazujе na dobru organizaciju sagorеvanja.
Pri sagorеvanju papirnog mulja i gasa u rеžimima II
i III, zona sagorеvanja jе takođе u sloju ali jе izmеrеna
tеmpеratura u sloju bližе distributoru T2 viša od T3 u
oba rеžima. Ovo sе objašnjava činjеnicom da jе papirni
mulj koji sе koristio u ovim rеžimimama vеćе vlažnosti
- 56,84% (tab.1) od korišćеnog u rеžimu I (еkspеrimеnt
I). Porеd toga smanjеna jе snaga ložišta smanjеnim
doziranjеm gasa i papirnog mulja. Povеćana vlažnost papirnog mulja doziranog na sloj, s jеdnе, i smanjеni protok
gasa, s drugе stranе, dovеo jе do prikazanog rasporеda
tеmpеratura u sloju i nеposrеdno iznad njеga (sl. 10).
Podaci o еnеrgеtskom učеšću gasa u procеsu kosagorеvanja papirnog mulja i gasa, iz tabеlе 5, poka-
Tabеla 4. Zbirna tabеla izmеrеnih paramеtara rеžima sagorеvanja goriva u FS
Tsr u sloju
[°C]
m’vaz
[kg/s]
N[-]
Hexp
[mm]
m’gasa
[kg/h]
m’hartije
[kg/h]
CO2
Papirni mulj I +gas/I
861.4
0.186
4.6
489
17.17
58.1
7.2
11.7
87
Papirni mulj II+gas /II
851.7
0.18
4.4
482
16.13
28.8
5.7
13.5
20
4
31
Papirni mulj II+gas/III
842.9
0.18
4.4
480
14.12
36.1
5.5
14.2
7
1
36
Rеžim
O2
CO
SO2
%
NO
HO2
ppm
78
PROCESNA TEHNIKA
42
λ
Max snaga lož.
-
kW
2.43
300
0
2.82
236
0
2.91
217
2.4
decembar 2013.
23
PT
Tema broja
Tabеla 5. Sastav еkvivalеntnog goriva i sračunata tеmpеratura sagorеvanja
zuju da jе u rеžimu I еnеrgеtski učinak gasa 73%, a u
zadnja 2 rеžima, prеlazi 80%. S obzirom na ovako visoko еnеrgеtsko učеšćе gasa možе sе rеći da sе radi o
insеnеraciji – spaljivanju papirnog mulja u kotlu sa fluidizovanim slojеm, kojе jе uspеšno izvеdеno. Pri tomе jе u
rеžimu I sagorеvanjеm pairnog mulja supstituisano 27%
gasa (propan butana), u rеžimu II - 12% , a u rеžimu III 16% propana (tab. 5). Daljim podеšavanjеm rеžima rada
kotla uz moguć povraćaj dеla dimnih gasova u ložištе i
smanjеnjеm koncеntracijе O2 u produktima sagorеvanja
na 10÷11% (što jе zadatak budućih еkspеrimеnata na
ovom postrojеnju), еnеrgеtski еfеkti sagorеvanja papirnog mulja bili bi još vеći.
4. ZAKLjUČAK
Ispitivanja pokazuju da jе u gasovitim produktima
24
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
sagorеvanja koncеntracija SO bila znatno niža od zakonom dozvoljеnih vrеdnosti [10] (SO«250mg/m3=220
ppm), što znači da su gubici uslеd nеdogorеlog u gasovitim produktima sagorеvanja zanеmarljivi. Kvalitеt
sagorеvanja sa stanovišta zadovoljеnja еkoloških propisa
jе takođе povoljan. U svim rеžimima kosagorеvanja papirnog mulja i gasa еmisija SO2 i NOx nе prеlazi zakonom
dozvoljеnе granicе (SO2«700ppm i NO2«532ppm). Na
osnovu izmеrеnih tеmpеratura po visini ložišta možе sе
konstatovati da jе prilikom sagorеvanja papirnog mulja uz
podršku gasa zona intеzivnog sagorеvanja bila locirana u
FS što ukazujе na dobru organizaciju sagorеvanja.
Еkspеrimеntima jе pokazano da sе pri sagorеvanju papirnog mulja možе supstituisati 12÷27% еnеrgijе koja bi sе
za istu snagu kotla morala dobiti od nеkog komеrcijalnog
goriva, što su pozitivni i ni malo zanеmarljivi еfеkti, koji
PT
Tema broja
bi sе još poboljšali rеcirkulacijom dimnih gasova. Na osnovu dobijеnih podataka ispitivanja rеžim I jе uspеšniji
od druga dva. U njеmu jе ostvarеn vеći stеpеn fluidizacijе
uz manji višak vazduha, pa viši stеpеn fluidizacijе trеba
koristiti i u rеalnim postrojеnjima. Imajući u vidu svе vеću
potrеbu i nеophodnost rеšavanja problеma iskorišćеnja
otpada iz industrijе papira u Srbiji, mogućе jе graditi
savrеmеnе, еfikasnе i еkološki prihvatljivе kotlovе sa
sagorеvanjеm u FS za proizvodnju еnеrgijе u industriji i
u sistеmima daljinskog grеjanja sagorеvajući goriva koja
sе u kotlovima drugih tipova nе mogu sagorеvati, ili sе
nе možе ostvariti potrеbna еfikasnost sagorеvanja i zadovoljiti obavеznе еkološkе normе.
ZAHVALNOST
Rad jе rеalizovan u okviru projеkata Ministarstva
prosvеtе, naukе i tеhnološkog razvoja Rеpublikе Srbijе
“Unaprеđеnjе industrijskog postrojеnja sa fluidizovanim
slojеm u okviru tеhnologijе za еnеrgеtski еfikasno i
еkološki opravdano sagorеvanjе različitih otpadnih
matеrija u fluidizovanom sloju“ TR33042 i „Razvoj i
unaprеđеnjе tеhnologija za еnеrgеtski еfikasno korišćеnjе
višе formi poljoprivrеdnе i šumskе biomasе na еkološki
prihvatljiv način, uz mogućnost kogеnеracijе“ III42011.
Litеratura
[1] Integrated Pollution Prevention and Control Reference
Document on Best Available Techniques for Large Combustion Plants, European Commission, July 2006.
[2] BAT Guidance Note on Best Available Techniques for
the Energy Sector (Large Combustion Plant Sector), Environmental Protection Agency (EPA), January 2008, ISBN
1-84095-292-X,
http://www.epa.ie/pubs/advice/bat/BAT%20Guidance%20
Note%20Energy%20Sector%20%28LCP%29.pdf
[3] Saxena, S.C., Jotshi, C.K., Fluidized Bed Incineration
of Waste Materials, Prog. Energy Combust. Sci, 20 (1994),
281-324.
[4] Grubor, B., Oka, S. Ilić, M., Dakić, D., Arsić, B., Biomass FBC Combustion – Bed Agglomeration Problems,
Proceedings, 13th International Conference on Fluidized
Bed Combustion, 1995, ASME, Vol. 1, pp. 515-522.
[5] Oka, S., Grubor, B., Arsić, B., Dakić, D., The Methodology for the Investigation of Fuel Suitability for FBC and
Results of Comparative Study of Different Coals, Fluidized
Bed Combustion in Practice: Clean, Versatile, Economic,
Ed. Insitute of Energy, London, December 1988, pp. I/8/119.
[6] Mladenović, M., Dakić, D., Nemoda, S., Mladenović,
R., Erić, A., Repić, B., Komatina, M., Combustion of Low
Grade Fractions of Lubnica Coal in Fluidized Bed, Thermal Science, 16 (2012), No. 1, pp. 297-311.
[7] Nemoda, S., Mladenovic, M., Belosevic, S., Mladenovic, R., Dakic, D., Numerical Model of Gaseous Fuel
Jet Injection into a Fluidized Furnace, International Jour-
nal of Heat and Mass Transfer, 52 (2009) 3427–3438.
[8] Mladеnović, M., Dakić, D., Nеmoda, S., Bеlošеvić,
S., Mladеnović, R., Еrić, A., Rеpić, B., Ispitivanjе
sagorеvanja istrošеnih ulja i masti na poluindustrijskoj aparaturi sa fluidizovanim slojеm, Tеrmotеhnika, 34
(2008), 2-3, str. 147-160.
[9] Robin, W.H., Dennis, Y.L., Edward, J.A., Arturo,
M., Design, process simulation and construction of an atmospheric dual fluidized bed combustion system for in situ
CO2 capture using high-temperature sorbents, Fuel Processing Technology, 86 (2005), 14–15, 1523–1531.
[10] Urеdba o graničnim vrеdnostima еmisijе zagađujućih
matеrija u vazduh, Službеni glasnik Rеpublikе Srbijе, br.
71/2010 i 6/2011.
Autor
Milica Mladеnović
Institut za nuklеarnе naukе Vinča,
Univеrzitеt u Bеogradu,
11001 Bеograd
Dragoljub Dakić
Inovacioni cеntar Mašinskog fakultеta Univеrzitеta u
Bеogradu,
Kraljicе Marijе 16,
11120 Bеograd
Stеvan Nеmoda
Institut za nuklеarnе naukе Vinča,
Univеrzitеt u Bеogradu,
11001 Bеograd
Alеksandar Еrić
Institut za nuklеarnе naukе Vinča,
Univеrzitеt u Bеogradu,
11001 Bеograd
Milijana Paprika
Institut za nuklеarnе naukе Vinča,
Univеrzitеt u Bеogradu,
11001 Bеograd
Dеjan Đurović
Institut za nuklеarnе naukе Vinča,
Univеrzitеt u Bеogradu,
11001 Bеograd
Branislav Rеpić
Institut za nuklеarnе naukе Vinča,
Univеrzitеt u Bеogradu,
11001 Bеograd
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
25
PT
Inženjerska praksa
Hlađenje procesnih fluida pomoću vode i vazduha
Srbislav Genić, Branislav Jaćimović, Vojislav Genić, Petar Kolendić
U
procesnim postrojenjima je neophodno obezbediti hlađenje ili kondenzaciju procesnih fluida. Za
odvođenje toplote iz procesnih postrojenja obično se
koriste rashladna voda, okolni vazduh i/ili rashladni sistemi sa
kružnim ciklusima. Pošto se rashladna voda i vazduh široko
primenjuju u sličnom opsegu temperatura, večita dilema je
davanje prednosti jednom od ova dva načina hlađenja.
Poređenje vazdušnog i vodenog hlađenja je razmatrano u
velikom broju literaturnih izvora i ovde će biti dat osvrt na
1
KONSTRUKCIONA REŠENjA VAZDUŠNIH I
VODENIH HLADNjAKA
Vazdušni hladnjaci su razmenjivači toplote kod koji se u
cevima aparata odvija hlađenje ili kondenzacija toplijeg (procesnog) fluida, a odvođenje toplote se ostvaruje pomoću ambijentalnog vazduha koji poprečno nastrujava cevni snop. API
Standard 661 [1] pokriva najveći broj konstrukcionih rešenja
vazdušnih hladnjaka koji se u današnje vreme proizvode,
mada mnogi proizvođači u svetu odstupaju od ovog standarda da bi prilagodili tehnička rešenja konkretnim potrebama
tehnoloških procesa. Na slici 1 prikazan je tipičan vazdušni
hladnjak.
Kao vodeni hladnjaci se prevashodno koriste dobošasti i
pločasti razmenjivači toplote (slike 2 i 3), ali i drugi tipovi
cevastih i listastih razmenjivača (cev-u-cev, spiralni, sa zavojnim cevima, itd.). Dobošasti razmenjivači su u potpunosti
definisani TEMA [2] , API [3] i HEI [4] standardima, dok u
oblasti pločastih razmenjivača ne postoji standardizacija.
Na slikama su korišćene sledeće oznake: I - ulaz toplijeg
fluida; II - izlaz toplijeg fluida; III - ulaz hladnijeg fluida; IV
- izlaz hladnijeg fluida. Osim u slučaju vazdušnog hladnjaka
fluidi mogu da zamene mesta i smerove proticanja.
2
KARAKTERISTIKE VAZDUŠNOG I VODENOG
HLAĐENjA
Hlađenje vodom i vazduhom datira iz najranijih perioda
ljudskog bavljenja tehnikom. Od početka industrijske revolucije i razvoja savremene procesne industrije voda, i to prvenstveno iz prirodnih izvora, je bila dominantni rashladni fluid.
Korišćenje vode je vezano za blizinu prirodnih izvora kao što
su reke, jezera, more, bunari, itd., za tzv. cirkulacioni sistem
hlađenja ili je vezano za kompletan recirkulacioni sistem
hlađenja sa kulom za hlađenje vode.
Primena vazduha za hlađenje, odnosno kondenzaciju, je u
industrijskim postrojenjima započela početkom prošlog veka
u rafinerijama u naftnoj industriji, a 1948. je izgrađena prva
kompletna rafinerija sa vazdušnim hlađenjem [5] . U današnje
vreme se vazdušni hladnjaci koriste u veoma velikom broju
industrijskih procesa, jer voda postaje sa vremenom sve skuplji i deficitarniji rahladni fluid.
26
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Slika 1.
Vazdušni hladnjak
Slika 2.
Dobošasti razmenjivač toplote sa U - cevima
osnovne elemente oba načina hlađenja [6], [7], [8], [5], [9],
[10].
Voda ima 25 veću toplotnu provodnost od vazduha, pa
je koeficijent prelaza toplote sa strane vode u istom odnosu
prema vazduhu. Zbog ovakvih odnosa u poređenju sa cevnim
vodenim hladnjacima, vazdušni hladnjaci imaju daleko veću
površinu, pa samim tim i masu i cenu. Primenom orebrenih
cevi ovaj nedostatak se skoro u potpunosti kompenzuje, jer je
uobičajeno da se orebravanjem povećava površina cevi oko
20 puta.
Vazduh ima 4 puta manji specifični toplotni kapacitet od
vode što znači da je potrebni maseni protok vazduha 4 puta
veći za istu razliku temperatura. Takođe voda ima gustinu
oko 800 puta veću od vazduha i uz to je nestišljiva. Ovakav
odnos svojstava znači da su vazdušni hladnjaci daleko veći
od vodenih hladnjaka istog kapaciteta, što se mora uzeti u
Inženjerska praksa
obzir od najranijih faza projektovanja radi obezbeđenja mesta
za ugradnju. Takođe, cena ventilatora je daleko veća od cene
PT
Tabela 9.1 Poređenje vazdušnog i vodenog hlađenja
Vazdušno hlađenje
Vodeno hlađenje
U prilog vodenom hlađenju
Slika 3.
Pločasti razmenjivač
pumpe za vodu.
Projektna temperatura vazduha je viša od projektne temperature vode, što znači da je raspoloživa temperaturska
razlika za hlađenje manja kod vazduha, pa to dalje utiče na
relativno povećanje površine za razmenu toplote. Ambijentalni vazduh ima velike oscilacije temperatura u toku godine, pa čak i u toku jednog dana, što kod vode nije slučaj,
pa to usložnjava primenu vazduha kao rashladnog medijuma.
U mane vazdušnih hladnjaka se može ubrojati i buka koju
stvaraju ventilatori.
Osnovna prednost vazduha se svodi na činjenicu da ga
ima svuda i u neograničenim količinama, preko cele godine,
što znači da je praktično besplatan. Ovo posebno imajući u
vidu da se ne zahteva se posebna priprema vazduha jer ne
deluje korodivno, (u značajnijoj meri) na uobičajene materijale koji se koriste za izradu cevi i rebara, a to znači da
su i otpori provođenju toplote usled zaprljanja znatno manji
nego u slučaju korišćenja netretirane vode. Sa druge strane,
korišćenje vode je vezano izgradnju sistema u kome se nalaze
pumpe, cevovodi, kula za hlađenje vode, odvajači nečistoća,
uređaji za fizičko-hemijsko-biološki tretman, kanalizacioni
sistem, itd.
Radni pritisak sa strane vazduha je blizak atmosferskom,
tako da se mehanička naprezanja delova aparata javljaju samo
usled pritiska procesnog fluida, što pojeftinjuje konstrukciju
aparata.
Vazduh je znatno pogodniji za primenu i sa gledišta zaštite
životne sredine, jer zagrevanje vazduha značajno manje utiče
na klimatske i druge poremećaje, nego zagrevanje vode, a
i eventualna isticanja (curenja) procesnog fluida u vodu su
mnogo opasnija nego ista curenja u vazdušnu masu.
Vazduh ne može da hladi procesni fluid na niske temperature
kao voda jer se hlađenje bazira
na temperaturi vazduha po
suvom termometru
Voda može da hladi procesni
fluid na 5°C nižu temperaturu
nego vazduh, jer se hlađenje
vode u kuli za hlađenje bazira
na temperaturi vlažnog termometra
Vazdušni hladnjaci, zbog manjeg spec. topl. kapaciteta i manjeg koeficijenta prelaza toplote,
zahtevaju velike površine za
razmenu sa strane vazduha
Vodeni hladnjaci zahtevaju
mnogo manju površinu za
razmenu toplote zahvaljujući
velikom koeficijentu prelaza
toplote sa strane vode
Sezonske varijacije temperature vazduha, uticaj padavina
i sunčevog zračenja, imaju
značajnog uticaja na toplotnu
snagu
Vodeno hlađenje je mnogo
manje osetljivo na atmosferske
promene
Vazdušni hladnjaci se postavljaju na otvorenom prostoru,
na dovoljnom udaljenju od
objekata koji mogu da izazovu
recirkulaciju vazduha
Za vodene hladnjake ne postoje
ograničenja u vezi mesta ugradnje
Vazdušni hladnjaci se izrađuju
od orebrenih cevi
Vodeni hladnjaci ne zahtevaju
orebravanje površine za
razmenu toplote
U prilog vazdušnom hlađenju
Vazduha ima svuda, u
neograničenim količinama, ne
plaća se i ne zahteva posebna
pripremu
Primena vode za hlađenje
zahteva njeno dovođenje do
i odvođenje od hladnjaka
(pumpa, cevovodi) što je vezano
sa investicionim troškovima
Nema ograničenja u vezi izbora
lokacije postrojenja
Lokaciranje postrojenja zavisi
od blizine odgovarajućeg izvora
vode
Vazduh obično nije korozivan,
pa je čišćenje i održavanje
jednostavnije
Voda zahteva tretman radi kontrole zaprljanja razmenjivača,
jer je korozivna i podložna
biološkom zaprljavanju
Operativni troškovi su manji,
jer je pad pritiska sa strane
vazduha oko 150 ÷ 350 Pa
Operativni troškovi su veći, jer
je napor pumpe obično veći od
1 bar
Manja je opasnost od kontaminacije zbog niskog pritiska
vazduha
Zagađenje vode izaziva
značajno veće probleme nego
zagađenje vazduha
Troškovi održavanja vazdušnih
hladnjaka su na nivou od 20 ÷
30% od vodenih hladnjaka
Održavanje sistema sa vodenim
hlađenjem je skupo jer postoji
dosta opreme
Potreban smeštajni prostor za sam vazdušni hladnjak
je veći nego za vodeni hladnjak, ali ako je vodeni hladnjak
povezan sa kulom za cirkulaciono hlađenje vode, smeštajni
prostor je sličnih dimenzija. U mane vazdušnih hladnjaka se
mogu ubrojati i velike oscilacije temperatura vazduha u toku
godine, pa čak i u toku jednog dana, kao i buka koju stvaraju
ventilatori.
Poređenje bitnih elemenata vazdušnog i vodenog hlađenja
je prikazano i u tabeli 9.1.
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
27
PT
Inženjerska praksa
3ZAKLjUČAK
Sve napred navedeno ima za posledicu veće investicione
troškove vazdušnih hladnjaka (3 do 4 puta), a manje eksploatacione troškove (takođe 3 do 4 puta), u odnosu na hladnjake,
bilo cevaste, bilo listatste sa vodom kao hladnijim fluidom.
Pažljivim razmatranjem svih navedenih činjenica, inženjer
treba da, pri izboru tipa aparata, izvrši odgovarajuću procenu jednog i drugog rešenja, uzimajući u obzir specifičnost
tehnološkog procesa, lokacijskih i svih drugih nabrojanih faktora.
LITERATURA
[1] API Standard 661:2012 - Air-cooled Heat Exchangers
[2] Standards of Tubular Exchanger Manufacturers Association, Tubular Exchanger Manufacturers Association Inc.,
New York, 2007.
[3] API Standard 660:2002 - Shell-and-tube Heat Exchangers
[4] Standards for Shell & Tube Heat Exchangers, Heat Ex-
change Institute, Cleveland, 2004.
[5] Towler G., Sinnott R. K., Chemical Engineering Design,
Elsevier, 2008.
[6] Heat Exchanger Design Handbook, Hemisphere Publishing, Washington, 1986.
[7] Bhatia M. V., Cheremisinoff P. N., Heat Transfer Equipment, Technomic Publishing, Lancaster, 1980.
[8] Perry R. H., Green D., Perry’s Chemical Engineers’
Handbook, McGraw-Hill, New York, 2007.
[9] Jaćimović B., Genić S., Toplotne operacije i aparati,
Deo 1: Rekuperativni razmenjivači toplote, Mašinski fakultet
i VEDES, Beograd, 2004.
[10] Ganapathy V., Design of air-cooled exchangers: Process-design criteria, Chemical Engineering, vol. 77, no. 3, pp.
112-119, 1978.
Autori
Srbislav B. Genić, Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Kraljice Marije 16,
tel: 011330 23 60, faks: 011/337 03 64
e-mail: [email protected]
Zaposlen na Mašinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu od 1989., na Katedri
za procesnu tehniku. Trenutno u zvanju
vanrednog profesora predaje na svim
nivoima studija. Pored nastave angažovan je na poslovima
projektovanja procesnih i termotehničkih postrojenja, dimenzionisanju, konstruisanju i ispitivanju aparata i postrojenja, na
izradi studija, ekspertiza, veštačenja, itd. Objavio je preko 120
naučnih i stručnih radova i bio učesnik u više desetina projekata i studija finansiranih od strane nadležnih Ministarstava.
28
Branislav M. Jaćimović, Mašinski
fakultet Univerziteta u Beogradu, Kraljice
Marije 16,
tel: 011/330 23 60
e-mail: [email protected]
Zaposlen na Mašinskom fakultetu Univerziteta u Beogradu od 1979., na Katedri za
procesnu tehniku u zvanju redovnog profesora. Predaje više predmeta na svim nivoima studija. Pored
nastave angažovan je na poslovima projektovanja procesnih i
termotehničkih postrojenja, dimenzionisanju, konstruisanju i
ispitivanju aparata i postrojenja, na izradi studija, ekspertiza,
veštačenja, itd. Objavio je preko 140 naučnih i stručnih radova i bio učesnik u više desetina projekata i studija finansiranih
od strane nadležnih Ministarstava.
Petar I. Kolendić, Mašinski fakultet
Beograd, Kraljice Marije 16, tel: 0113302410,
faks. 011-3370364,
E-mail: [email protected]
Vojislav Genić,
Siemens IT Solutions and Services, Pariske
komune 22, 11070 Beograd
Tel. +381 65 2015757
E-mail: [email protected]
Zaposlen na Mašinskom fakultetu u
Beogradu od 1991 godine, na Katedri
za motore u zvanju Samostalnog stručnog saradnika. Pored
angažovanja na stručnoj podršci realizacije nastave radi i na
realizaciji projekata Centra za motore finansiranih od strane
MNT Republike Srbije, homologacijama i atestnim ispitivanjima. U samostalnom zvanju stalnog sudskog veštaka za
oblast mašinstva i saobraćaja učestvuje u brojnim stručnim
ekspertizama i veštačenjima. Završio doktorske studije na
Katedri za procesnu tehniku i u toku je izrade doktorske disertacije iz oblasti istraživanja parametara transporta toplote
kod orebrenih hladnjaka i zagrejača.
Na Mašinskom fakultetu Univerziteta u
Beogradu diplomirao 1992, na Odseku
za procesnu tehniku. Nakon 3 godine provedene u Lola
Inženjeringu, prelazi u TradeCom MN, a zatim u Spinnaker
New Technologies gde je obavljao posao generalnog direktora, da bi 2008. postao podpredsednik i član uprave ComTrade
Group, Predsednik uprave i direktor ComTrade IT Solutions
and Services. Od 2010. zaposlen u Siemens IT Solutions and
Services. Rukovodio je kompanijama sa do 1000 zaposlenih,
bavio se strateškim i finansijskim planiranjem i realizacijom
planova, upravljanjem operacijama i prodajom, te organizacijom rada u preduzećima.
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
PT
Inženjerska praksa
Rešavanje nekih problema pri transportu ulja u cevovodu
koji prolazi kroz vodu u zimskim uslovima
Vladan Mićić, Branko Pejović, Milorad Tomić
C
evovodi se mogu smatrati najvažnijim elementima
procesnih postrojenja u procesnoj industriji a i šire. U
tehničkoj praksi se koriste za transport različitih vrsta
fluida pri čemu mogu prolaziti kroz vazduh, zemlju i vodu
[7, 8]. Isto tako izloženi su različitim temperaturama odnosno
temperaturskim uticajima. Projektuju se u horizontalnim, kosim i vertikalnim izvedbama dok se izrađuju kako od metalnih
tako i nemetalnih materijala. Pri ovom prečnici im se kreću u
širokom dijapazonu i mogu se klasifikovati po različitim kriterijumima. Najčešća podela je na proste i složene cevovode, [8,
9]. Prost cevovod se sastoji samo iz jedne dugačke grane, bez
sporednih grananja. Kod ovih, takozvanih magistralnih cevovoda, gubici energije usled trenja su dominantni. Primeri ovih
cevovoda su naftovodi, gasovodi, vodovodi itd, [7 - 9].
Dimenzionisanje cevovoda podrazumeva u prvom redu
izračunavanje optimalnih prečnika cevi, izbor ventila i ostalih cevnih elemenata i uređaja, kao i izbor pumpi. Kao
ograničavajuća veličina najčešće se javlja pad pritiska,
odnosno brzina strujanja fluida, [7, 9]. Pri ovome, cevovodi
se pored hidrauličkog moraju analizirati i proračunati i sa
termodinamičkog aspekta.
1. Postavka problema
Posmatraćemo karakterističan primer iz tehničke prakse
gde kroz horizontalni cevovod protiče ulje ulazne temperature Tu srednjom brzinom v = vsr prema sl.1, što predstavlja
opšti model. Unutrašnji prečnik cevovoda je D a dužina L.
Razmotrićemo slučaj cevovoda koji prolazi kroz mirnu ledenu
vodu pri specifičnim zimskim uslovima. Smatraćemo da temperatura okolne vode iznosi približno 0 °C.
mirnu vodu ogromne zapremine odnosno mase, realno je pretpostaviti da će temperatura površine cevi po celoj dužini biti
veoma bliska 0 °C.
Isto tako pretpostavićemo da je unutrašnja površina cevovoda glatka dok se otpor usled toplotne provodljivosti za
materijal konstrukcioni čelik od koga je urađena cev može
zanemariti. Ovome ide u prilog i to što je kod posmatranog
problema gotovo uvek, debljina zida cevi znatno manja od
prečnika cevi.
Takođe može se smatrati da su u pitanju stacionarni uslovi
dok je hidrodinamički režim pri ulazu cevovoda u vodu razvijen.
Za slučaj da cevovod nije postavljen u mirnu vodu, okolna
vodena struja bi imala određenu brzinu, pa bi ovde trebalo analizirati drugačiji model. U ovom slučaju javlja se i sila otpora
trenja koja deluje na cev, što nije slučaj kod posmatranog problema, [7, 8, 9].
S obzirom da izlazna temperatura ulja Ti nije poznata, to
T +T
se ne može odrediti srednja temperatura u i za koju se
2
određuju njegovi fizički i termodinamički parametri [1, 2, 4].
Zbog toga u prvom približenju, ove parametre uzećemo za
ulaznu temperaturu Tu. Ukoliko izlazna temperatura Ti bude
mnogo odstupala od ulazne temperature Tu, proračun će se ponoviti iterativnim postupkom. Zbog same prirode problema,
zbog gubitaka toplote, može se očekivati smanjenje temperature od ulaza prema izlazu. Isto tako, treba očekivati laminarno
strujanje u cevovodu, s obzirom da se pri ovakvim problemima uglavnom dobijaju Rejnoldsovi brojevi znatno manji od
kritičnog Rejnoldsovog broja, [3, 4, 5, 6].
2. Režim strujanja
Režim strujanja u cevovodu utvrđujemo preko Rejnoldsovog broja
v $D
(1)
Re = sr
o
pri čemu je njegova kritična vrednost Rekr=2300. S obzirom
na realne brzine i prečnike cevovoda kojima se transportuje
ulje kao i red veličina kinematske viskoznosti za ulje, realno je
očekivati režim laminarnog strujanja, [4, 5, 6].
3. Hidrodinamička i toplotna dužina
Slika 1.
Opšti model horizontalnog cevovoda
Za prethodne uslove, s obzirom da je cevovod potopljen u
30
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Za posmatrani model, od posebnog značaja su provere
hidrodinamičke i toplotne dužine, [3, 12, 14].
Za slučaj laminarnog strujanja hidrodinamička i toplotna
dužina ulaza mogu se prema [4, 6, 12, 16] približno odrediti
kao:
(2)
Lhl = 0, 05 $ Re $ D PT
Inženjerska praksa
Ltl = 0, 05 $ Re $ Pr $ D = Pr $ Lhl (3)
toplote od ulja.
Za Re=20, hidrodinamička dužina ulaza ima vrednost
oko veličine prečnika ali raste linearno sa porastom brzine. U
slučaju da je Rek = 2300, hidrodinamička dužina ulaza iznosi
115•D, [5, 13].
Napomenimo ovde da hidrodinamička dužina ulaza za turbulentno strujanje kod ovakvih problema zavisi od Rejnoldsovog broja i prečnika cevovoda i može se odrediti na primer
prema literaturi [6, 14, 19].
4. Nuseltov broj i koeficijent prelaza toplote
Za kružnu cev dužine L izloženu konstantnoj temperaturi
površine, prosečni Nuseltov broj za zonu ulaza toplote može se
prema [3, 15] izračunati za laminarnu zonu ulaza kao:
D
0, 065 $ ( ) $ Re $ Pr
L
(4)
Nu = 3, 66 +
2/3 D
1 + 0, 04 $ 8( ) $ Re $ Pr B
L
Za L→∞, iz relacije (4) sledi da je Nu = 3,66, što važi za
relativno dugačke cevovode, [4, 16].
Po definiciji, Nuseltov broj je [5, 17, 20]:
h$D
(5)
Nu =
k
Odavde se dobija koeficijent prelaza toplote
k
h = $ Nu D
(6)
Kada je razlika između temperature površine i fluida velika, mora se uzeti u obzir variranje viskoznosti ulja sa temperaturom. Nuseltov broj, za laminarni tok u razvoju u kružnoj
cevi može se tada odrediti prema [6, 18].
Re $ Pr $ D 1/3 nB 0,14
(7)
) $ ( ) Nu = 1, 86 $ (
nS
L
gde je μ – dinamička viskoznost.
Svi parametri se uzimaju odnosno procenjuju na srednjoj
temperaturi fluida u masi osim μS koji se procenjuje na temperaturi površine zida cevi.
Za slučaj turbulentnog strujanja u cevima, za Nuseltov broj
mogu se koristiti relacije prema [3, 19, 21].
5. Izlazna temperatura ulja
S obzirom da u literaturi za posmatrani slučaj hlađenja
fluida pri konstantnoj temperaturi površine nije izvedena
odgovarajuća relacija za izlaznu temperaturu, to će ista biti
određena na osnovu energetskog bilansa.
Bilansna jednačina za elementarnu zapreminu prema sl. 2,
s obzirom da je ulaz energije u elementarnu zapreminu jednak
izlazu energije iz iste, biće (sl. 2):
mo $ c p $ Tm = h $ (Tm - Ts) $ dAs + mo $ c p $ (Tm + dTm) (8)
odnosno
mo $ c p $ Tm = h $ (Tm - Ts) $ dAs + mo $ c p $ Tm + mo $ c p $ dTm (9)
Odavde sledi da je
(10)
mo $ c p $ dTm = - h $ (Tm - Ts) $ dAs Negativan znak u jednačini (10) je zbog odvedene količine
Slika 2.
S obzirom da je Ts = const, to za diferencijal razlike temperatura (Tm – Ts), prema sl. 3. važi da je:
(11)
dTm = d (Tm - Ts) s obzirom da je Tm > Ts.
Zamenom (11) u (10) biće
(12)
mo $ c p $ d (Tm - Ts) = - h $ (Tm - Ts) $ dAs Ovde je diferencijalna površina: dAs = D $ r $ dx dok je
ukupna površina As = D $ r $ L
Iz (12) sledi da je:
d (Tm - Ts)
h $ dAs - h $ D $ r $ dx
=- o
=
(13)
m $ cp
mo $ c p
Tm - Ts
Integriranjem
diferencijalne jednačine (13) u granicama od ulaza do izlaza
biće prema sl.3:
T
L
# d (TTmm--TTs s) = - # hm$o D$ c$ pr $ dx (14)
T
0
i
u
Uvođenjem smene
u = Tm - Ts
du = dTm jednačina (14) prelazi u:
= - h $ Do $ r $ L = ln u + C # du
u
m $ cp
(15)
(16)
gde je C integraciona konstanta, koja će se odrediti iz
početnih uslova.
Iz (16) sledi da je:
h$D$r$L +
(17)
ln u = C mo $ c p
S obzirom na uvedenu smenu iz (16) biće:
6ln (Tm - Ts) @ TT = - h $ D $ r $ L mo $ c p
i
u
(18)
Zamenom graničnih temperatura, (17) prelazi u:
h$D$r$L
(19)
ln (Ti - Ts) - ln (Tu - Ts) = mo $ c p
Odnosno
(Ti - Ts)
= - h $ Do $ r $ L = - ho $ As ln
m $ cp
m $ cp
(Tu - Ts)
PROCESNA TEHNIKA
(20)
decembar 2013.
31
PT
Inženjerska praksa
Odavde sledi da je
Ti - Ts =
h$D$r$L
exp() mo $ c p
Tu - Ts
(21)
odnosno:
Ti - Ts = (Tu - Ts) $ exp(-
h$D$r$L
) mo $ c p
(22)
Odavde se dobija tražena temperatura ulja na izlazu:
h$D$r$L
(23)
Ti = Ts + (Tu - Ts) $ exp () mo $ c p
Očigledno, prema (23), temperatura na bilo kom rastojanju
x od ulaza u cev biće:
h$D$r$x
(24)
Ti x = Ts + (Tu - Ts) $ exp() mo $ c p
Eksponent iz eksponencijalne jednačine (23)
h$A
h$D$r$L
E= o s =
m $ cp
mo $ c p
(25)
je pogodan za analizu koja sledi.
Za slučaj kada E→ 0, iz (23) proizilazi da je
Ti . Ts + (Tu - Ts) $ 1 = Tu , odnosno Ti → Tu
Analiza uticajnih faktora za posmatrani problem, takođe
pogodno je izvršiti preko uvedenog eksponenta E.
Zamenom relacije (26) u (27) biće
h $ As $ (Tu - Ti)
Q=
(Tu - Ts)
ln
(Ti - Ts)
(28)
Razmenjena količina toplote u (27), prema energetskom
bilansu jednaka je toploti prenetoj konvekcijom:
(29)
Q = h $ As $ DTsr gde je ΔTsr r merodavna srednja temperaturska razlika
između fluida i površine zida cevi. Upoređujući jednačine (28)
i (29), očigledno da je srednja razlika temperatura ΔTsr jednaka
srednjoj logaritamskoj razlici temperatura:
(DTu - DTi)
(Tu - Ti)
=
(30)
DTln =
DT
(Tu - Ts)
ln u
ln
DTi
(Ti - Ts)
gde su temperaturska razlika na ulazu i izlazu ΔTu i ΔTi.
Očigledno je da važi relacija
ΔTu – ΔTi = (Tu – Ts) – (Ti – Ts) = Tu – Ti
Za slučaj da se temperaturska razlika ΔTi ne razlikuje od
razlike ΔTu za više od 40% može se za merodavnu srednju
temperaturnu razliku usvojiti aritmetička srednja temperaturska razlika:
(T - Ts) + (Ti - Ts)
T + Ti
DT + DTi
- Ts (31)
= u
= u
DTsr . DTar = u
2
2
2
Očigledno, računanjem prema (31), ΔTar se dobija po apsolutnoj vrednosti.
7. Gubici toplote i koeficijent trenja
Gubici toplote u opštem slučaju biće:
(32)
Q = h $ As $ DTln U posebnom slučaju kao što je rečeno gubici se mogu izraziti preko srednje aritmetičke temperaturne razlike kao:
(33)
Q = h $ As $ DTar Koeficijent trenja s obzirom na laminarno strujanje biće,
[11, 13] :
64
(34)
f=
Re
Za laminarni tok, uticaj površinske hrapavosti cevi na koeficijent trenja odnosno na razmenu toplote je zanemarljiv, [12,
14, 17, 20].
8. Pad pritiska i potrebna snaga
Pad pritiska u cevovodu za posmatrani slučaj biće, [4, 15,
17]:
2
L t $ v sr
(35)
Dp = f $ $
D
2
Slika 3.
6. Merodavna srednja temperaturna razlika
Iz izvedene relacije (20) sledi da je:
h $ As
mo $ c p = (Ti - Ts)
ln
(Tu - Ts)
(26)
S obzirom na fluid koji struji u cevi od ulaza do izlaza,
razmenjena količina toplote koja nastaje usled promene temperature fluida biće:
(27)
Q = mo $ c p $ (Tu - Ti) 32
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Potrebna snaga za savladavanje gubitaka trenja u cevovodu
je, [5, 16, 18]:
mo $ Dp
(36)
Pp =
t
9. Računski primer
Postavljeni opšti model, ilustrovaćemo na jednom
računskom primeru iz prakse gde se transportuje ulje oznake
TRANSTERM 2000, po standardu ISO 3170 koje je derivat
nafte, prema sl. 4. Srednja brzina ulja je vsr = 1,5 m/s dok su
Inženjerska praksa
unutrašnji prečnik i dužina cevovoda D = 250 mm, L = 250 m.
Ulazna temperatura ulja je Tu = 20 °C.
Ulje se transportuje u zimskim uslovima kroz mirnu ledenu
vodu čija je temperatura približno 0 °C.
Osobine ulja na temperaturi ulja na ulazu 20°C su:
ρ = 871 kg/m3; c = 1851 J/kgK; k = 0,144 W/(mK)
ν = 11,25∙10-4 m2/s; Pr = 12595,5
DTln =
PT
(DTu - DTi)
20 - 19, 48
==19,74°C
20
DTu
ln
ln
19, 48
DTi
Ovde su temperaturske razlike na izlazu i ulazu:
ΔTi = Ti – Ts = 19,48-0 = 19,48 °C
ΔTu = Tu – Ts = 20 – 0 = 20 °C
S obzirom da je
DTu
= 20 = 1, 027
19, 48
DTi
za dobijanje merodavne srednje temperaturske razlike
može se prema (31) koristiti aritmetička razlika temperatura
(po apsolutnoj vrednosti):
20 + 19, 48
DT + DTi
=
= 19, 74 °C
DTar = u
2
2
što je identično sa srednjom logaritamskom razlikom temperatura.
- Protok ulja kroz cevovod
r
mo = t $ A0 $ vsr = 871 $ $ 0, 252 $ 1, 5 =64,1 kg/s
4
Slika 4.
- Temperatura ulja na izlazu iz cevovoda
Prema relaciji (23) biće:
h$D$r$L
Ti = Ts + (Tu - Ts) $ exp()
mo $ c p
Ti = 0 + (20 - 0) $ exp(-
Proračun sprovodimo po sledećem redosledu:
-
Rejnoldsov broj
Prema relaciji (1) je
1, 5 $ 0, 25
v $D
=
= =333,3
Re = sr
o
11, 25 $ 10-4
što je znatno ispod kritične vrednosti Rek =2300
- Toplotna dužina ulaza u laminarnom toku prema relaciji
(2) biće
Lt = 0, 05 $ Re $ Pr $ D = 0,05∙333,3∙12595,5∙0,25=52476 m
što je znatno veća vrednost od ukupne dužine cevovoda L
= 250 m.
- Nuseltov broj
Prema (4) sledi da je
0, 25
0, 065 $ (
) $ 333, 3 $ 12595, 5
$
h
D
250
= 3, 66 +
Nu =
2/3
k
0, 25
1 + 0, 04 $ ;(
) $ 333, 3 $ 12595, 5 E
250
= 27, 57
što je znatno više od vrednosti 3,66.
- Koeficijent prelaza toplote
Prema (6) sledi da je:
0, 144
W
k
h = $ Nu =
$ 27, 57 = 15, 88 2
D
0, 25
mK
- Površina za razmenu toplote
As = D $ r $ L = 0,25∙3,14∙250 =196,35 m2
- Merodavna srednja temperaturna razlika
Srednja logaritamska razlika temperatura može se dobiti na
dva načina, s obzirom na (30):
(20 - 19, 48)
T - Ti
==19,74 °C
DTln = u
Tu - Ts
20 - 0
ln
ln
19, 48 - 0
Ti - Ts
15, 88 $ 0, 25 $ r $ 250
)
64, 1 $ 1851
Ti = 19,48°C
Pad temperature od ulaza prema izlazu je:
ΔT = Tu – Ti = 20 – 19,48 = 0,52°C
Ovo znači da je srednja temperatura ulja
20 + 19, 48
T + Ti
=
= 19, 74 °C
Tsr = u
2
2
što mnogo ne odstupa od ulazne temperature Tul = 20°C.
Zbog ovoga nije potreban iterativni postupak, s obzirom da su
osobine ulja uzete na temperaturi ulja 20°C.
Uzimajući u obzir relaciju (24), temperatura ulja na proizvoljnom rastojanju x od ulaza u cev biće:
h$D$r$x
Tix = Ts + (Tu - Ts) $ exp()
mo $ c p
Odavde, na primer za x =
L
=125 m, biće:
2
15, 88 $ 0, 25 $ r $ 125
Tix = 0 + (20 - 0) $ exp() =19,74°C
64, 1 $ 1851
Raspored temperatura duž cevovoda za računski primer dat
je na sl.4.
Prema relaciji (25) eksponent je
15, 88 $ 196, 35
h$A
=0,0263
E= o s =
m $ cp
64, 1 $ 1851
S obzirom da E→0, to sledi da i Ti→Tu
- Gubici toplote
Gubici toplote u okolinu prema (32) biće:
Q = h $ As $ DTln =15,88∙196,35∙19,74=61550 W=61,55 kW
- Koeficijent trenja
Prema (34), za laminarno strujanje je:
64 = 64
=0,192
f=
Re
333, 3
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
33
PT
Inženjerska praksa
- Pad pritiska u cevovodu
S obzirom na (35) biće:
2
2
L t $ V sr =
250 871 $ 1, 5
=188136N/m2
0, 192 $
$
Dp = f $ $
D
2
0, 25
2
Dp = 1,88136∙105 N/m2
- Snaga pumpe
Iz relacije (36) sledi da je:
mo $ Dp
64, 1 $ 188136
=
=13846 W = 13,846 kW
Pp =
t
871
Zaključak
Date, odnosno izvedene relacije u radu predstavljaju
opšti model koji se može direktno primeniti za rešavanje
postavljenog problema kada se površina cevi održava na
konstantnoj temperaturi. Pri primeni modela mora se voditi
računa o uslovima pri kojima je isti izveden.
Za slučaj da izlazna temperatura ulja znatno odstupa od
ulazne temperature, radi veće tačnosti dobijenih rezultata,
neophodno je primeniti iterativni postupak. Za slučaj da odnos razlika temperatura na ulazu i izlazu nije suviše veliki,
može se umesto srednje logaritamske razlike temperatura
ΔTln primeniti srednja aritmetička razlika temperatura ΔTar.
Pri ovome, kao što je pokazano dobija se zadovoljavajuća
tačnost. Očigledno ovde je pretpostavljena linearna promena srednje temperature fluida duž cevi što uvek ne odgovara realnom stanju. Za slučaj da ΔTu→ΔTi, izraz za srednju
logaritamsku razliku temperatura postaje neodređen pa zbog
ovoga treba postupiti obazrivo.
Pre primene predloženog modela, uvek je neophodno
proveriti da li je laminarni tok razvijen, što se zaključuje
izračunavanjem hidrodinamičke i toplotne dužine. Kod
problema transporta ulja kakav je prikazani, ulazna toplotna
dužina Lt uglavnom se dobija znatno veća od ukupne dužine
cevovoda. Ovo je karakteristika fluida sa visokim Prantlovim brojem.
Za posmatrani slučaj, temperatura fluida u cevi opada
duž cevi eksponencijalno. Intenzitet ove promene prvenstveno zavisi od eksponenta E koji pokazuje efikasnost
razmene toplote. Kod posmatranog problema, uglavnom
se dobijaju male vrednosti ovog eksponenta. Isto tako ovaj
eksponent raste sa porastom h, D i L a opada sa porastom i
cp. Pri većoj vrednosti eksponenta E dobija se manja izlazna
temperatura fluida iz cevi Ti. Ovo dovodi do veće srednje
logaritamske razlike temperatura a time i veće razmenjene
količine toplote.
Literatura
[1] Welty J., Wicks C., Wilson R., Fundamentals of Momentom, Heat and Mass Transfer, John Wiley – Sons, New
York, 1994
[2] Kern D.Q., Process Heat Transfer, Mc Graw – Hill,
New York, 1980
[3] Kakac S., Bergles A., Heat Exchangers: Thermal – Hydraulic Fundamentals and Desing, Hemisphere Publishing
Corporation, New York, 1991.
34
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
[4] Holman J.P., Heat Transfer, McGraw – Hill, New
York, 1996.
[5] Bejan A., Advanced Engineering Thermodynamics,
John Wiley and Sons, New York, 2007.
[6] Chapman A., Heat Transfer, Macmillan Publishing
Company, New York, 1994.
[7] Yuan S. W., Foundation of Fluid Mechanics, Prantice
Hall, London, 1980.
[8] Barna P. S., Fluid Mechanics for Engineers, Butterworths, London 1991.
[10] Korn G., Sprovočnik po matematike, Nauka, Moskva,
1988.
[11] Ghajar A. J.,Madon K. F., Pressure Drop Measurements in the Transition Region for a Circular Tube with
Three Different Inlet Configurations, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 5 (1992), pp. 129 – 135.
[12] Ghajar A. J.,Tam L. M., Heat Transfer Measurements and Correlations in the Transition Region for a Circular Tube with Three Different Inlet Configurations, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 8 (1994), pp.
79 – 90
[13] Ghajar A.J.,Tam L. M., Flow Regime Map for a Horizontal Pipe with Uniform Wall Heat Flux and Three Inlet
Configurations. Experimental Thermal and Fluid Science,
Vol. 10 (1995), pp. 287-297.
[14] Ghajar A.J., Tam L. M.,Tam S.C., Improved Heat
Transfer Correlation in the Transition Region for a Circular Tube with Three Inlet Configurations Using Artificial
Neural Networks, Heat Transfer Engineering, Vol.25, No.2
(2004), pp. 30 – 40
[15] Tam L.M.,Ghajar A.J., Effect of Inlet Geometry
and Heating on the Fully Developed Friction Factor in
the Transition Region of a Horizontal Tube, Experimental
Thermal and Fluid Science, Vol. 15 (1997), pp. 52 -64.
[16] Tam L. M.,Ghajar A.J., The Unusual Behavior of Local Heat Transfer Coefficient in a Circular Tube with a Bell
– Mouth Inlet., Experimental Thermal and Fluid Science,
Vol. 16 (1998), pp. 187-194.
Autor
Vladan Mićić,
Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki
fakultet Zvornik
Branko Pejović,
Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki
fakultet Zvornik
Milorad Tomić
Univerzitet u Istočnom Sarajevu, Tehnološki
fakultet Zvornik
PT
Inženjerska praksa
PROCESNA TEHNIKA jun 2013.
35
PT
Inženjerska praksa
Analiza promjene jedinične plastične deformacije polipropilena punjenog staklenim prahom
Zoran Janjuš, Aleksandar Petrović, Aleksandar Jovović,
Radica Prokić-Cvetković
K
orištenje polimernih materijala je u stalnom porastu
od polovine prošlog vijeka, zahvaljujući povoljnom
odnosu karakteristike-kvalitet-cijena, te obradivosti i
upotrebljivosti [1]. Najčešće su korišteni termoplastični polimeri zbog pogodnosti reciklaže za razliku od duroplasta
koji se rjeđe koriste [49]. U ukupnoj masi plastičnih proizvoda najčešće se koriste polietilen (PE) i polipropilen (PP) oko
60-70%, zatim polistiren (PS) oko 10-15% zatim polivinilhlorid (PVC) 15% i PET 5% [2]. U novije vrijeme povećana
je upotreba kompozitnih materijala tj. smjese dva ili više
materijala različitog sastava i oblika formiranih u cilju postizanja željenih karakteristika. Najčešće su u uptrebi vlaknasti
kompoziti, gdje vlakna služe za poboljšavanje mehaničkih
karakteristika. Pored korištenih vještačkih vlakana sve češće
su u upotrebi prirodna vlakna od konoplje, jute lana i sl.,
pilećeg perja ili otpadnog papira, kartona , tekstila i sl. [3,
4].
Međutim, upotreba više različitih materijala komplikuje
reciklažu, jer se vlakna i matrice trebaju razdvojiti [5].
Ovaj problem moguće je prevazići upotrebom zrnastih
kompozitnih materijala koji bi se ponovo upotrebljavali u
cjelini.
3. REZULTATI ISPITIVANjA JEDINIČNE PLASTIČNE DEFORMACIJE
Ispitivanje jedinične plastične deformacije se vrši tako
što se epruveta standardnih dimenzija podvrgava zateznom
opterećenju, po pravilu do prekida. Pri tome se prate promjene
na epruveti, na osnovu kojih se određuju tražena mehanička
karakteristika. Oblik i dimenzije epruvete zavise od materijala,
oblika, dimenzija i namjene konačnog proizvoda.
Plan ispitivanja zatezanjem predstavljen je na slici br. 1.
Ispitivanje je vršeno kratkotrajnim rastućim opterećenjem
po standardu SRPS G.S2.612 za određivanje zateznih svojstava plastičnih masa.
Ispitivanje zatezanjem je vršeno u laboratoriji za ispitivanje
materijala / proizvoda „Orao“ A. D. Bijeljina, januara 2010.
2. UZORCI ZA ISPITIVANjA
Za eksperiment je korišten materijal polipropilen, u prahu, radi postizanja homogenosti pri mješanju sa staklenim
prahom. Korišćeni stakleni prah je granulacije manje od
0,5mm što je postignuto sitovnom analizom poslije mljevenja staklenog praha. Mješanje je vršeno mehanički – kontinuirano radi postizanja homogenosti smješe.
Proizvedene su epruvete od osnovnog materijala polipropilena i epruvete smješe polipropilena sa masenim udjelom 5%, 10%, 15%, 20%, 25% i 30% staklenog praha. Zbog
debljine epruvete za ispitivanje od 4mm i dimenzije maksimalne dimenzije granule staklenog praha od 0,5mm ispitivanje nije vršeno za veći procenat udjela staklenog praha
od 30%. Kod pripremaka osnovnog materijala i smješe osnovnog materijala sa 10%, 20% i 30% staklenog praha staklenog praha određen broj pripremaka - epruveta je zadržan,
a ostatak epruveta je usitnjavan i pripreman za ponovnu
preradu. Isti postupak ponavljan je šest puta. Navedenim
postupkom su izrađene epruvete od osnovnog materijala i
epruvete od mješavine polipropilena i stakla i to u 6 ciklusa
prerade [6].
Izrada epruveta je izvršena u preduzeću „Dita“ Banja
Luka, septembra 2009. god.
36
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Slika 1.
Plan ispitivanja zatezanjem
god.
Podaci o mjernoj mašini:
1. Naziv uređaja: Električna kidalica “CHATILLON”,
2. Model: UTSM
3. Proizvođač merila: John Chatillon & Sons, N. Y. USA,
4. Serijski broj: 1091,
5. Naziv mjerila: Dinamometar “CHATILLON”
6. Model: TCG 250 K
7. Serijski broj: 232,
Epruveta za ispitivanje (prikazana na slici br. 3.) standardnog je oblika i dimenzija. Metode izrade epruveta utvrđuju
standardi: SRPS G.S2.603 , SRPS G.S2.604, SRPS G.S2.605,
SRPS G.S2.606 i SRPS G.S2.607. Šematski prikaz ispitivanja
zatezanjem dat je na slici br. 2.
Dimenzije epruvete za ispitivanje:
1. Ukupna dužina epruvete l1=158mm
2. Početna dužina mijernog dijela l0=80mm,
3. Širina steznog dijela B=20mm,
PT
Inženjerska praksa
4. Početna širina mijernog presjeka b0=10mm,
5. Početna debljina mijernog presjeka s0= 4mm.
4.OBRADA REZULTATA JEDINIČNE PLASTIČNE DEFORMACIJE
Za obradu su korištene srednje vrijednosti jedinične
plastične deformacije, dobijene kao aritmetička sredina eksperimentalnih rezultata i prikazane su u tabeli br. 3.
Tabela 2. Rezultati izračunavanja jedinične plastične
deformacije
JEDINIČNA PLASTIČNA DEFORMACIJA εpl
Red.
broj
Osnovni
materij.
1.
6.125.10-2
2.
5 .10-2
3.
4.25 .10-2
1.
5 .10-2
Prva
prerada
Druga
prerada
Treća
prerada
Četvrta
prerada
Peta
prerada
Šesta
prerada
5% staklenog praha
Slika 2.
Epruveta za ispitivanje zatezanjem
10% staklenog praha
Za jedan ciklus vršeno je ispitivanje tri epruvete iste serije
prerade. Rezultat ispitivanja je plastično izduženje mjerenno
pomičnim mjerilom (prikazano u tabeli br. 1.).
Tabela 1. Rezultati mjerenja maksimalnog plastičnog
izduženja
MAKSIMALNO PLASTIČNO IZDUŽENjE lmax [mm]
Red.
broj
Osnovni
materij.
Prva
prerada
Druga
prerada
Treća
prerada
Četvrta
prerada
Peta
prerada
Šesta
prerada
5% staklenog praha
1.
84.9
2.
84.0
3.
83.4
1.
84.0
87.7
84.6
86.5
88.6
86.0
86.6
2.
83.3
85.3
85.1
87.0
85.3
85.1
87.0
84.1
2.
4.125.10-2 6.375.10-2 6.375.10-2 8.75 .10-2 6.625.10-2 6.625.10-2 8.75 .10-2
3.
5.125.10-2 5.125.10-2 5.25 .10-2 4.875.10-2 5.875.10-2 8.875.10-2 11.5 .10-2
1.
3.125.10-2
2.
3.25 .10-2
3.
3.375.10-2
1.
2.625.10 3.75 .10 2.375.10-2 4.875.10-2 3.875.10-2 6.25 .10-2 5 h10-2
2.
2.625.10-2 3.75 .10-2 4.875.10-2 3.25 .10-2 3.875.10-2 6.25 .10-2 6.125.10-2
15% staklenog praha
20% staklenog praha
-2
-2
3.
4 .10-2
2.375.10-2 4.125.10-2 4.625.10-2
5 .10-2
1.
3.625.10-2
2.
2.375.10-2
3.
2.75.10-2
1.
2.375.10-2 4.5.10-2
2.
1.375.10-2 2.75.10-2 2.875.10-2 3.75.10-2
4 .10-2
3.
2.75.10 2.375.10 3.875.10 5.375.10
5 .10
3.75 .10-2 5.875.10-2
25% staklenog praha
10% staklenog praha
3.
5.75 .10-2 7.5 .10-2 8.125.10-2 9.625.10-2 10.75.10-2 8.25 .10-2
84.7
84.1
83.9
87.1
84.2
89.2
15% staklenog praha
1.
82.5
2.
82.6
3.
82.7
1.
82.1
83.0
81.9
83.9
83.1
85.0
84.0
2.
82.1
83.0
83.9
82.6
83.1
85.0
84.9
3.
83.2
81.9
83.3
83.7
84.0
83.0
84.7
20% staklenog praha
25% staklenog praha
1.
82.9
2.
81.9
3.
82.2
1.
81.9
83.6
82.8
83.2
84.5
83.3
83.3
2.
81.1
82.2
82.3
83.0
83.1
83.2
84.5
3.
82.2
81.9
83.1
84.3
84.0
84.0
85.3
30% staklenog praha
Dl
Jedinična deformacija ε izračunava se po obrascu: f =
lo
. Rezultati izračunavanja jedinične deformacije prikazani su u
tabeli br. 2.
30% staklenog praha
-2
3.5 .10-2
-2
-2
4 .10-2
4.125.10-2 5.625.10-2 4.125.10-2
-2
-2
3.875.10-2 5.625.10-2
5 .10-2
6.625.10-2
Da bi se omogućila upotreba rezultata dobijenih mjerenjem i izračunavanjem za kompozitni materijal sa drugačijim
procentom masenog udjela stakla od onog za koji su izvršena
ispitivanja izvršena je dalja obrada iznalaženjem funkcionalne zavisnosti veze između jedinične plastične deformacije,
masenog udjela stakla i ciklusa prerade.
Obrada podataka u navedenom smislu je izvršena
korišćenjem metode najmanjih kvadrata.
U konkretnom slučaju promjena jedinične plastične deformacije izražena je u zavisnosti od ciklusa prerade i udjela
stakla u osnovnom materijalu.
Iznalaženje funkcionalne zavisnosti je izvršeno u dva koraka.
Prvi korak podrazumijeva pronalaženje funkcionalne zavisnosti koja dovoljno dobro opisuje vezu između jedinične
plastične deformacije i udjela masenog udjela stakla za svaki
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
37
PT
Inženjerska praksa
ciklus prerade. Pri tome se vodilo računa da se pronađe jedna
funkcionalna veza koja će dovoljno dobro opisati promjenu
jedinične plastične deformacije u funkciji masenog udjela
stakla za svaki od ciklusa prerade.
Tabela 3. Podaci za obradu
JEDINIČNA PLASTIČNA DEFORMACIJA εpl – srednja vrijednost
Udeo
Osnovni
stakl
I prer.
II prer.
III prer.
IV prer.
V prer.
VI prer.
mat.
0%
-
-
5% 5.125.10-2
10% 4.75 .10
-2
15% 3.25 .10
-2
-
-
-
-
-
-
-
-2
-
-
-
-2
-
-
-2
-
-
-
-
-
-
Analizom je utvrđeno da je ta funkcionalna veza oblika
s
(1)
y^ s, xh = a^ s h + b x
gdje su:
-
y(s,x) - jedinična plastična deformacija,
-
x - procentualni maseni udio stakla (x = 0,1,...,30),
-
a i b - koeficijenti i
-
s - ciklus prerade (s = 1,2,...,6).
Koeficijenti a i b uz promjenljivu (h) za svaki od ciklusa
prerade imaju svoje vrijednosti kao što je to i prikazano u tabeli
br. 4. Dobro slaganje pretpostavljene funkcije zavisnosti (1)
sa osrednjenim vrijednostima jedinične plastične deformacije
su potvrđeni kroz vrijednosti srednjeg kvadratnog odstupanja
(σ2) i koeficijent krivolinijske korelacije (r2) koji su takođe
dati u tabeli br. 4.
Tabela 4. Obrazac promjene jedinične plastične deformacije i koeficijenti
Koeficijenti
Koef. kriv korel.
Sr. kv. odst.
σ
a(s)
b(s)
r
Osn. mat.
0.022141776
0.16340071
0.8013962
8.69167 .10-5
I prer.
0.015977423
0.40673308
0.95503102
0.000537
II prer.
0.017131962
0.46057154
0.98423566
0.000691
0.000715
2
III prer.
0.024182692
0.47019231
0.92394631
IV prer.
0.023365385
0.49038462
0.9247408
0.000775
V prer.
0.026313962
0.60577154
0.98920648
0.001178
VI prer.
0.029438962
0.64327154
0.9617826
0.001352
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
B
0.022192275
-0.014728379
C
b(s)
0.16185143
0.42769392
D
K
0.010245164 -0.0022710325 0.00016778795
-0.22177929
0.047673011 -0.0033916878
Koeficijent krivolinijske
korelacije - r2
Srednje kvadratno odstupanje - σ2
a(s)
0.95098748
1.96149•10-5
b(s)
0.99650165
0.005995
Računske vrijednosti dobijene prethodnim obrascima prikazane su u tabeli br. 6. Za reciklirane materijale polipropilena
sa dodatkom 5%, 15% i 25% staklenog praha postoje samo
računski podaci (eksperimentalna mjerenja nisu vršena).
Radi potpunijeg vizuelnog posmatranja promjene obrađeni
podaci grafički su prikazani na slikama br. 3. i 4., uporednim
dijagramima.
Tabela 6. Obrađeni podaci po postotku stakla
Udeo
stakl Osnovni
mat.
0%
-
5%
Jedinična plastična deformacija εpl – obrađeni podaci
I prer.
II prer.
-
-
III prer.
IV prer.
V prer.
-
-
-
VI prer.
-
-2
5.5 .10
9.7 .10
10.9 .10
11.8 .10
12.1 .10
14.7 .10
15.8.10-2
-2
10% 3.8.10
5.7 .10
6.3 .10
7.1 .10
7.2 .10
8.7 .10
9.4 .10-2
15% 3.3 .10
4.3 .10
4.8 .10
5.6 .10
5.6 .10
-2
6.7 .10
7.2 .10-2
20%
-2
3 .10-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-2
3.6 .10-2
4 .10-2
4.8.10-2
4.8 .10-2
5.7 .10-2
6.2 .10-2
25% 2.9 .10-2
3.2 .10-2
3.6 .10-2
4.3 .10-2
4.3.10-2
5.1 .10-2
5.5 .10-2
30% 2.8 .10-2
3 .10-2
3.2.10-2
4 .10-2
4 .10-2
4.7 .10-2
5.1.10-2
2
Drugi korak podrazumijeva iznalaženje funkcionalne veze
između koeficijenata uz promjenljivu (h) u zavisnosti od ciklusa prerade odnosno a(s) i b(s). Na način kako je to opisano
u prvom koraku, utvrđeno je da ovoj vezi najviše odgovara
funkcionalna veza tipa
(2)
z^ s h = A + B $ s + C $ s2 + D $ s3 + E $ s 4 38
A
a(s)
-
30% 2.167.10-2 3.208.10-2 3.417.10-2 4.375.10-2 4.375.10-2 4.833.10-2 5.458.10-2
Ciklus prerade
a^ s h = Aa + Ba $ s + Ca $ s2 + Da $ s3 + Ea $ s4
b^ s h = Ab + Bb $ s + Cb $ s2 + Db $ s3 + Eb $ s4
9.5.10-2
-
-
Obrasci promjene koeficijenata a(s) i b(s)
-2
20% 3.083.10-2 3.292.10-2 3.792.10-2 4.25.10-2 4.25.10-2 5.417.10-2 5.667.10-2
25% 2.917.10-2
Tabela 5. Obrasci promjene koeficijenata
-
5.75.10 6.375.10 7.25.10 7.375.10 8.75.10
-2
gdje je:
z(s) - vrijednosti koeficijenata a(s) i b(s)
A, B, C, D i E - vrijednosti koeficijenata u jednačini (1) koji
zavise od toga koji koeficijent a(s) i b(s) se određuje. Vrijednosti koeficijenata A, B, C, D i E su prikazani u tabeli br. 5.
Po grafičkim i tabelarnim prikazima jasno se vidi da
jedinična plastična deformacija kod kratkotrajnog rastućeg
opterećenja na zatezanje raste kroz cikluse prerade. Te da
opada sa dodavanjem staklenog praha osnovnom materijalu.
Najveći pad se pojavljuje između 5% i 10% dodatka staklenog praha, nešto blaži u intervalu 10% do 15% dodatka staklenog praha, te skoro linearan, blag pad dalje do 30% udjela
staklenog praha. Funkcija kroz cikluse prerade sporije raste
sa većim definisanim sadržajem staklenog praha u osnovnom
materijalu.
Promjene funkcije εpl = f(s,x) relativno jednostavni
matematički obrasci (1) i (2) opisuju sa zadovoljavajućom
tačnošću.
Po grafičkim i tabelarnim prikazima jasno se vidi da
jedinična plastična deformacija kod kratkotrajnog rastućeg
Inženjerska praksa
opterećenja na zatezanje raste kroz cikluse prerade. Te da opada sa dodavanjem staklenog praha osnovnom materijalu.
PT
macije.
Kompozitni materijali obrađeni u istrazi mogu se više puta
prerađivati, bez razdvajanja komponenti. Rezultati istraživanja
su pokazali da višestruka prerada materijala ne utiče značajno
na promjenu posmatrane mehaničke osobine.
Na osnovu izvršenih analiza, izvedeni su analitički koji
omogućavaju izračunavanje jedinične plastične deformacije
u funciji procentualnog udjela staklenog praha, kroz cikluse
prerade.
Literatura
Slika 3.
Prikaz promjene εpl=f(x)
[1] Janjuš, Z., Pouzdanost upotrebe recikliranog termoplasta,
Magistarski rad, Mašinski fakultet, Banja Luka, 2006.
[2] Cavalieri, F., Padella, F., Development of composite materials by mechanochemical treatment of post-consumer plastic
waste, Waste Management 22, (2002), 913–916
[3] Bullions, T.A., Hoffman, D., Gillespie, R.A., Price-O
Brien, J., Loos, A.C., Contributions of feather fibers and various cellulose fibers to the mechanical properties of polypropylene matrix composites, Composites Science and Technology 66, (2006), 102–114
[4] Huda, S., Yang, Y., Composites from ground chicken quill
and polypropylene, Composites Science and Technology 68,
(2008), 790–798
[5] Alcock, B. , Cabrera, N.O., Barkoula, N.-M., Wang, Z.,
Peijs, T., The effect of temperature and strain rate on the impact performance of recyclable all-polypropylene composites,
Composites: Part B 39, (2008), 537–547
[6] Janjuš, Z., Upravljanje reciklabilnim materijalima iz
čvrstog komunalnog otpada, Doktorska dosertacija, Mašinski
fakultet, Beograd, 2012.
Autor
Slika 4.
Prikaz promjene εpl=f(s)
Najveći pad se pojavljuje između 5% i 10% dodatka staklenog praha, nešto blaži u intervalu 10% do 15% dodatka staklenog praha, te skoro linearan, blag pad dalje do 30% udjela
staklenog praha. Funkcija kroz cikluse prerade sporije raste
sa većim definisanim sadržajem staklenog praha u osnovnom
materijalu.
Promjene funkcije εpl = f(s,x) relativno jednostavni
matematički obrasci (1) i (2) opisuju sa zadovoljavajućom
tačnošću.
5. ZAKLjUČAK
Na osnovu eksperimentalnih istraživanja i sprovedenih i
analiza, zaključuje se sledeće:
Kompozitni materijal, polipropilen sa dodatkom do 30%
masenog udjela staklenog praha, pokazuje stabilnu promenu
mehaničkih svojstava. Analizom se došlo do relativno jednostavnih izraza, za izračunavanje jedinične plastične defor-
Zoran Janjuš
Gradska uprava Banja Luka, Odjeljenje komunalne policije, Banja Luka
[email protected]
Aleksandar Petrović
Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Katedra za procesnu tehniku
[email protected]
Aleksandar Jovović
Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Katedra za procesnu tehniku
[email protected]
Radica Prokić-Cvetković
Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet, Katedra za procesnu tehniku
[email protected]
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
39
PT
Ekonomski indikatori
Ekonomski indikatori
Podaci su preuzeti iz časopisa Chemical Engineering. Najnovije indekse možete pogledati na http://
www.che.com/pci/
(1957-59 = 100)
CE INDEX
Equipment
Heat Exchanges and Tanks
Razmenjivači toplote i rezervoari
Process Machinery
Procesne mašine
Pipe, valves and fittings
Cevovodi, ventili i fitinzi
Process Instruments
Procesna instrumentacija
Pumps and Compressions
Pumpe i kompresori
Electrical equipment
Električna oprema
Structural supports
Noseće konstrukcije i ostalo
Construction Labor
Buildings
Engineering Supervision
40
CEPCI
Oprema
Radna snaga
Zgrade
Inženjering i nadzor
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Oct ‘13 pre
567.7
686.6
620.0
655.8
8745
411.9
924.7
513.8
744.1
322.2
533.9
325.6
Sept ‘13.
567.3
686.2
618.3
654.7
875.3
411.2
924.3
513.7
747.1
321.7
533.4
324.6
Oct ‘12.
575.4
698.2
638.5
658.4
899.4
424.4
929.0
512.2
734.2
323.7
525.4
327.9
PT
Diplomirali, doktorirali
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Diplomski rad, M.Sc. rad
Kandidat:
Darko Kljajić
Predmet:
Gorivi, tehnički i medicinski gasovi
Naziv teme:
Mentor:
Idejno rešenje glavne merno-regulacione stanice maksimalnog kapaciteta 10000 m3/h prirodnog
gasa
V. prof. dr Dejan Radić
Datum odbrane:
23.09.2013. godine
Prikaz diplomskog rada:
U ovom diplomskom radu su prikazane osnovne karakteristike prirodnog gasa kao što su sastav, zapremina, gustina, relativna gustina gasa, toplotna moć... Date su i osnovne prednosti prirodnog gasa kao energenta i kao goriva koje povećava
ekonomičnost mnogih industrijskih i tehnoloških procesa uz manje zagađenje okoline. A kao mana se može izdvojiti svakako opasnost od eksplozija.
Prikazani su procesi prečišćavanja prirodnog gasa od gasnog nalazišta (bušotine) do sistema za transport. Proces počinje na
samom gasnom polju (koji neće biti opisan u ovom radu, jer suviše odstupa od teme rada) koji se nastavlja u postrojenju za
prečišćavanje prirodnog gasa, gde gas prvo prolazi kroz prijem gasa gde se obavlja početna separacija gas-tečnost (voda i
čvrste materije se obrađuju za odlaganje dok se tečni ugljovodonici obrađuju u daljim procesima). Obavlja se tretiranje gasa
radi redukovanja tzv. kiselih gasova do dozvoljenih vrednosti. Proces se nastavlja dehidratacijom u kome se iz gasa izdvaja
preostala voda, da bi se smanjila oštećenja cevovoda i pripremio gas za sledeće procese koji se obavljaju na kriogenim
temperaturama.
Da bi se dobio prirodni gas odgovarajuće toplotne moći, potrebno je izdvojiti frakcije viših ugljovodonika u procesu
sekundarnog izdvajanja. Izdvajanje se vrši u uređajima koji se zovu demetanizatori i stabilizatori, a izdvajanje se može obavljati u procesima apsorpcije uljima, adsorpcije na molekularnim sitima sa zeolitima i membranskom separacijom. Prilikom
prečišćavanja prirodnog gasa, izdvajaju se i gasovi koji se mogu iskoristiti u industriji (azot, helijum, kiseonik, živa, radon,
arsen...)
U svim fazama, od nalazišta, preko postrojenja za njegovo prečišćavanje, do linija za transport i skladištenje, prirodni gas je
pod pritiskom. U radu su opisane vrste kompresorskih stanica koje se generalno koriste u industrijskoj proizvodnji prirodnog gasa. Kao i šta bi osnovna kompresorska stanica trebala da sadrži.
Opisani su postupci utečnjavanja prirodnog gasa, komprimovanja i postupci skladištenja. Gas se utečnjava i komprimuje jer
se time znatno olakšava transport i skladištenje. Utečnjeni prirodni gas se skladišti u čeličnim rezervoarima, rezervoarima
od prenapregnutog betona i u kombinovanim rezervoarima (kombinacija čelika i betona). Skladišta mogu biti podzemnog i nadzemnog tipa. Dok se komprimovani prirodni gas skladišti u iscrpljenim gasnim nalazištima, izdanima i podzemnim pećinama. Transport utečnjenog i komprimovanog prirodnog gasa se obavlja kamionima, cevovodima i pomorskim
nosačima (metanerima).
Prikazan je detaljan opis glavne merno-regulacione stanice, u kojoj se vrši filtriranje, dogrevanje, redukcija pritiska gasa sa pritiska
u razdelnom gasovodu na zahtevani pritisak. Kao i opis prateće opreme i armature koja se sastoji od regulacionih i sigurnosnih
uređaja, zapornih uređaja, filtra za gas, merne i kontrolne opreme, zagrejača gasa. Tokom opisa izvršena je i podela opreme i analiziran je rad svakog elementa ponaosob.
Predstavljen je deo procesa izrade projekta dvolinijske glavne merno-regulacione stanice za prirodni gas toplotne moći 33340 kJ/
m3, koji se odnosi na proračun materijalnog i toplotnog bilansa GMRS kapaciteta 10.000 m3⁄h, ulaznog maksimalnog pritiska 50
bar i minimalnog 20 bar, izlaznog maksimalnog pritiska 12 bar i minimalnog 6 bar, ulazne temperature 5 °S kao i izbor i dimenzionisanje opreme.
42
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Diplomirali, doktorirali
PT
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Materijalni bilans se odnosi na maksimalni kapacitet glavne merno-regulacione stanice tj. na zahteve potrošača, proračun
potrebne količine vode (4,95 m3/h) i gasa za dogrevanje (12,86 m3/h). Dok se toplotni bilans odnosi na proračun potrebne
količine toplote za dogrevanje gasa (od početnih 5 °S do 8 °S), izbor razmenjivača toplote na osnovu proračunate vrednosti
snage razmenjivača od 108 kW i izbor kotlova za usvojenu snagu razmenjivača toplote, za dogrevanje gasa, ukupne snage
112 kW (4 kotla po 28 kW).
Prilikom izbora i dimenzionisanja opreme, izvršen je proračun prečnika cevi ulaznog gasovoda DN100 prema API 5L standardu, proračun izlazne deonice gasovoda DN200 prema EN 10220 standardu, deonice gasovoda ka kotlarnici za dogrevanje gasa DN32 prema EN10220. Usvojen je regulator pritiska sa pilotom i sa sigurnosno blokadnim ventilom koji odgovara datom opsegu izlaznog pritiska. Proračunat je odušni ventil sigurnosti kako na regulacionoj liniji (DN15, PN16), tako
u podstanici za kotlarnicu (DN15, PN16). Izabrani su odgovarajući merači protoka. Turbinski merač protoka za maksimalnu
(zimsku) potrošnju gasa i rotacioni merač protoka za smanjenu (letnju) potrošnju gasa.
Da bi se gas zagrejao do određene temperature, izvršen je proračun i dimenzionisanje cevovoda grejnih fluida (proračunom
je dobijeno da je cevovod DN40), potrebne količine grejnog fluida (4,95 m3/h) i izabran je odgovarajući zatvoreni ekspanzioni sud zapremine 8 l. Ukoliko je potrebno, vrši se i proračun ventilacije kotlarnice u zavisnosti od vrste kotlova koji se
koriste, mada u ovom slučaju, taj proračun nije potreban jer kotlovi ne zavise od vazduha u unutrašnjosti kotlarnice, već
uzimaju vazduh spolja.
Ključne reči:
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
43
PT
Diplomirali, doktorirali
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Diplomski rad
Kandidat:
Sami Al Atarji
Predmet:
Zaštita životne sredine
Naziv teme:
Određivanje emisija iz malih postrojenja za sagorevanje – peći na drva
Mentor:
prof. dr Aleksandar Jovović, dipl. inž. maš.
Datum odbrane:
26.09.2013
Prikaz diplomskog rada:
Kako se svet suočava sa sve manjim rezervama nafte i gasa, to se korišćenje biomase u cilju dobijanja energije sve više nameće.
Namera je da do 2020. godine učešće obnovljivih izvora energije, među koje se ubraja i biomasa, dostigne 20 %. U tom smislu,
u narednim godinama očekuje se sve veća primena malih postrojenja za sagorevanje čvrstih goriva. Međutim, ova postrojenja
označena su kao glavni uzročnici zagađenja vazduha. Samo zimi, sagorevanje biomase u Evropi uzrokuje 50 do 70 % ukupnog
zagađenja vazduha ugljenikom. Stoga, problem koji se tiče smanjenja emisija iz malih postrojenja za sagorevanje čvrstog
goriva dobija na važnosti.
Ovaj rad, čija je tema određivanje emisija kod malih postrojenja za sagorevanje čvrstog goriva koncipiran je na sledeći način.
Tema je obrađena kroz dva dela, opšti i praktični. Opšti deo čine četiri poglavlja. Opšti deo bavi se pojmom, kapacitetom,
područjem primene i klasifikacijom malih postrojenja za sagorevanje čvrstog goriva, graničnim vrednostima emisija kod pomenutih postrojenja, kao i metodama ispitivanja emisije čvrstih čestica. Poslednje poglavlje opšteg dela daje opis i uputstvo
za korišćenje peći na drva „Arina“, koju proizvodi Industrijski kombinat „Guča“, a na kojoj je vršeno merenje emisije čvrstih
čestica. Praktični deo se takođe sastoji iz četiri poglavlja, ispitivanja izvora emisije, rezultata ispitivanja, toplotnog (energetskog) bilansa peći na drva „Arina“, sprovedenog u cilju određivanja stepena korisnosti i toplotne snage peći, i diskusije rezultata
ispitivanja.
I pored toga što je u ovom radu akcenat stavljen na merenju emisije čvrstih čestica, u ovom delu je izvršeno poređenje i drugih
performansi peći (stepena korisnosti peći i emisije ugljen-monoksida) sa graničnim vrednostima ovih performansi definisanim
raznim standardima, propisima i potvrdama kvaliteta uređaja sa stanovišta zaštite životne sredine, a u cilju ocene kvaliteta
peći.
Prvo uzorkovanje čvrstih čestica sprovedeno po izokinetičkoj metodi, za koju se tokom ispitivanja pokazalo da zbog teškog
ostvarivanja izokinetičkih uslova i diskontinualnog rada peći, ne daje zadovoljavajuće rezultate, prešlo se na austrijskonemačku metodu po kojoj su obavljena naredna dva uzorkovanja. Pored preporuka uzetih iz austrijsko-nemačke metode, a
opisane u studiji koja se bavi malim postrojenjima za sagorevanje čvrstog goriva, korišćene si i preporuke iz standarda SRPS
EN 13240:2011. Određivanje sastava dimnih gasova uključuje određivanje koncentracije ugljen-monoksida, ugljen-dioksida,
azotnih oksida, sumpor-dioksida i kiseonika u suvim dimnim gasovima. Bez obzira što srpski propisi ne definišu granične
vrednosti ovih zagađujućih materija za mala postrojenja za sagorevanje čvrstog goriva toplotne snage manje od 50 kW, koncentracija ugnjen-monoksida u suvim dimnim gasovima pri referentnom zapreminskom udelu kiseonika je bitna da se odredi
jer su granične vrednosti ove veličine definisane i primenjenim standardom SRPS EN 13240:2011 i brojnim evropskim propisima. Koncentracija ugljen-monoksida kao i koncentracija ugljen-dioksida u suvim dimnim gasovima su veličine koje figurišu
u jednačinama toplotnog bilansa koji se sprovodi u cilju određivanja stepena korisnosti toplote grejnog uređaja. Postupak
ispitivanja emisije čvrstih čestica i sastava dimnih gasova detaljno je opisan u 6. poglavlju diplomskog rada.
Ukoliko se zanemare rezultati prvog uzorkovanja iz prethodno navedenih razloga, relevantna vrednost emisije čvrstih čestica
iznosi 52,2 mg/m3 i zadovoljava evropske propise. Relevantna vrednost emisije ugljen-monoksida iznosi 0,091 mg/m3 i zadovoljava većinu evropskih propisa, kao i primenjeni standard SRPS EN 13240:2011 (zadovoljava drugu klasu emisije ugljenmonoksida po ovom standardu). Relevantna vrednost stepena korisnosti toplote iznosi 69% i pripada drugoj klasi stepena
korisnosti po standardu SRPS EN 13240:2011, i zadovoljava određen broj evropskih propisa.
44
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Diplomirali, doktorirali
PT
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Diplomski rad, M.Sc. rad
Kandidat:
Nemanja Vučićević
Predmet:
Sušare
Naziv teme:
Idejno rešenje opreme za sušenje drvenih komada, kapaciteta 3960 komada na dan
Mentor:
Prof.dr. Aleksandar Jovović
Datum odbrane:
14.12.2013
Prikaz diplomskog rada:
Tema diplomskog rada je idejno rešenje opreme za potrebe sušare koja se koristi za proces sušenja komada od izuzetno
lakog drveta. Cilj sušenja je da se poboljšaju uslovi naknadne obrade, bojenja i lepljenja drveta, kako bi se kao konačan
proizvod koristio u vidu lajsni različitih profila za laminat i parket, kao i lajsni za stolariju i slikarskih lajsni.
Na početku rada prikazane su opšte informacije mogućnostima korišćenja biomase kao goriva, karakteristikama, primeni,
podeli, prednostima i nedostacima, a dat je i kratak prikaz pregled propisa iz oblasti zaštite vazduha.
U drugom delu je data analiza mogućeg korišćenja obnovljih izvora energije OIE (biomase) u Srbiji, sa osvrtom na
mogućnost iskorišćenja energetskog potencijala biomase kao goriva.
U trećem delu diplomskog rada su analizirane tehnike za smanjenje emisije pri sagorevanju biomase. Data je podela
mogućih tehnika u vidu tabela i grafika, kada su određene tehnike primenljive. Predstavljene su opšte karakteristike procesa i opreme za kontrolu i smanjenje emisija iz sagorevanja biomase kao i poboljšanje efikasnosti energetskih tehnologija u
poslednjim godinama. Takođe, ukratko su prikazani i procesi smanjenja emisija teških metala pri sagorevanju drugih goriva.
Prikazani su osnovni scenariji emisije gasova staklene bašte od strane energetskih industrija.
U četvrtom delu diplomskog rada urađen je materijalni i toplotni bilans procesa sušenja.
U petom delu dato je idejno rešenje samog postrojenja sa tehničkim opisom uređaja i procesa koji se u postrojenju
obavlja. U cilju zaštite samog postrojenja i prostora u kome će ono biti smešteno (od zapaljivosti, eksplozija, raznih havarija
do kojih može doći), kao i zahteva materijala koji se suši, za agens sušenja izabran je vazduh, koji je u cilju pripreme sušen
u sloju adsorbenta, a zatim zagrevan pre uvođenja u komoru za sušenje. Sa druge strane, posebnim uvođenjem vazduha
sa poda sušare, omogućeno je sušenje materijala prirodnim tokom toplog vazduha, čime je ostvarena mala brzina agensa
sušenja a time omogućeni uslovi za dobijanje kvalitetne površine proizvoda.
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
45
PT
Diplomirali, doktorirali
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Diplomski rad, M.Sc. rad
Kandidat:
Dalibor Mirković
Predmet:
Gorivi, tehnički i medicinski gasovi
Naziv teme:
Mentor:
Idejno rešenje dogorevanja dimnih gasova iz višeetažne peći za regeneraciju granulisanog aktivnog uglja kapaciteta 220kg/h primenom tehničkog kiseonika
V.prof.dr Dejan Radić
Datum odbrane:
30.10.2013
Prikaz diplomskog rada:
Aktivni ugalj je najstariji materijal koji se koristi kao adsorbent. Zbog svojih osobina našao je primenu u raznim oblastima. Koristi se za prečišćavanje gasova, vode, u medicini itd. Jedna od najčešćih primena aktivnog uglja je u postrojenjima za
prečišćavanje vode za piće. U ovim postrojenjima aktivni ugalj se koristi za izdvajanje rastvorenih organskih materija u vodi.
Važna vaza prilikom korišćenja aktivnog uglja je faza njegove regeneracije. Cilj regeneracije je da se zasićenom aktivnom
uglju vrate adsorpciona svojstva u što većoj meri.
U ovom diplomskom radu obrađena je problematika dogorevanja dimnih gasova iz višeetažne peći za visokotemperatursku regeneraciju granulisanog aktivnog uglja primenom tehničkog kiseonika. U prvom poglavlju date su tehničkotehnološke i eksploatacione karakteristike rezervoara i isparivačko redukcione stanice tečnog kiseonika. Dati su osnovni podaci o kiseoniku, osobine, način dobijanja i primena kiseonika. Pored ovog dat je pregled podele cevovoda za kiseonik kao i
materijala za izradu cevovoda i armature. Opisan je sistem za skladištenje kiseonika u gasovitom i tečnom stanju. Akcenat je
stavljen na skladištenje kiseonika u tečnom stanju. Dat je primer jednog rezervoara za skladištenje tečnog kiseonika gde je
opisan proces skladištenja i distribucije tečnog kiseonika iz datog rezervoara. U distributivnoj mreži kiseonika, za redukciju
pritiska koji vlada u rezevoaru na željeni pritisak koristi se redukciona stanica. U ovom poglavlju dat je i kratak opis reduckione stanice.
U drugom poglavlju dat je opis sistema za prečišćavanje dimnih gasova iz procesa regeneracije granulisanog aktivnog
uglja. U kratkom uvodnom delu dati su osnovni podaci o aktivnom uglju. Opisan je proces visokotemperaturske regeneracije granulisanog aktivnog uglja u višeetažnoj peći i date su fizičko-hemijske osnove procesa regeneracije. U sastav
dimnog gasa ulaze četri emisije zagađujućih materija: emisija organskih materija, emisija čvrstih čestica, emisija metala i
emisija kiselih gasova. Najveći problem predstavljaju velike količine produkata nepotpunog sagorevanja. Količine produkata nepotpunog sagorevanja su u granicama znatno iznad dozvoljenih. Za svaku od emisija je opisan postupak prečišćavanja
i uređaja koji se koriste. Dat je primer jednog postrojenja za prečišćavanje dimnih gasova i opis tipičnih kvarova na sistemu.
U trećem poglavlju opisan je proces dogorevanja dimnih gasova. Dogorevanje gasova se obavlja u komorama za dogorevanje. U ovom poglavlju dati su osnovni podaci o komorama za dogorevanje. Za ovu svrhu koriste se dve vrste komora
za dogorevanje, katalitičke komore i komore sa direktnim kontaktom plamena i dimnog gasa. Dat je opis ovih komora kao
i princip njihovog rada. Radi iteziviranja procesa oksidacije produkata nepotpunog sagorevanja vrši se obogaćenje struje
sekundarnog vazduha za sagorevanje sa tehničkim kiseonikom. U ovom poglavlju je opisan postupak obogađenja vazduha
za sagorevanje. Izvršena je podela postupka obogađenja vazduha za sagorevanje u odnosu na nivo obogaćenja.
U četvrtom poglavlju je urađen proračun nepotpunog sagorevanja gasovitog goriva u prisustvu vodene pare i proračun
ravnotežnog sastava produkata visokotemperaturske regeneracije granulisanog aktivnog uglja. Na osnovu dobijenih podataka izračunata je potrebna količina kiseonika za sagorevanje produkata nepotpunog sagorevanja na osnovu čega je
dobijena vrednost potrebnog nivoa obogaćenja vazduha za sagorevanje. Urađen je materijalni bilans komore za dogorevanje.
46
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Diplomirali, doktorirali
PT
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
U petom poglavlju dat je opis postrojenja za regeneraciju granulisanog aktivnog uglja kapaciteta 220kg/h. Opisan je
tok granulisanog aktivnog uglja kroz postrojenje za regeneraciju kao i tok dimnih gasova kroz sistem za prečišćavanje.
Proračunata je potrebana količina kiseonika za obogaćenje vazduha za sagorevanje za preriod od 10 dana i usvojen rezervoar za skladištenje kiseonika. Kiseonik se skladišti u tečnom stanju u vertikalnom rezervoaru. Rezervoar je opremljen svom
potrebnom armaturom i cevovodima za njegovo punjenje i pražnjenje kao i sigurnosnom opremom. Za prevođenje kiseonika u gasovito stanje koriste se atmosferski isparivači. Za potrebne količine kiseonika proračunat je potreban broj isparivača.
Zbog niskih temperatura u zimskim mesecima neophodno je dogrevanje gasovitog kiseonika. Za dogrevanje gasovitog
kiseonika, u dogrejač gasne faze, postavlja se elektrogrejač snage 600W. Redukcija pritiska se odvija u redukcionoj stanici
koja je opremljena potrebnim sigurnosnim i mernim uređajima kao i ostalom potrebnom armaturom.
Ključne reči:
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
47
PT
Diplomirali, doktorirali
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Diplomski rad, M.Sc. rad
Kandidat:
Miloš Zorić
Predmet:
Merenja i upravljanje u procesnoj industriji
Naziv teme:
Prijemna ispitivanja kotla na tečno gorivo toplotne snage 50 MW
Mentor:
V. prof. dr Dejan Radić
Datum odbrane:
18.11.2013.
Prikaz diplomskog rada:
Završna faza izgradnje kotlovskih postrojenja obavezno obuhvata garancijska (prijemna) ispitivanja. Osnovni cilj ovih ispitivanja je dokazivanje garantovanih parametara postrojenja. Obim garancija je deo ugovornih obaveza između investitora i izvođača radova. Međutim, minimalno se garacije moraju odnositi na: maksimalni kapacitet i garantovane procesne
parametre radnog fluida na izlazu iz kotlova, stepen korisnosti kotlova i stanje emisije dimnih gasova.
Tema ovog diplomskog rada su pregled svih potrebnih merenja u cilju dokazivanja garantovanih parametara prema
važećim standardima, realizacija ispitivanja kotla na tečno gorivo kapaciteta 50 MW prema definisanom planu merenja i
obrada rezultata merenja u cilju određivanja snage kotla, stepena korisnosti i stanja emisije dimnih gasova.
Prvo poglavlje obuhvata tehničko-tehnološki opis kotlovskog postrojenja na tečno gorivo. U njemu je opisana glavna uloga
kotlovskog postrojenja, delovi od kojih se sastoji proces, pretvaranje odnosno predaja energije goriva pri sagorevanju napojnoj vodi, primena toplotne energije. Opisani su svi sistemi potrebni za normalno funkcionisanje kotlovskog postrojenja
i prikazani kroz šeme za tečno gorivo i za kotlovska postrojenja koja koriste ugalj kao gorivo. Podela kotlova je jedan deo
ovog poglavlja. Opisani su sistemi za pripremu vode, skladištenje i pripremu goriva. Obuhvata, takođe, opis načina punjenja
kotla vodom kao i njegovo potpaljivanje i odvođenje produkata sagorevanja. U ovom poglavlju prikazan je detaljniji opis
kotla kao glavnog dela kotlovskog postrojenja, njegovi delovi i njihova primena.
U drugom poglavlju date su osnovne proračunske jednačine za izračunavanje stepena korisnosti primenom direktne i indirektne metode. Dat je pregled potrebnih merenja procesnih veličina za određivanje stepena korisnosti kotlova po direktnoj,
a zatim i po indirektnoj metodi. Neke od važnih veličina su:
Direktna metoda merenja stepena korisnosti zasniva se na određivanju:
• Korisne toplotne snage;
• Neto ukupnog unosa toplote (količina toplote uneta iz nekog spoljašnjeg izvora u ložište na sve druge načine osim
hemijskom energijom iz goriva, toplota dobijena sagorevanjem goriva).
Za indirektnu metodu određuju se svi gubici koji se javljaju u kotlovima.
Poglavlje tri obuhvata opis mernih uređaja i tehnike merenja.
Opisani su postupci merenja pritiska, uređaji kao što su manometri (hidraulički, mehanički, sa membranom i klipni) i njihov
način rada.
Opisani postupci merenja temperature (termoparovima, termootpornicima i termometrima) i postupci merenja mase i
masenog protoka.
Četvrto poglavlje opisuje merenje i prikaz rezultata merenja prijemnih ispitivanja kotla na tečno gorivo snage 50 MW. Dat je
opis merenja i radnih režima kotla tokom ispitivanja. Merenja su rađena po standardu SRPS EN 12952-15.
48
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Diplomirali, doktorirali
PT
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Peto poglavlje obuhvata obradu rezultata merenja kao i detaljan tehnički opis kotla za koji je vršeno ispitivanje sa osnovnim
radnim parametrima.
Proračunom stepena korisnosti direktnom metodom dobijeno je:
Korisna toplotna snaga QN = 53008 kW
Termička snaga kotla na ulazu Q(N)ZF = 58403 kW
Proračunom stepena korisnosti indirektnom metodom dobijeno je:
Gubitak toplote usled fizičke toplote dimnih gasova Q(N)G = 5363,31 kW
Gubitak toplote usled nepotpunog sagorevanja QCO = 34.87 kW
Gubitak toplote usled radijacije i konvekcije QRC = 182,019 kW
Obrađene su i merne nesigurnosti za obe metode. Za radni režim 100 % opterećenja kotla, konačne vrednosti stepena korisnosti kotla iznose:
• Po direktnoj metodi ispitivanja
η(N)B = 90,76 ± 1,63 %
• Po indirektnoj metodi ispitivanja
η(N)B = 90,48 ± 0,33 %
Ključne reči:
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
49
PT
Diplomirali, doktorirali
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
Diplomski rad, M.Sc. rad
Kandidat:
Đorđe Pantelić
Predmet:
Gorivi, tehnički i medicinski gasovi
Naziv teme:
Idejno rešenje gradske gasifikacione mreže kapaciteta 10000 m3/h
Mentor:
V.prof.dr Dejan Radić
Datum odbrane:
23.12.2013.
Prikaz diplomskog rada:
Prirodni gas je vitalna komponenta svetske energetike. On spada u najčistija, najsigurnija i najkorisnija goriva dostupna
ljudima. Posmatrano u odnosu na sva ostala fosilna goriva, upotreba prirodnog gasa proizvodi najnižu količinu ugljen dioksida, što je bitan doprinos smanjenju globalne emisije CO2. Prirodni gas je najvažniji fosilni energetski izvor. On danas igra
značajnu ulogu u svetskoj energetici, ali će ta uloga biti još važnija u narednih 50 godina.Kako je značaj stalnog snabdevanja
energijom od vitalne važnosti, to je učinilo da i prirodni gas dobije veoma visok stepen važnosti u našem društvu i našim
životima.
Uloga prirodnog gasa u energetskom miksu je već duže vreme regionalno pitanje, koje je zavisilo od konvencionalnih
izvora kao i od aktuelne infrastrukture. Sa razvojem tehnologije, nekonvencionalni izvori ne samo da postaju dostupni,
već i jeftiniji, čime je gas našao svoju namenu.Upotreba gasa sve više postaje jedna od najboljih opcija za mnoge zemlje,
posebno kada se uzme u obzir da je urednija od upotrebe uglja ili nafte.
Kompletno iskorišćenje prirodnog gasa, može se postići ne samo njegovim korišćenjem kao izvora energije, već i proizvodnjom električne energije iz gasa.
U ovom diplomskom radu su obrađene deonice distributivne gasovodne mreže, njihovi padovi pritisaka i pritisci u njihovim čvorovima za deonice za koje je pretpostavljeno da imaju najveće padove pritisaka. Rad je podeljen u četiri poglavlja.
U prvom poglavlju opisane su karakteristike prirodnog gasa : specifična težina gasa, faktor formiranja zapremine gasa,
gustina gasa, izotermna stišljivost gasova, viskozitet gasa i Vobeov broj. Sve karakteristike prirodnog gasa su na osnovu
određenih zakona definisane odgovarajućim jednačinama.
U drugom poglavlju opisane su metode koje se koriste u određivanju protoka prirodnog gasa. Metoda koja je detaljnije
opisana u diplomskom radu je metoda merenja protoka prigušnicama. U kratkom uvodnom delu date su osnovne karakteristike i oblici mernih prigušnica.
Opisani su merači koji se koriste kao oprema za merenje protoka prirodnog gasa prigušnicama. Njihov princip rada je
detaljno prikazan na odgovarajućim slikama. Opisana je jednačina merne blende kao i faktori koji u njoj figurišu. Takođe su
opisani i zapreminski merači protoka, njihove karakteristike i princip rada.
U trećem poglavlju dat je opis proračunskih procedura za dimenzionisanje cevovoda kružnog poprečnog preseka za
transport prirodnog gasa, kao i faktori koji utiču na njih : Rejnoldsov broj, faktor trenja, faktori prenosa i relativna hrapavost,
koji su objašnjeni odgovarajućim jednačinama i grafikonima. Detaljno su objašnjene jednačine : Vejmut, Penhendl, Klajndinst i Renoar. Navedeni su primeri izračunavanja protoka u gasovodima za odgovarajuće jednačine. Opisani su gasovodi
promenljivog prečnika, paralelni gasovodi i složeni gasovodi koji su objašnjeni odgovarajućim slikama i primerima.
50
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Diplomirali, doktorirali
PT
Katedra za procesnu tehniku
Modul za procesnu tehniku i zaštitu životne sredine
U četvrtom poglavlju izvršen je proračun distributivne gasovodne mreže. Za proračun je korišćena jednačina Renoar.
Proračun je vršen za četiri deonice gde je cilj bio izračunavanje padova pritisaka na svakoj deonici, kao i izračunavanje pritisaka u svakom čvoru. Konačni rezultati gasodinamičkog proračuna distributivne mreže prikazani su tabelarno i sadrže :
spisak deonica sa označenim ulaznim i izlaznim čvorovima, usvojene prečnike deonica, dužine deonica, protoke kroz svaku
deonicu, padove pritisaka kroz svaku deonicu i pritiske u svakom čvoru. Na osnovu dobijenih vrednosti pada pritiska po
deonicama došlo se do zaključka da je najveći pad pritiska na deonici 1( N002 – E044) i da pritisak gasa u najudaljenijoj tački
E044 iznosi 2,2 bar, t.j. veći je od zahtevanog minimalnog pritiska 1,5 bar.
Ključne reči:
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
51
PT
Inženjerska biblioteka
1. Monografije iz mašinstva
Milovan Živković i Taško
Maneski
TERMOMEHANIČKI
NAPONI CEVOVODA I
POSUDA
Cena: 750 din.
Dimitrije Voronjec i
Đorđe Kozić
VLAŽAN VAZDUH –
TERMODINAMIČKE
OSOBINE I PRIMENA (IV
izdanje)
Cena: 550 din
Srđan Raičković
KOMPRESIBILNI I
MEHANIČKI ZAPTIVAČI
Cena: 600 din
Boris Slipčević
RAZMENjIVAČI
TOPLOTE
(II izdanje)
Milan Rikalović
DOBOŠASTI
RAZMENjIVAČI
TOPLOTE
Cena: 950 din
Cena: 700 din
Slobodan Ćirić
KOTLARNICE,
TOPLOTNE MREŽE
I TOPLOPREDAJNE
STANICE
Branislav Todorović i
Milica Milinković-Đapa
RAZVOD VAZDUHA
U KLIMATIZACIONIM
SISTEMIMA
(III izdanje)
Cena: 2950 din
Cena: 1500 din
Rodoljub Vučetić
ZDRAVLjE ŽIVOTNE
SREDINE & PROMENA
KLIME
Stevan Šamšalović
TOPLOTNA PUMPA Tehnologija održive
proizvodnje energije
Cena: 400 din
Cena: 1750 din
Svetislav Zarić
PRIRUČNIK IZ INDUSTRIJSKE PNEUMATIKE
Grupa autora
TEHNONIKA I
TEHNOLOGIJA U
ZAŠTITI ŽIVOTNE
SREDINE
2. Priručnici iz mašinstva
Branislav Živković i
Zoran Stajić
MALI TERMOTEHNIČKI
PRIRUČNIK
Cena: 1800 din
Rodoljub Vučetić
PRIRUČNIK O
URAVNOTEŽAVANjU
CEVNIH MREŽA U
GREJANjU, HLAĐENjU I
KLIMATIZACIJI
Cena: 800 din
52
decembar 2013. PROCESNA TEHNIKA
Cena: 450 din
Cena: 1200 din
Stevan Šamšalović
TEHNOLOGIJA
HLAĐENjA I SMRZAVANjA HRANE
Nebojša Grahovac
PRIRUČNIK ZA VLAŽAN
KOMPRIMOVANI VAZDUH
Cena: 450 din
Cena: 450 din
Inženjerska biblioteka
PT
Živojin Perišić
VENTILACIJA
PORODIČNIH I KOMERCIJALNIH KUHINjA
Cena: 450 din
3. Priručnici iz elektrotehnike
Dragan Vićović & Zoran
Hadžić
ELEKTRIČNE INSTALACIJE NISKOG
NAPONA
Dragan Vićović & Zoran
Hadžić
ZAŠTITA OBJEKATA
OD ATMOSFERSKOG
PRAŽNjENjA
Cena: 1600 din
Cena: 1550 din
Ljiljana Rašajski, Gojko
Dotlić i Marija Mrđanov
MALI ELEKTROENERGETSKI PRIRUČNIK
(MEP)
(IV izdanje, 2009)
Cena: 1250 din
4. Tehnička regulativa iz mašinstva, elektrotehnike i dodirnih disciplina
PRAVILNICI IZ ELEKTROENERGETIKE
Postrojenja, nadzemni
vodovi, zaštita od
statičkog elektriciteta i
od požara
Priredila Marija Mrđanov
Cena: 700 din
KABLOVI,
SAMONOSEĆI KABLOVI, UŽAD I KRATKI SPOJ
Izvodi iz tehničkih
standarda u elektroenergetici
Priredila Marija Mrđanov
Cena: 900 din
Miodrag Isailović
TEHNIČKI PROPISI O
ZAŠTITI ODPOŽARA I
EKSPLOZIJA
(IV izdanje, 2007)
Cena: 900 din
Dragana & Stevan
Šamšalović
VODIČ KROZ STANDARDE I PROPISE O
GREJANjU, HLAĐENjU I
KLIMATIZACIJI
Cena: 600 din
5. Ostalo
Nadežda Mitrović-Žitko i
Stevan Vukotić
PRIRUČNIK ZA PRIPREMU OPŠTEG DELA
STRUČNOG ISPITA ZA
RADNIKE TEHNIČKIH
STRUKA
NAUČNO-TEHNIČKI
PETOJEZIČNI REČNIK
(GREJANjE, HLAĐENjE,
KLIMATIZACIJA)
Cena: 950 din
Cena: 450 din
PROCESNA TEHNIKA
decembar 2013.
53
Download

PT - SMEITS