Применение эндотермических эффектов химических реакций для охлаждения винтового компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИМЕНЕНИЕ ЭНДОТЕРМИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА

Шилько Д.А., Шурай П.Е., Алешин В.И., Шурай С.П.

Кубанский государственный технологический университет

г. Краснодар, Россия

В статье показана возможность использования эндотермических реакций для охлаждения винтового компрессора, которые подбираются с учетом экономической выгоды, простоты механизма химического процесса, технологической и экологической безопасности.

Ключевые слова: винтовой компрессор, статистические методы анализа, химические реакции.

USE OF ENDOTHERMIC EFFECTS OF CHEMICAL REACTIONS FOR COOLING OF THE SCREW COMPRESSOR

Shilko D.A., Shurai P.E., Alyoshin V.I., Shurai S.P.

The possibility of use of endothermic reactions for chilling of the screw compressor which are selected taking into account an economic benefit, simplicity of the mechanism of chemical process, a technological and ecological safety is shown in article.

Keywords: screw compressor, statistical methods of the analysis, chemical reactions.

Винтовые компрессора (ВК), как и поршневые, относятся к классу компрессоров объемного принципа действия. Процесс сжатия в них в отличии от поршневых состоит в том, что сжатие происходит в криволинейном цилиндре, в котором газ вытесняется криволинейным поршнем. Роль цилиндров выполняют впадины между зубьями роторов (ведущего и ведомого), а также цилиндрические расточки в корпусе с параллельными осями, в которых помещаются роторы. Зубья роторов выполняют роль поршней.

Винтовые компрессоры имеют в сравнении с другими типами компрессоров ряд существенных преимуществ, а именно:

- с поршневыми: высокая надежность и большой моторесурс; значительно большая быстроходность; отсутствие деталей, совершающих возвратно-поступательные движения и сопутствующих ему сил инерции; вращающиеся детали динамически полностью уравновешены, что исключает необходимость в массивных фундаментах; отсутствие клапанов, поршневых колец; стабильность энергетических и объемных показателей в течении длительной эксплуатации; малые газодинамические потери давления в окнах всасывания и нагнетания в следствии отсутствия клапанов; практически исключен гидравлический удар; возможность работы на двухфазных средах;

- с центробежными: отсутствие помпажных зон; возможность работы на любых холодильных агентах без существенного изменения конструкции; отсутствие функциональной связи между частотой вращения роторов и степенью повышения давления; экономичное регулирование производительности и изменения давления, изменение частоты вращения компрессора без изменения степени повышения давления, а также регулирование производительности золотником.

Важным достоинством ВК является возможность в одноступенчатом компрессоре осуществить двух и более ступенчатое сжатие, пропустив соответствующую часть газа через промежуточный холодильник.

Благодаря своим достоинствам, винтовые компрессоры (ВК) стали использоваться в различных отраслях промышленности, но особенно в холодильной технике и химической отрасли.

В соответствии с законом сохранения энергии работа, затрачиваемая компрессором на сжатие и выталкивание газа, переходит в теплоту, отводимую от газа в процессах сжатия и изобарного охлаждения, и нагревает ВК [1]. Это приводит к ухудшению качественных показателей компрессора.

Для поиска пути отвода тепла от нагревающихся деталей работающего компрессора нами использована схема улучшений процессов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема этапов усовершенствования

Для этого, используя статистические методы анализа качества, бенчмаркинг и возможности реинжиниринга, нами с помощью диаграмм корреляции (рисунок 2) изучено влияние различных условий на работоспособность винтового компрессора [2, 4, 5, 7]. Это дало возможность мозговым штурмом проанализировать построенную диаграмму Исикавы с целью определения влияния различных параметров на работоспособность компрессора (рисунок 3). Установлено, что самым эффективным способом улучшения термодинамического качества работы ВК является снижение рабочей температуры. Для этого предложено охлаждение за счет возможности прохождения эндотермических реакций - в этом случае выделяемая компрессором теплота будет поглощаться идущим химическим процессом [1, 3]. Таким образом можно не только охлаждать компрессор, но и использовать дополнительно его как реактор, подавая на вход смесь газообразных реагентов.

Для проведения эндотермического процесса можно рекомендовать множество реакций, в которых реагируют газообразные вещества [1, 3]. Главным условием выбора должно быть выполнение принципа Ле Шателье: повышение давления должно сдвигать равновесие в сторону продуктов реакции. Кроме этого, предлагаемые для охлаждения реакции должны давать экономическую выгоду, иметь простотой механизм химического процесса, технологическую и экологическую безопасность. Из всего разнообразия эндотермических реакций нами выбран процесс получения галогено-водородов, которые применяются в органических синтезах для получения широкого спектра химических веществ.

Рисунок 2 - Схематичная диаграмма корреляции влияния внешних параметров на работу ВК

эндотермический охлаждение винтовой компрессор

Для примера взята реакция метана с йодом:

CH₄ + I₂ а CH₃I + HI.

Проведем расчет теплового эффекта реакции (?H⁰ _хим.р).

Используя следствие из закона Гесса и справочные данные для теплот образования реагирующих веществ (?H⁰ _{обр, 298}), получим:

?H0 хим.р = (?n ?H0 обр, 298)конечн - ?n ?H0 обр,)начал = (20,5 + 25,94) - (-74,85 +0)= = + 121,2 (кДж / моль).

Рисунок 3 - Пример диаграммы Исикавы влияния различных факторов на технологический процесс

Рисунок 4 - Схема процедуры актуализации документа СМК

Вычисления показывают, что в этом процессе теплота поглощается (?H⁰ _{обр, 298} > 0) - реакция осуществляется за счет отбора теплоты от работающего компрессора, что приводит к его охлаждению. А это позволяет улучшить рабочие характеристики процесса сжатия газа. Для внедрения предложения необходимо разработать сам документ по схеме, показанной на рисунке 4.

Впоследствии для успешности бизнеса с использованием винтовых компрессоров требуется постоянное управление как разработанной документацией, так и самим процессом работы ВК [6, 8].

Список используемых источников

1. Алешин В.И., Шурай П.Е., Деревянко М.В. Способ охлаждения сжимаемого газа в винтовом компрессоре. - Патент на изобретение RUS 2158381 15.02.1999.

2. Бойко Е.А., Шурай П.Е., Шурай С.П. Использование бенчмаркинга фирмами на примере финансового учреждения - банка. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.1, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. - С. 121 - 124.

3. Данилин В.Н., Боровская Л.В., Шурай П.Е. Физическая химия. Химическая термодинамика (электронный учебник). - Международный журнал экспериментального образования, 2009. - №4. - С. 10.

4. Левин С.С., Шурай П.Е., Шурай С.П. Статистические методы управления процессами. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. - С. 14 - 18.

5. Мартаков Д.А., Шурай П.Е., Шурай С.П. Внедрение реинжиниринга на предприятии. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. - С. 37 - 40.

6. Припаньковская Я.М., Шурай П.Е., Шурай С.П. Управление документацией как условие успешности бизнеса. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. - С. 178 - 182.

7. Прокопенко В.Д., Шурай П.Е., Шурай С.П. Использование карт Шухарта для анализа качества продукции. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. - С. 182 - 186.

8. Шиян И.С., Шурай П.Е., Шурай С.П. Механизм внесения изменений при проектировании.- Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. - 362 - 366.

Размещено на Allbest.ru