Венгер К.П., Деджи Т.С.Л.
ГАЗИФИКАЦИЯ ЖИДКОГО АЗОТА В ТУННЕЛЬНОМ СКОРОМОРОЗИЛЬНОМ АППАРАТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ *
Аннотация:
в статье представлен информационный материал об азотной системе хладоснабжения для скороморозильного аппарата и её преимущества. Представлена конструкция такого аппарата с использованием вихревой трубы, обеспечивающей на холодном её конце сжиженный азот, а на условно “горячем”- газообразный азот. Приведены результаты исследований, на базе созданного экспериментального стенда, процесс газификации жидкого азота, обеспечивающего на обеих концах вихревой трубы получение газообразного азота. Получен интервал температур при газификации жидкого азота в вихревые трубы из ёмкости с криоагентом
Ключевые слова:
вихревая труба, скороморозильный аппарат, жидкий азот, процесс газификации, криоагент
Введение Азотные скороморозильные аппараты используют трёхзонный принцип действия, который позволяет использовать пары азота после испарения жидкого во II-ой зоне для предварительного охлаждения в I-ой зоне и выравнивания температуры продукта в IIIей зоне[6]. При этом применяется проточная система хладоснабжения, предусматривающая одноразовое использование криоагента. Замораживание продукта в азотном аппарате позволяет обеспечить высокие скорости процесса за счёт значительного сокращения продолжительности замораживания. Азотноый скороморозильной аппарат имеет и такое преимущество, как: экологическая безопасность; компактность аппарата (туннель, цистерна для азота, соединительный трубопровод); меньшие, чем для машинной системы замораживания; капиталовложения и занимаемая площадь; быстрый ввод в эксплуатацию и простое обслуживание; минимальное потребление электроэнергии[5]. Полный холодильный потенциал жидкого азота складывается из холодопроизводительности от фазового перехода (197,5 кДж/кг) и от нагрева паров от температуры кипения (−196℃) до температуры окружающей среды (около 220 кДж/ кг). Потери холодильного потенциала жидкого азота (рис.1.) имеют место сразу после попадания его из резервуара в подающий трубопровод[1]. Даже при вакуумной теплоизоляции трубопровода они могут достигать до 6% в зависимости от длины и диаметра трубопровода. Потери газифицированного (после испарения) азота связаны с выходящим из охлаждаемого объекта азотом, температура которого гораздо ниже температуры окружающей среды, и составляют около 10 %[1]. Эксплуатация такой криогенной системы возможна при расходе азота на 1 кг продукта порядка 1,5 кг и более. В этом плане перспективно использовать в системе холодоснабжения вихревую трубу с её эффектом разделения потока газообразного азота, образующегося в криогенной ёмкости, обеспечивающего получение жидкого азота, на холодной, газообразной и на условно “горячей” стороне трубы. Такая система холодоснабжения позволит компенсировать большинство потерь криоагента и в итоге сократить общий расход. На кафедре «Холодильная техника» МГУ прикладной биотехнологии, а после реорганизации МГУ пищевых производств проводились экспериментальные исследования вихревой трубы, результаты которых позволили разработать конструкцию и изготовить экспериментальный образец вихревой трубы (рис.2.). С использованием вихревой трубы экспериментально доказана возможность получения на холодном её конце сжиженного азота (− 196,7℃), а на условно "горячем" газообразный азот (−150℃ ÷ −170℃). Разработана конструкция азотного туннельного аппарата с вихревой трубой, на который получен патент РФ [2]. С использованием предложенной конструкции туннельного аппарата разработана и представлена на рис. 3 схема азотной системы хладоснабжения совместно с криогенной ёмкостью-цистерной, запорной арматурой, а также приборами регистрации и регулирования параметров работы установки. В разработанной конструкции туннельного скороморозильного аппарата используемая вихревая труба обеспечивает на холодном её конце подачу жидкого азота с температурой −197 ℃, на форсунки II-ой зоны аппарата, а на условно “горячей” подачу газообразного азота с температурой примерно −170 ℃ в газораспределительное устройство I-ой зоны аппарата. Представляет научный и практический интерес использование в трёх зонной данной конструкции туннельном скороморозильном аппарате только низкотемпературного газообразного азота. Призывы к использованию для хладоснабжения не жидкого, а газообразного азота впервые появились более 20 лет тому назад [3] и имеют место в настоящее время [4]. Однако до сих пор отсутствуют приемлемые технические и конструктивные решения таких задач, как произвести газификацию жидкого азота. Использование вихревой трубы позволяет решить такую проблему. Стенд включает в себя вихревую трубу (1), установленную на стойке (4) со специальными коробами (5) для сбора жидкого азота, сосуд Дьюара (2) с жидким азотом, кипятильник с блоком управления, регулятором давления и указателем уровня жидкости (3), запорную арматуру и средства автоматизации (9-3), а также стол (7) с контрольно-измерительной аппаратурой (6-8). Для создания условий газификации жидкого азота в сосуде Дьюара (2) используется кипятильник с блоком управления и арматурой (3). При нагревании кипятильника (3) в сосуде Дьюара (2) происходит кипение жидкого азота, обеспечивая интенсивную газификацию последнего и подъем давления в сосуде. Далее газообразный азот при необходимом давлении подаётся из сосуда Дьюара (2) через вентиль (10) в вихревую трубу (1), установленную на специальной стойке (4). Контроль за давлением в системе обеспечивается с помощью манометров (9), установленных на газовом редукторе баллона (3), на сосуде Дьюара (2) и непосредственно на входе в вихревую трубу (1).
Номер журнала Вестник науки №5 (26) том 5
Ссылка для цитирования:
Венгер К.П., Деджи Т.С.Л. ГАЗИФИКАЦИЯ ЖИДКОГО АЗОТА В ТУННЕЛЬНОМ СКОРОМОРОЗИЛЬНОМ АППАРАТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ // Вестник науки №5 (26) том 5. С. 199 - 206. 2020 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/3190 (дата обращения: 20.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2020. 16+