90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems”




Название90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems”
страница3/4
Дата конвертации31.10.2012
Размер0.52 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4

Development of Science Intensive Cryogenic Technologies, Technological Lines and Creation of Experimental-Industrial Manufactures on Its’ Basis, Adapted to Industrial Conditions of Kazakhstan

  1. S. Drobyshev

Al-Farabi Kazakh National University,

Laboratory of cryogenic physics and criotechnologies


Low temperature technologies are used in all developed countries more and more during last decades. It is connected, first of all, with fact that physics-mechanical properties of substances sharply change in low temperatures, which allow to use previously inapplicable methods in the process of its’ treatment and reprocessing. Technological spectrum, in which these new technological methods found a place, is exclusively wide, from space technologies to recycling of agricultural products.

Kazakhstan has several large cryo-agent factories. Though its’ vector of industrial activity is directed to satisfaction of basic factories’ demands. Typical example of this kind of factories is factory in Temirtau, which limits itself to acquisition of liquid oxygen for integrated iron-and-steel works, while associated products (nitrogen, argon) are not used. So, at present moment for Kazakhstan it is urgent to create a scientific-technological basis for development and implementation of cryogenic technologies.

At present moment a number of large factories in Almaty start an implementation of foreign technologies with usage of liquid nitrogen. These are branches of such companies as Pepsi-Cola, Coca-Cola, Gold-Product, Maslodel and others. Scientific-technological park of al-Farabi Kazakh National university developed and implemented cryogenic systems of maintenance of technological processes at this factories, which now are successfully used. Moreover, Technopark accomplishes shipment of liquid nitrogen to this factories, as from self production and from other cities of Kazakhstan, which considerably increase costs of production. Besides liquid nitrogen several factories, medical among them, lack oxygen, which shipment and storing in liquid form is economically reasonable. It sufficiently decrease costs of final product – gaseous oxygen, and decrease operational risks. This way, development of contemporary science intensive cryogen technologies, including pilot production of liquid nitrogen, oxygen and argon, their adaptation to industrial conditions in Kazakhstan will provide resource base for development of wide spectrum of technological lines of raw materials processing, agricultural products and people’s vital functions waste products.

The most effective directions of cryotechnologies’development are:

- Development of technology and creation of line of welding gas mixtures production on the basis of argon and carbon dioxide. Consumers – building industry;

- Development of technology and creation of line in processing of previously used tyre casings. Directin of implementation is transport, road building and sport buildings;

- Development of technology and creation of line in fast freezing of agricultural products and food, processing of food;

- Development of technology and creation of pilot factory of metal powder with different degree of dispersion – electronic industry and mechanical engineering;

- Development of technology and creation pilot systems of gas supplying for medical organizations’ needs – medicine;

- Development of technology and lines of cryodestruction processing of agricultural products – food industry;

- Production of liquid oxygen, nitrogen and argon – gas supplying of food industry and industry.

Effective realization of these directions is impossible without qualified specialists, who have large experience in cryotechnologies’ implementation. Thereupon Kazakhstan partners count on support and collaboration of their colleagues from the largest technical and scientific-technological University of Russia – n. Bauman Moscow High technical University.


УДК 615.832,97:616-006


НОВЫЕ БИОИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ХИРУРГИИ


Буторина А.В., Воздвиженский И.С., Архаров А.М., Матвеев В.А., Мороз В.Ю., Сарыгин П.В., Рубаненко Е. П., Поляев Б. А.

Российский Государственный медицинский университет

Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана

Институт хирургии им. А.В.Вишневского РАМН


Modern Bioengineering Technologies Applied to Surgery

Doctor of Medical Science, Prof. A.V. Butorina, Doctor of Medical Science, Prof. I.S. Vozdvizhenskiy, Doctor of Science, Prof. A.M. Arkharov, Doctor of Science, Prof. V.A. Matveev, Doctor of Medical Science, Prof. V.Yu. Moroz, Doctor of Medical Science, Prof. P.V. Sarygin, E.P. Rubanenko, DPh, Doctor of Medical Science, Prof. B.A. Polyaev

Russian State Medical University, Bauman MSTU, RAMS A.V. Vishnevskogo Surgery institute

Moscow, Russia


Последний век ушедшего тысячелетия принес человечеству многие достижения в науке и технике - атомную энергетику, космонавтику, компьютерные технологии, генную инженерию. Но и увеличение числа различных врожденных заболеваний у детей, и появление новых болезней, лечение которых представляет собой огромную проблему для современной медицины. Но, как сказал великий русский ученый И.П.Павлов «Моя вера - это вера в то, что счастье человечеству даст прогресс науки».

В последние годы, большое распространение в различных областях медицины и детской хирургии получил криогенный метод лечения. Еще великий Гиппократ писал «Холод и помогает и убивает ...». Клиника детской хирургии располагает опытом лечения более 300 тысяч детей с гемангиомами, в возрасте от новорожденности до 14 лет. Вероятно, универсального метода лечения гемангиом нет и быть не может. И хотя морфологические данные явно свидетельствуют в пользу опухолевой природы гемангиом, наличие простых и эффективных хирургических и парахирургических методов лечения приводит к положительному результату.

Из ныне существующих методов лечения, наиболее эффективным методом лечения простых гемангиом является локальная криодеструкция. Успех лечения достигнут в 99,9% случаев. Очень важной стороной лечения - является получение хороших косметических и эстетических результатов, благодаря особенностям регенерации кожи после криогенных вмешательств (органотипическая регенерация). С другой стороны, создаются условия для сохранения кожного покрова, особенно на лице, имея в виду последующие пластические и реконструктивные операции. Не менее значимо и то, что благодаря этой методике сохраняются неповрежденными нервы, мышцы, контуры специфичных тканей, особенно на лице.

В реальной хирургической практике криохирургия имеет определенные ограничения, связанные с пределом возможной деструкции крупных образований. Использование мощной криогенной техники не всегда приводит к успеху, остается группа больных, где после криодеструкции погибает лишь поверхностная часть патологического образования, а глубокая продолжает расти. В клинике совместно с инженерами разработан способ усиления криогенной деструкции путем предварительного воздействия на область локального замораживания микроволнами сверхвысокочастотного электромагнитного поля (СВЧ ЭМП). Методика предварительного облучения области замораживания СВЧ-полем с последующей криодеструкцией, позволяет усилить разрушающие способности низкой температуры в 4-6 раз по глубине и в 50 раз по объему, по сравнению с криогенной деструкцией и сохраняет, при этом все полезные свойства локального низкотемпературного разрушения. Многолетний опыт лечения позволяет считать, что при глубокорасположенных опухолях метод криодеструкции с предварительным СВЧ-облучением весьма перспективен, так как позволяет избежать операции, сокращает сроки лечения и позволяет добиться хорошего результата (98%).

Наибольшие трудности для лечения представляет группа детей с сосудистыми опухолями сложной анатомической локализации, особенно околоушной области, лица и шеи. Разработан подход к диагностике и лечению такой патологии, заключающийся в обязательной ангиографии, эмболизации питающего сосуда и последующего криогенного, СВЧ-криогенного или комбинированного лечения.

С успехом применяется методика локальной СВЧ-гипертермии больших и сложных гемангиом. Среди основных преимуществ методики являются: отказ от хирургического вмешательства, сохранность функций лицевого нерва и отсутствие отеков.

Проблема лечения пигментных пятен является весьма актуальной для хирургии. Но, так как главная задача лечения сосудистых пятен у детей состоит в устранении имеющегося от рождения косметического дефекта, показания к проведению лазерного лечения определяются индивидуально. Для лечения больных с капиллярными дисплазиями применялся лазер на парах меди с длиной волны 578 нм, частотой 10 кгц и мощностью на конце световода до 4 вт. Лечение начиналось с подбора проб. Применялся ручной режим работы «точка за точкой». За один сеанс обрабатывался участок площадью не более 20 кв.см. Для ускорения процессов заживления после лазерного воздействия и профилактики образования рубцов больные получали курс низкоэнергетической лазерной терапии (гелий-неоновый лазер).

Лазерная терапия сосудистых повреждений кожи представляется весьма альтернативной, до сих пор применявшимся методам. Ее решающее преимущество состоит в том, что с помощью одной и той же техники можно лечить все типы сосудистой патологии, а так же на любой стадии заболевания, что до сих пор было практи­чески невозможно

На базе системного технического подхода, предполагающего учёт теплофизических свойств биологических тканей в широком диапазоне параметров и основных характеристик лазерного, низкотемпературного и высокотемпературного воздействия, решена проблема разработки теоретических основ создания аппаратуры и технологий ее применения.

Накоплен уникальный опыт клинического применения (свыше 700 наблюдений) сложно-составных микрохирургических и биоинженерных технологий в сочетании с острым и хроническим растяжением тканей, позволяющим эффективно устранять обширные рубцовые дефекты. Применение современных биоинженерных технологий позволило добиться приживления трансплантантов свыше 94,5% случаев, закрытие раневого дефекта и восстановление функции в 100% случаев, возвращая пациента к социальной и трудовой жизни от 50 до 70%, в зависимости от реконструируемой области.


ПРИМЕНЕНИЕ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССАХ ПОЛУЧЕНИЯ ТАЛОЙ ВОДЫ.

Аспирант Данилов К.Л.1, к.т.н., проф. Акулов Л.А.1, ведущий инженер Борискин В.В.2, к.ф-м.н., ген.директор Фокин Г.А.2


1.Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9. Тел. (812) 315-05-48, e-mail:dom83@yandex.ru

2. ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург, 196128, Санкт-Петербург, ул. Варшавская, 3. Тел. (812) 329-39-84, e-mail: gfokin@spb.ltg.gazprom.ru


Аннотация

Исследован характер изменения физико-химических свойств талой воды от скорости замораживания. Констатируется факт экстремального смещения ряда параметров, связываемых с биоактивностью, в области криогенных температур. Предложены и обсуждаются технологические схемы практической реализации производства талой воды, основанные на процессах утилизации холода регазификации СПГ и энергии давления сжатого природного газа магистральных газопроводов.


Интерес к талой воде, как потенциально биоактивной среде, в научном сообществе возник ещё в первой половине прошлого века. В 60-х - 80-х годах эффект положительного воздействия талой воды на животные и растительные объекты отмечался в ряде работ.

В качестве определяющих факторов биостимуляции предложено рассматривать пониженный уровень содержания в талых водах дейтерия, растворённых газов, а также природных поллютантов, включая соединения токсилогического ряда. Выдвинуты гипотезы о возможной причастности к стимуляции метаболизма изменения «структурных» свойств жидкости, смещения окислительно-восстановительного потенциала, генерации в жидкости активных форм кислорода, изменения кислотно-щелочных свойств, каталитической активности.

В настоящей работе уточнено влияние скорости замораживания водной среды на изменение перечисленных показателей, характеризующих потребительские качества получаемой талой воды. Отмечен факт их значительного изменения в области малых и высоких скоростей замораживания.

Применительно к организации массового производства более предпочтительной выглядит область параметров, отвечающая высоким скоростям замораживания – криогенная область температур.

С учётом высокого уровня энергозатрат на получение талой воды (фазовые переходы жидкость - твёрдое тело – жидкость), предложены схемные решения процесса, базирующиеся на энергосберегающих технологиях утилизации холода регазификации сжиженного природного газа (СПГ) и энергии давления сжатого природного газа магистральных газопроводов. В последнем случае для интенсификации процесса сжатый природный газ перед подачей в установку производства талой воды подвергается энергоразделению в вихревой трубе.

Рассмотренные подходы имеют неоспоримое преимущество перед типовыми решениями задачи, основанными, в частности, на циклах с однократным дросселированием, позволяя, в случае СПГ, увеличить реальную холодопроизводительность процесса не менее чем в 20 раз. Из-за крайне ограниченного объёма оборота СПГ в России, головной образец установки производства талой воды решено создать, базируясь на технологии утилизации энергии давления сжатого природного газа. Опытно-промышленное производство продукции намечено на 2011 год.


Danilov K.L.1, Akulov L.A.1, Boriskin V.V.2, Fokin G.A.2

USE OF CRYOGENICS IN THE PRODUCTION OF DEFROST WATER

1. St. Petersburg State University of Refrigeration and Food Engineering, 191002, St. Petersburg, Lomonosov Str. 9. Tel. (812) 315-05-48, e-mail: dom83@yandex.ru

2. «Gazprom transgas Sankt-Petersburg», LLC, Sankt-Petersburg, Russia, Varshavskaya Str. 3. Tel. (812) 329-39-84, e-mail: gfokin@spb.ltg.gazprom.ru


Annotation

Character of physical and chemical change of snowmelt properties dependent on freeze-on time has been investigated. There was stated the fact of extreme shift in a number of characteristics, connected with bioactivity, in the sphere of cryogenic temperatures. Snowmelt production state-of-the-practice process diagrams based on the process of gas pressure energy utilization of cross country gas pipe-line and regasification LNG were suggested and discussed.


УДК 621.565.3

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МАЛОТОННАЖНЫХ УСТАНОВОК ОЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ЭНТРОПИЙНО-СТАТИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

д.т.н., проф. Архаров А. М., д.т.н., проф. Архаров И. А., к.т.н. Лавров Н. А., Красноносова С. Д., Колобова А. Н.

МГТУ им. Н. Э. Баумана, Россия, Москва


Методами энтропийно-статистического анализа исследованы созданные в последние годы схемы малотоннажных установок для ожижения природного газа (метана – CH4), которые работают в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге и Китае.


RESULTS OF INVESTIGATION OF SMALL CAPACITY PLANTS FOR NATURAL GAS LIQUEFACTION APPLYING AN ENTROPY AND STATISTICAL METHOD

Doctor of Science, Prof. A. Arkharov; Prof. I. Arkharov; N. Lavrov, DPh; S. Krasnonosova,

  1. Kolobova

Bauman MSTU, Moscow, Russia

The schemes of small capacity plants for natural gas liquefaction (methane –CH4) operating in Moscow, St. Petersburg, Ekaterinburg (Russia) and in China were analyzed applying the method of an entropy and statistical analysis.


РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ПРОПАНО-ПРОПИЛЕНОВОЙ СМЕСИ РЕКТИФИКАЦИОННЫМ МЕТОДОМ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОСОБО ЧИСТОГО ПРОПИЛЕНА ЧИСТОТОЙ 99,992%.

Архаров И.А., Навасардян Е.С.

В статье приводятся результаты расчетов процесса ректификации, выполненные для исходного состава пропано-пропиленовой смеси: пропилен (0.996) – пропан (0.04) и продукционного пропилена состава: пропилен (0.99992) – пропан (0.00008). В статье также рассмотрена предлагаемая принципиальная рабочая схема блока разделения с расчетными параметрами для контура конденсатора и куба колонны.


CALCULATION RESEARCHES OF MODES OF PROPAN-PROPYLENE MIXTURE SEPARATION BY RECTIFYING METHOD FOR PRODUCTION OF 99.992% SUPER HIGH PURITY PROPYLENE

Arkharov I.1, Navasardyan E.1, Armelagos J.2

1 Moscow State Technical University named after N.E. Bauman

2American Gas Group

Propylene occupies an almost unique position as a chemical raw material, in that it is produced economically only as a by-product or co-product from refinery operations or ethylene manufacture. In chemical industry there are several methods of propylene production at significant fraction of propane (usually 0.04). Today polypropylene is needed as a commercial product for production of which propylene of high purity is required; so, propylene (0.99992) is more expensive in comparison with 0.996 one. The paper deals with calculation of rectification method of separation of propylene-propane mixture for 0.99992 propylene obtaining. Calculation and research of propane-propylene mixture rectification is executed in HYSYS program (HYSYS 3.2. is a non commercial license version of Bauman Moscow State Technical University)


УДК 533.81

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ РАСТВОРЁННОГО В НЕЙ ГАЗА ПРИ БАРБОТАЖЕ

Н.А. Лавров, Е.А. Скорнякова

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия г. Москва,2-ая Бауманская ул.д.5, т.8-499-263-68-25, lavrov@power.bmstu.ru

Аннотация статьи

Представлена физическая и математическая модель тепломассообменных процессов при очистке низкотемпературной жидкости от растворённого в ней примесного газа при барботаже через эту жидкость газа того же вещества, что и чистая жидкость. Проведены оценки временных интервалов основных процессов: испарения части жидкости в пузырь при охлаждении пузырей, свободного всплытия пузыря, диффузии растворённого примесного газа из жидкости в пузырь. С использованием данной модели проведены расчёты очистки жидкого неона от растворенного в нем гелия для разных значений начального радиуса пузыря, высот столба жидкости и объёмной скорости подаваемого газообразного неона и проанализирована зависимость общего относительного количества подаваемого газообразного неона от этих величин.


Н.А. Лавров, Е.А. Скорнякова

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ ОТ РАСТВОРЁННОГО В НЕЙ ГАЗА ПРИ БАРБОТАЖЕ

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия г. Москва,2-ая Бауманская ул.д.5, т.8-499-263-68-25, lavrov@power.bmstu.ru


Очистка жидкости от растворённого в ней газа часто осуществляется с помощью барботажной колонны, в которой через жидкость пропускаются пузыри газа, того же вещества, что и чистая жидкость. При этом происходит диффузия растворенного в жидкости примесного газа в пузыри подаваемого газа и испарение жидкости в пузырь. При моделировании этих процессов необходимо решить сопряженную задачу тепломассообмена при всплытии пузырей. Целесообразно проанализировать по отдельности и оценить временные интервалы трех основных процессов: теплообмена при охлаждении пузырей, диффузии растворённого примесного газа в пузырь и всплытия пузыря.

Оценочные расчеты для таких газов и жидкостей, как гелий, водород, азот, кислород; высоты слоев жидкости порядка одного метра и начального радиуса пузыря до 5мм показали, что временной интервал теплообмена ( 10-7 – 10-5 с) на несколько порядков меньше временного интервала полной диффузии (10-2 – 102 с) и временного интервала всплытия пузыря (10-2 – 10 с).

Поэтому данную задачу можно решить в следующей последовательности. Первоначально рассчитывается процесс охлаждения пузыря независимо от диффузии, а затем – сам процесс диффузии, в котором за начальный принимается радиус пузыря, охлаждённого до температуры жидкости с учётом испарения жидкости в пузырь.

По данной методике были проведен расчет очистки жидкого неона от растворенного в нем гелия. Проведенные расчеты показали, общее относительное количество подаваемого газообразного неона практически не зависит от объёмной скорости подаваемого газообразного неона, а определяется только начальным радиусом пузыря и высотой столба жидкости. При радиусах пузыря до 6мм зависимость от высоты столба жидкости практически отсутствует, это связано с тем, что время полной диффузии гелия из жидкости в пузырь до предельного значения (~ 0,5 с) меньше времени всплытия пузыря (~ 10 с). Для радиусов пузыря более 6мм время полной диффузии превышает время всплытия и пузыри покидают жидкость не полностью насыщенные гелием. При этом большей высоте столба жидкости соответствует меньшее количество подаваемого газообразного неона, вследствие увеличения времени всплытия и более продолжительному процессу диффузии.


N.A.Lavrov, E.A. Skorniakova

PURIFICATION OF FLUIDIZED GASES FROM THE SOLUTED GAS UNDER BARBOTAGE PROCESSES MODELING

MSTU n.a.N. Bauman, Russia, Moscow,2-nd Bauman street,5, ph.8-499-263-68-25, e-mail: lavrov@power.bmstu.ru

Abstract

Are presented heat and mass processes physical and mathematical models of purification fluidized gases from soluted gas under barbotage through fluidized gases of gas bubbles, having the composition such that pure liquid. Estimations are done for main processes: evaporation of liquid during bubbles cooling, bubble floating-up in liquid, diffusion of impurity soluted gas from liquid to bubbles.

The liquid neon purification from soluted helium calculations are made using this model for difference values of initial bubble radius, liquid height and supplied gaseous neon volume velocity. Supplied gaseous neon overall relative amount dependence is analyzed from those values.

N.A.Lavrov, E.A. Skorniakova

PURIFICATION OF FLUIDIZED GASES FROM THE SOLUTED GAS UNDER BARBOTAGE PROCESSES MODELING

MSTU n.a.N. Bauman, Russia, Moscow, 2-nd Bauman street, 5, ph.8-499-263-68-25, e-mail: lavrov@power.bmstu.ru


Purification of liquid from soluted gas often is executed by barbotage column. In this device gaseous bubbles float up through liquid with soluted gas. Bubble gas has the composition such that pure liquid. Diffusion of impurity soluted gas from liquid to bubbles and evaporation of liquid during bubbles cooling occur in bubble floating-up in liquid. Those processes modelling is heat and mass complex problem during bubble floating-up. It is separately analyzed and estimated temporary interval of three main processes: heat exchange during bubbles cooling and evaporation of liquid, diffusion of impurity soluted gas from liquid to bubbles and bubble floating-up.

Estimation calculations for such gases and liquids as helium, hydrogen, nitrogen and oxygen; one meter liquid height and initial bubbles radius up to 5 mm show that temporary interval of heat exchange ( 10-7 – 10-5 sec) is substantially smaller as temporary interval of diffusion of impurity soluted gas (10-2 – 102 sec) and temporary interval of bubble floating-up (10-2 – 10 sec).

So this problem is solved in following sequence. Initially bubbles cooling process is calculated independently from diffusion process. After diffusion process is calculated. For this process initial bubbles radius is equal bubbles radius having liquid temperature and taking account of evaporation of liquid into bubbles.

The liquid neon purification from soluted helium calculations are made using this model. Calculations show that supplied gaseous neon overall relative is weak function of supplied gaseous neon volume velocity. It is strong function of initial bubbles radius and liquid height . For initial bubbles radius up to 6 mm it is not dependence from liquid height as time of full diffusion of impurity soluted gas (~ 0,5 sec) is smaller that bubble floating-up time (~ 10 sec). For initial bubbles radius less than 6 mm the time of full diffusion of impurity soluted gas is more that bubble floating-up time. In this case the bubbles leave the liquid non total saturated by helium. It is need lees quantity supplied gaseous neon for large liquid height, as bubble floating-up time is increasing and diffusion time is increasing too.


Роль скорости массопередачи на характеристики АВРУ (КБА) для получения азота.

А.А.Казакова, Ю.В.Никифоров

Москва, «МГТУ им.Н.Э.Баумана», 2-ая Бауманская ул., 5 кафедра «Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» (Э4)

E-mail: 2367817@mail.ru


В настоящее время востребованы автономные, с относительно простой технологией, установки для производства азота и кислорода небольшой и средней производительности. Этим требованиям удовлетворяют АВРУ (КБА) установки.

Если в установках для получения кислорода используют адсорбенты, обладающие селективностью по термодинамическому фактору, то адсорбционные установки для получения азота работают по кинетическому фактору. При расчетах циклических процессов, ранее, основное внимание уделялось стадии адсорбции, а стадии десорбции, особенно процессам кинетики уделялось недостаточное внимание. В работе показано, что в установках для получения азота, стадия десорбции является определяющим фактором. Показано, как длительность стадии десорбции влияет на выбор оптимальных габаритов аппаратов и на достижение оптимальных удельных энергозатрат.

Кроме того, в работе показано, что наш подход важен и для производства кислородных установок, особенно с увеличением их производительности по кислороду. Известно, что удельные энергозатраты в напорных схемах кислородных установок в 2-3 раза выше, чем в выкуумно-напорных и вакуумных, поэтому оптимальный выбор характеристик вакуумного насоса может оказать заметное влияние на значения затрат и параметров установок.


The Role of Mass Transfer Rate on Characteristics of Air-Separation Plant (PSI) for Getting Nitrogen.

A.A Kazakovа, Yu Nikiforov

Moscow, MSTU named after N. E. Bauman, Bauman Street 2/5. Department of Refrigeration, Cryogenic Techniques and Comfort Life Support Systems (Е4).

E-mail: 2367817@mail.ru


Today there is an urgent demand for stand-alone installations - that an installation is for the production of nitrogen and oxygen with small and medium productivity and possessing a relatively simple technology. Air-separation plant (PSI) fit such requirements.

Installations for the production of oxygen use adsorbents which in their turn posses have selectivity for the thermodynamic factor, whereas the adsorption nitrogen installations use the kinetic factor. During the calculation of cyclic processes, there was a tendency to focus on the adsorption stage, and little attention was paid to the stage of desorption and to processes of kinetics. In my research it is shown that the stage of desorption is of foremost importance in the installations for getting nitrogen. My research also focuses on how the duration of the stage of desorption influences the selection of optimal dimensions of devices and helps to achieve optimum energy consumption.

What is more my research demonstrates the importance of our approach to the production of oxygen installations, especially with the increase of productivity of oxygen. It is known that energy consumption in pressurized circuits oxygen plants is twice or three times higher than in vacuum pump and vacuums, therefore the optimal choice of the characteristics of a vacuum pump can have a noticeable effect on the value of the costs and installation options.


ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА, КРИОГЕННАЯ ТЕХНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИЯ –

ТРИ КИТА, НА КОТОРЫХ ДЕРЖИТСЯ МИР ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

С.Б. Нестеров


ФГУП “НИИ Вакуумной Техники им. С.А. Векшинского”,

Российская Федерация, 117105, Москва, Нагорный проезд, 7,

тел.: 8(499)123-43-08,

e-mail: sbnesterov@niivt.ru.


В работе рассмотрены примеры высокотехнологичных устройств и проектов, в которых одновременно «работают» криогеника, вакуумная техника и нанотехнология.


S.B. Nesterov


Vacuum technology, cryogenic technology and nanotechnology – tree whales holding the world of high technologies


Federal State Unitary Enterprise “Vekshinski State Research Institute of Vacuum Technology”

7, Nagorny passage, Moscow, Russian Federation, 117105

Tel. 8 (499) 123 43 08

e-mail: sbnesterov@niivt.ru


The samples of high technology devices and designs are viewed where cryogenics, vacuum technology and nanotechnology are working simultaneously.


На рисунке приведено условное трехмерное пространство в безразмерных координатах. По осям отложены температура, давление и размер. Область, соответствующая низким температурам (< 4.2 К), высокому вакууму (< 10-3 Па) и субмикронным размерам (< 1 мкм) соединена символической пружиной с началом координат. Криогенщики и вакуумщики прекрасно знают, с каким трудом дается каждый последующий порядок по мере уменьшения температуры и давления. Но с другой стороны, чем больше будет растянута эта символическая пружина, тем в более экзотическую область мы попадаем. Известно, что наиболее интересные эффекты наблюдаются на стыке различных наук и технологий.





Условное трехмерное пространство.

В работе рассмотрены примеры высокотехнологичных устройств и проектов, в которых одновременно «работают» криогеника, вакуумная техника и нанотехнология.

  • Молекулярная нанотехнология

  • Низкотемпературная высоковакуумная микроскопия

  • Твердотельные преобразователи энергии на основе термоэлектрических материалов

  • Вакуумный туннельный диод

  • Нанокриогеника

  • Мембранные технологии

  • Добыча 3Не на Луне

  • Компрессор Кнудсена

Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского, которому 63 года, позиционируется сегодня как ведущее предприятие России в области вакуумной науки, техники и технологии и готов выступить в качестве базовой площадки для объединения предприятий, организаций, ученых и специалистов, специализирующихся в криогенике, вакуумной технике и нанотехнологии.

На основании вышеизложенного можно с уверенностью сказать, что мир высоких технологий опирается на трех китов – криогенику, вакуумную технику и нанотехнологию.


Литература

  1. Архаров А.М. Инженерная криология на рубеже веков. Холодильная техника. 2007, № 1, с. 20 – 30.

  2. Нестеров С.Б., Романько В.А., Андросов А.В. Области применения вакуумной техники. М.: ОМР. ПРИНТ. 2009. – 108 с.

  3. Публикации сотрудников ФГУП «Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского» за период 2001 – 2010 г.г. М.: НОВЕЛЛА. 2010. -50 с.

  4. Абрютин В.Н., Нестеров С.Б., Романько В.А., Холопкин А.И. Перспективы создания высокоэффективных термоэлектрических материалов из нанопорошков. – М.: НОВЕЛЛА, 2010. – 102 с.

  5. Нестеров С.Б., Романько В.А., Хазипов А.И. Применение нанотехнологий. – М.: ОМР.ПРИНТ, 2009. – 180 с.

  6. Нестеров С.Б. Криогенная техника, вакуумная техника и нанотехнология – три кита, на которых держится мир высоких технологий. Холодильный бизнес. 04.2007. с. 36 – 39.



Литература

  1. Архаров А.М. Инженерная криология на рубеже веков. Холодильная техника. 2007, № 1, с. 20 – 30.

  2. Нестеров С.Б., Романько В.А., Андросов А.В. Области применения вакуумной техники. М.: ОМР. ПРИНТ. 2009. – 108 с.

  3. Публикации сотрудников ФГУП «Научно-исследовательский институт вакуумной техники им. С.А. Векшинского» за период 2001 – 2010 г.г. М.: НОВЕЛЛА. 2010. -50 с.

  4. Абрютин В.Н., Нестеров С.Б., Романько В.А., Холопкин А.И. Перспективы создания высокоэффективных термоэлектрических материалов из нанопорошков. – М.: НОВЕЛЛА, 2010. – 102 с.

  5. Нестеров С.Б., Романько В.А., Хазипов А.И. Применение нанотехнологий. – М.: ОМР.ПРИНТ, 2009. – 180 с.

  6. Нестеров С.Б. Криогенная техника, вакуумная техника и нанотехнология – три кита, на которых держится мир высоких технологий. Холодильный бизнес. 04.2007. с. 36 – 39.



ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА В ОБЪЕКТАХ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Проф. д.т.н. Смородин А. И., Тарабакин Д. А.

МГТУ им. Н. Э. Баумана


В работе представлены экспериментальные данные по влиянию озона на изоляцию электротехнических материалов и на биологические объекты.


Investigation of the Possibility of Combined Use of Ozone in Objects of Rrefrigeration Engineering


A.I. Smorodin, Prof., Cand. Sc. (Tech.), D.A. Tarabakin, Bauman MSTU

The experimental data on the effect of ozone on the electrical material insulation and on biological objects are presented in the paper.


Анализ влияния неравновесного теплообмена на эффективность ПКХМ

Паркин Алексей Николаевич (ОАО «ВНИИхолодмаш-Холдинг», 127410, г.Москва, т./ф.(495) 707 07 27, parkin@vniikholodmash.ru)


Parkin Aleksei (JSC VNIIKHOLODMASH-HOLDING, 127410, Moscow,

tel./fax (495) 707 07 27, parkin@vniikholodmash.ru


ANALYSIS OF NONEQUILIBRIUM HEAT TRANSFER INFLUENCE ON VCRM

EFFICIENCY

В настоящем докладе даётся количественная оценка влияния неравновесного теплообмена в аппаратах одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ), предназначенной для охлаждения некоторой среды и использующей в качестве рабочего тела неазеотропную смесь. Приводятся результаты энтропийного анализа структуры дополнительных затрат работы на компенсацию роста энтропии в основных необратимых процессах рассматриваемой холодильной машины, даются рекомендации к выбору рабочих тел для минимизации дополнительных затрат. Результаты указывают на преимущества применения неазеотропных смесей в задачах непрерывного охлаждения.

This report provides a quantitative assessment of the influence of non-equilibrium heat transfer in the apparatus of a single-stage vapor compression refrigeration machine (VCRM), designed to cool a medium and using as a working body zeotropic mixture. The entropy analysis results of the additional costs structure to compensate the growth of entropy in basic irreversible processes of this cooling machine are given, recommendations for the choice of working fluids by mean of additional costs minimization also provided. Results indicate the advantages of zeotropic mixtures in purpose of continuous cooling.

По некоторым данным на долю техники низких температур в настоящее время приходится до 15% потребления общего количества вырабатываемой в мире электрической энергии, что не даёт спокойно обходить вопрос повышения энергетической эффективности, как вновь разрабатываемых, так и уже существующих холодильных установок (ХУ).

Разнообразие методов совершенствования ХУ затрудняет выбор конкретного направления, для обоснования решения о применении того или иного метода оптимизации требуется определить критерий и выработать методику его определения. Один из таких критериев предлагает анализ установки с позиций классической термодинамики, Первого и Второго её начал. В данном методе критерием выступает степень термодинамического совершенства, которая в сочетании со структурой дополнительных затрат работы на компенсацию роста энтропии в необратимых процессах; позволяет оценить перспективность усовершенствования того или иного узла установки.

В соответствии с выбранной методикой, выполнен анализ влияния потерь от необратимого теплообмена в аппаратах простейшей ХУ, работающей по обратному циклу Ренкина. Задачей данного анализа было дать простой подход к оценке дополнительных затрат на компенсацию необратимого процесса теплообмена рабочего тела ХУ, имеющего постоянную температуру, и низкотемпературного источника тепла, меняющего температуру в процессе охлаждения. В реальных установках подобный процесс реализуется в испарителях ХУ, рабочими телами которых являются чистые вещества (R22, R134a и т.п.), предназначенных для охлаждения некоторых сред. Методом исключения этой составляющей потерь является замена рабочего тела ХУ на неазеотропную смесь (R4xx), имеющую температурный глайд, совпадающий с величиной температурного эффекта охлаждения в рассматриваемой установке. Теоретический результат повышения эффективности ХУ, введением подобной меры, получен в ходе данной работы.

Влияние данного фактора оценивается сравнением показателей идеального цикла с показателями цикла, содержащего единственный необратимый процесс, таким циклом в данном случае является обратный цикл Карно. Для обоих циклов выводятся величины холодильных коэффициентов (εК и ε), после чего вычисляется степень термодинамического совершенства ηt цикла Карно к циклу Лоренца, позволяющая судить о значимости рассматриваемого вида потерь в данных условиях.



Ключевые точки рассматриваемых циклов и обозначения температур видны из рисунка, далее дано графическое изображение представленной зависимости, позволяющее сделать некоторые выводы.



Из графика видно, что влияние рассматриваемого необратимого процесса на эффективность системы, тем более высоко, чем:

  • Больше относительное изменение температуры охлаждаемого тела τа;

  • Ниже температура, достигаемая охлаждаемым телом, – τ.

Полученные данные позволяют ясно судить о значимости данной составляющей дополнительных энергетических затрат в классическом парокомпрессионном цикле ХУ. Полученные зависимости позволяют определять теоретический предел эффективности обратного цикла в задачах охлаждения.


УДК 615.832.9

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА АППАРАТУРЫ Д ЛЯ ОБЩЕГО КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Баранов А. Ю., Савельева А. В., Сидорова А. Ю.

СПбГУНиПТ, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9

Работы по теме “Техника и технология общей криотерапии” ведутся в СПбГУНиПТ около 25 лет.

Можно выделить три основных направления исследований:

  1. Разработка, обоснование, оптимизация и интенсификация технологии общей криотерапии;

  2. Разработка исполнительных устройств для реализации технологии общей криотерапии;

  3. Разработка систем криостатирования исполнительных устройств криотерапевтических установок.


Технология общей криотерапии.

Анализ литературы по теме показал, что первые 15-20 лет установки для общей криотерапии – криотерапевтические комплексы производились и эксплуатировались без разработки физической теории метода. Основные параметры процесса: температура и продолжительность охлаждения объекта общего криотерапевтического воздействия (ОКВ) подбирались эмпирически в условиях ограничений накладываемых выбором способа криостатирования. Итогом такого подхода стало постепенное снижение эффективности криотерапевтических комплексов (КТК), которое привело к стагнации данного направления криогенной медицины в странах ЕС.

Для поиска эффективных технологических решений в СПбГУНиПТ в сотрудничестве с СПб медицинской академией постдипломного образования была разработана физическая теория криотерапии. Строгая постановка тепловой задачи ОКВ позволила создать математическую модель объекта ОКВ и провести многоплановый вычислительный эксперимент, по выбору и обоснованию технологических параметров процесса, температуры газа и продолжительности охлаждения. Рекомендованные значения параметров стали основой для разработки отечественных КТК.


Конструкция исполнительного устройства КТК

Математическая модель объекта ОКВ позволила сделать обоснованный выбор между одноместными и многоместными КТК. Доказано что многоместные КТК не полностью соответствуют технологическим требованиям эффективного ОКВ. Организация криотерапии по групповой схеме приводит к снижению лечебного эффекта в 3-4 раза, поэтому единственным перспективным направлением в конструировании систем для ОКВ являются индивидуальные системы. Была разработана математическая модель исполнительного устройства КТК, которая позволила моделировать процесс ОКВ с учетом дополнительного подвода теплоты от конструктивных элементов. Исследована энергетическая эффективность различных конструкций индивидуальных КТК. Определены величины тепловой нагрузки на систему криостатирования исполнительного устройства. При средней тепловой нагрузке от 6 до 8 кВт в работе исполнительного устройства отмечены периоды, когда суммарный подвод теплоты к системе охлаждения возрастал до 20-25 кВт. Разработаны рекомендации по снижению потерь холодопроизводительности за счет оптимального подбора отделочных материалов и совршенствования конструкции исполнительно устройства.


Выбор способа криостатирования исполнительного устройства КТК

Сведения о величины тепловой нагрузки и уровне криостатирования исполнительного устройства КТК позволили ограничить перечень низкотемпературных циклов, пригодных для использования в индивидуальных КТК. В современных условиях криогенные квазициклы с использованием жидкого азота являются единственным рентабельным способом криостатирования КТК. По мере роста пропускной способности установок можно ожидать перехода систем криостатирования от жидкостных циклов к циклам турбохолодильной машины.

Из-за значительной тепловой нагрузки затраты жидкого азота в индивидуальных КТК составляют от 4 до 20 кг на процедуру. Выбор рациональной схемы отвода теплоты к криоагенту оказывает определяющее влияние на работоспособность и рентабельность КТК. В индивидуальных установках для передачи теплоты используются контактные теплообменные устройства, которые отличаются малой тепловой инерцией и низкой себестоимостью. В СПбГУНиПТ разработана схема криостатирования комплекса с регенерацией потока теплоносителя, которая обеспечивает утилизацию 90% теплоотводящей способности криоагента. Система криостатирования этого типа покрывает импульсные тепловые нагрузки до 40 кВт на уровне 140К. Перенос теплоты из исполнительного устройства в контактный теплообменник обеспечивает циркуляционный газовый поток.


Интенсификация технологии общей криотерапии

В СПбГУНиПТ выполнены исследования по оценке потенциала метода ОКВ. Показано что величина основного потребительского параметра КТК так называемое эффективное время может быть увеличено на порядок по сравнению с лучшими современными образцами.

На математической модели объекта Окв выполнены исследования подтвердившие возможность технической реализации технологии интенсивной криотерапии.


Baranov A., professor; Saveleva A., postgraduate student;

Sidorova A., postgraduate student

SCIENTIFIC BASIS OF DESIGN AND PRODUCTION OF EQUIPMENT FOR GENERAL CRYOTHERAPEUTIC EFFECT

Saint Petersburg State University of Refrigeration and Food technologies, St Petersburg, Lomonosova Street, 9, (812) 498-28-26, krion.spb@rambler.ru

Abstract

Research work on the topic “methods and technologies of general cryotherapy” takes place in the Saint Petersburg State University of Refrigeration and Food Technologies for about 25 years. There are three main research directions: cryotherapeutic technology optimization, kriosauna’s cabin design development, and cooling system effectiveness improvement.

Research in the area of technology enabled scientists to estimate the optimal values of gas temperature and cooling-down period.

It has been proved that cabins designed for individual procedures in a greater degree correspond to the general cryotherapy tasks. Cooling load values which average from 6 to 8 kW were defined. In the work of the system were noted periods when the total heat supply to the cooling system increases up to 20-25 kW. There were developed some recommendations about reduction of cold production losses because of optimal selection of decoration materials and executive mechanism design improvement.

It has been proved that the only cost effective method of kriosauna’s cabin cooling is cryogenic cycles with using of liquid nitrogen. Liquid nitrogen consumption in individual cryotherapeutic systems is estimated from 4 to 20 kg per one procedure. Schema of system’s cryostatting with coolant stream regeneration was developed in Saint Petersburg State University of Refrigeration and Food Technologies; this schema provides 90% recovery of cryoagent cooling efficiency.
1   2   3   4

Похожие:

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconCatalogue automatic controls for refrigeration plant and air conditioning systems. Dinfoss, Denmark

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconRefrigeration, Air Conditioning and Heat Pumps

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconAshrae – American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers, Inc

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconHra 122 air conditioning mechanical systems

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconDepartment of Biological Systems Engineering

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconDepartment of energy systems engineering course description and practice

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconDepartment of energy systems engineering course description and practice

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconDepartment of energy systems engineering course description and practice

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconElectrical & Computer Engineering Department
Expert’s Services for Supporting the Directorate of Highway Maintenance of the General Secretariat of Public Works in Projects related...

90th Anniversary of the bmstu e4 Department “Refrigeration and Cryogenic Engineering, Air Conditioning and Life Supporting Systems” iconElectrical & Computer Engineering Department
Expert’s Services for Supporting the Directorate of Highway Maintenance of the General Secretariat of Public Works in Projects related...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница