Методи інтенсифікації теплообміну в біогазових реакторах

МЕТОДИ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ТЕПЛООБМІНУ В БІОГАЗОВИХ РЕАКТОРАХ

IMETHODS OF INTENSIFICATION OF HEAT EXCHANGE IN BIOGAS REACTORS

Сторінки: 254-259. Номер: №3, 2022 (309)  
Автори:
ФІНИК І. В.
Вінницький національний технічний університет
https://orcid.org/0000-0003-3254-9236
e-mail: Finyk_Ira@i.ua
Iryna FINYK
Vinnytsia National Technical University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-309-3-254-259

Анотація мовою оригіналу

Розглянуто методи інтенсифікації теплообміну в біогазових реакторах при використанні альтернативних джерел енергії. Запропоновано розподіл за класами активних і пасивних методів інтенсифікації теплообміну. Виділено три найефективніших методи інтенсифікації теплообміну: метод турбулізації потоку в пристінних зонах, заснований на цілеспрямованому штучному створенні невеликих вихрових пристінкових зон, що є джерелом додаткової турбулізації потоку; метод закрутки потоку всередині витих овальних труб і при продольному та поперечному обтіканні щільно упакованих пучків витих труб і стержнів; метод керованого відриву прикордонного шару при поперечному обтіканні пучків труб за допомогою створення на них турбулізаторів. Визначено, що на практиці найбільш ефективним є використання комбінованих методів інтенсифікації. Важливими умовами при виборі методу інтенсифікації теплообміну є: величина допустимих енергозатрат на інтенсифікацію теплообміну і вид наявної для цього енергії; конкретизація задачі інтенсифікації теплообміну в конкретному класі обладнання; технологічність виготовлення обладнання з інтенсифікацією теплообміну, доступність при закупівлі та довговічність в експлуатації обладнання; характер розподілу, структура теплових потоків і температурних полів, в яких виникає потреба інтенсифікації теплообміну. Запропоновано основний економічний показник інтенсифікації процесу теплообміну в обладнанні – економічна ефективність процесу, тобто процес повинен бути економічно вигідним. З вищесказаного випливає, що не може розглядатися інтенсифікація теплообміну ізольовано від необхідних витрат енергії. Визначальним критерієм оптимізації прийнято ефективність процесу теплообміну при заданому рівні енерговитрат на перекачування робочого середовища через обладнання. Особливе значення має інтенсифікація теплообміну під час використання газоподібних робочих середовищ, для яких характерні зниження інтенсивності процесів теплообміну та високі витрати енергії на подолання опорів при перекачуванні газів. Завдання інтенсифікації теплообміну зазвичай зводяться: до зменшення габаритів та маси теплообмінних пристроїв; до зниження температурного тиску, тобто до зниження температури стінок при заданій температурі теплоносія або до підвищення температури теплоносія при заданій температурі стін. Зменшення товщини тепло передаючої стінки і підвищення її теплопровідності, а також запобігання відкладень забруднення на стінці є очевидними ознаками інтенсифікації теплообміну.
Ключові слова: інтенсифікація теплообміну, біогазовий реактор, альтернативне джерело енергії.

Розширена анотація англійською  мовою

Proposed research method intensification of heat exchange in biogas reactions using alternative energy sources. The distribution of active and passive methods of heat exchange intensification is determined. The three most effective methods of heat exchange intensification are identified: the method of flow turbulence in the adjacent areas, based on purposeful artificial creation of small dry wall zones, which is the source of additional flow turbulence; the method of flow winding inside the twisted oval tubes and at longitudinal and transverse winding of tightly packed beams and tubes; the method of controlled break-out of the boundary layer at transverse tubulars by creating turboblicators on them. It is determined that in practice the most effective is the use of combined methods of intensification. The important conditions for choosing the method of heat exchange intensification are: the amount of permissible energy costs for heat exchange intensification and the type of energy available for this energy; the task of heat exchange intensification in a particular class of equipment; the technological capacity of equipment with heat exchange intensification, availability at purchase and durability in operation of equipment; the nature of distribution, structure of thermal flows and temperature fields, in which there is a need for intensification of heat exchange. The main indicator of intensification of the heat exchange process in the equipment is found – the efficiency of the process, that is, the process should be economically profitable. From the above it appears that the intensification of heat exchange can’t be considered isolated from the necessary energy costs. The determining criterion of optimization is the efficiency of the heat exchange process at a given level of energy consumption at transfer of the working environment through the equipment. Heat exchange intensification during use of gaseous working environments is of particular importance, for which characteristic reduction of intensity of heat exchange processes and high energy consumption for removal of supports at pumping of gases is characteristic. Tasks of heat exchange intensification are usually set: to reduce the size and weight of heat exchange devices; to decrease the temperature pressure, i.e. to decrease the temperature of the walls at the given temperature of heat carrier or to increase the temperature of heat carrier at the given temperature of walls. Reduction of thickness of heat transfer wall and increase of its thermal conductivity, as well as prevention waste contamination on the wall is an obvious method of intensification of heat exchange.
Keywords: heat exchange intensification, biogas reactor, alternative energy source.

Література

1. Ратушняк, Г. С. Джеджула В.В., Інтенсифікація біоконверсії коливальним перемішуванням субстрату. Вінниця, Україна: УНІВЕРСУМ, 2008, 117 с.
2. Ратушняк Г. С., В. В. Джеджула, Енергозбереження в системах біоконверсії. Вінниця, Україна: УНІВЕРСУМ, 2006. – 87 с.
3. Горшенин А. С. Методы интенсификации теплообмена. Самара, Россия: Самар.гос.техн.ун-т, 2009, 82 с.
4. Белозерцев В.Н. и др. Интенсификация теплообмена. Самара, Россия: Самарский университет, 2018, 208 с.
5. Куріс Ю. В., Червоний І. Ф., Біогазові технології. Енергетичні та екологічні аспекти. Запоріжжя, Україна: ЗДІА, 2010, 489 с.
6. Жукаускас А. А., Калинин Э. К., Ред., Интенсификация теплообмена. Успехи теплопередачи 2. Вильнюс, Литва: Мокслас, 1988, 189 с.
7. Тихонравов В.С.,Ресурсосберегающие биотехнологии производства альтернативных видов топлива в животноводстве. М: Росинформагротех, 2011, 52 с.
8. Семененко И. В. Проектирование биогазовых установок. Украина, Сумы: “Мрия-1”, 1996, 347 ст.
9. А.Г. Веденев, Т.А. Веденева, Руководство по биогазовым технологиям. Бишкек, Кыргызстан: «ДЭМИ», 2011, 84 ст.
10. Семененко И.В., Зинченко М.Г. Оборудование и процессы метанового сбраживания органических отходов– Украина, Харьков : НТУ «ХПИ», 2012, 272 ст.
11. Financial support of industrial enterprise’s innovative directions of energy saving : Monograph [Electronic resource] / І. Yu. Yepifanova, V. V. Dzhedzhula. Vinnytsia: VNTU, 2022. 138 p.

References

1. Ratushniak, H. S. Dzhedzhula V.V., Intensyfikatsiia biokonversii kolyvalnym peremishuvanniam substratu. Vinnytsia, Ukraina: UNIVERSUM, 2008, 117 s.
2. Ratushniak H. S., V. V. Dzhedzhula, Enerhozberezhennia v systemakh biokonversii. Vinnytsia, Ukraina: UNIVERSUM, 2006. – 87s.
3. Horshenyn A. S. Metodы yntensyfykatsyy teploobmena. Samara, Rossyia: Samar.hos.tekhn.un-t, 2009, 82 s.
4. Belozertsev V.N. y dr. Yntensyfykatsyia teploobmena. Samara, Rossyia: Samarskyi unyversytet, 2018, 208 s.
5. Kuris Yu. V., Chervonyi I. F., Biohazovi tekhnolohii. Enerhetychni ta ekolohichni aspekty. Zaporizhzhia, Ukraina: ZDIA, 2010, 489 s.
6. Zhukauskas A. A., Kalynyn Э. K., Red., Yntensyfykatsyia teploobmena. Uspekhy teploperedachy 2. Vylnius, Lytva: Mokslas, 1988, 189 s.
7. Tykhonravov V.S.,Resursosberehaiushchye byotekhnolohyy proyzvodstva alternatyvnыkh vydov toplyva v zhyvotnovodstve. M: Rosynformahrotekh, 2011, 52 s.
8. Semenenko Y. V. Proektyrovanye byohazovыkh ustanovok. Ukrayna, Sumы: “Mryia-1”, 1996, 347 st.
9. A.H. Vedenev, T.A. Vedeneva, Rukovodstvo po byohazovыm tekhnolohyiam. Byshkek, Kыrhыzstan: «DЭMY», 2011, 84 st.
10. Semenenko Y.V., Zynchenko M.H. Oborudovanye y protsessы metanovoho sbrazhyvanyia orhanycheskykh otkhodov– Ukrayna, Kharkov : NTU «KhPY», 2012, 272 st.
11. Financial support of industrial enterprises innovative directions of energy saving : Monograph [Electronic resource] / I. Yu. Yepifanova, V. V. Dzhedzhula. Vinnytsia: VNTU, 2022. 138 p.