Procesna tehnika 2

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 3 ZAKLjUČAK

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