Вспомогательное оборудование для ВД

[POLE]

2 минуты назад, Олег6 сказал:

надо осадить совсем маленькую энергию убегающих в насос паров

не стоит забывать, что пролетают пары с низкой температурой конденсации (ниже чем у охлаждающей воды). Отсюда и фреоновые ловушки.

Но можно поиграться с электростатическим осаждением. Заряжать частицы пара  на высоковольтных электродах и садить на холодную стенку с противоположным зарядом. У кого руки чешутся?

[Олег6]

10 минут назад, POLE сказал:

не стоит забывать, что пролетают пары с низкой температурой конденсации (ниже чем у охлаждающей воды). Отсюда и фреоновые ловушки.

а что же конденсируется в теплом масле вак насоса?

[Юнга]

1 час назад, POLE сказал:

А почему дельта температур должна быть разной? ИМХО дельта ниже 10С для атмосферы норм и для вакуума.

При вакуумной перегонке я пользуюсь твоим методом( при Р=3,7-4 кПа):

•   режим прямотока - температура паров на входе в конденсатор 25-29С; температура воды входящей в конденсатор 12,5-14С; Д=29-14=15С
• режим укрепления - температура паров на входе в конденсатор 18 -18,5С;температура воды входящей в конденсатор 12,5-14С; Д=18,5-14=4,5С

Таким образом, диапазон изменения Д{4.5 - 15} C,  поэтому если в арсенале нет автономной системы охлаждения, то для увеличения мощности конденсатора на вакууме остаётся только один параметр - это увеличение расхода охлаждающей жидкости через конденсатор(массы воды в единицу времени), но и этот параметр имеет ограничение для вакуума  в зависимости от конструкции(трубка -диаметр, кожух - площадь поперечного сечения) по предельно доаустимой скорости движения воды.

 

При перегонке  в условиях атмосферного давления, то здесь другая ситуация может быть:

• в режиме прямотока - температура паров на входе в конденсатор 78,4 - 90С(взял за начало диапазона отбора температуру испарения спирта, а температуру окончания диапазона - на шару, из-за отсутствия опыта атмосферной дистилляции) температура воды входящей в конденсатор 90-14С; Д=90-14=76С
• в укрепления - температура температура паров на входе в конденсатор 78,4 -79,С; температура воды входящей в конденсатор 12,5-14С; Д=79-14=65С

Таким образом, диапазон изменения при атмосферной дистилляции Д{65 - 76} C. 

Получается, что  один и тот  же конденсатор при разных давлениях и одном и том же расходе воды способен утилизировать тепловую мощность ( по крайним значениям диапазонов 76С/15С = 5) в пять раз больше на атмосферном давлении, если ему позволяет  это сделать площадь теплопередающей поверхности.  Конечно, расход воды через конденсатор может быть в 5 раз меньше на атмосфере, чем на вакууме при утилизации одной и той же мощности.

[Asus]

3 часа назад, POLE сказал:

после входа в конденсатор пар должен снизить скорость за счет расширения в пространстве и столкнуться с холодной стенкой

Олег,  в вакууме пар не может снизить скорость иначе, чем через потерю кинетической энергии (потери на излучение не учитываю) в результате контактно-механического теплообмена с холодной стенкой.

У пара три составляющие скорости: 1. поступательная; 2 тангенциальная; 3 броуновская.

Первые две связаны с геометрией холодильника, третья с температурой пара. И поэтому нас интересует только п.1 и п.2. как легко изменяемые конструктивом.

Задача конструирования конденсатора сводится к разработке его геометрии, позволяющей получить максимум т.о. контактов молекул пара в единицу времени.

Если же взять один и тот же конденсатор и сравнительно использовать его в атмосфере и на вакууме, то легко можно увидеть, как его эффективность будет прямо зависеть от поступательной (почти ламинарной) линейной скорости пара.

В единицу времени есть огромная разница между контактным, массово-объёмном взаимодействием и планарным, и зависит она больше от конструктива, чем от разницы температур пара и стенки т.о. Эта разница в пределе может быть  равна разнице температур для испарения и конденсации среды, и она ничтожно мала.

Гораздо важнее скорость теплопереноса жидкости в холодильнике и её теплоёмкость.

И в этом плане будет хорош холодильник из меди (с элементом пельтье?), составленный из двух, вертикальных вставленных друг в друга горизонтальных "гребёнок" радиатора.

Пар снизу подаётся между их охлаждающими рёбрами,  а конденсат через гидрозатвор отводится из замкнутой вакуумной системы любым доступным методом.

Такой холодильник лучше классического змеевика тем, что он может быть полностью разборным и легко чиститься при нужде.

Изменено 26 мая, 2021 пользователем Asus

[Юнга]

5 часов назад, Asus сказал:

из двух, вертикальных вставленных друг в друга горизонтальных "гребёнок" радиатора.

Эскиз не помешал бы, а то не понятно какие всё таки гребёнки вертикальные или горизонтальные?

5 часов назад, Asus сказал:

с элементом пельтье?

КПД элемента Пельтье?

5 часов назад, Asus сказал:

Если же взять один и тот же конденсатор и сравнительно использовать его в атмосфере и на вакууме, то легко можно увидеть, как его эффективность будет прямо зависеть от поступательной (почти ламинарной) линейной скорости пара.

Тогда нужно обеспечить одинаковые перепады температур пара и охлаждающей жидкости на входе в конденсатор и с одинаковым расходом жидкости при этом, а к кубу пожвести одинаковую мощность и посмотреть. Думаю, что мы увидим возможность снизить расход воды.

5 часов назад, Asus сказал:

У пара три составляющие скорости: 1. поступательная; 2 тангенциальная; 3 броуновскаостия.

Если скорость 1 и 2 можно отнести к пару как к телу, то скорость 3,  наверное можно отнести к  молекулам из которого состоит пар(тело).

Изменено 26 мая, 2021 пользователем Юнга

[Rudy]

Ну скорость пара можно легко оценить в сравнении со скоростью пара при атмосфере. Если параметры и мощность вакуумной установки те же, что и атмосферой (та же скорость массопереноса), то скорость пара обратно пропорциональна отношению давлений. Т.е. если снижаем давление в 10 раз, то скорость пара соответственно будет больше в 10 раз.

 

А вот с конденсацией пара интереснее. Есть куча расчетов, но они чисто эмпирические. Не то, что я в этом деле специалист, но и думал и делал железо (правда для атмосферы)  Вот несколько общих соображений, которые могут быть полезны.

 

Пусть мимо стенки холодильника проходит поток пара. Что происходит - пар, касающийся стенки, конденсируется, и около стенки образуется вакуум. Из-за этого поток пара отклоняется к стенке (прижимается к ней), касается ее и конденсируется. Т.е. эффективная работа конденсатора обусловлена образованием вакуума вблизи охлаждающей поверхности.

 

Конденсируется только пар, контактирующий с поверхностью. Кроме вакуума, образующегося вблизи поверхности, можно использовать и центробежный эффект  - закрутить пар в трубке или поставить поверхность, резко отклоняющую направление струи пара. Тогда появляется дополнительная центробежная сила, прижимающая пар к стенке трубы - соответственно эффективность конденсатора возрастет. Это проверено на прямоточном конденсаторе "труба в трубе". Установка закручивающего пар "шампура" в трубу заметно улучшает его эффективность и увеличивает температуру "проскока" пара. Как вариант - подача пара по касательной почти перпендикулярно к оси трубы конденсатора как в "циклоне". Сужение корпуса "циклона" по направлению к выходу также дает неплохой эффект - количество пара по направлению к выходу снижается (конденсация), а скорость его вращения растет. 

 

Конденсации мешает пленка флегмы на стенке холодильника - ухудшается теплопроводность. Конструкция холодильника должна обеспечить быстрое стекание флегмы со стенок в сборник и, желательно, вне потока пара. Мне кажется, что именно это является основным ограничителем мощности охлаждения.

 

И еще - для вакуумной установки перепад давлений на входе и выходе конденсатора нужно минимизировать, т.е. длинная труба не подходит.

 

Изменено 26 мая, 2021 пользователем Rudy

[Asus]

1 час назад, Rudy сказал:

Конденсации мешает пленка флегмы на стенке холодильника - ухудшается теплопроводность

Олег, плёнка флегмы, как таковая, будет на охлаждющей поверхности всегда, это зона контактной конденсации, и уменьшить до молекулярной толщины нельзя в принципе.

Можно говорить только о допустимом градиенте температур между её поверхностью и активной поверхностью конденсатора.

Как она влияет на эффективность охлаждения, будучи сама зоной вторичной, но, конденсации? Я не знаю, динамический теплообмен считать сложно, а в статике работают только табличные теплопроводности.

Тем паче,  что зона конденсации - является зоной системно избыточного сверхвакуума и порождаемой им пристеночной молекулярной турбулентности, как ты справедливо указал. Но бороться надо и возможно только с застоем флегмы, что в вертикальных системах конденсации численно неактуально.

Изменено 26 мая, 2021 пользователем Asus

[Юнга]

3 часа назад, Rudy сказал:

И еще - для вакуумной установки перепад давлений на входе и выходе конденсатора нужно минимизировать, т.е. длинная труба не подходит.

Может быть я тебя неправильно понял насчёт входа и выхода из конденсатора?  Дело в том, что при вакуумной дистилляции  мы используем  концевой холодильник (с отбором по жидкости) в качестве конденсатора, поэтому мы имеем только вход пара в конденсатор, а вот выхода по пару нет(если не считать вакуумную трубку или "ТСА" у атмосферщиков).  Т.е. может быть, в таком случае нужно говорить не о длине трубы, а о длине пути который пройдёт пар вдоль охлаждающей поверхности до момента его конденсации - чем короче этот путь тем эфффективнее конденсатор?

3 часа назад, Rudy сказал:

Установка закручивающего пар "шампура" в трубу заметно улучшает его эффективность и увеличивает температуру "проскока" пара.

В конструкции моего конденсатора эта опция присутствут  - внутри холодного колокола(кожуха) установлен холодильник Димрота(спираль из н/ж гофры), спираль  плотно прижата к стенкам колокола( к  центральному внутреннему трубопроводу холодильника с звзором 2-3мм)   - пар при этом вынужден проскакивать в зазоры образованные выступами гофры и кожухом, а так же центральным трубопроводом х-ка Димрота. У меня есть возможность отрегулировать игольчатыми кранами подачу охлаждающей жидкости отдельно в кожух и в х-к Димрота. Я проводил опыт, когда расход жидкости одинаков через кожух и х-к Димрота, в результате температура теплоносителя на выходе из кожуха была на 1С ниже, чем из холодильника Димрота(я уменьшил расход воды через кожух до сравнивания температур), поэтому у меня сейчас основной критерий при регулировании расхода воды через кожух и х-к Димрота - равенство температур на выходе из кожуха и х-ка Димрота.

Изменено 26 мая, 2021 пользователем Юнга

[Dekabrist]

Тепловое воздействие на молекулы пара начинается на расстоянии 1.5 - 2мм от поверхности конденсации. Т.е. в трубке внутренним диаметром 10мм пар значительной частью будет пролетать. Особенно при ламинарном режиме. Поэтому надо прижимать к стенкам. Пробовал я и "шампуры", помогает, но не радикально. Самым эффективным оказался кожухотрубник, труба 42, длина 40см,   16 трубок  ф5мм с внутренним ф 3.4 мм. Проскоки кончились.

[serv]

5 часов назад, Rudy сказал:

Как вариант - подача пара по касательной почти перпендикулярно к оси трубы конденсатора как в "циклоне". Сужение корпуса "циклона" по направлению к выходу также дает неплохой эффект - количество пара по направлению к выходу снижается (конденсация), а скорость его вращения растет. 

 

Конденсации мешает пленка флегмы на стенке холодильника - ухудшается теплопроводность. Конструкция холодильника должна обеспечить быстрое стекание флегмы со стенок в сборник и, желательно, вне потока пара. Мне кажется, что именно это является основным ограничителем мощности охлаждения.

Такая же мысль: закручивание потока пара по  охлаждаемой гиперболической спирали , с одновременным распылением в центр потока пара охлажденной  жидкости (создание центров конденсации) ,т.н. прямоточный конденсатор смешения.

Кроме того, стоит рассмотреть возможность совершения потоком пара какой-либо механической работы , это было бы самым эффективным способом отвода энергии.

Третья возможность-пористое тело (фильтр-влагоотделитель) в конце потока.

Для уменьшения переиспарения охлаждаемая крышка сборника конденсата и/или крышка, плавающая над слоем конденсата.

[Юнга]

8 часов назад, serv сказал:

Такая же мысль: закручивание потока пара по  охлаждаемой гиперболической спирали , с одновременным распылением в центр потока пара охлажденной  жидкости (создание центров конденсации) ,т.н. прямоточный конденсатор смешения.

Ты предлагаешь распылять в центр потока пара охлажденный спирт, чтобы он там вновь испарился?  Но ведь то же самое происходит с каплями  флегмы в конденсаторе, когда они встречаются с горячим паром - переиспарение, (т.е.центры конденсации там уже есть ).

8 часов назад, serv сказал:

стоит рассмотреть возможность совершения потоком пара какой-либо механической работы , это было бы самым эффективным способом отвода энергии.

Если мне не изменяет память, то механическая работа  - это произведение силы (приложенной к телу), перемещения тела(вызванного этой силой) и косинусом угла между векторами силы и перемещения(при прямолинейном движении) -Дж, при вращении тел - это момент - Н*м. Ты предлагаешь засунуть в конденсатор   паровую турбину, поршень, или разделительную мембрану, а может быть двигатель Стирлинга пристроим(можно подумать как)? Думаю, что эти действия могут привести к  повышению КПД конденсатора и усложнению его конструкции. Оправдано ли это, ведь часть работы при этом неизбежно будет израсходована на преодоление сил трения(что вызовет нагревание),  кроме того придётся повысить давление в кубе..., можем прийти к паровозу

Думаю, что повышениие эффективности теплообмена менее затратный путь, ведь в результате теплообмена  совершается такая же работа, т.к. изменяется энергия тела, поэтому если речь о повышении КПД конденсатора, то тогда нужно задуматься над полезным использованием низкотемпературного тепла от теплоносителя на выходе из конденсатора.

8 часов назад, serv сказал:

Третья возможность-пористое тело (фильтр-влагоотделитель) в конце потока.

Тремя руками "ЗА". Я эту мысль попытался реализовать у себя в конденсаторе - расположил н/ж мочалки в верхней точке конденсатора. Правда, у  Pole другой опыт применения подобного девайса  в его конденсаторе - мочалки оказались ржавеющими

8 часов назад, serv сказал:

Для уменьшения переиспарения охлаждаемая крышка сборника конденсата и/или крышка, плавающая над слоем конденсата.

Тогда крышка должна быть теплоизолирующей, но лучшее решение в борьбе с переиспарением - это перистальтический насос.

Изменено 27 мая, 2021 пользователем Юнга

[Юнга]

9 часов назад, Dekabrist сказал:

Самым эффективным оказался кожухотрубник, труба 42, длина 40см,   16 трубок  ф5мм с внутренним ф 3.4 мм.

Получается суммарная длина трубки 16шт*0,4м=6,4м , площадь поверхности теплопередачи S=(3,14*0,005² /4)*16*0,4=0.0001256м^2.(может ошибся проверьте).

Какую мощность подводимую к кубу на вакууме тебе удаётся утилизировать своим конденсатором и при каких параметрах(расход охлаждающей жидкости, Т,С теплоносителя на входе и Т,С паров на входе)?

Изменено 27 мая, 2021 пользователем Юнга

[serv]

13 минут назад, Юнга сказал:

Получается суммарная длина трубки 16шт*0,4м=6,4м , площадь поверхности теплопередачи S=(3,14*0,005² /4)*16*0,4=0.0001256м^2.(может ошибся проверьте).

Конечно ошибся. Сам найдешь?

[Dekabrist]

15 минут назад, Юнга сказал:

Какую мощность подводимую к кубу на вакууме тебе удаётся утилизировать своим конденсатором и при каких параметрах(расход охлаждающей жидкости, Т,С теплоносителя на входе и Т,С паров на входе)?

   Честно сказать никогда в подробности не вдавался, блох не считал. Плитка индукция 2кВт, реально 1.7     Разрежение 12-13 остаточного, температура в районе 50, чтоб дрожжи не варились. Вода на входе 15- 17С, на выходе в районе 40, расход около 50 л/ч. На атмосфере этот конденсатор при той же мощности прогревается где-то на 1/4 от всей длины.

[POLE]

19 часов назад, Юнга сказал:

При вакуумной перегонке диапазон изменения Д{4.5 - 15} C,

Снижение дельты в 3 раза говорит, что при укреплении в конденсатор пара проходит меньше. Грубо в 3 раза.

19 часов назад, Юнга сказал:

При перегонке  в условиях атмосферного давления, диапазон изменения при атмосферной дистилляции Д{65 - 76} C. 

Здесь другая картинка. Если мощности нагрева куба, режимы укрепления и отбора, расход воды одинаковые, то стоит поизучать. Если расчеты "на шару", то и сравнивать нечего.

 

19 часов назад, Asus сказал:

22 часа назад, POLE сказал:

после входа в конденсатор пар должен снизить скорость за счет расширения в пространстве и столкнуться с холодной стенкой

Олег,  в вакууме пар не может снизить скорость иначе, чем через потерю кинетической энергии (потери на излучение не учитываю) в результате контактно-механического теплообмена с холодной стенкой.

Не стоит забывать, что масса пара большая до попадания пара в конденсатор и соприкосновения его с холодной стенкой. Тут фактор броуновского столкновения значителен.

После конденсации львиной доли пара столкновение незначительно и главным будет фактор линейного движения. Фактор тангенциальной составляющей движение незначителен по сравнению с линейным

Поэтому конструкцию конденсатора рассматриваю из двух зон. В первой происходит конденсация 90% паров. Во второй остальные 10%.

Для эффективного удаления пленки конденсата хорошо подходит труба нежогофра. Для закручивания потока и изменения прямолинейности движения можно применить различные известные конструктивные решения в диффузионных вак насосах, циклонах, глушителях, клапане Теслы, турбинах и пр. Применяю прием изменения пути движения пара на 360 гр два раза.

Вопрос в стоимости изготовления. Для доулавливания во второй зоне самое простое РПН в выходной зоне из конденсатора. Но если на прямотоке будет ВК, то РПН забьется тв.частицами браги. Бывали такие случаи.

Остается нерешенным вопрос улавливания паров с температурой конденсации равной и меньше температуры хладогента в конденсаторе.

 

[Asus]

11 часов назад, Dekabrist сказал:

Тепловое воздействие на молекулы пара начинается на расстоянии 1.5 - 2мм от поверхности конденсации

Это интересное замечание или утверждение. Оно от практики или есть данные от физики?

У молекул есть длина свободного пробега до соударения между собой и именно она определяет глубину активной зоны в принудительном охлаждении.

Для спиртоводяного пара я данных не нашёл, а для воздуха имеются.

Но в любом случае, использование капиллярных труб в конденсаторах является пределом наших технологических возможностей.

 

16 минут назад, POLE сказал:

Остается нерешенным вопрос улавливания паров с температурой конденсации равной и меньше температуры хладогента в конденсаторе.

Есть такой вопрос, но и он решается конкретно. О парах каких примесей идёт речь? Эфиры?

[Dekabrist]

58 минут назад, Asus сказал:

Это интересное замечание или утверждение. Оно от практики или есть данные от физики?

   Алексей, был бы рад дать ссылку на источник, но хоть убей не вспомню. Прочитал на каком-то форуме, возможно эти цифры получены эмпирически, не знаю. Это меня заинтересовало, представил себе трубу диаметром метр с пролетающими парами и миллиметр, где сконденсируется всё сразу. Сделал, результат положительный. Теперь смотрю на кожухотрубники с трубками 10-12мм с недоумением, очень неэффективный теплообмен на вакууме.

[POLE]

1 час назад, Asus сказал:

О парах каких примесей идёт речь? Эфиры?

в том числе. Грубо смесь орг.веществ с температурой конденсации от 0 до 15С. Ниже думаю не стоит заморачиваться.

[Юнга]

2 часа назад, serv сказал:

Конечно ошибся. Сам найдешь?

@serv спасибо, на тебя одна надежда - ты всегда находишь ошибки

S=п*d*L= 3,14*0,005м*6,4м=0,1м²

[Asus]

3 часа назад, Dekabrist сказал:

Теперь смотрю на кожухотрубники с трубками 10-12мм с недоумением

Это очень хороший почин и пример.

*

У меня есть короткий кожухотрубник d76 x h130, который утилизирует 2 кВт при отборе по пару. Отличается от обычных он тем, что выход пара из трубок сверху упирается в заглушку, которая сама охлаждается от корпуса КТ.

Двумя сварными швами сверху ограничено расстояние от выхода трубок до дросселирующей заглушки. Очень красивое, в плане охлаждения, решение,

Этот КТ сделали для себя инженеры-теплотехники, трудившиеся на разработке и производстве систем для АПЛ в СССР. Подводники, короче.

Изменено 27 мая, 2021 пользователем Asus

[POLE]

15 минут назад, Asus сказал:

Этот КТ сделали для себя инженеры-теплотехники, трудившиеся на разработке и производстве систем для АПЛ в СССР. Подводники, короче.

А для чего они его сделали?

[Dekabrist]

29 минут назад, Asus сказал:

Это очень хороший почин и пример.

   Всё никак не соберу ещё один теплообменник, тут уже будет 21 трубка ф 4мм, стенка 0.3. Царга 1.5 дюйма, длина 25 см. Хочу соединить их последовательно, расход воды будет ещё меньше.

       

[POLE]

5 минут назад, Dekabrist сказал:

Всё никак не соберу ещё один теплообменник

Конденсатор или теплообменник?

Если конденсатор, то лучше сделать как у Морозова Александра. Пар подавать в межтрубное пространство.

[Dekabrist]

1 минуту назад, POLE сказал:

Конденсатор или теплообменник?

    Конденсатор, конечно. Это в дополнение к тому, что раньше выложил. Я их хочу паровозом состыковать. Тут уже конструкция определилась, пары в трубах.

[POLE]

7 минут назад, Dekabrist сказал:

конструкция определилась, пары в трубах.

На какую мощность нагрева в кубе рассчитываешь?