Uporaba toplotnih izmenjevalcev v postopku pranja

Transcript

1 Leonardo da Vinci Project Trajnostni razvoj v industrijskih procesih pranja 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Uporaba toplotnih izmenjevalcev v postopku pranja 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 1

2 Vsebina Osnove pri vračanju energije v pralne procese Štirje osnovni zakoni termodinamike Optimizacija toplotnih izmenjevalcev (vrsta pretoka, temperaturne razlike, masni pretok, itd.) Različne izvedbe toplotnih izmenjevalcev Primer: Kannegiesser toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Povzetek prednosti uporabe toplotnih izmenjevalcev 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 2

3 Učni cilji Na koncu tega modula boste: Imeli osnovno znanje o toplotnih izmenjevalcih v procesih pranja Poznali 4 osnovne zakone termodinamike Razumeli vpliv pretoka (npr. protitok/enosmerni tok, laminaren/turbolenten) na učinkovitost toplotnih izmenjevalcev Znali iz teoretičnih osnov uporabiti praktične napotke za optimiranje toplotnih izmenjevalcev Poznali različne izvedbe toplotnih izmenjevalcev in njihove možnosti za uporabo v pralnicah pri toplotni izmenjavi odpadne vode Poznali prednosti uporabe toplotnih izmenjevalcev v pralnih procesih 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 3

4 Nemška revija "Wirtschaftswoche",Avgust 26, 2004: Zemeljski plin Nafta Trdi premog Cena energije je od leta 1999 narasla za več kot 100%! 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 4

5 Kaj pomeni izraz vračanje toplote? Energija, ki se običajno v procesu izgubi, se v proces vrača s toplotnim izmenjevalcem. Osnovni izračun: Qdo= Qiz 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 5

6 Kako deluje vračanje toplote vi linijski pralni stroj? Zelo enostavno! Preden se vroča pralna kopel izčrpa v kanalizacijo, se v toplotnem izmenjevalcu ohladi, pri tem pa se sveža voda, ki teče v nasprotnem toku, segreje. 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 6

7 Koliko energije potrebne za pranje se lahko ponovno uporabi? Teoretično > 50 % V postopkih pranja se lahko vrača samo 40 do 45 % pralne kopeli, drugače bi temperatura predpranja presegala 40 C. Predpranje, ki poteka pri temperaturi višji od 40 C, lahko tudi povzroča večjo izkoriščenost. 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 7

8 Kako se preračuna vračanje toplote? Množimo temperaturno razliko obeh strani z volumen pretoka in specifično toplotno kapaciteto = KWh izhod. T1do: T1iz: dovod odpadne vode izhod odpadne vode prihranek = Q & kwh T2do: dovod sveže vode T2iz: izhod sveže vode ΛT = T do T iz Q & = ΛT c m& Q & = & FW Q odpadna _ voda 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 8

9 Nulti" zakon termodinamike Osnovni zakoni termodinamike Če je sistem A v termičnem ravnovesju s sistemom B in če je sistem B v termičnem ravnovesju s sistemom C, potem je sistem A v termičnem ravnovesju s sistemom C. Prvi zakon termodinamike Energija ne more biti ustvarjena niti uničena; lahko samo spremeni obliko. Drugi zakon termodinamike Dve telesi, ki imata različno temperaturo menjata toploto tako, da toplota potuje od toplejšega k hladnejšemu telesu. Tretji zakon termodinamike Temperatura enaka absolutni ničli (0 K) ni dosegljiva. 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 9

10 Drugi zakon termodinamike Toplota lahko potuje le od tekočine z višjo temperaturo do tekočine z nižjo temperaturo: Enosmerni tok Vir: Protitok 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 10

11 Enosmerni tok in protitok v toplotnih izmenjevalcih Temperatura T1 do T2do T1iz T2iz Temperatura T1iz T2do T1do T2iz (z T1do = 100% in T2do = 0%) 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 11

12 Laminarni in turbulentni tok v toplotnih izmenjevalcih Laminarni pretok Turbulentni pretok Glede na naraščajočo hitrost Turbulentni pretok Glede na obliko površine Značilnosti pretoka so odvisne od hitrosti pretoka, dolžine pretoka in viskoznosti tekočine ("Reynoldovo število") Laminarni pretok privede do slabše menjave toplote V toplotnih izmenjevalcih sta hitrost in dolžina pretoka omejeni zaradi tlačnih izgub Turbulenca je odvisna od oblike toplotnih izmenjevalcev 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 12

13 Optimirnano vračanje toplote T1do: dovod odpadne vode T2do: dovod sveže vode T1iz: izhod odpadne vode T2iz: izhod sveže vode T1: T1do -T1iz T2: T2iz -T2do Idealno vračanje toplote: T2iz = T1do Idealno vračanje toplote je mogoče le teoretično s protitok-običajen pretok, brez izgub v okolje in z neomejenim časom. Pri idealnih pogojih, kjer se vsa energija iz odpadne vode prenese v svežo vodo je T1 iz enak T2 do! pogoj za optimiranje toplotnega izmenjevalca: T1 = T2 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 13

14 Kaj to pomeni v praksi? Q = T x c x m Q sveža voda = Q odpadna voda (prvi zakon termodinamike) T sveža voda = T odpadna voda (kot smo videli prej) c sveža voda = c odpadna voda (toplotna kapaciteta za vodo = kj/kgxk) Zato je: m sveže vode = m odpadne vode Enake temperaturne razlike za svežo vodo in odpadno vodo so dosežene z enakim masnim pretokom v obe smeri. 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 14

15 Primer: Kannegiesser toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Meritve v pralnici: Vstop kopeli: 54.1 C Izhod kopeli: 36 C Izhod sveže vode: 38.5 C Vstop sveže vode: 21.4 C 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 15

16 Povzetek osnovnega znanja Za optimalno delovanje toplotnih izmenjevalcev morate zagotoviti, da: so smeri pretoka povezane v protitočni smeri so v tekočinah turbulence je na voljo velika površina za prehod toplote je masni pretok in temperaturne razlike v obeh smereh enake je na voljo čim več časa za izmenjavo toplote (npr. za pralne linije, zmanjšana hitrost izpiralnega pretoka v skoraj celotnem času cikla) 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 16

17 Vrste izmenjevalcev toplote Toplotni izmenjevalec z ogrodjem in tubo Lamelni toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Panelni toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec z rotirajočimi diski 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 17

18 Toplotni izmenjevalec z ogrodjem in tubo Hladen medij teče skozi ovojni del (lamele, ki spremenijo smer). Topel medij teče skozi tubo (enojna ali mnogokratna spirala). Dokazana tehnologija Zadovoljiva učinkovitost Zadovoljivo razmerje cena-učinek Neobčutljiv na udarce pri pretoku vode Ni primeren za onesnažene medije 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 18

19 Lamelni toplotni izmenjevalec Montaža profilnih lamel s prehodnimi odprtinami Menjava pretočnih kanalov skozi 180 zasuk lamele Optimalna učinkovitost izmenjave, majhna naprava Dobro razmerje cena-učinek Dobra učinkovitost Zelo fleksibilen in razširnjen Ni primeren za onesnažene medije 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 19

20 Panelni toplotni izmenjevalec Prehod toplote z uporabo termo plošč v obliki sendviča. Sendvič predstavlja dve plošči enakih mer, ki sta na določenih mestih spojeni Prilagodljivo oblikovanje Kompaktna oblika Zelo visoka učinkovitost Nizko vzdrževanje Uporaba v pralnicah Hlajenje odpadne vode s sočasnim segrevanjem sveže vode Nameščen ob linijskem pralnem stroju Nima povezave s krmiljenjem postopka pranja Razen: grelni traki za likalnike 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 20

21 Toplotni izmenjevalec z rotirajočimi diski Sveža voda zaradi delovanja tlaka potuje skozi notranje cevi, kjer se zaradi rotiranja potiska do diskov. Onesnažena voda poganja diske v nasprotnem toku Velike izmenjevalne površine Samočistilni rotor Visoka učinkovitost Kompaktna oblika Primeren za onesnaženo vodo Uporaba v pralnicah Priporočen s strani dobaviteljev kemikalij (OEM) Hlajenje odpadne vode s sočasnim segrevanjem sveže vode Nima povezave s krmiljenjem postopka pranja 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 21

22 Toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Sistem cev v cevi posebej prilagojen za uporabo v pralnicah Onesnažena voda potuje skozi valovito notranjo cev Sveža voda potuje v nasprotnem toku skozi prav tako valovito zunanjo cev. Enostavni deli Brez vzdrževanja, se ne obrabi Visoka učinkovit Ni mešanja materialov Neobčutljiv na udarce pri pretoku vode Primeren za onesnaženo vodo Vodoravna in navpična uporaba Povezan s krmiljenjem postopka pranja Dva glavna vzroka valovitosti obeh cevi: 1. Povečanje površine povečanje učinkovitosti 2. Pojav turbulence povečanje učinkovitosti; cevi so vedno čiste 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 22

23 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi notranja cev do Ø 114 mm (4 ) zunanja cev do Ø 154 mm (6 ) volumski pretok do 40 m³/h tlak obratovanja 6 do 40 bar kompaktna oblika Ni težav z umazanijo in nihanjem tlaka! 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 23

24 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Standardni toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec s kontrolirano temperaturo pretoka 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 24

25 Standardni toplotni izmenjevalec Izpiranje s svežo vodo Tlak 60 Sočasno črpanje in pretok vode 18 C sveža voda toplotni izmenjevalec Odpadna voda v kanalizacijo 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 25

26 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Izpust odpadne vode v ločen rezervoar. odpadna voda v kanalizacijo 60 sočasno črpanje in pretok vode 18 C sveža voda toplotni izmenjevalec Izpiranje Pogosta kontrola črpanja količine odpadne vode skozi toplotni izmenjevalec, ki mora biti enaka količini sveže vode v izpiralni coni, ki teče v nasprotnem toku. 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 26

27 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec z valovitimi cevmi Vstop pralne kopeli Izstop sveže vode Izstop pralne kopeli Izstop sveže vode Time Visoka učinkovitost glede na protitok 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 27

28 Kontrola toplotnega izmenjevalca Izpiranje s svežo vodo tlak Sočasno črpanje in pretok vode Sveža voda Odpadna voda v kanalizacijo Toplotni izmenjevalec 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 28

29 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Toplotni izmenjevalec s kontrolirano temperaturo izpiralnega pretoka Izbira in določitev temperature izpiralnega pretoka za vsak program pranja Osnovan na izhodni temperaturi toplotnega izmenjevalca, kontrola mešalnega ventila preračuna zahtevano količino sveže vode, ki zagotovi temperaturo izpiralnega toka za določen program. Sočasno črpanje in pretok vode Odpadna voda v kanalizacijo Sveža voda Toplotni izmenjevalec 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 29 39

30 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Primer 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 30

31 Kannegiesser toplotni izmenjevalec FAVORIT 2700 tehnologija nizke porabe 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 31

32 Kannegiesser toplotni izmenjevalec FAVORIT 2700 tehnologija nizke porabe Kapaciteta 300 kg/h Recikliranje vode za izkoriščanje energije iz odpadne vode Zmanjšanje temperature in ph vrednosti odpadne vode glede na nemške ATV-A 115 zahteve Zmanjšana poraba sveže vode do 80 % (4,0-8,0 L/kg) Zmanjšana poraba pare do 60 % z integriranim toplotnim izmenjevalcem 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 32

33 Kannegiesser toplotni izmenjevalec Povzetek PREDNOSTI: Sistemi vračanja toplote - splošno Nižja temperatura odpadne vode, izpolnjuje zakonske predpise boljši učinek izpiranja zaradi višje temperature izpiranja, ki bolje nabreka vlakna Boljše odvajanje vode, manjši ostanek vlage, krajši časi sušenja Prihranki zaradi nižje porabe energije pri postopkih sušenja 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 33

34 Kannegiesser zavoj pri toplotnem izmenjevalcu Povzetek PREDNOSTI: Kannegiesser Corrugated cevni toplotni izmenjevalec Visoka učinkovitost Enostavni sestavni deli, ni mešanja materiala Brez vzdrževanja, se ne obrabi Neobčutljiv na udarce pri pretoku vode in na nastanek usedlin Vodoravna in navpična uporaba Povezan s krmiljenjem postopka pranja 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 34

35 Kannegiesser zavoj pri toplotnem izmenjevalcu Povzetek PREDNOSTI: Kontrola temperature izpiralnega pretoka Individualne nastavitve temperature izpiranja za vsak program pranja Ni tveganja za prekomerno temperaturo ekstrakcije (mešana vlakna) Kontrola temperature v rezervoarju pri ekstrakcijski enoti Ni potrebno dovajati svežo vodo v prvem prekatu, zaradi previsoke temperature predpranja 5. Modul Energija v pralnicah Poglavje 4 Toplotni izmenjevalci 35