ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНИЙ СТЕНД ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ КОНДЕНСАЦІЇ ПАРИ ІЗ СУМІШІ З ПОВІТРЯМ В КАНАЛАХ ПЛАСТИНЧАСТОГО ТЕПЛООБМІННИКА

The article describes the formulation of an experiment to study the process of condensation of steam from a mixture with air in the canals of a plate heat exchanger. An experimental facility for the study of heat exchange processes in the channels of a plate heat exchanger was described and constructed. As a result of the work, five experimental samples were fabricated, welded using argon arc welding of corrugated plate packages. Were given all the geometric characteristics of welded packages. All measuring instruments used in the course of experiments and parameters taken with them are described. It was established that the experimental setup allows to study the process of condensation of water vapor from a mixture with air at stable preset values of the main operating parameters. A method for determining the main characteristics (medium and local) of the process of steam condensation from a vapor-gas mixture in the channels under study is presented. In the future, the experimental results obtained will be used to check the adequacy of mathematical models of the process of steam condensation from a vapor-gas mixture in the channels of plate heat exchangers with various forms of corrugation of heat transfer plates, as well as for accumulating statistical data of research in this topic. It is assumed that these studies will introduce plate capacitors for the chemical industry and other various sectors of the economy.В статье рассмотрена постановка эксперимента по изучению процесса конденсации пара из смеси с воздухом в каналах пластинчатого теплообменника. Была описана и построена экспериментальная установка для исследований теплообменных процессов в каналах пластинчатого теплообменника. В результате работ было изготовлено пять экспериментальных образцов, сваренных с помощью аргонодуговой сварки пакетов гофрированных пластин. Были приведены все геометрические характеристики сварных пакетов. Описаны все использованные в ходе экспериментов измерительные приборы и снятые с их помощью параметры. Установлено, что экспериментальная установка позволяет проводить исследования процесса конденсации водяного пара из смеси с воздухом при стабильных заданных значениях основных режимных параметров. Приведена методика определения основных характеристик (средних и локальных) процесса конденсации пара из парогазовой смеси в исследуемых каналах. В дальнейшем полученные экспериментальные результаты будут использованы для проверки адекватности математических моделей процесса конденсации пара из парогазовой смеси в каналах пластинчатых теплообменников с различной формой гофрировки теплопередающих пластин, а также для накопления статистических данных исследований в данной тематике. Предполагается, что данные исследования позволят внедрять пластинчатые конденсаторы для химической промышленности и других различных отраслей народного хозяйства.У статті розглянута постановка експерименту з вивчення процесу конденсації пари з суміші з повітрям в каналі пластинчастого теплообмінника. Була описана і побудована експериментальна установка для досліджень теплообмінних процесів в каналах пластинчастого теплообмінника. В результаті робіт було виготовлено п'ять експериментальних зразків, зварених з допомогою аргонодугового зварювання пакетів гофрованих пластин. Були наведені всі геометричні характеристики зварних пакетів. Описано всі використані в ході експериментів вимірювальні прилади і зняті з їх допомогою параметри. Встановлено, що експериментальна установка дозволяє проводити дослідження процесу конденсації водяної пари для суміші з повітрям при стабільних заданих значеннях основних режимних параметрів. Наведено методику визначення основних характеристик (середніх і локальних) процесу конденсації пари з парогазової суміші в досліджуваних каналах. У подальшому отримані експериментальні результати будуть використані для перевірки адекватності математичних моделей процесу конденсації пари з парогазової суміші в каналах пластинчастих теплообмінників з різною формою гофрування теплопередаючих пластин, а також для накопичення статистичних даних досліджень в даній тематиці. Передбачається, що дані дослідження дозволять впроваджувати пластинчасті конденсатори для хімічної промисловості та інших різних галузей народного господарства

ІННОВАЦІЙНІ НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ ХІМІЧНОЇ І ХАРЧОВОЇ ІНЖЕНЕРІЇ

The materials are presented to inform about the XVIII International Scientific and Practical Conference Integrated Technologies and Energy Saving "ITE-2018", Ukraine, in November 2018, which was initiated by representatives of the European Federation of Chemical Engineering (EFCE) and the Ukrainian Association of Chemical and Food Engineering (CFE-UA ) and is dedicated to the 85th anniversary of the establishment of the department of integrated technologies, processes and devices (ITPA) NTU «KhPI». A unique opportunity is provided for companies, organizations, teachers, researchers, members of EFCE and CFE-UA to contribute to the development and solution of modern and progressive scientific and technical issues related to chemical and food technology, as well as chemical engineering, in order to solve global tasks of modernity. The materials of the innovative developments of the department (ITPA) NTU «KhPI» are presented in the form of a unique interactive software package that allows you to design flow diagrams of complex heat exchange systems with energy consumption close to the thermodynamically reasonable minimum. The use of the developed methods also makes it possible to estimate the energy-saving potential and the potential to reduce harmful emissions not only from enterprises, but also from large industrial complexes.В статье приведена информация о ХVIII международной научно-практической конференции Интегрированные технологии и энергосбережение «ИТЭ-2018», Украина, в ноябре 2018, которая проведена по инициативе представителей Европейской федерации химической инженерии (EFCE) и Украинской ассоциации химической и пищевой инженерии (CFE -UA) и посвящена 85 годовщине со дня образования кафедры интегрированных технологий, процессов и аппаратов (ИТПА) НТУ «ХПИ». Предоставлена уникальная возможность для компаний, организаций, преподавателей, научных сотрудников, членов EFCE и CFE -UA внести свой вклад в развитие и решение современных и прогрессивных научных и технических вопросов, связанных с химической и пищевой технологии, а также химическим машиностроением, с целью решения глобальных задач современности. Представлены материалы инновационных разработок кафедры (ИТПА) НТУ «ХПИ» в виде уникального пакета интерактивного математического обеспечения, который позволяет проектировать технологические схемы сложных теплообменных систем с потреблением энергии, близкой к термодинамически обоснованному минимуму.У статті наведено інформацію про ХVIII міжнародну науково-практичну конференцію Інтегровані технології та енергозбереження «ІТЕ-2018», Україна, в листопаді 2018 року, яка проведена за ініціативою представників Європейської федерації хімічної інженерії (EFCE) і Української асоціації хімічної та харчової інженерії (CFE-UA) та присвячена 85 річниці з дня утворення кафедри інтегрованих технологій, процесів та апаратів (ІТПА) НТУ «ХПІ». Надана унікальна можливість для компаній, організацій, викладачів, науковців, членів EFCE  та CFE -UA внести свій вклад в розвиток і рішення сучасних і прогресивних наукових та технічних питань, пов'язаних з хімічною та харчовою технологіями, а також хімічним машинобудуванням, з метою вирішення глобальних завдань сьогодення. Представлено матеріали інноваційних розробок кафедри (ІТПА) НТУ «ХПІ» у вигляді унікального пакету інтерактивного математичного забезпечення, який дозволяє проектувати технологічні схеми складних теплообмінних систем зі споживанням енергії, що близька до термодинамічно-обґрунтованого мінімуму

Напрямки розвитку української асоціації хімічної і харчової інженерії

The materials are presented to inform CFE-UA that at its recent meeting in Florence, Italy, in April 2017, the Executive Board (charity trustees) of the European Federation of Chemical Engineering (EFCE) approved to welcome the Ukrainian Association of Chemical and Food Engineering (CFE-UA) as a full EFCE Member Society with voting rights. EFCE kindly invite Member Society the Ukrainian Association of Chemical Engineering representation in the EFCE Working Parties by nominating new delegates to the Working Parties. EFCE is a unique opportunity for companies, organizations and governments to contribute to the advancement and development of up-to-date and progress scientific and technical issues related to the field of Chemical Engineering and proposing solutions for global challenges. EFCE is regularity publishing an a newspaper.  The European Federation of Chemical Engineering (EFCE) are most welcome us to send for them information on CFE-UA society’s mission and recent/planned activities for publication in an a newspaper.В статье приведена информация о совещании во Флоренции, Италия, в апреле 2017 года Исполнительного совета (попечители благотворительных организаций) Европейской федерации химической инженерии (EFCE), который одобрил приветствие Украинской ассоциации химической и пищевой инженерии и обозначил CFE-UA в качестве членов EFCE с правом голоса. EFCE любезно приглашает членов Общества Украинской ассоциации в рабочие группы EFCE, выдвижение новых делегатов в Рабочую EFCE – уникальная возможность для компаний, организаций и правительств внести свой вклад в развитие и решение современных и прогрессивных научных и технических вопросов, связанных с химической и пищевой технологиями, а также химическим машиностроением, с целью решения глобальных задач. Европеская федерация химической инженерии EFCE регулярно публикует информационную газету, EFCE приглашает нас к отправке им информации о миссии в обществе CFE-UA и последних/запланированных мероприятиях для организации публикации в газете.У статті наведено інформацію про нараду у Флоренції, Італія, в квітні 2017 року Виконавчої ради (опікуни благодійних організацій) Європейської федерації хімічної інженерії (EFCE), яка схвалила вітання Української асоціації хімічної і харчової інженерії (CFE -UA) та визнала CFE -UA в якості членів EFCE з правом голосу. EFCE люб'язно запрошує членів Товариства Української асоціації в робочі групи EFCE, висування нових делегатів в Робочу EFCE – унікальна можливість для компаній, організацій і урядів внести свій вклад в розвиток і рішення сучасних і прогресивних наукових та технічних питань, пов'язаних з хімічної та харчової технологіями, а також хімічним машинобудуванням, з метою вирішення глобальних завдань. Європейська федерація хімічної інженерії EFCE регулярно публікує інформаційну газету, вона запрошує нас до відправки їм інформації про місію CFE-UA в суспільстві та останніх/запланованих заходах для організації публікації в газеті

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОВІДДАЧІ ТА ГІДРАВЛІЧНОГО ОПОРУ У СТРІЧКОВО-ПОТОЧНИХ КАНАЛАХ ПАНЕЛЬНИХ ПЛАСТИНЧАСТИХ ТЕПЛООБМІННИКІВ

The results of experimental investigation of heat transfer and pressure drop in waved-form channels of panel-plate heat exchangers are presented. The experimental pattern of panel-plate heat exchanger and experimental unit is described. The basic equations for film heat transfer and friction coefficient were obtained in dimensionless form. It is underlined that proposed construction of panel-plate heat exchanger is optimal for waste gaseous flows heat recuperation when another flow is liquid, for example, water flow. The original waved-form channel for gaseous flow is proposed. Such panel-plate heat exchangers will be an effective tool for use of high temperature waste heat integration in a number of processes and then for polluting emission decrease.Приведены результаты исследования теплоотдачи и гидравлического сопротивления в ленточно-поточных каналах панельных пластинчатых теплообменников Получены базовые зависимости в критериальной форме для расчета теплоотдачи и коэффициента гидравлического сопротивления единицы длины канала. Описана экспериментальная модель и экспериментальная установка. Отмечена важная роль пластинчато-панельных теплообменников в рекуперации тепла сбросных газовых потоков.Приведені результати дослідження тепловіддачі та гідравлічного опору у стрічково-поточних каналах панельних пластинчастих теплообмінників. Отримані базові рівняння у критеріальній формі для розрахунку тепловіддачі та коефіцієнту гідравлічного опору одиниці довжини каналу. Описана експериментальна модель та експериментальна установка. Відмічена важлива роль пластинчато-панельних теплообмінників у рекуперації тепла викидних газів

Optimal HEN with PHEs for Carbon Dioxide Capture by Amine Absorption Unit at Coal Fired Power Station

The CO2 capture processes are of growing interest to scholars in the struggle against global warming, and for the use of CO2 in the production of clean fuels, chemicals, plastics, and other materials. The post-combustion capture of carbon dioxide from flue gases with monoethanolamine (MEA) Absorption Desorption Unit (ADU) is studied with Process Integration methodology. The optimal structure of the Heat Exchanger Network (HEN) is determined. The study aims to find economically viable options for desorption column parameters by computer modelling and to evaluate the use of novel compact plate heat exchangers (PHEs) with intensified heat transfer. Based on a presented case study, the variation of temperature approach on rich/lean heat exchanger and its influence on heat consumption is discussed. The effect of minimal temperature difference in HEN on the investment cost and its energy efficiency is analyzed. It is shown that the optimal value of minimal temperature difference for HEN with PHEs is 7 °C, which is two times smaller than for HEN based on shell and tube heat exchangers. The use of PHEs in HEN ADU at the same or even smaller purchased cost of heat exchangers saves up to 24 % energy compared to the base case. It is 13 % higher than for the option based on the use of conventional tubular heat exchangers

Using a Neural Network Approach to Predict Deposits on the Surfaces of Heat Exchange Equipment

This work proposes a neural network (NN) approach for predicting the following values: the heat transfer coefficient at the point of interest in the operational period of plate heat exchangers (PHEs), and the time-point to reach the lower allowable limit of the heat transfer coefficient. In this approach, neural network models replace complex mathematical modelling that used systems of differential equations and matrices of heuristic coefficients to calculate the flow rate of deposits on PHE plates, which required the involvement of serious computing resources. Training a feed-forward neural network (FFNN) on a small dataset simulated in the vicinity of reference points obtained by industrial measurements showed the proper coefficient of determination R2 = 0.99 (accuracy) of the short-term prediction forecasts and for operational evaluation of the heat transfer coefficient due to the static type of NN

The optimal design of welded plate heat exchanger with intensified heat transfer for ammonia synthesis column

The modification of heat exchanger networks of industrial enterprises targeting energy saving solutions requires proper heat transfer equipment. The estimation of the optimal design parameters for heat exchangers requires reliable mathematical models for the description of the thermo-hydraulic processes inside the channels, and adequate optimisation methods. This work proposes the novel mathematical model and optimisation algorithm for the selection of welded plate heat exchanger (WPHE) operating in ammonia synthesis column. It enables finding the optimal design with the specified shape of the corrugated plates, distribution of flows and number of plates and passes. The developed algorithm is implemented in Mathcad software. The application of the proposed approach is illustrated by example in which the resulted WPHE with the cross flow in one pass and overall symmetric counterflow of streams has shown a reduction of heat transfer area 25 % compared to previously tested in industry WPHE with unsymmetric passes arrangement

Mathematical modelling of the thermal and hydraulic behaviour of plate heat exchanger in the fouling conditions

The mathematical model of Plate Heat Exchanger (PHE) subjected to fouling is proposed. It is represented by the system of ordinary differential equations. The model is accounting for the distribution of process parameters along the PHE channel that allows predicting fouling development in time at different locations along the channel length. The development of the fouling deposit is accounted with the fouling model presented by the equation in dimensionless form. The relative influence of different terms is characterized by empirical coefficients which can be identified with the data of monitoring the PHE thermal and hydraulic performance. The model allows also the prediction of pressure drop variation in PHE with the development of fouling deposition layer and respective reduction in channels cross-section area. The application of the model and its accuracy is demonstrated with two case studies considering the monitoring of PHEs thermal and hydraulic performance in the industry at sugar factory and in District Heating system

Physical-Mechanical Properties of γ-Irradiated SiC Ceramics for Radioactive Wastes Immobilization

The interest in silicon carbide (SiC-based) ceramics and composites as matrix material for nuclear waste immobilization is grown up. Long-term chemical durability and radiation resistance of SiC are important factors for radionuclides immobilization. Advantages of SiC-based ceramics as structural materials in nuclear applications are the high-temperature properties, high density and reduced neutron activation. The use of radiation resistant materials is a strong requirement for safe and environmentally beneficial energy system. The SiC ceramics stability under irradiation for temperatures up to 1273 K is also very important for nuclear power applications. The SiC matrices doped by additives of Cr, Si were fabricated using High Speed Hot Pressing Method. Additives content was in the range from 0.5 to 3 wt %. Microstructural characteristics of silicon carbide ceramics were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and infra-red spectroscopy (IR) methods. The results of microcracking under indentation conditions were revealed the lack of cracks in the SiC ceramics with Cr additives before and after irradiation process. In addition, it was demonstrated that samples of SiC with alloying additives Cr and Si possess high mechanical parameters under γ-irradiation process. The strength of ceramics increases with the uniform and fine-grained structure formation. The modification of phase composition and mechanical properties of the SiC ceramics with Cr and Si additives under γ-irradiation were analyzed for further development of radiation resistant and matrix materials for radioactive wastes immobilization

Mathematical model of plate heat exchanger for utilisation of waste heat from condensable gaseous streams

The mathematical model of vapour condensation from the mixture with noncondensing gas in Plate Heat Exchanger (PHE) channels is presented. The model accounts for the change of process parameters along the heat transfer surface and local features of heat and mass transfer processes in PHEs channels with plates of different corrugations geometry. It consists of the system of ordinary differential equations with considerably nonlinear right parts. The software for its solution by finite difference method is developed. The validity of the model is confirmed by comparison with the experiment for steam-air mixture condensation in a PHE channel sample