Zobecněný model hydrodynamiky toku a jeho identifikace. Homogenizační účinky rotačních míchadel

Transkript

1 aktuální informace z chemického průmyslu a laboratorní praxe 2 ROČNÍK XXIII (2013) TÉMA ČÍSLA KAPALINY Zobecněný model hydrodynamiky toku a jeho identifikace Homogenizační účinky rotačních míchadel Zpracování odpadní vody z myček automobilů tlakovými membránovými procesy Nemrznoucí směsi v nepřímých systémech chlazení a topení Skladování laboratorní čisté vody Nový způsob oxidace v analýze TOC Hodnocení účinností výměníků tepla Čerpadla Armatury Servis Etanorm normalizované vodní čerpadlo podle EN 733 a také podle směrnice 2009/125/EG Etanorm s PumpMeter, PumpDrive a motorem IE2 Oblasti použití: Zásobování vodou Chladicí a bazénová voda Hasicí systémy Solanka Odmašťování Povrchové úpravy Teplá a horká voda Čisticí prostředky Pitná voda Pivovarnictví Odvodňování Kondenzát Vytápění, klimatizace Oleje Další informace: petr.pohan@ksb.com

2 NABÍZÍ ŘEŠENÍ PRO ANALÝZY VOD automatizované měření parametrů AOX, EOX, POX TOC a TN spalovací metodou automatické měření kapalných i pevných vzorků TOC pro ultračisté, pitné i odpadní vody aplikace pro farmacii, průmysl polovodičů i energetiku kontinuální průtoková a diskrétní automatická analýza monitorování ropných skvrn na vodách náhrada freonu pro analýzu NEL ve vodách rozpouštědlem S 316 Diskretní automatický analyzátor Smartchem 200 Automatický analyzátor AOX 200 PRO ANALÝZY KAPALNÝCH VZORKŮ CHNS analyzátory s automatickým dávkováním kapalin i pevných vzorků spalovací analyzátory stopového množství S, N měření povrchového napětí a kontaktního úhlu měření distribuce velikosti částic v kapalinách měření zeta potenciálu refraktometry a polarimetry Řada spalovacích CHNS a TOC analyzátorů VarioCUBE Kováků 26, Praha 5 sales@anamet.cz tel fax

3 Rigaku Supermini200 WDXRF Stolní sekvenční vlnově disperzní fluorescenční spektrometr o vysokém výkonu Možnost analýzy na úrovní jednotlivých prvků od fosforu (F) až po uran (U) na téměř každém materiálu Nízká pořizovací cena a provozní náklady Vysoké rozlišení a nízké detekční úrovně (LLD) Bez kapalinového chlazení žádný externí kapalinový chladič, bez nutnosti instalace spaciálního chaldícího okruhu Rigaku MiniFlex XRD Nový přístroj páte generace Víceúčelový RTG difraktometr Kvalitatívní a kvantitatívní analýza polykrystalických látek Integrovaná, 600-ti W rentgenová lampa poskytuje dvounásobný výkon oproti ostatním stolním spektrometrům a umožnuje tak rychlejší analýzu a celkově zvýšení výkonu výrobního/testovacího procesu Na přání zákazníka je možné integrovat měnič vzorků Rigaku Innovative Technologies Europe s.r.o. Novodvorska Prague 4 Czech Republic Tel: prague@rigaku.com

4 PROCESNÍ MĚŘENÍ FYZIKÁLNÍCH VELIČIN NA PROFESIONÁLNÍ ÚROVNI ph SYSTÉMOVÁ ŘEŠENÍ VČETNĚ BEZDRÁTOVÉHO PŘENOSU DAT ORP DO vodivost TDS CHROMSERVIS s.r.o. Jakobiho Praha 10 - Petrovice Telefon: (+420) Fax: prodej@chromservis.cz CHROMSERVIS SK s.r.o. Nobelova 34 (areál VUCHT) Bratislava Telefon: (+421) , predaj@chromservis-sk.sk Navštivte naše webové stránky:

5 obsah Číslo 2, ročník XXIII (2013) Vol. XXIII (2013), 2 ISSN Registrováno MK ČR E CHEMAGAZÍN s.r.o., Dvouměsíčník přinášející pravidelné informace o chemických výrobcích, tech no lo gi ích, výsledcích výzkumu a vývoje, la bo ra tor ním vybavení a ekologii. Zasílaný zdarma v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, v Chemical Abstract a dalších rešeršních databázích. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, Par du bi ce Tel.: , Fax: info@chemagazin.cz Šéfredaktor: Ing. Miloslav Rotrekl T: , imr@chemagazin.cz Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: tom@chemagazin.cz Odborná redakční rada: Mikulášek P., Taufer I., Kalenda P., Kalendová A., Ventura K., Žáková P., Černošek Z. (všichni Univerzita Pardubice), Kaláb J. (Unkas engineering), Antoš P. (VÚAnCh), Rotreklová D. Tiskne: Východočeská tiskárna, spol. s r.o., Sezemice. Dáno do tisku Zobecněný model hydrodynamiky toku a jeho identifikace Bártová, D., Kukal, J. Článek se zabývá modely toku s axiální disperzí. Nabízí užitečné zobecnění těchto modelů, které najde uplatnění zejména při identifikaci hydrodynamických parametrů chemických zařízení. Hodnocení účinností výměníků tepla Kubín M. V příspěvku jsou uvedeny různé druhy účinností používané pro hodnocení tepelných rekuperačních výměníků (trubkové a deskové) z hlediska jejich průtokového uspořádání, které se používá v technické praxi. Nemrznoucí směsi v nepřímých systémech chlazení a topení.. 15 Skolil J. Příspěvek se zabývá použitelností vodných roztoků na bázi glykolů jako náplní systémů chlazení a topení. Homogenizační účinky rotačních míchadel Seichter P., Pešl L., Fořt I. a, Rieger F., Jirout T. Provedené experimentální práce ukázaly, že pro homogenizační míchání kapalin je výhodné přednostně volit axiální míchadla s tokem média ke dnu. Jako příklad je v příspěvku uvedeno hydrofoilní míchadlo TX335, které se již osvědčilo na celé řadě velkoobjemových průmyslových realizací. Adsorpcia vybraných polutantov vôd na prírodnom a povrchovo-fukcionalizovanom klinoptilolite Z historického pohľadu do súčastnosti Chmielewská E., Konečný J., Bošan Z., Švancer J. Predmetom príspevku bolo poukázať na doterajšie výsledky a úroveň výskumu slovenského klinoptilolitového tufu z aspektu jeho potenciálneho využitia v oblasti ochrany vôd. Zpracování odpadní vody z myček automobilů tlakovými membránovými procesy MIKULÁŠEK P., CUHORKA J., PALATÝ Z., CHÝLKOVÁ J., ŠKORVAN O. Práce se zabývá aplikací ultrafiltračních a mikrofiltračních membrán pro separaci odpadních vod s obsahem uhlovodíků. Skladování laboratorní čisté vody Posouzení dvou variant skladování laboratorní čisté vody. Ve statickém zásobníku či tlakové nádobě nebo v zásobníku s periodickou recirkulací přes kombinaci iontově výměnných pryskyřic nebo elektrodeionizace, UV záření a filtrace. Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (12) HYRŠLOVÁ J., SOUČEK I., ŠPAČEK M. Řízení procesu údržby v chemickém průmyslu. inzertní seznam Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, Banská Bystrica, SK Náklad: výtisků Uzávěrky dalších vydání: 3/2013 Vzduch, plyny a aerosoly (uzávěrka: ) 4/2013 Pevné látky, nanomateriály (uzávěrka: ) CHEMagazín organizátor veletrhu LABOREXPO KSB Čerpací technika... 1 ANAMET Systémy pro analýzu vod a kapalných vzorků... 2 RigAKu Disperzní fluorescenční spektrometr a RTG difraktometr... 3 CHROMSERVIS Procesní měření fyzikálních veličin... 4 SONNEK Čerpací technika CLASSIC OIL Technické kapaliny DENWEL Míchadla HENNLICH Trysky pro chemii...26 CHROMspEC Suchá vývěva VZLÚ Pronájem objektu...28 HENNLICH Filtry...28 PRAGOLAB Automatické koncentrátory...29 NüRNBERG MESSE Veletrh Techno- Pharm...29 ANALYTIKA Laboratorní vybavení...33 HENNLICH Čerpací technika...36 MUTE Čerpací technika...36 MUTE Laboratorní čerpadla HENNLICH Regulační ventily...39 KROHNE Hladinoměr D-EX Hm. průtokoměr a regulátor...44 CHEMAGAZÍN LABOREXPO VEOLia water Systém na výrobu čisté vody MErci Laboratorní vzduchový chladič intertec ph elektrody...54 KOUŘIL Dávkovací čerpadla...55 CHROMspEC Spektrofotometr...55 PRAGOLAB Odborné přednášky VELETRHY BRNO MSV MERCK Míchací tanky...68 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) 5

6 Editorský sloupek Jarní nadělení Posledně jsem si trochu stěžoval na to, že se z CHEMAGAZÍNU trochu vytrácí chemické inženýrství, a proto jsem rád, že je jím toto číslo vrchovatě nabité a nabízí řadu zajímavých článků na téma zacházení s kapalnými látkami. Seznámit se můžete s teorií i praxí v oblasti teorie hydrodynamických výpočtů, dozvíte se o využití membránové technologie při likvidaci odpadních vod z automobilových mycích linek nebo o úpravě vody na zeolitických adsorbentech či řešení složitých systémů míchání a dávkování kapalin. Na dalších stránkách pak najdete mnoho užitečných informací o zařízení pro manipulaci a dopravu kapalin všeho druhu a rovněž i mnoho novinek z oblasti laboratorního přístrojového vybavení. Snažili jsme se všechno upravit tak, aby si na své přišli zvídaví studenti, projekční inženýři a technologové, laboranti nebo manažeři, jednoduše všichni ti, kdo sledují trendy v oblasti chemické průmyslové praxe. Jarní veletržní sezóna je letos pro chemiky a farmaceutický průmysl ve znamení trojice veletrhů POWTECH-TechnoPharm-PAR- TEC. Redakce CHEMAGAZÍNU je tradičním mediálním partnerem těchto veletrhů a snaží se proto o jejich propagaci. Německo je největším chemickým trhem v Evropě a není od věci podívat se za humna a zjistit, co je nového v oblasti práškových a farmaceutických technologií. Návštěva těchto veletržních událostí může, kromě jiného, přinést i řadu zajímavých příležitostí k nákupu strojního vybavení, navázání obchodních partnerství a srovnání s konkurencí. Téměř každý měsíc se dovídáme o domácích nových úspěších při aplikacích nanovláken a nanomateriálů nebo ve fotokatalýze, povrchově aktivních nátěrech, při vývoji nových lékařských tkáňových náhrad nebo v pokročilém výzkumu nových zdrojů energie, což je to potěšitelné a dává to naději a dobrý příklad pro jiná odvětví výzkumu a vývoje. Pro české odborníky z této oblasti tak může být návštěva norimberských veletrhů významnou příležitostí k rozvoji jejich výzkumného a vývojového potenciálu. V současné době probíhají intenzivní přípravy na veletrh LABOREXPO Je nám potěšením oznámit, že dnes je na tuto akci přihlášeno téměř stejně tolik vystavovatelů, jako v roce Přihlásili se opět nejen nejvýznamnější domácí distribuční společnosti a výrobci laboratorní techniky, ale zároveň i na našem trhu poměrně nové a ještě ne tolik známé firmy se zajímavými přístroji a velmi užitečným laboratorním vybavením. Ti všichni tak v podstatě již nyní, půl roku před zahájením veletrhu, v podstatě kompletně pokryli celou jeho nomenklaturu. I přes všeobecně negativní hospodářské výsledky to svědčí o tom, že investice do výzkumu, vývoje a výuky v posledních několika letech dokázaly do značné míry nahradit pokles investic v průmyslu. Pomyslným zrcadlem toho tak bude i tradiční doprovodný program veletrhu, který se letos zaměří právě na prezentaci úspěšných vědecko-výzkumných projektů, při kterých byly využity nejmodernější laboratorní metody a špičkové hi-tech laboratorní přístroje a vybavení. Těšit se tak můžete na opravdu velmi zajímavé přednášky a prezentace z oblasti biochemie, biomedicíny, life science nebo představení konkrétních nano aplikací. Kvalitu přednášek i přednášejících opět zaštitují spolupracující odborné společnosti ČSCh a ČSBMB, vybrané vědecké instituce Akademie věd ČR a chybět nebudou ani zástupci průmyslu. Miloslav ROTREKL šéfredaktor, imr@chemagazin.cz servis spektrofotometr s nízkým objemem vzorku a krátkou optickou dráhou pro Life Science AstraNet Systems Ltd. (Cambridge, Anglie), výrobce analytických zařízení založených na spektrofotometrii s vláknovou optikou uvedl na trh přístrojů pro Life Science nový produkt AstraGene II spektrofotometr s nízkým objemem vzorku a krátkou optickou dráhou. Systém umožňuje měřit nízké objemy (2,5 µl) vzorků o vysoké koncentraci v prostoru s krátkou optickou dráhou (1 mm). Díky tomu je přístroj ideální pro stanovení DNA, RNA a proteinů bez nutnosti ředění vzorku. Obr. AstraGene II opticky propustných pipetových špičkách (patentováno), které spolehlivě propouští jak UV, tak viditelnou část spektra. Po měření může být vzorek přenesen pipetou přímo do zkumavky nebo jamky, kde je připraven k dalšímu použití. Špičku pak lze vysunout a pro další vzorek použít novou. Mezi měřením různých vzorků není třeba žádného čištění, nedochází ke křížové kontaminaci ani ke ztrátám vzorku. Díky tomu je systém ideální pro střední a velké laboratoře. Vzhledem k faktu, že produkt neobsahuje žádné pohyblivé části, není nutná jeho pravidelná rekalibrace servisním technikem. To zaručuje nízké provozní náklady přístroje, což ocení zejména vědci jako jeho uživatelé. Distributorem spektrofotometru AstraGene II pro ČR a SR je firma Chromspec spol. s r.o.»» -science-spectrophotometer/ nebo Mouvex představil bezucpávkové čerpadlo s excentrickým diskem řady SLC, jímž lze díky konstrukci, která nevyžaduje magnetickou spojku, mechanickou ucpávku nebo kartrige, bezpečněji čerpat izokyanáty. Izokyanáty jsou používány především pro výrobu velmi tvrdých barev a laků, ale jsou vzhledem k jejich hořlavosti a výbušnosti jejich par zatíženy velmi přísnými požadavky na pracovní hygienu a bezpečnost výroby. Tím jsou dány i požadavky na bezpečné citlivé čerpání (nízké tření), vysokou sací schopnost a minimální požadavky na údržbu třecích elementů. Čerpadla s excentrickým diskem řady SLC mají vysokou sací schopnost za nízkých otáček, což minimalizuje zádrž produktu v sacím potrubí. Konstrukce těchto čerpadel dovoluje vlastní kompenzaci mechanického odporu a tím schopnost držet stálý průtok. SLC čerpadla mají ATEX a TA-Luft certifikaci pro čerpání nebezpečných látek Ex zónách. Více detailů o čerpání izokyanátů čerpadly SLC se můžete dovědět na FREE WHITE PA- PER ( Obr. Čerpadlo s excentrickým diskem Mouvex SLC (foto: Mouvex) Zdrojem světla u AstraGene II je pulzní xenonová lampa a jako detektor CCD kamera o 648 pixelech. Šířka spektrálního pásu je <2 nm. Měření probíhá přímo ve speciálních, Bezpečnější čerpání izokyanátů Jsou samonasávací a mohou běžet na sucho až 10 min. Kromě toho se mohou in-line stripovat, mají nízký střih, vysoký sací a stlačovací efekt, mají minimální počet součástek, sníženou nutnost údržby a možnost aplikace CIP/SIP. K dispozici jsou tři modely s otáčkami CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

7 servis rpm o výkonech od 1 do 3 m 3 /h a diferenčních tlacích od 6 do 16 bar. SLC čerpadla jsou k dispozici v provedení z nerezavějící oceli nebo litiny schopné (podle modelu) čerpat kapaliny o kinematické viskozitě do cst a pracovním tlaku do 9 bar.»» Nová generace sond do vodovodních potrubí Britská společnost Intellitect Water Limited, zabývající se výrobou multiparametrických senzorů pro vodovody, ČOV a vodní zdroje uvedla na trh novou technologii monitorování kvality vody ve vodovodních řádech Intellisonde Version 2 (IV2). Sonda naplňuje sen o spolehlivé a neustálé kontrole hlavních parametrů kvality vody mezi dodavatelem a spotřebiteli. Monitor IV2 se montuje přímo do potrubí a má dvě klíčové přednosti. Snímá maximální kvantum informací o koncentraci specifických látek a o fyzikálně-hydrodynamických parametrech. Vedle toho má každá sonda monitoru zabudovanou vnitřní kalibraci, takže odpadá náročná kalibrace v polních podmínkách. Tovární kalibrace je vícebodová a zabudovaná přímo do obvodu čidla a zajišťuje mu vysokou přesnost a je snadno a rychle ověřitelná v místě montáže. Je to její největší přednost, neboť doposud bylo třeba u čidel Intellisonde jako součást montážního postupu kalibrovat na místě všechny parametry. Oproti tomu IV2 již při instalaci dává přesná data, nezávisle na podmínkách u uživatele, který potřebuje znát okamžitý obsah chlóru a rozpuštěného kyslíku. V převážné většině případů to není nezbytné, ale uživatelé mohou tato data snímat pomocí sondy IV2 dálkově a nemusí být na místě montáže. Jakmile je sonda IV2 správně instalována, není třeba provádět během její životnosti další kalibrace. Firma Intellitect tím redukuje riziko chyby lidského faktoru a nutnost opakování kalibrační procedury. Díky tomu se zvyšuje spolehlivost a přesnost. Obr. Intellisonde Version 2 Interface (GUI), který může být instalován na jakékoliv platformě s webovým připojením (PC, NB, laptopu, mobilu, ipadu atd.). GUI byl testován na kompatibilitu se všemi běžnými prohlížeči. Technologie čidel Čidla jsou všeobecně stejné technologie jako originální Intellisondy, kromě chlórového, které má nyní benefit v podobě nové konstrukce, zajišťující lepší přesnost, opakovatelnost a rychlejší snímací čas při změně koncentrace chlóru. Tradiční čidla kvality vody nejsou vhodná pro montáž do tlakového potrubí, takže vývojáři fy Intellitect vyvinuli technologii snímačů, které jsou malé, laciné, mají nízkou spotřebu, jsou robustní a nevyžadují servis nebo kalibraci. Výsledkem je sonda s hlavou o průměru 3,6 cm, která dokáže snímat i 16 parametrů kvality vody. Patří sem obsah volného chlóru, monochloramin, rozpuštěný kyslík, vodivost, ph,orp/redox, průtok, tlak, teplotu, turbiditu a barvu. Pro fluoridy nebo čpavek je k dispozici ISE kanál. Měření je nezávislé na průtoku, protože se míchadlo snímače zapíná, jakmile je detekován prahový průtok. Pro činnost senzoru, servis nebo kalibraci není třeba použití chemikálií nebo membrán a na konci životnosti je jejich výměna velmi snadná. Referenční elektrody chlóru a rozpuštěného kyslíku se mění po 6 měsících, ISE a ph/orp po 1 roce a čidlo vodivosti se mění po 2 letech.»» solární injekční čerpadlo Neptune Solar D Americká Neptune Chemical Pump Co., přední výrobce chemických dávkovacích čerpadel, vyvinula se svou sesterskou společností Ferguson Beauregard solární injekční membránové čerpadlo řady Solar D, určené pro injektáž chemikálií do ropných a plynových vrtů. Obr. Neptune Chemical Pump Solar D (Foto:Neptune) chemické snášenlivosti. Inteligentní řídicí systém umožňuje obsluze maximum informací a real-time monitoring o chování vrtu, které vede ke snížení drahého servisního času na místě vrtu. Jednotka je vybavena velmi pružným a přesným bezkomutátorovým motorem, ve standardním provedení je čerpadlo vyrobeno z antikorozní oceli tř. 316 a smáčenými díly z PTFE, hydraulicky vyváženou membránou konstruovanou pro snížené opotřebení a nemá žádnou dynamickou ucpávku.»» POWTECH: Mlecí systémy pro výrobu suspenzí Na dubnovém eletrhu POWTECH bude společnost FrymaKoruma prezentovat své mlecí systémy pro výrobu suspenzí a jiných produktů skoro každé viskozity. Jedním z nich je perlový mlýn s prstencovou štěrbinou FrymaKoruma CoBall (Annular gap bead mill), in-line mlecí systém pro výrobu suspenzí o téměř libovolné viskozitě. Pro svůj nápaditý design je ideální pro mletí API, jako např. oftalmových medikamentů a sterilních mastí, stejně jako řady kosmetických a chemických substancí. Perlový mlýn CoBall má zužující se mlecí komoru, která je obvykle plněna z 50 až 80 % perličkami. Ve srovnání s velmi malou komorou je jeho mlecí energie vysoká a vstupní mlecí energie může být kolem 8 kw/dm 3. Obr. Perlový mlýn s prstencovou štěrbinou FrymaKoruma CoBall Web konektivita Sondy IV2 jsou schopny přenášet data prostřednictvím GPRS na webový server, který publikuje data do privátní sítě. Řídicí nebo Ethernetové připojení poskytuje zobrazení živých dat přes nově navržený Graphical User Čerpadlo Solar D je moderní solární čerpadlo, které lze využít pro vstřikování různých chemikálií do odlehlých ropných a plynových vrtů tam, kde není k dispozici přívod proudu. Benefitem tohoto čerpadla je maximální izolace chemikálií, přesné a trvalé vstřikování objemů chemikálií do tlaku až 83 bar (1 200 psi) a minimální servis a odstávky a přesné dávkování (od litrů/den). Navíc čerpadlo Solar D využívá unikátní bezucpávkovou membránovou technologii, která eliminuje únik chemikálií při maximální Touto cestou se dosahuje extrémně homogenního výsledku a velikosti částic v nanoměřítku. Díky kuželové geometrii souboru rotor- -stator působí mlecí síly přímo na produkt a tím se redukuje zádrž produktu v mlecí komoře. Navzdory vysoké vstupní energii je díky přesné regulaci teplotní profil velice ustálený, protože mlýn CoBall má velmi účinný chladicí povrch rotoru, statoru i stěn komory, který jej chrání proti přehřátí. Perlový mlýn s prstencovou štěrbinou FrymaKoruma je tudíž pro svůj malý objem pracovní komory přirozeně snadno čistitelný.»» CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) 7

8 chemické inženýrství Zobecněný model hydrodynamiky toku a jeho identifikace Bártová D., Kukal J. Vysoká škola chemicko-technologická, Ústav počítačové a řídicí techniky, Praha, Darina.Bartova@vscht.cz Hydrodynamické modely toku jsou důležitým nástrojem k popisu dynamického chování systémů nejen chemicko-technologických (potrubí, průtočné reaktory), ale také systémů ekologických (predikce chování říčního toku), medicínských (model ledviny, krevního řečiště) a biologických (bioreaktory). Za limitní případy popisu těchto systémů lze považovat model ideálního mísiče, případně jejich kaskádu na straně jedné, a model pístového toku na straně druhé. Složitější popis pak nabízejí modely s axiálním, případně radiálním promícháváním. Dalšími možnostmi jsou pak modifikace těchto modelů pomocí recirkulace, zpětného promíchávání, obtoku a dopravního zpoždění. Článek se zabývá modely toku s axiální disperzí. Nabízí užitečné zobecnění těchto modelů, které najde uplatnění zejména při identifikaci hydrodynamických parametrů chemických zařízení. 1 Formulace problému Modelu toku s axiální disperzí je popsán parciální diferenciální rovnicí ve tvaru (1), kde D L je součinitel podélné disperze, u je rychlost toku, c = c(x, t) je koncentrační profil v daném kanálu jako funkce prostorové souřadnice x a času t. Počáteční podmínka této parciální diferenciální rovnice má tvar c(x,0) = 0, 0 x. (2) Jednotlivé modely se liší svými okrajovými podmínkami. Tyto podmínky lze zapsat ve tvaru t 0 : c in (t) = c(0, t), (3) t 0 : lim c(x, t) = 0. (4) x + Levá okrajová podmínka ukazuje, že vstupní koncentrace indikační látky je vnucena. Pravá pak vypovídá, že se jedná o tzv. otevřený kanál (je otevřen k nekonečnu). Takový model toku je možno nazvat modelem typu vnuceně uzavřený-otevřený (enforced-opened) a označit jej jako AEO. Výstupem tohoto modelu je koncentrace na konci kanálu ve tvaru y(t) = c(h, t), (5) kde H je reálná délka konkrétního aparátu. Obdobně je možné vytvořit model typu uzavřený-otevřený (closed-opened), ACO, jehož okrajové podmínky jsou dány ve tvaru (6) Pak lze pro všechny výše zmíněné modely zapsat přenosovou funkci ve tvaru (10) kde: D(Pe, p) = 1 pro model AEO, D(Pe, p) = 2/(1+a) pro model ACO, D(Pe, p) = 2/a pro model AOO. Podrobnější odvození dynamických charakteristik jednotlivých modelů viz [1, 2]. 2 Zobecněný model Podobnost tvarů přenosů, impulsních i přechodových charakteristik pro výše zmíněné modely byla motivací pro hledání zobecněného matematického modelu polouzavřeného systému s axiální disperzí. Prvním krokem byla obecná formulace levé okrajové podmínky. Vyjděme z fyzikální představy, že na vstupu do systému může být jiný součinitel podélné disperze D L *, než je uvnitř aparátu. Pak lze pro vstupní zónu definovat počáteční hodnotu Pecletova kritéria (11) a poměr w = D L */D L > 0. Nyní je možné formulovat matematickou podobu zobecněného modelu (AGO) i jeho počáteční a okrajové podmínky ve tvaru (12) Levou okrajovou podmínku modelu odvodil Danckwerts. Konečně lze formulovat podmínky i pro model oboustranně otevřený (opened-opened), AOO ve tvaru c(x,0) = 0, x x ± : c(±, t) = 0, t 0 (7) Po zavedení obvyklých proměnných, jakými jsou střední doba prodlení indikační látky v aparátu τ a Pecletovo kritérium Pe, jako (8) a dále bezrozměrného času Θ = t/τ a délky ζ = x/h můžeme úlohu řešit pomocí Laplaceovy transformace s komplexní proměnnou p. Zápis jednotlivých řešení nám usnadní zavedení proměnné (9) (13) s výstupem y(θ) = c(1, Θ) (14) Důležité vlastnosti zobecněného modelu jsou shrnuty v tab Speciální případy modelu Je užitečné studovat speciální případy modelu AGO. V prvé řadě tím nalezneme vztah k tradičním modelům toku. Dále si uvědomíme fyzikální význam jednotlivých případů. Pokud uvažujeme na počátku aparátu potlačenou difuzivitu, tj. D L * 0+, pak z toho plyne, že w 0+. Po aplikaci limitního přechodu na model AGO lze získat vztahy pro přenos, impulsní a přechodovou funkci. Uvedené funkce odpovídají vnucené koncentraci na počátku aparátu, a tedy modelu AEO viz tab CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

9 chemické inženýrství Tab. 1 Nejdůležitější charakteristiky AGO modelu Přenos Tab. 4 Vyjádření dynamických charakteristik pro speciální případ 3 (AOO) Přenos Impulsní funkce Impulsní funkce Přechodová funkce Přechodová funkce Tab. 5 Vyjádření dynamických charakteristik pro speciální případ 4 (ADO) Přenos Tab. 2 Vyjádření dynamických charakteristik pro speciální případ 1 (AEO) Přenos Impulsní funkce Přechodová funkce V druhém případě je předpokládán konstantní součinitel podélné disperze po celé délce aparátu, tj. D L * = D L, tedy w 1. Původní vztahy pro AGO tak přecházejí na tvary shrnuté v tab. 3, které odpovídají Danckwertsově představě o vstupu. Jde tedy o model ACO. Tab. 3 Vyjádření dynamických charakteristik pro speciální případ 2 (ACO) Přenos Impulsní funkce Přechodová funkce Uvažujme nyní, že součinitel podélné disperze v aparátu je roven dvojnásobku vstupního, tj. D L * = 2 D L, což znamená, že w 2. Výsledné tvary (tab. 4) formálně odpovídají modelu AOO, ale z hlediska fyzikální interpretace se jedná o paradox, kdy se polouzavřený model chová na výstupu stejně jako oboustranně otevřený. Předpokládejme dále, že součinitel podélné disperze na počátku aparátu je konstantní D L * = konst., ale uvnitř aparátu nedochází k difuzi. Pak D L 0+, což znamená, že w + a současně Pe = w Pe*. Vztahy pro model AGO po úpravách [2] vedou na tvary shrnuté v tab. 5. Přenos, impulsní i přechodová funkce odpovídají modelu 1. řádu s dopravním zpožděním. Příslušná bezrozměrná časová konstanta je rovna 1/Pe* a bezrozměrné dopravní zpoždění je jednotkové. Jde o extrémní případ potlačené difuzivity uvnitř aparátu, který není fyzikálně realizovatelný. V uvedeném případě má smysl hovořit o axiálním degradovaném otevřeném modelu (ADO). CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) Impulsní funkce Přechodová funkce Poslední případ je pouhým ověřením vlastností modelu AGO. Předpokládáme-li pístový tok v aparátu, pak D L 0+, což znamená, že Pe +. Vztahy pro AGO pak přecházejí na tvary uvedené v tab. 6. Očekávaným výsledkem jsou charakteristiky soustavy 0. řádu s bezrozměrným dopravním zpožděním rovným jedné. Tab. 6 Vyjádření dynamických charakteristik pro speciální případ 5 (pístový tok) Přenos Impulsní funkce Přechodová funkce 4 Aplikace modelu na reálná data Experimentální data využitá k testování modelu byla poskytnuta Ústavem chemických procesů AČR v Praze Suchdole [1, 3]. Byla získána z reaktoru se skrápěným ložem (1,5 m dlouhý válec z nerezové oceli, o průměru 0,1 m, vyplněný volně sypanými 3 mm kulovými částicemi běžného katalyzátoru Noblyst 1505). Experimenty byly prováděny při tlaku 0,3 MPa (abs.) a teplotě 20 C. Rychlost kapalné fáze byla pro získané datové soubory v L = 0,0035 m/s, rychlost plynné fáze se pohybovala v rozmezí v G = 0,044 0,178 m/s. Měření středních dob prodlení v kapalné fázi bylo prováděno metodou vzruch odezva refraktometrickou metodou. Indikační látka (izobutanol) byla monitorována refraktometrem na výstupu ze systému. Index lomu na výstupu systému byl měřen průtočným digitálním refraktometrem PR-23 (K-Patents, Finland). Rozpětí měřitelných indexů lomu bylo 1,3100 n D 1,5400 s chybou n D ± 0,0002 a s maximální vzorkovací frekvencí 1 Hz, které dostatečně pokrylo měřené hodnoty datových souborů. Pulzní nástřik kapaliny byl realizován pomocí dvou nezávislých čerpadel. Byla měřena odezva na jeden impuls. Kvůli minimalizaci vlivu nástřiku kapalné fáze byl indikátor nastřikován stejnou rychlostí jako kapalná fáze. Doba impulsu byla ve všech případech 5 s. Dokončení na další straně 9

10 chemické inženýrství Jako identifikační metoda byla použita metoda nejmenších čtverců, založená na vztahu SSQ = min, kde je SSQ součet druhých mocnin odchylek experimentálních dat od modelu. Po minimalizaci SSQ snadno určíme chybu modelu (v jednotkách indexu lomu) jako (15) kde m je počet experimentálních bodů a n počet odhadovaných parametrů. K nalezení optima multimodální funkce SSQ(K, Pe, T) byla využita diferenciální evoluce [4]. Výsledky identifikace odezvy na impuls jsou shrnuty v tab. 7. Je zde patrný vliv nového parametru w, který je mapován v rozsahu 0+ až 2. Tím jsou zároveň pokryty tři klasické modely toku (AEO, ACO, AOO). Odhad zesílení soustavy K roste, Pecletovo kritérium a odhad časové konstanty T naopak klesají se vzrůstajícím w. Chyba modelu není monotónní funkcí parametru a pro daný model má globální minimum pro w rovno 0,1. Zařízení se chová jako kompromis mezi vnucenou koncentrací a Danckwertsovou hraniční podmínkou, ovšem blíže k modelu AEO. Tab. 7 Ověření modelu AGO na reálných datech w Identifikované parametry K Pe T [s] Chyba modelu s e 10 4 Poznámka 0+ 0, , , ,295 AEO 0,05 0, , , ,103 0,10 0, , , ,090 optimum 0,15 0, , , ,112 0,20 0, , , ,119 0,25 0, , , ,273 0,30 0, , , ,495 0,40 0, , , ,559 0,50 0, , , ,469 0,60 0, , , ,560 0,70 0, , , ,323 0,80 0, , , ,427 0,90 0, , , ,371 1,00 0, , , ,482 ACO 2,00 0, , , ,345 AOO 5 Závěr Podařilo se odvodit matematický popis modelu AGO, který umožňuje interpolovat mezi tradičními modely toku AEO ACO a ACO AOO. Tento model není oproti klasickým výrazně složitější, má pouze jeden přídavný parametr, váhu w. Je analyticky řešitelný. Je výhodný v situacích, kdy nelze rozhodnout, který model toku by byl optimální pro zadaná data. Dále je využitelný v situacích, kdy přesnost simulace dat klasickým modelem není uspokojivá. Model byl ověřen pomocí reálných dat. Pro tento konkrétní děj byla optimální velikost váhy w = 0,1, což odpovídá spíše představě vnucené koncentrace stopovací látky na vstupu aparátu, než Danckwertsově podmínce. Zároveň je vidět, že chování hydrodynamiky reaktoru je vzdálené modelu s nejjednodušším přenosem (AOO), který je v praxi často preferován. Literatura [1] BÁRTOVÁ, D., Robustní metody identifikace pro systémy s axiální disperzí. Praha, s., 20 s. příloh. Disertační práce na VŠCHT Praha, fakultě chemicko-inženýrské. Vedoucí práce doc. ing. Jaromír Kukal, Ph.D. [2] BÁRTOVÁ, D.; JAKEŠ, B.; KUKAL, J., Generalized semi- -opened axial dispersion model. Archives of Control Science. Vol. 22, 2012, No. 1, p [3] BÁRTOVÁ, D.; JAKEŠ, B.; JIŘIČNÝ, V.; KUKAL, J.; STA- NĚK, V.; STAVÁREK, P., Study of Dispersion Flow in Trickle Bed Reactor. In Mater. 18th Int. Congress Chem. and Process Eng. '08, Praha, ISBN , p. 0877/1 11 [4] TVRDÍK, J.; KŘIVÝ, I., Simple Evolutionary Heuristics for Global Optimization. Computational Statistics and Data Analysis. 1999, 30 (3), p Abstract Generalized flow hydrodynamics model and its IDENTIFICATION Summary: The paper presents study of generalized flow hydrodynamics model. The model is compared with the traditional ones which were used. The discussion of specific cases of the model behavior is presented. The model application into data from real technologic process and result discussion are also part of the study. Keywords: Axial flow, dispersion, flow modeling HENNLICH: Nové trysky pro chemický průmysl Zcela nové trysky určené pro chemický průmysl představil odštěpný závod HYDRO-TECH společnosti HENNLICH. Jde o řadu kapalinových trysek série 490 s rozstřikem plného kužele. Tento zcela nový produkt byl vyvinut pomocí CFD modelování. Tomu odpovídá stabilní tvar paprsku, neovlivněný tlakovou ztrátou na trysce a výrazně vyšší odolnost proti ucpání zásluhou nové vnitřní vestavby. Další novinkou je tryska pro čištění nádrží XactClean určená pro vyšší pracovní tlaky. Díky patentovanému řešení má tryska velmi silný a účinný paprsek. Zajímavou vlastností trysky jsou také kontrolované otáčky. Naše společnost se stále více orientuje na dodávky pro chemický průmysl, který považujeme za jednu z našich priorit. Následujeme tak kroky celé skupiny HENNLICH, ale také snahu našeho německého partnera, firmy Obr. 1 Rotační tryska pro čištění nádrží XactClean Lechler GmbH, prosadit se v chemických technologiích, vysvětluje product manager pro trysky HENNLICH Martin Pavliska. HENNLICH přitom nezůstává pouze u dodávek průmyslových trysek, ale stále více se zabývá také dodávkami celých tech- Obr. 2 Nová generace trysek Lechler série 490 nologií, především pro čištění odpadních plynů z chemické výroby, odsíření, denitrifikace nebo ochlazování. Z tohoto důvodu jsme navázali partnerství s předními firmami v tomto oboru, společnostmi TENZA či I & C Energo, doplnil Martin Pavliska. Dodal, že výše zmíněné a mnohé další inovace, nápady a popisy aplikací pro chemický průmysl společnost shrnula ve speciální brožuře Přesné trysky pro chemický průmysl. HENNLICH s.r.o., 10 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

11 Představuje svá NOVÁ ZASTOUPENÍ V OBLASTI ČERPACÍ TECHNIKY Dále zastupujeme značky: Affetti, Blackmer, Brinkmann, Caprari, EDUR, Hammelmann, JEC, Klaus-Union, Mouvex, MPumps (3M), Savino-Barbera, Steimel, Tsurumi a další výrobce průmyslových čerpadel. Pro více informací nás prosím kontaktujte, nebo navštivte na SONNEK Engineering s.r.o. Pražská 316 CZ Řevnice office.cz@sonnek.com Čerpadla Technologická zařízení Regulační technika Servis

12 chemické inženýrství Hodnocení účinností výměníků tepla Kubín M. Ústav technických zařízení budov, Fakulta stavební, VUT Brno, V příspěvku jsou uvedeny různé druhy účinností používané pro hodnocení tepelných rekuperačních výměníků (trubkové a deskové) z hlediska jejich průtokového uspořádání, které se používá v technické praxi. Postupem času se ustálily definice různých pojmů účinnosti výměníku tepla, které jsou ale z výpočtového hlediska téměř shodné. Na praktickém příkladu je pak proveden výpočet jednotlivých účinností deskového výměníku. 1 Úvod Technický pokrok v teorii tepelných rekuperačních výměníků (trubkové a deskové výměníky) zaznamenal v průběhu jejich dlouhodobého vývoje značný kvalitativní posun. Definování středního rozdílu teplot proudících tekutin jako součást tepelného výpočtu vedl postupem času k definování pojmu termická účinnost a k nalezení jejího efektivního vyjádření. Od zavedení tohoto pojmu do teorie hodnocení výměníků byly od začátku vznášeny formální výhrady. Vypracované matematické postupy stanovení termické účinnosti a účinnosti vůbec jednoduchých výměníků tepla podle [1] usnadnily mimo jiné i racionální rozvoj analýzy vícelátkových systémů včetně okruhů s teplonosným prostředím a regenerátorů. Tím byl v podstatě nalezen obecný základ k vyšetřování teplotních poměrů v soustavách výměníků s návazností na syntézu a optimalizaci výměníkových sítí. Technologický pokrok ve stavbě teplonosných zařízení, speciální požadavky na funkční vlastnosti výměníků a potřeba intenzifikace přenosu tepla se pozitivně projevilo v realizaci mnoha variant průtokových uspořádání. Postupem času se původně zavedený pojem termická účinnost začal pozvolna vytrácet z odborné literatury pojednávající o výměnících a začal být nahrazován jinými pojmy. Podívejme se nyní v krátkosti na hodnocení účinnosti deskových a trubkových výměníků tepla používaných v oblasti chemického průmyslu, potravinářství, energetiky, strojírenství atd. 2 Účinost výměníku tepla Účinnost rekuperačních výměníků tepla obecně závisí na těchto parametrech: 1. Průtoková uspořádání výměníku 2. Přenosové parametry a) přenosová teplosměnná plocha S (m 2 ) b) součinitel prostupu tepla k (W/m 2 K) c) průtoková tepelná kapacita Ċ 1 a Ċ 2 tekutin 1 a 2 (W/K), kde Ċ 1 = m 1. c 1 a Ċ 2 = m 2. c Průtoková uspořádání výměníků a) deskové výměníky tepla Pro jednoduchou klasifikaci deskových výměníků tepla se používají pro označení jednotlivých průtokových uspořádání tyto parametry: a) počet tahů (někdy také počet chodů) m n ( m n) teplonosných tekutin protékajících výměníkem b) počet teplosměnných desek (vnitřních, aktivních) N Označení průtokových uspořádání má pak tvar typ m n, N =. Celkový počet proudů (průtokových cest) teplonosných tekutin se pak rovná N +1. Kromě toho se rozlišuje charakter průtoku tekutin výměníkem podle rozmístění hrdel nebo nátrubků vstupů a výstupů na vlastní konstrukci výměníku. b) trubkové výměníky tepla Nejlépe zpracovaný přehled jednotlivých variant průtokových uspořádání trubkových výměníků tepla je uveden v [1] a to cca 62 variant. 2.2 Přenosové parametry Pomocí přenosových parametrů, které vyjádříme na základě zavedených substitucí ve tvaru lze pro každé průtokové uspořádání výměníku pro rozsah (0 C 1) sestavit funkci Φ ve tvaru, kde funkce Φ se nazývá provozní charakteristika výměníku. Obr. 1 Vybraná průtoková uspořádání typu m n, o počtu desek N deskových výměníků tepla [2] 3 Definice účinností výměníku tepla a) Provozní charakteristika (účinnost) Φ je matematická funkce, která platí pro určité průtokové uspořádání, případně pro určitý konstrukční typ výměníku (nezávisí na látkových vlastnostech tekutin a ani na použitém konstrukčním materiálu). Její grafické znázornění vystihuje nelineární závislost mezi výkonem výměníku Q (W) a investicemi na jeho stavbu či provoz I (Kč). Součin ΦC přitom reprezentuje výkon a součin ks (přenosové parametry A a B) investice. Poznatek průběhu této závislosti je důležitý zejména při řešení otázek zvyšování výkonu a nebo chování výměníku při jeho částečném zatížení. Provozní charakteristika Φ je definovaná vztahem [3], kde Q je provozní tepelný výkon výměníku (W). Q max představuje maximální výkon, jaký by teoreticky dosáhl výměník při svém protiproudovém průtokovém uspořádání, kdyby tekutina s menší tepelnou kapacitou toku Ċ 1 = m 1. c p1 měla na jeho výstupu teplotu rovnající se vstupní teplotě tekutiny s větší tepelnou kapacitou toku Ċ 2 = m 2. c p2 (viz obr. 2). [1] [2] 12 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

13 chemické inženýrství Obr. 2 Definice provozní charakteristiky rekuperačních výměníků tepla [3] Podle této definice pak platí a v tomto případě je provozní charakteristika výměníku Φ pouze funkcí vstupních a výstupních teplot tekutin, kdy z uvedených vztahu je zřejmé, že výpočtové vyjádření provozní charakteristiky Φ je shodné s výpočtovým vyjádřením termické účinnosti ϑ, že platí Φ ϑ. Pokuď bychom ale chtěli stanovit provozní charakteristiku výměníku Φ pro různé poměry středních rozdílů teplot tekutin ve výměníku, pak můžeme funkci Φ, tedy provozní charakteristiku, stanovit dle níže uvedených vztahů [3] kdy platí Obr. 3 Příklad využití provozní charakteristiky k řešení teplotních poměrů ve výměníku [1], [4] [5] hodnotami Φ pro souproud a protiproud. Chápeme to tak, že každý výměník se skládá z prvků, které fungují jako souproudé a protiproudé výměníky různé velikosti. Provozní účinnost Φ a přenosová účinnost η byla původně ve starší odborné literatuře označovaná jedním pojmem a to termická účinnost ϑ nebo jednoduše účinnost ε, kdy platí Φ η ε ( ) [7] c) Termická účinnost (kritérium) ϑ Termická účinnost výměníku tepla je obecně dána vztahem ϑ = δt (v) / Δt (v) = Q/(C (m). Δt (ϑ) ) ( ) [8] kde δt (v) změna teploty tekutiny 1 nebo 2 při průtoku výměníkem (K), Δt (ϑ) rozdíl vstupních nebo výstupních teplot tekutin 1 a 2 (K), Q provozní tepelný výkon výměníku (W), platí obecná závislost ϑ = f (C, A, ψ) ( ) [9] ψ vyjadřuje poměr (Q 1 Q S )/(Q P Q S ) a nazývá se charakteristické číslo výměníku, charakterizuje tvar výměníku vzhledem k vzájemnému proudění tekutin ve výměníku, kdy platí ψ = 0 souproudý výměník, ψ = 1 protiproudý výměník, ψ = < 0,1 > ostatní typy výměníku, kde Q 1 tepelný výkon sledovaného výměníku (W), Q S, Q P tepelný výkon souproudého, protiproudého výměníku (W). Z uvedených vztahů pro stanovení účinností výměníku tepla vyplývá, že jednotlivé účinnosti Φ (provozní účinnost), η (přenosová účinnost) a ϑ (termická účinnost) jsou definovány jako obecné funkce vstupních a výstupních teplot a přenosových parametrů (S, k a C) tekutin 1 a 2. Výpočtově jsou hodnoty jednotlivých účinností prakticky shodné. 4 Univerzální rovnice pro výpočet účinnosti výměníku tepla Výpočet účinnosti ε výměníku tepla je obecně založen na stanovení indexu protiproudnosti i p, který charakterizuje konkrétní průtokové uspořádání výměníku. Univerzální rovnice udává hodnoty účinnosti pouze přibližné, ale prakticky využitelné v rozmezí přenosového parametru A.Výpočtové chyby jsou zanedbatelné ( 2%). Pro protiproud je i p = 1 a pro souproud je i p = 0. Univerzální rovnice má obecný tvar ε =, [10] kde parametr Z je formulovaný vztahem [11] a) poměr tepelných kapacit toku C = Ċ 1 /Ċ 2 = 0, pak ε =, [12] b) hodnoty přenosové jednotky A = (ks)/ Ċ 1 jsou b)přenosová účinnost (charakteristika) η výměníku tepla je definovaná vztahem ( ), [6] kde Q je provozní tepelný výkon výměníku tepla (W) a výraz Ċ 1. (t 1 t 2 ) představuje hodnotu Q max, která je výpočtově totožná se stanovením provozní charakteristiky Φ, kdy platí (0 η = Φ 1). [7] Přenosová charakteristika výměníku η a provozní charakteristika výměníku Φ jsou definované stejně, jak rozdílem teplot tak průtokovou tepelnou kapacitou tekutin 1 a 2. Rozdíl mezi nimi spočívá pouze v tom, že při jinak stejných podmínkách se hodnoty Φ při všech ostatních průtokových uspořádáních nacházejí mezi CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) velmi velké (A ), pak ε =, [13] velmi malé (A 0), pak ε =, [14] Pro praktické výpočty se používají tyto důležité vztahy, [15] Index protiproudnosti i p je tabelován pro různá průtoková uspořádání výměníků tepla a je možné ho nalézt v příslušné odborné literatuře včetně výpočtových vztahů při jeho použití. Dokončení na další straně 13

14 chemické inženýrství Obr. 4 Závislost provozní charakteristiky Φ na indexu protiproudnosti i p při různých hodnotách parametru A [3] Hodnoty i p pro výměníky a) deskové výměníky Tab. 1 Hodnoty indexu protiproudnosti i p pro protiproudové deskové výměníky [2] Typ uspořádání deskového VT, m-n počet desek N=3 N=5 N=7 N=11 N=15 N=17 N=23 N= ,93 1) 0,95 1) 0,97 1) 0,99 0, ) 2-2 0,67 0,88 0,94 0,975 0, ) 3-3 0,85 0,94 0,965 0,975 0, ) 4-2 3) 0,85 0,88 0,89 0, ,91 0,96 0,975 0,99 1) platí pro A < 4,0 2) hodnoty i p jsou pro N > 7 v rozsahu 0,66 až 0,69 3) platí pro A < 5,0 Při výpočtu účinnosti deskových výměníků činí chyba cca ±1 % při hodnotách indexu protiproudnosti i p a to pro A < 10. Počet desek N výrazně ovlivňuje účinnost deskového výměníku a při počtu N > 47 lze uvedené typy výměníků považovat za čistě protiproudé. Výměníky smíšené vykazují vesměs nižší hodnoty indexu i p. b) trubkové výměníky Tab. 2 Hodnoty indexu protiproudnosti i p u některých druhů trubkových výměníků tepla [ 1] Typ výměníku tepla i p (-) Protiproudý výměník 1,0 Souproudý výměník 0 Trubkový výměník s jedním protiproudým a s jedním souproudým tahem, příčné směšování látky 0,5 v mezitrubkovém prostoru Křížový proud na dvou řadách trubek 0,78 Jednotahový křížový proud bez směšování 0,82 Křížový proud bez směšování, ve dvou protiproudých tazích 0,92 5 Příklad výpočtu Deskový šroubovaný protiproudý výměník tepla LVT 02, zn. AGEUS, voda-voda, typ 1-1, počet N = 20 desek, základní rozměry výměníku 110 * 410 * 75 mm (Š * H * L), přenášený tepelný výkon Q = 29,5 kw, primér topná voda 90/70 C (tekutina 1), sekundér příprava teplé vody 10/50 C (tekutina 2). Hmotnostní tok tekutiny 1 m 1 = 1280 kg/h, hmotnostní tok tekutiny 2 m 2 = 630 kg/h, součinitel prostupu tepla k = 1800W/m 2 K, teplosměnná plocha výměníku S = 0,4 m 2. U trubkových výměníků je v odborné literatuře [1] již tabelována výpočtená hodnota termické účinnosti ϑ výměníku v závislosti na přenosových parametrech A a C s ohledem na vybrané varianty různých průtokových uspořádání podle druhu výměníku. Tab. 3 Výpočet účinností deskového výměníku tepla Parametr, údaj Výpočet Poznámka Průtoková tepelná kapacita C ,5 W/K Průtoková tepelná kapacita C 2 730,45 W/K Parametr A 0,986 Parametr B 0,483 Parametr C 0,490 Maximální přenášená tepelný výkon Q 58,5 kw Index protiproudnosti i p 0,985 hodnota zvolena Účinnost provozní Φ 0,504 Účinnost přenosová η 0,504 Účinnost termická ϑ 0,504 Účinnost ε 0,5607 výpočet dle univerzální rovnice Obr. 5 Schéma stanovení termické účinnosti trubkového výměníku tepla podle [1] A C ϑ 6 Závěr Účinnost výměníku tepla je významným parametrem pro jeho hodnocení z hlediska využití přenosových schopností (tepelný výkon) v technologických procesech. Rozlišení jednotlivých účinností výměníku při jejich výpočtu v technické praxi nemusí být vzhledem k dosažení stejné hodnoty požadováno, pokud se nejedná o požadavky na stanovení velikosti výkonu a výši investic. Pro potřebu rychlého vyhodnocení výměníku se doporučuje použití univerzální rovnice stanovení účinnosti. Vypočtená účinnost výměníku je také kritériem vhodnosti zvoleného průtokového uspořádání a k nalezení optimálního konstrukčního řešení výměníku pro jeho další použití v oblasti energetiky, potravinářství, chemického průmyslu atd. Literatura [1] Hlavačka V.: Termická účinnost výměníků tepla. Technické příručky 10. SVÚSS. Praha [2] Hlavačka V.: Účinnost deskových výměníků tepla. Sborník Lamelové a deskové výměníky tepla. Společnost pro techniku prostředí. Praha [3] Ferstl K., Masaryk M.: Prenos tepla. STU Bratislava ISBN [4] Sazima M. a kol.: Sdílení tepla. Technický průvodce 78. SNTL Praha [5] Prospektové materiály GEA Ecoflex GmbH, Germany [6] Prospektové materiály. Deskové výměníky tepla. VICARB Abstract Heat exchangers efficiency evaluation Summary: The paper presents the various types of efficiency used to assess the regenerative heat exchangers (tube, plate) in terms of their flow arrangement, which is used in the technical practice. Over time, the definitions of the various concepts of efficiency of the heat exchanger were stabilized. These concepts are in terms calculated almost identical. In the practical example is performed calculation of efficiency of plate heat exchanger. Key words: flow arrangement, transmission parameters, operating characteristic, transmission efficiency, thermal efficiency, contraflow index, universal equation 14 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

15 teplosměnné kapaliny Nemrznoucí směsi v nepřímých systémech chlazení a topení Skolil J. CLASSIC Oil s.r.o., Kladno, jskolil@classic-oil.cz V posledním desetiletí došlo k výraznému nárůstu používání nemrznoucích směsí v nepřímých systémech chlazení a topení. Velkou část těchto náplní tvoří vodné roztoky na bázi glykolů. Ty jsou častokrát aplikovány velmi amatérsky, bez obsahu inhibitorů koroze, odpěňovadla, stabilizátoru, konzervantu, změkčovadla vody a dalších přísad. To ve svých důsledcích velmi rychle vede ke zhoršení funkčnosti systému, jeho výpadkům či dokonce mechanickému poškození s velmi nákladnou opravou. Použití nemrznoucích směsí Rozvod tepla nebo chladu, vyprodukovaného v primárním okruhu, je možný pomocí okruhu sekundárního. Protože se tento nepřímý systém převodu energie může dostat do styku s potravinami, v případě úniku i do kontaktu s člověkem nebo životním prostředím, používají se takové látky, které nejsou člověku nebezpečné. Kromě nároků na dobré teplosměnné vlastnosti a z důvodů nenáročnosti na výkon čerpadel i na nízkou viskozitu, je nutné od náplně nepřímého systému chlazení požadovat nemrznoucí vlastnosti. Důvodů může být několik. Předně zásobník nebo jiné části okruhu mohou být ve vnějším prostředí mimo objekt, takže v důsledku střídání ročních období jsou vystaveny mrazu. Celý systém chlazení nebo topení se také může nacházet uvnitř budovy, ale během celoročního používání dochází k natolik dlouhým přestávkám, že by vlivem vnější teploty mohlo dojít k zamrznutí a poškození okruhu v místě, které není úplně izolováno. A třetím případem pak je samotný transport média o teplotě, která neumožňuje použít obyčejnou vodu, tedy pod bodem jejího tuhnutí. Takto je nemrznoucí směs využívána hlavně u chladíren, zimních stadiónů a některých pivovarů. Výběr nemrznoucí látky Pokud je systém chlazení nebo topení z důvodů své velikosti, požadavků na bezpečnost provozu nebo i jiných vybaven sekundárním okruhem, používají se nemrznoucí kapaliny zejména na bázi glykolů. Oproti kapalinám složeným z anorganických solí, tzv. solanek (nejčastěji uhličitan draselný a chlorid vápenatý) a organických solí draselných (octan, mravenčan) mají výhodu zejména v menší korozní agresivitě a možnosti použití levnějších konstrukčních materiálů. Roztoky solí lze přenášet teplo obvykle jen v nerezu nebo náročně legovaných ocelích. Naopak určitou nevýhodou glykolů je jejich vyšší viskozita stoupající s jejich obsahem ve směsi a horší odbouratelnost ve vodním prostředí. Dají se však využívat v širokém spektru teplot od cca 40 C (chlazení) až po 110 C (topení) a při znalosti jejich nedostatků lze eliminovat také jejich dvě výše jmenované nevýhody. Stejně jako u chladicích kapalin automobilů [1] jsou jejich základními složkami vícesytné alkoholy, tradičně glykoly. Používají se látky jako ethan-1,2-diol (ethylenglykol), diethylenglykol, propan-1,2-diol (propylenglykol), propan-1,2,3- triol a nověji i perspektivní propan-1,3-diol [2]. Glykoly ve vodě Ethylenglykol a diethylenglykol jsou zdraví škodlivé při požití pro člověka a vyšší savce. Nebezpečné jsou zejména svým bezbarvým vzhledem, nearomatičností a lehce nasládlou chutí tedy zaměnitelností s pitnou vodou. Pokud by tělem prošly nezměněné, člověku by neškodily [3]. Nebezpečný produkt je zejména šťavelan vápenatý, který poškozuje ledviny a játra. Při otravě krátce po požití se proto jako první pomoc podává menší množství alkoholu, který je tělem metabolizován přednostně a škodlivé glykoly tak projdou tělem beze změny. Přesto se i v České republice najde několik potravinářských provozů, které mají v sekundárním okruhu jako náplň ethan-1,2-diol. Důvodem použití jedovatého glykolu může být kromě menších nákladů oproti propylenglykolu také lepší tekutost viskozita, která se však významně projevuje jen za nižších CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) teplot provozu a při vyšší koncentraci glykolu ve vodném roztoku. Naštěstí většina nepřímých teplosměnných systémů v republice obsahuje jako nemrznoucí látku propan-1,2-diol nebo jeho směs s jinými neškodnými vícesytnými alkoholy. Nároky na konstrukční složení okruhu Z hlediska materiálového složení je použitelnost glykolů velmi variabilní. Jako těsnící materiály jsou prověřené EPDM a SBR pryže. Pokud je v konstrukci okruhu použito z nějakých důvodů plastových trubek (LDPE, HDPE a PP), je jejich odolnost vůči glykolům téměř neomezená [4]. Co se týče kovových konstrukčních materiálů, je vyjma zinku uvnitř potrubí možná velmi široká škála kovů. Kromě lehkých materiálů z mědi a hliníku, resp. jejich slitin jako mosazi nebo siluminu, je možné použít různých železných potrubí od litiny až po ocel, z těžkých kovů pak i olovnatou pájku. Toto však platí jen v případě, že nemrznoucí směsi na bázi glykolů obsahují inhibitory koroze. Samotný glykol (jedno jaký) je pro kovy stejně korozivní jako voda a jeho neošetřená směs s vodou je dokonce více korozně agresivní, než samotné látky, jak je zřejmé z tab. 1 [5, 6]. Mimo samotného materiálového složení je důležité se při tvorbě designu sekundárního okruhu vyhnout častým záhybům potrubí a užším profilům, které mohou přispívat mimo jiné k tvorbě úsad. Tab. 1 Porovnání rychlosti koroze vody a glykolů s i bez inhibitorů Rychlost koroze v cm za rok* Voda Ethylenglykolenglykol Propy- Materiál Měď 0,02 0,04 0,04 0,03 0,05 Pájka 0,80 14,4 8,81 0,04 0,01 Mosaz 0,06 0,12 0,05 0,03 0,04 Ocel 2,46 11,3 2,49 0,01 0,01 Litina 5,38 14,1 4,11 0,03 0,04 Silumin 3,35 5,03 0,46 0,11 0,07 Ethylenglykol s inhibitory koroze Propylenglykol s inhibitory koroze *Založeno na korozním testu dle normy ASTM D1384 při 88 C, během 336 hodin s probubláváním. Všechny glykoly byly testovány jako 33 obj.% roztok demineralizované vody. Vylepšení nemrznoucích směsí Vzhledem k možnosti aplikace velkého spektra kovů konstruktéry i jejich širokého funkčního rozsahu, je k omezení korozní agresivity v roztocích glykolů nutné použití inhibitorů určité škály. Od prvotního používání chromanů, fosfátů nebo dusitanů bylo již naštěstí upuštěno. V posledním případě kromě samotné toxicity této soli také z důvodů možnosti vzniku karcinogenních nitrosoaminů, v případě, že by byly k úpravě a stabilizaci hodnoty ph použity aminy [7]. Hodnota ph cirkulujícího média společně s množstvím rozpuštěného kyslíku v médiu je totiž z hlediska životnosti kapaliny v systému velmi důležitým parametrem. Příliš vysoké ph by Dokončení na další straně 15

16 teplosměnné kapaliny neumožňovalo použití zejména barevných kovů a kyselé prostředí pak zase spouští korozi téměř všech konstrukčních materiálů včetně železa a jeho slitin. Proto je důležité hodnotu ph stabilizovat aditivy, tzv. pufry. Nemrznoucí kapaliny mohou mít také vlivem různých okolností často zvýšenou pěnivost, zvláště za vyšších teplot, je tedy nezbytně nutné používat tzv. odpěňovadel. Ta pomáhají odstranit jak hlučnost, která bývá způsobena právě nadbytkem plynu v kapalině, tak i částečně případnou kavitační korozi. Více jak deseti složková směs Dalšími nezbytnými složkami v glykolových nemrznoucích směsích jsou látky eliminující vliv tvrdosti vody, vzhledem k relativně velkému objemu budoucí odpadní kapaliny pak nejlépe bez obsahu fosfátů fosforu. Pokud je to zákazníkem vyžadováno, nemrznoucí směsi se kvůli snazší detekci úniku ze systému barví, v případě potřeby lze použít i barvivo viditelné pouze pod UV lampou. Jedním z posledních aditiv, které bývá použito je biocid tedy konzervant, protože propylenglykol a jiné neškodlivé glykoly mohou být živnou půdou pro růst mikroorganismů. Jeho dávkování není však úplně nezbytné, neboť nutnost této ochrany je závislá na typu a koncentraci alkoholů ve vodném roztoku, přítomnosti ostatních složek, zejména inhibitorů koroze, v médiu, a hlavně na provozních podmínkách zařízení. Podstatné jsou zejména faktory jako kontinuálnost provozu, teplotní spád a rychlost proudění. Tedy činitelé stejně tak ovlivňující korozní chování média v systému. Důležitým parametrem je také kvalita vody použité k ředění. Měla by mít co nejnižší obsah chloridů a síranů, podporujících korozi, ale i ostatních solí, nicméně by neměla být úplně deionizovaná. [8] Odstrašující příklady z praxe V souvislosti s nárůstem aplikací nemrznoucích směsí se bohužel začaly vyskytovat i případy, kdy byl do systému použit pouze vodný roztok propylenglykolu bez jakýchkoliv aditiv. Příčinou je možná neznalost problematiky použití těchto kapalin při tvorbě projektů sekundárních okruhů, podcenění jejich korozní agresivity a nejčastěji pak také amatérismus u realizačních firem, hlavně menších topenářských, které v rámci úspory nákladů jsou schopny takové záměny provádět. Nejparadoxnější na tom je, že nákupní cena obyčejného propylenglykolu použitého do systému je pro ně častokrát vyšší, než kdyby použili nemrznoucí směs do topení s aditivy od renomovaného výrobce. Následky takového počínání jsou pak zřejmé z přiložených obrázků (Obr. 1, 2 a 3). Chyby v některých případech dokonce dospěly do takového stádia, že jeden nejmenovaný koncový zákazník měl v projektu napsáno, že do systému má být použit Ethylen-glykol, a on tedy ten Ethyl objednal. Obdržel však levnější Ethyl alkohol. Co se v topném systému mohlo stát vlivem záměny vysoce hořlavého lihu a ve vodném roztoku nehořlavého glykolu, už nechám na vaší fantazii. Odlišnost obou látek byla naštěstí krátce po zprovoznění systému odhalena. Obr. 1 Zkorodovaná část přepouštěcí klapky sekundárního okruhu teplosměnného systému Obr. 2 Identická klapka po odstranění koroze kyselým čisticím prostředkem Obr. 3 Detail koroze potrubí při použití neošetřeného propylenglykolu Chybí jednoticí norma Je zřejmé, že pro tyto aplikace chybí nějaká jednoticí norma, která by určovala, jaké parametry musí nemrznoucí směs v sekundárním okruhu splňovat. Podobně, jako je například pro aplikaci nemrznoucích směsí v automobilech k dispozici široká škála mezinárodních standardů jejich výrobců i univerzálních ASTM norem jak pro posouzení jejich kvality, tak pro metodiku měření jednotlivých parametrů [7, 9]. Chybí detailní ČSN pro definici zejména nemrznoucích a teplosměnných vlastností. Dle posledních zkušeností hlavně pro posouzení korozivity použité směsi a doporučení vhodných konstrukčních materiálů a těsnění. Velmi často je totiž v různých stavebních projektech velkých administrativních komplexů napsáno: použijte nemrznoucí směs na bázi propylenglykolu, nebo jen glykol (viz Obr. 4). Takže nemůže být ani divu, že tak dochází velmi často k výše popsaným záměnám. Naopak znalost konstrukčního složení teplosměnného systému a jeho provozních Obr. 4 Náhled textu projektu teplosměnného systému se strohou specifikací nemrznoucí směsi glykolu 16 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

17 teplosměnné kapaliny podmínek předem umožňuje těm nejvyspělejším výrobcům nemrznoucích kapalin pro koncového zákazníka navrhnout výrazné úspory. Nejenže dokážou navolit takovou kombinaci alkoholů glykolů, že směs není nebezpečná, ale má i lepší teplosměnné vlastnosti a nižší viskozitu. Zejména však kombinací různých inhibitorů koroze s využitím jejich synergie může být významně prodloužena minimální výměnná lhůta těchto kapalin a zákazníkům také nabídnuta nižší cena oproti univerzální nemrznoucí směsi s aditivy pro všechny běžné typy kovů v systému. Literatura [1] Skolil J., Čorňák Š.: Chladicí kapaliny jejich vývoj, hodnocení a požadavky norem. In: Sborník z konference REOTRIB Velké Losiny, ISBN: , str [2] Solný T.: Nemrznoucí teplonosné kapaliny na bázi polyolů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, fakulta chemická, s. Vedoucí diplomové práce Ing. Josef Kotlík, CSc. [3] Marhold J.: Přehled průmyslové toxikologie Organické látky, svazek 1. Praha: Avicenum, zdravotnické nakladatelství, s. [4] Ignatowicz M.: Corrosion aspect in indirect system with secondary refrigerants. Stockholm: Master of science thesis. KTH Industrial engineering and management, s. [5] ASTM D Standard Test Method for Corrosion Test for Engine Coolants in Glassware. West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, s. [6] Dowtherm vs. Dowfrost A comparison Ethylene glycol and Propylene glycol. Firemní materiál The Dow Chemical Company, USA, s. [7] VW TL , Koncernová norma: Chladicí přísada na bázi ethylenglykolu. Wolfsburg: Volkswagen Aktiengesellschaft, s. [8] Skolil J.: Voda vhodná k ředění provozních kapalin. Tribotechnika 5 (6) (2012). [9] ASTM D Standard Specification for Glycol Base Engine Coolant for Automobile and Light-Duty Service. West Conshohocken, Pennsylvania: ASTM International, s. Abstract ANTIFREEZE FLUIDS IN INDIRECT SYSTEMS FOR COOLING AND HEATING Summary: Secondary refrigerants are used in indirect systems. They are based mainly on glycols, especially propylene glycol. In industry there is a lot of application where uninhibited glycols are used without corrosion inhibitors, preservative, foam control agent and other additives. It can lead to worse thermo-physical properties of liquid, failure of system or its mechanical damage with expensive repair. Key words: indirect systems, secondary refrigerants, corrosion, glycols, antifreezes Připravujeme: CHEMagazín 3/2013 téma vydání: vzduch, plyny, páry Prezentujte své odborné příspěvky / inzerce zaměřené na: Výroba Zařízení a technologie pro výrobu a distribuci čistých a speciálních plynů, on-site zdroje plynů, ventilátory, kompresory, dmychadla, filtry a čištění vzduchu a plynů, pračky, kondenzátory, výparníky, vývěvy apod.... Laboratoře Přístroje a spotřební materiál pro plynovou chromatografii a spektrometrii. Čisté plyny a jejich směsi, vývěvy, úprava, analýza a skladování plynů, kryotechnika, odparky, sušení vzorků. Monitorovací systémy, apod.... Ostatní Procesní analyzátory a detektory, měřicí a Ex zařízení. Uzávěrka: KAPALINY PRO TECHNICKÁ ZAŘÍZENÍ BUDOV A SOLÁRNÍCH SYSTÉMŮ R nemrznoucí teplosměnné antikorozní médium chrání systémy před poškozením mrazem a před korozními účinky vody zdravotně nezávadný CS EKOTERM ŠIROKÉ SPEKTRUM VYUŽITÍ VÍCE INFORMACÍ info@classic-oil.cz topení klimatizace chlazení tepelná čerpadla CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) 17

18 míchání HOMOGENIZAČNÍ ÚČINKY ROTAČNÍCH MÍCHADEL Seichter P. 1, Pešl L. 1, Fořt I. a 2, Rieger F. 2, Jirout T. 2 1 TECHMIX s.r.o., Brno, techmix@volny.cz 2 ČVUT FS v Praze, ivan.fort@fs.cvut.cz, františek.rieger@fs.cvut.cz Nejčastějším účelem instalace míchadla do zařízení je homogenizace vsádky [1]. Jak vyplývá z této citované práce, u zhruba 80 % průmyslových realizací míchacích zařízení je třeba míchané médium homogenizovat, a to většinou s minimalizací spotřeby energie. Charakteristickým parametrem tohoto procesu je doba homogenizace τ, která je vztažena ke zvolenému stupni homogenity (většinou k 95 %). U praktických realizací většinou, buď není tato doba stanovena vůbec, nebo je požadována celková doba pro určitý mechanizmus rozmíchávání se zahrnutím časů pro přidávání komponent a případně i jistého procesu probíhajícího ve vsádce. Praktický význam experimentálního zjišťování doby homogenizace tedy, snad vyjma velmi rychlých reakcí, slouží pro určení efektivity míchacího procesu při použití různých uspořádání míchacího systému, zejména pak vlastních míchadel. Rozbor problému Jak vyplývá z řady publikovaných prací, např. [2 6], je možné v oblasti turbulentního proudění předpokládat, že součin doby homogenizace a otáček míchadla n je pro dané geometrické uspořádání konstantní. n τ = konst (1) Turbulentní oblast míchání odpovídá pro míchadla hodnotě Reynoldsova čísla Re > 10 4 při vyloučení vlivu gravitačních sil (eliminace tvorby krouživého proudění a víru). Re = n d 2 ρ / µ (2) Aby bylo možné porovnat efektivitu míchadel pro homogenizaci, je třeba znát jejich spotřebu energie za jednotku času příkon P. Podobně jako pro součin n τ i zde platí, že v oblasti Re > 10 4 a další uvedené podmínky je pro dané geometrické uspořádání konstantní velikost tzv. příkonového čísla Po: Po = P / ρ n 3 d 5 (3) V obou vztazích (2) a (3) vystupují fyzikální vlastnosti míchaného média: µ = dynamická viskozita, ρ = hustota, d = průměr míchadla. Aby bylo možné efektivitu jednotlivých uspořádání míchacího systému porovnávat bylo odvozeno bezrozměrné kritérium E [3, 6, 7], jehož hodnota vyjadřuje spotřebu energie pro homogenizaci: E = Po (n τ) 3 (d/d) 5 (4) Čím je tedy hodnota E vyšší, tím více spotřebuje míchadlo energie na míchání je tedy méně účinné. Výhodou takového bezrozměrného kritéria je fakt, že platí obecně i při zvětšování velikosti zařízení (charakterizované zde průměrem nádoby D), samozřejmě při zachování všech výše uvedených podmínek. Doba homogenizace závisí stupni homogenity I, který je možné vyjádřit pomocí koncentrací c sledované komponenty ve vsádce [4]: I (t) = [c(t) c 0 ] / (c c 0 ) (5) Zde jednotlivé koncentrace znamenají: c(t) aktuální v čase t, c 0 počáteční, c konečná (po vyrovnání). Běžně zjišťovaná homogenita vsádky se většinou předpokládá na úrovni 95 %, avšak pro vyšší stupeň A (v %) je možné provést přepočet podle vztahu [4]: (n τ) A = (n τ) 95 [ln (A/100) / ln 0,95] (6) Experimentální část Cílem zkoušek bylo zjištění charakteristických hodnot (n τ) pro různá míchadla a různá uspořádání míchacího systému. Měření homogenizačních účinků bylo ve zkušebně TECHMIX prováděno standardní metodikou s použitím sondy měřící vodivost míchaného média (vody). Do míchaného média byla na počátku vstříknuta dávka nasyceného roztoku NaCl a současně spuštěn záznam vodivostní sondy. Byl sledován průběh změny vodivosti (odpovídá změně koncentrace soli) a po vyrovnání zaznamenávané hodnoty byl po jisté době pokus ukončen. Vzhledem k náhodnosti průběhu (kvazistacionární podmínky) byly pokusy za shodných podmínek 10x opakovány a výsledná doba brána jako aritmetický průměr měření. Měření byla prováděna v nádobě D = 590 mm opatřené standardními narážkami (0,1 D), při poměru výšky hladiny H ku průměru nádoby H/D = 1. Další měření v nádobě D = 300 mm opatřené standardními narážkami byla prováděna stejným postupem na pracovišti ČVUT v Praze (H/D = 1) a výsledky již dříve publikovány [4 6]. Použitá míchadla a jejich označení 4 PBT 45 čtyřlopatkové míchadlo s úhlem sklonu 45 o, 6 PBT 45 šestilopatkové míchadlo s úhlem sklonu 45 o (ČSN ), TX 335 čtyřlopatkové hydrofoilové míchadlo s úhlem sklonu 35 o, TX 440,445,450 čtyřlopatkové tvarované míchadlo s úhlem sklonu 40 o 50 o, TX 535 čtyřlopatkové vrtulové míchadlo s úhlem sklonu 35 o, HPB hyperboloidní (diagonální) míchadlo, CVS 27a radiální třílopatkové míchadlo (ČSN ), RT turbínové míchadlo s dělicím kotoučem (ČSN ). Obr. 1 Míchadlo TX 335 Obr. 2 Míchadlo TX 535 Obr. 3 Míchadlo TX 445 Obr. 4 HPB Hyperboloidní míchadlo Měřicí systém Byla použita sonda vodivosti JUMO Blackline Lf s převodníkem JUMO eco TRANS Lf 03 a výstupní signál tohoto převodníku byl zaveden přes vstupní modul DATALAB do vizualizačního PC. Výsledky Ze záznamů průběhu změny vodivosti míchané kapaliny byly stanovovány doby homogenizace pro 95% homogenitu. Příklady 18 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)

19 míchání viz obr. 5 a 6. Obr. 5 Průběh homogenizace: nádoba D = 590 mm, HPB d = 250 mm Jak je patrné z tohoto grafu, zcela propadla míchadla radiálního typu, nejúspornější řešení představují axiální míchadla. Hyperboloidní míchadlo je sice výrazně energeticky úspornější než normalizovaná radiální míchadla, ale ve srovnání s axiálními míchadly s čerpáním do dna zaostává. Vzhledem k značně nestandardnímu provedení tohoto míchadla bylo třeba zkontrolovat hodnotu příkonového čísla Po. Podle citovaných realizací firmy Centroprojekt a.s. [8] je naměřená hodnota Po = 0,35 plně v souladu s uvedenými realizacemi, viz obr. 8. Obr. 8 Hodnoty Po hyperboloidního míchadla podle realizovaných aplikací [8] Obr. 6 Průběh homogenizace: nádoba D = 590 mm, CVS 27a d = 195 mm Příkonová měření byla rovněž prováděna na zkušebním zařízení ve zkušebně míchání TECHMIX pomocí tenzometrického snímače unášecí síly hřídele míchadla. Souhrn měření je uveden v tabulce 1. Tab. 1 Vyhodnocené údaje příkonových a homogenizačních měření Míchadlo Po n τ RT 5,4 42,9 CVS27a 0,9 79,2 HPB 0,35 74,1* 6PBT45 1,65 30,1 TX335 0,9 34,4 TX445 0,9 35,3 TX535 0,65 39,8 *Vzhledem k relativně většímu průměru tohoto míchadla (d/d = 0,424) oproti ostatním míchadlům (d/d = 0,333) byla hodnota n τ v tabulce přepočtena podle vztahu [4]: (n τ) (d/d) 2 = konst (7) S využitím výsledků měření uvedených v pracích [4 6] bylo možné vyhodnotit kriteria E, podle vztahu (4) pro testovaná míchadla. V grafické formě jsou příslušné hodnoty uvedeny v grafu na obr. 7. Obr. 7 Energetické porovnání míchadel (čím vyšší E, tím horší účinky míchadla) CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013) V práci [9] jsou však pro toto míchadlo v turbulentní oblasti uvedeny podstatně vyšší hodnoty (Po = 0,81). Vysvětlení je zřejmě možné hledat v poněkud odlišných parametrech v uvedené práci použitého míchadla. Závěr Provedené experimentální práce ukázaly, že pro homogenizační míchání kapalin je výhodné přednostně volit axiální míchadla s tokem média ke dnu. Zejména hydrofoilní míchadlo TX335, které se již osvědčilo na celé řadě velkoobjemových průmyslových realizací, dává nejlepší předpoklady k úsporám energie. Podobný závěr je možné učinit i pro jemnozrnné málo koncentrované suspenze, které se v podstatě chovají jako čistá kapalina. Seznam symbolů c koncentrace značkovací látky, D průměr nádoby [m], d průměr míchadla [m], E homogenizační účinnost míchadla, viz (4), H výška hladiny kapaliny (suspenze) [m/], I stupeň homogenity, viz (5), n otáčky míchadla [s -1 ], P příkon míchadla [W], Q čerpací výkon míchadla [m 3 /s], μ dynamická viskozita [Pas], ρ hustota [kg/m 3 ], τ doba homogenizace [s], Po příkonové číslo kritérium, viz (3), Re Reynoldsovo číslo kritérium, viz (2). Literatura [1] Seichter P., Pešl L.: Navrhování rotačních míchadel Věda nebo rutina?, Chemagazín, XV (2005), 2, s [2] Tatterson G.B.: Fluid Mixing and Gas Dispersion in Agitated Tanks, Chapter 4, p , McGraw-Hill, Inc.N.Y.1991 [3] Rieger F., Novák V., Vavro K.: Hydraulické pochody v chemickém a potravinářském průmyslu, SNTL, Praha 1989 [4] Fořt I., Jirout T.: Chem. Proc. Engng. 2011, 32 (4/1), p [5] Rieger F., Jirout T., Ceres D., Mazoch J.:Paper on Slovak International Conference on Chemical Engineering 2011, Vysoké Tatry [6] Rieger F., Jirout T., Ceres D., Seichter P.: Paper on XII Ogolnopolskie Seminárium MIESZANIE 2011, Miedzyzdroje, Polsko [7] Rieger F., Seichter P., Kunczewicz C., Ceres D.: Inzynniera i aparatura chemiczna Nr.1/2012, p. 1 4 [8] Centroprojekt Zlín webové stránky Systém INVENT [9] Cavadas A.S., Pinho F.T.: Canad. J. Chem. Eng., Volume 82, Apríl 2004, p [10] Oborové normy míchadel řady CVS (ČSN)

20 míchání Novinky společnosti Ekato v technologii míchání kapalin a pevných částic Společnost Ekato je předním výrobcem průmyslových míchadel, mechanických ucpávek, vertikálních sušáren, mísičů pro pevné látky (SOLIDMIX) a homogenizátorů určených pro míchání a homogenizaci látek s širokým rozsahem viskozit (UNIMIX). Pro návrh těchto zařízení využívá společnost Ekato své zkušenosti z různých aplikací, rozsáhlou databázi realizovaných projektů, pokročilé počítačové simulace (CFD a FEA analýzy) a možnost testování zákaznických vzorků ve vlastním výzkumném centru. S využitím těchto nástrojů a know-how svých pracovníků průběžně vylepšuje společnost Ekato své výrobky. Poslední zdokonalení se týkala bočních míchadel, míchacích systémů pro vysoce viskózní kapaliny a UNIMIX systémů. Nabízené služby jsou nově rozšířeny o možnost zapůjčení pilotní testovací jednotky přímo k zákazníkovi. Boční míchadlo Ekato ES 2000 údržba za provozu Boční míchadlo ES 2000 se využívá k homogenizaci biopaliv v biorafinériích, vápencových suspenzí v procesu odsíření nebo k homogenizaci jiných velkých skladovacích nádrží (až do objemů m 3 ). Míchadlo je uchyceno přímo v plášti nádrže v malé vzdálenosti ode dna. S ohledem na značné odstředivé síly působící na téměř vodorovně orientovanou hřídel (odchylka od vodorovné roviny do 15 ), je kladen velký důraz na spolehlivost mechanické ucpávky. Společnost Ekato nabízí pro boční míchadla spolehlivé jednočinné, produktem hrazené nebo dvojčinné kapalinou hrazené mechanické ucpávky. Míchadla série ES 2000 disponují jednoduchým mechanismem, který umožňuje jednoduchou výměnu mechanické ucpávky míchadla, i pokud je nádrž naplněná. Při údržbě je hřídel míchadla povytažena ven ve směru osy hřídele. Vybrání na hřídeli pak lehce zapadne do konického stacionárního těsnicího prvku na montážní Obr. 1 Údržba mechanické ucpávky Obr. 2 Boční míchadlo ES 2000 v provozu přírubě míchadla. Tím se zamezí průniku produktu ven z nádrže a mechanická ucpávka se může jednoduše vyjmout. Tímto se šetří náklady spojené s vypouštěním a napouštěním nádrže. Ekato Paravisc systém pro viskózní aplikace Výroba viskózních látek klade na míchací systémy velké nároky, zejména s ohledem na dostatečnou homogenizaci, přestup tepla, suspendaci pevných částic a zvládnutí proměnlivé viskozity postupně vznikajícího produktu. Pro takto náročné aplikace vyvinula společnost Ekato míchací systém Paravisc. Paravisc míchadlo díky speciální konstrukci zajišťuje intenzivní axiální promíchávání, a tím umožňuje vysoce efektivní přestup tepla. V porovnání s konvenčními míchadly (kotva, spirálovité míchadlo) je pak výsledkem významné zkrácení doby zpracování produktu a úspora energií. Ekato Paravisc se osvědčil v aplikacích s viskozitami až do mpas. Systém může být doplněn o míchací zarážky pro efektivnější míchání, škrabky zajišťující odstraňování produktu ze stěn reaktoru nebo přídatná míchadla pro náročnější aplikace: míchadlo Ekato Coaxial, rychloběžný excentrický dissolver pro vmíchávání pevných částic, kotvové Z míchadlo uchycené na spodní část Paravisc míchadla pro lepší vyhrnutí produktu. Ekato UNIMIX systém homogenizace látek s širokým rozsahem viskozit UNIMIX systém je kompaktní zařízení určené pro míchání a homogenizaci látek s širokým rozsahem viskozit. Charakteristickým prvkem homogenizátorů je míchadlo Paravisc a mixér S-JET umístěný ve výpusti míchané nádoby. Mixér S-JET umožňuje přímé dávkování kapaliny a pevných částic do střihové zóny mixéru, kde zajišťuje okamžitou dispergaci, smáčení pevných částic, emulzifikaci i těžko mísitelných kapalin. V kombinaci s míchanou nádobou s míchadlem Paravisc umožňuje interní nebo externí homogenizaci. Speciální konstrukce rotoru/statoru mixéru zajišťuje dostatečný tlak pro recirkulaci a vypouštění vysoce viskózních látek. UNIMIX systém se s výhodou využívá ve farmaceutickém (masti, emulze, krémy) a kosmetickém průmyslu (šampony, kondicionéry, tělová mléka, rtěnky, líčidla). Tab. 1 Systémy s míchadlem Ekato Paravisc Schéma míchadla Popis Standardní provedení Ekato Paravisc se zarážkou Zajištění dobré homogenizace a přestupu tepla pro široké rozmezí viskozit Ekato Paravisc s míchadlem Coaxial Ekato Paravisc s disolverem Flexibilní škrabka Kotvové Z míchadlo Použití Přimíchávání sypkých pevných látek, široké spektrum aplikací Tvorba disperzí a emulzí Kompenzuje nerovnosti na stěně reaktoru, úspory produktu Pro lepší vyhrnutí produktu z reaktoru 20 CHEMagazín Číslo 2 Ročník XXIII (2013)