zamenjava obstojeČih toplotnih prenosnikov in …
Post on 15-Apr-2022
10 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO
Oţbej Goričan
ZAMENJAVA OBSTOJEČIH TOPLOTNIH PRENOSNIKOV IN NJIHOVA MODIFIKACIJA V
OBRATU ROČNO ORODJE, UNIOR D.D.
Diplomska naloga
Maribor, november 2011
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje, Unior
d.d. Stran II
Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega progama
ZAMENJAVA OBSTOJEČIH TOPLOTNIH PRENOSNIKOV IN NJIHOVA MODIFIKACIJA V
OBRATU ROČNO ORODJE, UNIOR D.D.
Študent: Oţbej Goričan
Študijski program: Kemija in kemijska tehnologija
Predvideni strokovni naslov: dipl. inţ. kem. tehnol.
Mentor: doc. dr. Anita Kovač Kralj
Somentorica: izr. prof. dr. Andreja Goršek
Maribor, oktober 2011
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran III
IZJAVA
Izjavljam, da sem diplomsko delo izdelal sam, prispevki drugih so posebej označeni.
Pregledal sem literaturo iz področja diplomskega dela po naslednjih elementih:
Vir: ISI Web of Science
Gesla: heat exchanger, modification
Skupine gesel (unija itd.): Modification of heat exchanger
Časovno obdobje: Od leta 1985 do leta 2011
Število referenc: 15
Število prebranih izvlečkov: 10
Število prebranih člankov: 13
Število pregledanih knjig: 11
________________
Maribor, november 2011 podpis študenta
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran IV
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran V
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorici doc. dr. Aniti Kovač
Kralj za pomoč in vodenje pri opravljanju
diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem tudi
somentorici izr. prof. dr. Andreji Goršek.
Za strokovno pomoč v podjetju Unior d.d. se
zahvaljujem dipl. ing. Andreji Hasenbichel, Ireni
Stupan in Štefki Petek Kovše.
Posebna zahvala gre mojim staršem, ki so mi
omogočili študij in me ob tem podpirali.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran VI
ZAMENJAVA OBSTOJEČIH TOPLOTNIH PRENOSNIKOV IN
NJIHOVA MODIFIKACIJA V OBRATU ROČNO ORODJE, UNIOR
D.D.
Povzetek
Unior d.d. je kovinsko predelovalno podjetje, ki se danes ukvarja z izdelavo kovanih in
sintranih izdelkov za avtomobilsko industrijo, izdelavo ročnega orodja, strojegradnjo in
turizmom.
V tej diplomski nalogi, smo za podjetje Unior d.d., za obrat Obdelovalnica na novo
izračunali pretoke in iztočne temperature grelne vode ob zamenjavi obstoječega
toplotnega prenosnika na proizvodni liniji za mangan-fosfatiranje. S programom Aspen
Plus smo izračunali obratovalne parametre za različne moţne postavitve, pri različnih
vtočnih temperaturah grelne vode in pri različnih temperaturah delovne raztopine.
Na osnovi simulacij predlaganih postavitev smo izbrali najboljšo moţno, ki ne bo motila
delovne operacije pri čiščenju toplotnih prenosnikov, prav tako pa ne bo imela vpliva na
ostale delovne procese omenjene proizvodne linije.
Ključne besede: toplotni prenosnik, rekonstrukcija, Apen Plus, modifikacija toplotnih
prenosnikov
UDK: 66.042.88(043.2)
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran VII
THE REPLACMENT OF EXISTING HEAT EXCANGERS AND THEIR
MODIFICATION IN THE PLANT HAND TOOLS, UNIOR D.D.
Abstract
Unior d.d. is the metal-processing company, today engaged in the manufacture of forged
and sintered products for automotive, hand tool, engineering and tourism.
In this diploma thesis, we calculated flow rates and outlet temperatures of the heating
water when replacing an existing heat exchanger on the production line for manganese-
phosphathing, for Unior d.d. company. With the program Aspen Plus, we simulated the
operating parameters for the various possible layouts at different inlet temperatures of the
heating water and at different temperatures of the working solution.
Based on simulation results for different alternatives, the best possible one has been
choosen. The proposed layout will not interfere with working operations during the
cleaning of heat exchangers, and also it will not influence any other working process on
that production line.
Key Words: heat exchanger, reconstruction, Aspen Plus, modification of heat
exchangers
UDK: 66.042.88(043.2)
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran VIII
VSEBINA
1 UVOD ........................................................................................................................ 1
1.1 Unior d.d. ............................................................................................................. 1
1.2 Opis problema in namen diplomskega dela ......................................................... 3
2 TEORETIČNE OSNOVE ........................................................................................... 6
2.1 Fosfatne prevleke in fosfatiranje .......................................................................... 6
2.2 Opis linije ............................................................................................................. 9
2.3 Toplotni prenosniki in dimenzioniranje ............................................................... 13
2.4 Aspen Plus ........................................................................................................ 17
3 REZULTATI IN RAZPRAVA .................................................................................... 19
3.1 Obstoječe stanje in moţna zamenjava ............................................................... 19
3.2 Poenostavitev z Aspen Plus-om ........................................................................ 22
3.3 Obstoječe stanje v kadi za čiščenje in kadi za mangan-fosfatiranje ................... 22
3.4 Nove postavitve ................................................................................................. 25
3.4.1 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 70°C in temperaturo grelne vode 100°C ................................... 25
3.4.2 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 75°C in temperaturo grelne vode 100°C ................................... 26
3.4.3 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 70°C in temperaturo grelne vode 95°C..................................... 27
3.4.4 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode 95 °C ................................... 28
3.4.5 Postavitve z dvema toplotnima prenosnikoma .............................................. 29
3.4.6 Preverjanje površine pri najoptimalnejši postavitvi ........................................ 29
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran IX
4 SKLEP .....................................................................................................................31
5 VIRI ..........................................................................................................................32
6 PRILOGE .................................................................................................................33
6.1 Priloga 1: Obstoječe stanje.................................................................................33
6.2 Priloga 2: Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode 100 °C........................................35
6.3 Priloga 3: Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode 100 °C........................................37
6.4 Priloga 4: Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode 95 °C. ........................................39
7 ŢIVLJENJEPIS .........................................................................................................41
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran X
SEZNAM SLIK
Slika 1-1: Unior d.d. ........................................................................................................... 1
Slika 1-2: Toplotni prenosnik za mangan-fosfatiranje z oblogami mangan-fosfata. ............ 4
Slika 1-3: Dotrajan toplotni prenosnik v kadi za čiščenje. ................................................... 5
Slika 2-1: Dva obdelovanca, zgoraj oplaščen z mangan-fosfatno prevleko in spodaj pred
obdelavo. ........................................................................................................... 6
Slika 2-2: Obdelovanci, oplaščeni z ţelezo-fosfatno prevleko [3]. ...................................... 7
Slika 2-3: Obdelovanec delno oplaščen s cink-fosfatno prevleko [3]. ................................. 8
Slika 2-4: Proizvodna linija za izdelavo mangan-fosfatnih prevlek. .................................... 9
Slika 2-5: Shema postavitve kadi [4]. ............................................................................... 12
Slika 2-6: Enostavni toplotni prenosnik, levo sotočna izvedba, desno protitočna izvedba in
potek temperatur [6]. ....................................................................................... 13
Slika 2-7: Cevi prenosnik toplote [7]. ............................................................................... 14
Slika 2-8: Ploščni prenosnik toplote [5]. ........................................................................... 15
Slika 2-9: Kotel z grelno kačo [5]. .................................................................................... 16
Slika 3-1: Toplotni prenosnik v kadi za mangan-fosfatiranje. ........................................... 20
Slika 3-2: Načrt toplovoda................................................................................................ 21
Slika 3-3: Skica najoptimalnejše modifikacije. .................................................................. 29
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran XI
SEZNAM PREGLEDNIC
Preglednica 3-1: Podatki za obstoječe stanje v kadi za čiščenje. ................................22
Preglednica 3-2: Podatki za obstoječe stanje v kadi za mangan-fosfatiranje...............24
Preglednica 3-3: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode
100 °C. .............................................................................................25
Preglednica 3-4: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem na 70 °C in temperaturo grelne
vode 100 °C. ....................................................................................25
Preglednica 3-5: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode
100 °C. .............................................................................................27
Preglednica 3-6: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in
temperaturi grelne vode 100 °C. ......................................................27
Preglednica 3-7: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode
95 °C. ...............................................................................................28
Preglednica 3-8: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi in z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in
temperaturi grelne vode 95 °C. ........................................................28
Preglednica 3-9: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode
95 °C. ...............................................................................................28
Preglednica 3-10: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi in z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in
temperaturi grelne vode 95 °C. ........................................................29
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran XII
UPORABLJENI SIMBOLI
K koeficient toplotne prehodnosti W/(m2 K)
A ploščina m2
T temperatura °C
ΔTpovp. povprečna temperaturna razlika med dvema fluidoma K
ΔTln srednja logaritemska temperatura K
ΔT temperaturna razlika K
cp specifična toplotna kapaciteta pri stalnem tlaku J/(g K)
Φ toplotni tok W
p tlak bar
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 1
1 UVOD
Unior d.d. je kovinsko predelovalno podjetje, ki se danes ukvarja z izdelavo kovanih in
sintranih izdelkov za avtomobilsko industrijo, izdelavo ročnega orodja, strojegradnjo in
turizmom.
1.1 Unior d.d.
Druţba Unior d.d. je nastala leta 1919 kot kovačnica ročnega orodja za kmetijstvo,
gozdarstvo in različne obrti, s skrajšanim imenom Štajerska Zreče. Po drugi svetovni vojni
je nastal obnovljen obrat z imenom Tovarna kovanega orodja Zreče (slika 1-1).
Slika 1-1: Unior d.d.
Rekonstrukcija tovarne in vpeljava novega načina utopnega kovanja in nove zmogljivosti
so bili osnova za razvoj programov ročnega orodja in utopno kovanih odkovkov. Utopno
kovani izdelki se vse bolj uveljavljajo v proizvodnji avtomobilov, traktorjev, mopedov, koles
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 2
in motorjev z notranjim izgorevanjem. V sedemdesetih letih se ţe pojavi ime Unior, ki je
sestavljeno iz besed univerzalno orodje, po katerem je druţba dobro znana doma in v
svetu. V tem času se prične tudi izgradnja turističnih zmogljivosti. V osemdesetih letih
postane Unior pomemben partner evropske avtomobilske industrije, kot eden večjih
proizvajalcev laţjih odkovkov in eden največjih proizvajalcev ojnic za bencinske motorje. V
devetdesetih letih Unior prične s širitvijo izvoza ročnega orodja z ustanavljanjem
distribucijske mreţe po vsem svetu. Unior je danes na trgu prisoten s programi: Odkovki,
Sinter, Ročno orodje, Strojegradnja in Turizem.
Program Odkovki je najstarejši program in je osnova, iz katere se je razvil današnji Unior.
Za potrebe avtomobilske industrije izdeluje odkovke za krmilne mehanizme, ojnice dele
pogonskih gredi in menjalnikov. Več kot tri četrtine proizvodnje tega programa je
namenjena avtomobilski industriji, ostalo pa različnim drugim programom in lastni
proizvodni ročnega orodja.
Program Sinter proizvaja zahtevne sintrane dele za avtomobilsko industrijo, dele okovja
za stavbno pohištvo, ohišja in rotorje črpalk, zobnike in mnoge druge strojne dele.
Proizvodnja sintranih delov uvršča Unior med pomembnejše dobavitelje sistemske
avtomobilske industrije.
Ročno orodje podjetja Unior je znano po vsem svetu. Odlikuje ga visoka kvaliteta jekla in
funkcionalnost. Snovanje in razvoj orodja se nenehno prilagaja novim potrebam
uporabnikov. Izvirne izvedbe in rešitve pa zagotavljajo uporabnost in učinkovitost.
Program ročnega orodja ponuja mnoge vrste klešč, ključev, izvijačev, stege in druga
specialna orodja.
Program Strojna oprema se ukvarja z razvojem in izdelavo namenskih CNC strojev za
serijsko obdelavo aluminijastih odlitkov in odkovkov. Program ponuja razvoj, projektiranje
in konstruiranje, izdelavo, montaţo in servis strojne opreme.
Program Turizem izkorišča naravne danosti bliţnje okolice in Pohorja. Unior ima na Rogli
bogato turistično ponudbo. Pozimi ponuja urejena smučišča, poleti pa je idealen kraj za
pohodnike, sprehajalce, kolesarje. V Zrečah program zaokroţuje svojo ponudbo z bazeni,
savnami in ostalo sprostitveno ponudbo [1].
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 3
1.2 Opis problema in namen diplomskega dela
Za program Ročnega orodja je vzpostavljen obrat Obdelovalnica, ki se ukvarja s
površinsko obdelavo orodja. Za ta namen so postavljene štiri linije za izdelavo različnih
prevlek na orodju, kot je: nikljanje, kromiranje, bruniranje in mangan-fosfatiranje.
Na liniji za mangan-fosfatiranje se na toplotnih prenosnikih, ki so nameščeni v kadi za
mangan-fosfatiranje, med uporabo nabere debel sloj mangan-fosfata (slika 1-2). Debele
obloge močno zmanjšujejo učinkovitost prenosa toplote, za to je potrebno le te redno
čistiti. V ta namen se toplotna prenosnika iz kadi za mangan-fosfatiranje premestita v kad
za čiščenje, v kateri poteka čiščenje s segreto čistilno raztopino. Toplotni prenosnik za
ogrevanje čistilne raztopine, ki je sedaj nameščen v kadi za čiščenje, je ţe dotrajan (slika
1-3) in bo potrebna zamenjava. Čistilna kad je namenjena samo za čiščenje toplotnih
prenosnikov za mangan-fosfatiranje, za to je moţna rešitev, poleg nakupa novega
toplotnega prenosnika, priključitev tega, ki je namenjen za mangan-fosfatiranje, tako bi,
poleg tega, da se očisti, le ta prevzel nalogo ogrevanja čistilne raztopine.
Namen tega diplomskega dela je bil preveriti pretoke grelne vode skozi druge toplotne
prenosnike, saj ne sme priti do bistvenega povečanja porabe grelne vode v sistemu. V
tem primeru bi to lahko porušilo optimalno delovanje ostalih procesov na liniji za mangan-
fosfatiranje in morda tudi na liniji za bruniranje, saj sta ti dve liniji obe vezani na skupni
vročevod.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 4
Slika 1-2: Toplotni prenosnik za mangan-fosfatiranje z oblogami mangan-fosfata.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 5
Slika 1-3: Dotrajan toplotni prenosnik v kadi za čiščenje.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 6
2 TEORETIČNE OSNOVE
2.1 Fosfatne prevleke in fosfatiranje
Fosfatne prevleke se uporabljajo na kovinskih delih za protikorozijsko zaščito, kot
mazalno sredstvo za nadaljnje hladno preoblikovanje in kot podlaga za nadaljnje
premaze. Fosfatiranje se izvaja z raztopino fosforne kisline in fosfornih soli. Sam postopek
se izvaja s škropljenjem raztopine na obdelovance, ali z namakanjem le teh v raztopini.
Fosfatne prevleke je moţno izvajati tako na ţeleznih površinah, kot tudi na površinah
drugih kovin, kot so cink, aluminij, srebro, kadmij in drugih. Najpogosteje se uporabljajo
mangan-fosfatne, cink-fosfatne in ţelezo-fosfatne prevleke. Mangan-fosfat (slika 2-1) se
uporablja za protikorozijsko zaščito in kot mazalno sredstvo, nanašanje pa je mogoče le z
namakanjem v raztopino.
Slika 2-1: Dva obdelovanca, zgoraj oplaščen z mangan-fosfatno prevleko in spodaj pred
obdelavo.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 7
Ţelezo-fosfat (slika 2-2) se običajno uporablja le kot podlaga za nadaljnje prevleke, med
tem ko je cink-fosfat (slika 2-3) uporaben za protikorozijsko zaščito, kot mazalno sredstvo
in kot podlaga za nadaljnje prevleke. Oba je mogoče nanašati s škropljenjem in
namakanjem v raztopino.
Slika 2-2: Obdelovanci, oplaščeni z ţelezo-fosfatno prevleko [3].
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 8
Slika 2-3: Obdelovanec delno oplaščen s cink-fosfatno prevleko [3].
Proces izdelave fosfatnih prevlek izkorišča slabo topnost fosfatov v srednjem in visokem
pH območju. Raztopina za fosfatiranje vsebuje manganove, ţelezne ali cinkove fosfatne
soli in fosforno kislino. Z vstavitvijo kovinskih obdelovancev se pri reakciji kisline s kovino
porabljajo H3O+ ioni in pH raztopine se zvišuje, s tem pa se sproţi izločanje fosfatov na
površini kovine. Pri reakciji kisline s kovino se na površini kovine tvorijo mehurčki vodika,
ki ovirajo tvorbo fosfatne prevleke. Za preprečitev tega pojava in za boljši oprijem ter
hitrejšo tvorbo prevleke, se raztopini dodajajo nitrati, ki oksidirajo vodik.
Lastnosti fosfatne prevleke so odvisne od kristalne strukture. Drobno zrnata kristalna
struktura ima dobre protikorozijske lastnosti in je dobra podlaga za nadaljnje premaze,
medtem ko ima grobozrnata struktura, naoljena ali drugače obdelana, dobro mehansko
odpornost. Glede na te zahteve se izbirajo ustrezna raztopina, dodatki, temperatura in čas
obdelave.
Same fosfatne prevleke kot take ne zagotavljajo protikorozijske zaščite, saj so le te
porozne, zato je potrebno površine dodatno oljiti ali kako drugače zaščititi (barvanje,
lakiranje). Zaradi poroznosti so fosfatne prevleke dobra površina za nadaljnje barvanje in
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 9
lakiranje, saj zagotavlja dober oprijem, električno izolacijo in omogoča pronicanje
premazov v notranjost prevleke in s tem mehansko spojitev.
Cink-fosfatne prevleke se pogosto uporabljajo z natrijevim-stearatom, da nastane
mazalna plast za hladno in toplo preoblikovanje. Natrijev stearat tvori s fosfatom močno
vez med kovino in površino tudi pri ekstremnih deformacijah [2].
2.2 Opis linije
Linija za mangan-fosfatiranje je sestavljena iz nakladalno-razkladalnega mesta in niza
kadi z ustreznimi raztopinami za predpripravo obdelovancev za ta postopek (slika 2-4).
Slika 2-4: Proizvodna linija za izdelavo mangan-fosfatnih prevlek.
Na nakladalno-razkladalnem mestu se obdelovanci nalagajo v košare, tako da se med
seboj le ti ne dotikajo. Na tem mestu robot dvigne košaro in jo nato premika po ustreznih
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 10
kadeh po vnaprej določenem programu. V procesu obdelave poteka najprej vroče
razmaščevanje v alkalni raztopini. Ker proces poteka pri višji temperaturi, iz raztopine
odhlapeva voda, ki jo dopolnjujemo z izpirno vodo iz naslednje kadi. Po razmaščevanju se
obdelovanci nad kadjo dobro odcedijo, nato pa jih je potrebno temeljito izprati, kar se
izvede s kaskadnim izpiranjem v treh zaporednih kadeh. Izprane obdelovance se nato
potopi v raztopino za jedkanje, ki je namenjeno odstranjevanju kovinskih oksidov iz delno
korodiranih obdelovancev. Tudi ta proces poteka pri višji temperaturi, zato izhlapelo vodo
iz raztopine nadomeščajo z izpirno vodo iz naslednje kadi. Odcejene obdelovance je po
jedkanju potrebno temeljito izpirati, kar zopet poteka kaskadno v treh zaporednih kadeh.
Za doseganje kvalitetnejših fosfatnih prevlek se obdelovanci aktivirajo v alkalnem
elektrolitu pri sobni temperaturi. V kadi za aktiviranje je zagotovljeno mešanje raztopine s
komprimiranim zrakom. Sledi še mangan-fosfatiranje in kaskadno izpiranje. Mangan-
fosfatiranje poteka pri temperaturi (92-95) °C, izgubljena raztopina pa se nadomešča z
naslednjo izpirno vodo, ob tuširanju obdelovancev nad kadjo za fosfatiranje. Količina vode
za tuširanje je usklajena s količino odhlapele tekočine iz kadi za fosfatiranje. Obdelovanci
se nato še potopijo v toplo vodo, da se ogrejejo, preden se prenesejo v sušilnik, kjer se s
pomočjo vročega zraka posušijo. Po sušenju je postopek mangan-fosfatiranja končan in
obdelovance na nakladalno-razkladalnem mestu snamejo iz košar.
Pri procesu mangan-fosfatiranja se na toplotnih prenosnikih in stenah kadi nabira debela
obloga mangan-fosfata, ki jo je potrebno občasno (predvidoma enkrat tedensko)
odstraniti. Kad se očisti mehansko, za čiščenje toplotnih prenosnikov pa sluţi čistilna kad
z raztopino za čiščenje. Toplotna prenosnika na kadi za mangan-fosfatiranje odmontirajo
in prenesejo v kad za čiščenje.
Kadi, kjer se proces vrši pri višjih temperaturah, so opremljene z odsesovalnimi košarami
za odvajanje par, ogrevanje pa je izvedeno s potopnimi toplotnimi prenosniki, ki se
napajajo z vročo vodo. Za fosfatiranje je ogrevanje kadi izvedeno posebej z dvema
potopnima toplotnima prenosnikoma iz nerjavečega jekla.
Delovne raztopine tekom uporabe ne menjujejo, ampak jih na podlagi predhodnih analiz
sproti popravljajo. Analize se opravljajo dnevno, oziroma po potrebi, glede na količino
obdelanih predmetov [4].
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 11
Na slik 2-5 je prikazana postavitev kadi na liniji za mangan-fosfatiranje:
Pozicija 1: nakladalno-razkladalno mesto,
Pozicija 3: sušilnik,
Pozicija 4: topla voda,
Pozicija 5: alkalno razmaščevanje,
Pozicije 6, 7, 8: kaskadno izpiranje po razmaščevanju,
Poziciji 9,10: jedkanje,
Pozicije 11, 12, 13: kaskadno izpiranje po jedkanju,
Pozicija 14: aktiviranje,
Pozicije 15, 16, 17: kaskadno izpiranje po mangan-fosfatiranju,
Pozicija 18: mangan-fosfatiranje,
Pozicija 19: čiščenje toplotnih prenosnikov.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 12
Slika 2-5: Shema postavitve kadi [4].
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 13
2.3 Toplotni prenosniki in dimenzioniranje
Prenos toplote je spontan pojav, ki se pojavi, kadar imamo v sistemu mesta z različno
temperaturo. Toplotni tok teče iz mesta z višjo temperaturo na mesto z niţjo temperaturo
in teče, dokler se temperaturi ne izenačita. Prenos toplote se vrši s toplotnim prevajanjem
ali kondukcijo, toplotnim mešanjem ali konvekcijo in s toplotnim sevanjem ali radiacijo. Pri
nizkih temperaturah se toplota prenaša predvsem z kondukcijo in konvekcijo, medtem ko
ima radiacija zelo majhen vpliv.
Toplotni prenosniki so del procesne opreme za prenos toplote med dvema fluidoma, ki sta
lahko v tekočem ali plinastem stanju. Toplotni prenosniki se uporabljajo tako za ogrevanje,
kot za hlajenje. Glede na ta namen jih imenujemo grelniki, oziroma hladilniki, uporabni so
v vseh vrstah industrije, kjer se pojavlja potreba po ogrevanju oziroma hlajenju, pa tudi
sicer jih uporabljamo vsak dan za klimatizacijo prostorov. Kot pogonsko sredstvo se
najpogosteje uporablja vroča voda ali vodna para, lahko pa se uporabljajo tudi druge
tekočine ali plini, odvisno od zahtev in moţnosti.
Poznamo več izvedb toplotnih prenosnikov, ki se razlikujejo predvsem v načinu vodenja
tokov, glede na smer tokov imamo sotočne, protitočne in kriţnotočne toplotne prenosnike.
Enostavni primer toplotnega prenosnika predstavljata dve koncentrično postavljeni cevi,
skozi kateri se pretakata fluida, ki skozi steno izmenjujeta toploto (slika 2-6) [5,6].
Slika 2-6: Enostavni toplotni prenosnik, levo sotočna izvedba, desno protitočna izvedba in
potek temperatur [6].
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 14
V sotočni izvedbi ni moţno doseči višje iztočne temperature hladnega fluida, kot je iztočna
temperatura vročega fluida, pri protitočni izvedbi pa je to mogoče, kar je razvidno iz
poteka temperatur na sliki 2-6. Glede na potek temperatur je protitočna izvedba
učinkovitejša, saj omogoča boljši prenos toplote pri enaki izmenjalni površini toplotnega
prenosnika.
V praksi se najpogosteje uporablja toplotni prenosnik s snopom cevi, ki je obdan s
plaščem (slika 2-7). Tako en fluid teče skozi cevni snop, drugi pa skozi plašč toplotnega
prenosnika. V plašču se nahaja cevni snop, običajno z več prehodi skozi plašč, v plašču
pa so postavljeni usmerniki tokov, ki usmerjajo tok fluida, tako da se doseţejo kriţni
tokovi.
Slika 2-7: Cevi prenosnik toplote [7].
Zelo pogosto se uporabljajo tudi ploščni toplotni prenosniki (slika 2-8), ki so sestavljeni iz
niza narebrenih plošč, zloţenih ena ob drugo, z vmesnimi prostori za pretakanje fluidov.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 15
Slika 2-8: Ploščni prenosnik toplote [5].
Zelo enostavna in pogosto uporabljana izvedba prenosnika toplote je cevna kača,
potopljena v tekočino v posodi (slika 2-9). En fluid se pretaka skozi grelno kačo, drugi pa
je v posodi (kotlu). Boljši učinki prenosa toplote se dosegajo z mešanjem fluida v posodi.
Takšne izvedbe so pogoste v šarţnih procesih in v procesih, kjer potrebujemo stoječe,
ogrete delovne tekočine (sistem kadi za fosfatiranje).
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 16
Slika 2-9: Kotel z grelno kačo [5].
Velikost toplotnega prenosnika je odvisna od toplotnega toka, Φ (2.1), ki se izmenja med
fluidoma, ta pa je proporcionalen izmenjalni površini, A, povprečni temperaturni razliki
med fluidoma, ΔTpovp in koeficienta toplotne prehodnosti K.
(2.1)
Koeficient toplotne prehodnosti podaja količino toplote, ki jo lahko prenesemo skozi enoto
površine 1 m2 pri enoti temperaturne razlike 1 K. Na vrednost koeficienta toplotne
prehodnosti vpliva več parametrov: na eni strani prestop toplote iz fluida na steno in iz
stene na fluid na drugi strani, prevod toplote skozi steno. Ker je namen prenosnika toplote
izmenjati čim več toplote na čim manjši površini, se uporabljajo materiali z čim boljšo
toplotno prevodnostjo tako, da se ta člen lahko zanemari. Zelo pogosto se na izmenjalnih
površinah tvorijo obloge, ki lahko bistveno zmanjšujejo koeficient toplotne prehodnosti.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 17
Povprečna temperaturna razlika ΔTpovp se izračuna po enačbi (2.2):
(2.2)
Enačba 2.2. velja, kadar je izpolnjen pogoj: , sicer se uporablja
enačba (2.3) za srednjo logaritemsko temperaturo, ki daje natančnejši rezultat.
(2.3)
Toplotni tok, Φ, določamo po enačbi (2.4) glede na potrebe fluida ki se ogreva oziroma
hladi. Toplotni tok je odvisen od masnega pretoka fluida, qm, specifične toplotne
kapacitete, cp, in temperaturne razlike fluida T, ki jo podaja enačba (2.5) [5,6,9,12].
(2.4)
(2.5)
2.4 Aspen Plus
Program Aspen Plus je modelno orodje za zasnovo, načrtovanje in optimizacijo procesov
v kemijski in petrokemijski industriji, rafineriji nafte, pri proizvodnji plina in plinskega olja,
sintetičnih goriv, pri proizvodnji energije ter farmaciji in biotehnologiji. Program ima bogato
knjiţnico fizikalnih lastnosti čistih snovi, omogoča nam hitro oceno stroškov investicije za
predlagani model in izbiro najoptimalnejših obratovalnih pogojev, kjer so izkoristki največji
in s tem najmanjši proizvodni stroški.
Procesne modele uporabljamo za tri različne nivoje študija procesov:
za razvoj procesov,
za načrtovanje procesov,
za obratovanje procesnih operacij.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 18
Osnova študije so procesna shema in podatki. Rezultat je podan s procesno matriko, ki
predstavlja celotno procesno obratovanje, delovanje procesnih enot in tokove s pretoki,
mnoţinskimi deleţi komponent in drugimi pomembnimi parametri.
Model za razvoj procesa sestavimo tako, da zberemo čim več informacij o procesu. Ţe v
zelo zgodnji fazi modeliranja ga lahko uporabimo za ocenjevanje vpliva tehnoloških
sprememb na ekonomičnost procesa. Z modelom lahko ugotovimo obratovalne podatke,
pomembne za vodenje procesa in si pomagamo pri odločanju med procesnimi
alternativami.
Model za načrtovanje se uporablja za načrtovanje novega, ali za modernizacijo
obstoječega obrata. Pomaga nam pri raziskovanju trga, načrtovanju procesnih operacij,
ugotavljanju prilagodljivosti obrata in skladiščenju zalog. S podrobno študijo modela se
lahko odpravi veliko napak. V obstoječih obratih je Aspen Plus lahko pomemben
pripomoček za izboljšanje obratovanja procesnih operacij, povečanje rentabilnosti in
zmanjšanje porabe energije. Model je uporaben pri spreminjanju obratovalnih pogojev z
ozirom na skladiščenje zalog, surovin in končnih izdelkov. Z modelom se nastavljajo
obratovalni pogoji tako, da se čim bolj povečajo izkoristki in s tem zmanjšajo proizvodni
stroški. Zelo koristen je pri uvajanju tehnoloških novosti [10, 11].
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 19
3 REZULTATI IN RAZPRAVA
3.1 Obstoječe stanje in možna zamenjava
Obstoječe stanje v kadi za čiščenje predstavlja en toplotni prenosnik (slika 1-3) z grelno
površino 1,47 m2, ki se napaja z vročo vodo, s temperaturo od 95 °C do 100 °C.
Brez večjih stroškov bi bilo mogoče uporabiti toplotna prenosnika, ki sta v kadi za
mangan-fosfatiranje (slika 3-1). Površina enega toplotnega prenosnika je 1,7 m2, oba se
napajata z vročo vodo s temperaturo 115 °C. Na razpolago so štirje toplotni prenosniki.
Uporabljajo se v parih, dva ogrevata raztopino za mangan-fosfatiranje, sočasno pa sta
dva neaktivna v kadi za čiščenje, ko se z njiju odstranjujejo obloge mangan-fosfata. Tako
bi v kadi odklopili obstoječi toplotni prenosnik in priključili enega, ali oba toplotna
prenosnika, ki sta namenjena za mangan-fosfatiranje, ki bi se ob enem čistila, prevzela pa
bi še vlogo segrevanja čistilne raztopine.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 20
Slika 3-1: Toplotni prenosnik v kadi za mangan-fosfatiranje.
Sistem ogrevanja (slika 3-2) je izveden s toplovodom na vročo vodo. V kotlovnici z močjo
169,4 kW se segreva voda pod tlakom 4 bar na temperaturo od (115 – 122) °C in se v
toplotni postaji, preko dveh ploščnih toplotnih prenosnikov, razdeli na dva dela. Manjši
toplotni prenosnik z močjo 18,9 kW je namenjen samo za ogrevanje kadi za mangan-
fosfatiranje. Vroča voda je v toplovodu pri tlaku od (2,5 – 3) bar in se segreva na 115 °C.
Večji toplotni prenosnik z močjo 150,5 kW pa je namenjen za ogrevanje ostalih kadi na
liniji za mangan-fosfatiranje (tudi kad za čiščenje toplotnih prenosnikov) in bruniranje.
Vroča voda je v toplovodu pri tlaku od (2,5 – 3) bar in se segreva na (95 – 100) °C.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 21
Slika 3-2: Načrt toplovoda.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 22
3.2 Poenostavitev z Aspen Plus-om
Programski paket Aspen Plus omogoča dimenzioniranje in optimiranje toplotnih
prenosnikov. Program je napisan samo za kontinuirne toplotne prenosnike, kot je cevni
toplotni prenosnik na sliki 2-7. Za izračun izhodnih parametrov model potrebuje zadostno
število vhodnih podatkov. Aspen Plus pri toplotnih prenosnikih obravnava naslednje
parametre: pretok in tlak toplega in hladnega fluida, vtočne in iztočne temperature obeh
fluidov, specifične toplotne kapacitete, koeficient toplotne prehodnosti, izmenjalno
površino in pretok toplote skozi steno toplotnega prenosnika.
Naš sistem je šarţno-kontinuirni, saj grelni medij preko toplotnega prenosnika ogreva
stoječo raztopino v kadi. Takšnega sistema program Apen Plus ne zna rešiti, zato je bila
potrebna prilagoditev podatkov. To smo rešili tako, da smo za delovno raztopino določili
pretok na podlagi toplotne moči toplotnega prenosnika in s fizikalnimi lastnostmi vode, saj
so ti podatki le navidezne narave za potrebe delovanja programa Apen Plus. Pomembno
je le, da se nam bistveno ne poveča poraba toplote v sistemu. Z določitvijo pretoka
delovne raztopine smo lahko s programom Aspen Plus določali ostale parametre za
predpostavljene pogoje.
3.3 Obstoječe stanje v kadi za čiščenje in kadi za mangan-fosfatiranje
S podatki iz preglednice 3-1 smo izračunali koeficient toplotne prehodnosti K in masni
pretok grelne vode qm (priloga 1).
Preglednica 3-1: Podatki za obstoječe stanje v kadi za čiščenje.
Začetna temperatura delovne raztopine, °C 25
Končna temperatura delovne raztopine, °C 70
Vtočna temperatura grelne vode, °C 100
Iztočna temperatura grelne vode, °C 85
Tlak raztopine, bar 1
Tlak grelne vode, bar 3
Površina toplotnega prenosnika, m2 1,47
Grelna moč, W 6 200
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 23
Za izračun koeficienta toplotne prehodnosti K, potrebujemo srednjo logaritemsko
temperaturo ΔTln, ki jo izračunamo po enačbi 2.3 in znaša 43,3 K.
Koeficient toplotne prehodnosti, K, izračunamo po enačbi 3.1. Njegova vrednost je 97,4
W/m2 K.
(3.1)
Za izračun pretoka grelne vode, qm, potrebujemo spremembo temperature grelne vode, ki
jo izračunamo po enačbi 2.5 in znaša 30 K.
Pretok grelne vode, qm, izračunamo iz enačbe 3.2, in znaša 355,5 kg/h.
(3.2)
S podatki v preglednici 3-2 smo izračunali koeficient toplotne prehodnosti, K, in pretok
grelne vode, qm, za obstoječa toplotna prenosnika v kadi za mangan-fosfatiranje.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 24
Preglednica 3-2: Podatki za obstoječe stanje v kadi za mangan-fosfatiranje.
Začetna temperatura delovne raztopine, °C 25
Končna temperatura delovne raztopine, °C 95
Vtočna temperatura grelne vode, °C 115
Iztočna temperatura grelne vode, °C 105
Tlak raztopine, bar 1
Tlak grelne vode, bar 3
Površina toplotnega prenosnika, m2 3,4
Grelna moč, W 14 900
Za izračun koeficienta toplotne prehodnosti, K, potrebujemo srednjo logaritemsko
temperaturo, ΔTln, ki jo izračunamo po enačbi 2.3 in znaša 43,3 K.
Koeficient toplotne prehodnosti K izračunamo po enačbi 3.1 in znaša 101,3 W/m2 K.
Za izračun pretoka grelne vode, qm, potrebujemo spremembo temperature grelne vode, ki
jo izračunamo po enačbi 2.5 in znaša 10 K.
Pretok grelne vode, qm izračunamo po enačbi 3.2 in znaša 1281,1 kg/h.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 25
3.4 Nove postavitve
Pri novih postavitvah v kadi čistilne raztopine ne spreminjamo. Nadomestni toplotni
prenosnik ima večjo površino in večji koeficient toplotne prehodnosti od obstoječega. V
kolikor bi novi toplotni prenosnik obratoval pod istimi obratovalnimi parametri, bi to
pomenilo večji toplotni tok, s tem pa pregrevanje čistilne raztopine in nepotrebno izgubo
energije. Obratovalne pogoje smo modificirali s pretokom grelne vode, ter vtočno in
iztočno temperaturo grelne vode. V naslednjih poglavjih (3.4.1 do 3.4.5) so predstavljene
vse moţne alternativne modifikacije.
3.4.1 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 70°C in temperaturo grelne vode 100°C
Pri postavitvi z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in
temperaturo grelne vode 100 °C ostajajo obratovalni parametri enaki, kot pri osnovnem
stanju. S podatki v preglednici 3-3 smo izračunali pretok in iztočno temperaturo grelne
vode (preglednica 3-4; priloga 2).
Preglednica 3-3: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode 100 °C.
Začetna temperatura delovne raztopine, °C 25
Končna temperatura delovne raztopine, °C 70
Vtočna temperatura grelne vode, °C 100
Tlak raztopine, bar 1
Tlak grelne vode, bar 3
Površina toplotnega prenosnika, m2 1,7
Grelna moč, W 6 200
Koeficient toplotne prehodnosti, W/m2K 101,3
Preglednica 3-4: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem na 70 °C in temperaturo grelne vode 100 °C.
Pretok grelne vode, kg/h 160
Iztočna temperatura grelne vode, °C 68
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 26
3.4.2 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 75°C in temperaturo grelne vode 100 °C
Pri postavitvi z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in
temperaturo grelne vode 100 °C smo povečali temperaturo čistilne raztopine za 5 °C,
glede na obstoječe stanje. Pri tej postavitvi pričakujemo večjo porabo toplotnega toka.
Grelno moč, ki jo bo potrebno zagotoviti v tem primeru, smo izračunali s pomočjo
navideznega pretoka delovne raztopine, saj je le ta stoječa v kadi in se ne pretaka.
Za izračun pretoka delovne raztopine, qm, smo potrebovali spremembo temperature
čistilne raztopine, ΔT, ki smo jo izračunali po enačbi 2.5 in znaša 45 K.
Pretok delovne raztopine, qm, smo določili po enačbi 3.2, s podatki za osnovno stanje in ta
znaša 118,5 kg/h.
Za izračun grelne moči potrebujemo spremembo temperature grelne raztopine, ΔT, ki jo
izračunamo po enačbi 2.5, in znaša 50 K.
Grelno moč pri ogrevanju delovne raztopine na 75 °C smo izračunali po enačbi 2.4.
Predpostavili smo enak pretok čistilne raztopine, saj ostane njen volumen nespremenjen.
Grelna moč znaša 6 930 W.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 27
S podatki v preglednici 3-5 smo izračunali pretok in iztočno temperaturo grelne vode pri
postavitvi z enim toplotnim prenosnikom. Pretok in izhodna temperatura sta podana v
preglednici 3-6 (priloga 3).
Preglednica 3-5: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode 100 °C.
Začetna temperatura delovne raztopine, °C 25
Končna temperatura delovne raztopine, °C 75
Vtočna temperatura grelne vode, °C 100
Tlak raztopine, bar 1
Tlak grelne vode, bar 3
Površina toplotnega prenosnika, m2 1,7
Grelna moč, W 6 930
Koeficient toplotne prehodnosti, W/m2K 101,3
Preglednica 3-6: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturi grelne
vode 100 °C.
Pretok grelne vode, kg/h 400
Iztočna temperatura grelne vode, °C 86
3.4.3 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 70°C in temperaturo grelne vode 95°C
Pri postavitvi z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in
temperaturo grelne vode 95 °C smo zniţali temperaturo grelne vode za 5 °C. S podatki v
preglednici 3-7 smo izračunali pretok in iztočno temperaturo grelne vode (preglednica 3-8;
priloga 4).
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 28
Preglednica 3-7: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode 95 °C.
Začetna temperatura delovne raztopine, °C 25
Končna temperatura delovne raztopine, °C 70
Vtočna temperatura grelne vode, °C 95
Tlak raztopine, bar 1
Tlak grelne vode, bar 3
Površina toplotnega prenosnika, m2 1,7
Grelna moč, W 6 200
Koeficient toplotne prehodnosti, W/m2K 101,3
Preglednica 3-8: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi in z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturi grelne
vode 95 °C.
Pretok grelne vode, kg/h 155
Iztočna temperatura grelne vode, °C 61
3.4.4 Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne
raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode 95 °C
Pri postavitvi z enim toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in
temperaturo grelne vode 95 °C smo za 5 °C zvišali temperaturo delovne raztopine in za 5
°C zniţali temperaturo grelne vode. Tudi v tem primeru je toplotni tok višji, enako, kot v
podpoglavju 3.4.2 in znaša 6 930 W. S podatki v preglednici 3-9 smo izračunali pretok in
iztočno temperaturo grelne vode (preglednica 3-10).
Preglednica 3-9: Podatki za novo postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode 95 °C.
Začetna temperatura delovne raztopine, °C 25
Končna temperatura delovne raztopine, °C 75
Vtočna temperatura grelne vode, °C 95
Tlak raztopine, bar 1
Tlak grelne vode, bar 3
Površina toplotnega prenosnika, m2 1,7
Grelna moč, W 6 930
Koeficient toplotne prehodnosti, W/m2K 101
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 29
Preglednica 3-10: Pretok in iztočna temperatura grelne vode pri novi postavitvi in z enim
toplotnim prenosnikom, segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturi grelne
vode 95 °C.
Pretok grelne vode, kg/h 660
Iztočna temperatura grelne vode, °C 86
3.4.5 Postavitve z dvema toplotnima prenosnikoma
Enake izračune smo poskusili izvesti še za postavitev z dvema toplotnima prenosnikoma
s skupno površino toplotnih prenosnikov 3,4 m2, vendar so se rešitve v vseh primerih
izkazale za močno predimenzionirane. Program Apen Plus javi napako, saj bi bila iztočna
temperatura niţja od začetne temperature delovne raztopine, kar je nemogoče.
3.4.6 Preverjanje površine pri najoptimalnejši postavitvi
Za najoptimalnejšo modifikacijo se je izkazala postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode 100 °C (slika 3-3)
.
Slika 3-3: Skica najoptimalnejše modifikacije.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 30
Z znanimi podatki in z izračunanim pretokom in iztočno temperaturo grelne vode v
poglavju 3.4.1, smo preverili še površino toplotnega prenosnika.
Za izračun površine toplotnega prenosnika potrebujemo srednjo logaritemsko temperaturo
ΔTln, ki jo izračunamo po enačbi 2.3 in znaša 30,3 K.
Površino toplotnega prenosnika smo izračunali po enačbi 3.3 in znaša 1,69 m2.
(3.3)
Izračunana površina toplotnega prenosnika je enaka dejanski površini, to je 1,7 m2. S tem
je izračun za to postavitev potrjen. Po enakem postopku smo preverili še ostale
postavitve.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 31
4 SKLEP
Za druţbo Unior d.d., za obrat Obdelovalnica, smo izračunali pretoke in temperature
grelne vode pri različnih postavitvah toplotnih prenosnikov v kadi za čiščenje toplotnih
prenosnikov na liniji za mangan-fosfatiranje.
Predpostavili smo moţne postavitve z enim ali dvema toplotnima prenosnikoma,
temperaturo grelne vode 100 °C in 95 °C in temperaturo delovne raztopine 70 °C in 75 °C.
S programom Aspen Plus smo izračunali pretok in iztočno temperaturo grelne vode pri
vseh moţnih postavitvah.
Najoptimalnejšo moţnost predstavlja postavitev z enim toplotnim prenosnikom, s
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode 100 °C, saj je v tem
primeru pretok grelne vode najmanjši in znaša 160 kg/h, kar je precej manj od
obstoječega (340 kg/h). Posledično je iztočna temperatura grelne vode niţja, vendar ob
predpostavki, da poraba toplotnega toka ostane enaka, to ni ovira. Izvedljiva je tudi
postavitev z enim toplotnim prenosnikom, s segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in
temperaturo grelne vode 95 °C, saj je tudi v tem primeru pretok grelne vode manjši, kot je
v obstoječem stanju, prav tako tudi iztočna temperatura grelne vode.
V kolikor bi delovno raztopino segrevali na 75 °C, se nam poveča poraba toplotnega toka
v sistemu, pretok grelne vode je v tem primeru večji, s čimer bi lahko povzročili
primanjkljaj grelne vode na drugih kadeh in s tem nedoseganje delovne temperature, ki je
potrebna za normalno obratovanje.
Postavitve z dvema toplotnima prenosnikoma so se izkazale za močno
predimenzionirane.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 32
5 VIRI
[1] Unior, www.unior.si [dostop 10.7.2011]
[2] Wikipedia, Phosphate conversion coating
http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphate_conversion_coating, 19.8.2011, [dostop
25.8.2011]
[3] phosphating.net, http://www.phosphating.net, [dostop 19.8.2011]
[4] Tatjana Kralj, Tehnološki postopek mangan fosfat, 2010, (interno gradivo)
[5] Eckhgard Ignatowitz, Kemijska tehnika, prevod Leon Čelik, Jutro d.o.o., Ljubljana
1996, str. 236-241, 243-246
[6] Branko Gašperšič, Prenos toplote, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo,
Ljubljana 2001, str 54-57
[7] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/U-tube_heat_exchanger, 27.8.2011,
[dostop 30.8.2011]
[9] Majda Krajnc, Sinteza procesov - zbrano gradivo, Fakulteta za kemijo in kemijsko
tehnologijo, Maribor 2008, str. 141-144
[10] Aleksandra Sevčnikar, Špela Lipuš, Bojan Pahor, Zdravko Kravanja, Priročnik za
uporabo Aspen Plus, Univerza v Mariboru, Tehniška fakulteta, Kemijska
tehnologija, 1994
[11] Apen Plus, http://www.aspentech.com/core/aspen-plus.aspx [dostop 19.8.2011]
[12] Darko Goričanec, Jurij Krope, Procesne naprave, Maribor 2006, str. 40-44
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 33
6 PRILOGE
6.1 Priloga 1: Obstoječe stanje
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 34
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 35
6.2 Priloga 2: Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode
100 °C.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 36
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 37
6.3 Priloga 3: Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 75 °C in temperaturo grelne vode
100 °C.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 38
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 39
6.4 Priloga 4: Nova postavitev z enim toplotnim prenosnikom,
segrevanjem delovne raztopine na 70 °C in temperaturo grelne vode
95 °C.
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 40
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 41
7 ŽIVLJENJEPIS
Osebni podatki
Ime in priimek:
Naslov:
Telefon:
E-mail:
Datum rojstva:
Kraj rojstva:
Oţbej Goričan
Bezina 79, 3210 Slov. Konjice
041 267 494
ozbej.gorican@gmail.com
20.2.1985
Celje
Izobrazba:
2000 – končana Osnovna šola (Slov. Konjice)
2004 – končana Poklicna in tehnična elektro in kemijska šola v
Celju, smer kemijski tehnik
2004 – vpis na Fakulteto za kemijo in kemijsko tehnologijo,
program Kemijska tehnologija VS, Univerza v Mariboru
Praktične in delovne
izkušnje:
2004 – 2011 sem opravljala priloţnostna dela preko
študentskega servisa
Oktober 2009 – januar 2010 sem opravljala obvezno študijsko
prakso na Zavodu za zdravstveno varstvo Maribor
Jeziki:
Materni jezik:
Tuji jezik:
slovenski
angleški jezik (pasivno)
Zamenjava obstoječih toplotnih prenosnikov in njihova modifikacija v obratu ročno orodje,
Unior d.d. Stran 42
Računalniška znanja: Microsoft Office, Internet
Drugo:
vozniški izpit A,B kategorije
top related