ISSN 2217-2319

TEHNIKA • BROJ 1 • jun 2019. • GODINA 31. • www.smeits.rs • www.izdanja.smeits.rs •

PROCESNA

Tema broja:

Primeri korišcenja softverskog paketa ASPEN u projektovanju procesnih sistema

28 Primena elektrofilterskog pepela modifikovanog sa getitom za uklanjanje As(v) iz vodenih rastvora

20 Energijska i eksergijska analiza pokretne, komorne, konvektivne, jednokratne, indirektne, aktivne solarne sušare

32 Pregled tehnickih standarda i proracunskih metoda za dimenzionisanje sistema natpritisne ventilacije za evakuacione puteve u slucaju požara

12 On identification of ammonia synthesis technology based on process energy requirements

PROCESNATEHNIKA

broj 1, jun 2019. godina 31.SADRŽAJ:

KOLUMNE

UVODNIK

PROCESING 2019

INŽENjERSKA KNjIŽARA

EKONOMSKI INDIKATORI

DIPLOMIRALI, DOKTORIRALI

TEMA BROJA

INŽENjERSKA PRAKSA

Izdavač:Savez mašinskih i elektrotehničkih inženjera Srbije (SMEITS)Kneza Miloša 7a/II, 11000 Beograd

Glavni i odgovorni urednik:Dejan Radić

Saradnici:Aleksandar PetrovićIlija KovačevićDejan Radić

Tehnički urednik:Ivan Radetić

Web tim:Vladan Galebović

Za izdavača:Bratislav Blagojević

Kontaktoffice@smeits.rs

Publikacija je besplatna.

www.izdanja.smeits.rs

Sadržaj publikacije je zaštićen. Korišćenje materijala je dozvolјeno isklјučivo uz saglasnost autora.Ilustracija sa naslovne strane: shutterstock.com

Na osnovu mišlјenja Ministarstva za nauku, tehnologije i razvoj Republike Srbije, broj 413-00-1468/2001-01 od 29. oktobra 2001, časopis “Procesna tehnika“ je oslobođen plaćanja poreza na promet roba na malo, kao publikacija od posebnog interesa za nauku.

OGLAŠIVAČIAYVAZBOSCHCWG GasTEHGrundfosHenkelINŽENjERSKA KOMORALaboratorija za procesnu tehniku Ovex Inženjering Pro-ING SIPATEC Building Tehnika KBTehnosamTermomehanikaTDMVodaVodaWILO

TurskaBeogradBeogradInđijaInđijaKruševacBeogradBeogradBeogradBeogradBeogradBeogradSuboticaBeogradBeogradBanja VrujciBeograd

CIP -- Katologizacija u publikaciji Narodna biblioteke Srbije, Beograd62PROCESNA tehnika: naučno-stručni časopis / glavni i odgovorni urednik Dejan Radić – God.1 br. 1 (septembar 1985) - . - Beograd (Kneza Miloša 7a/II) : Savez mašinskih i elektrotehničkih inženjera i tehničara Srbije, 1985 - (elektron-ska publikacija) – 27cmšestomesečno (jun i decembar)

ISSN 2217-2319 (Online) = Procesna tehnika(Online)COBISS.SR-ID 4208130

PROCESNA TEHNIKA 3

16Modelling of solid biomass downdraft gasification process using Aspen Plus software package

Izdanja SMEITS-a dobijaće oznaku DOI

'

ISSN 2217-2319

TEHNIKA • BROJ 1 • jun 2019. • GODINA 31. • www.smeits.rs • www.izdanja.smeits.rs •

PROCESNA

Tema broja:

Primeri korišcenja softverskog paketa ASPEN u projektovanju procesnih sistema

Poštovani čitaoci,

Glavna aktivnost Društva za procesnu tehniku u prvoj polovini 2019. godine bila je organizacija 32. Međunarodnog kongresa o procesnoj industriji - Procesing. Ove godine kongres je organizovan u beogradskom Sava centru, 30. i 31. maja. Na uvodnim stranama časopisa Procesna tehnika je detaljan izveštaj sa kongresa a ovde ističemo

samo neke od najbitnijih detalja. Pre svega, broj prijavljenih radova je znatno veći nego prethodnih godina. Od 70 pri-javljenih radova, 65 radova je uvršteno u zvaničan program, uz 215 zvanično registrovanih učesnika. Od toga 17 radova su prijavili inostrani učesnici, iz 7 zemalja (Španije, Italije, Grčke, Rumunije, Bosne i Hercegovine, Hrvatske i Nemačke). Znatno veći broj radova nego prethodnih godina je napisan na engleskom jeziku. Jasno je da se organizatori Procesin-ga (SMEITS i Mašinski fakultet u Beogradu) mogu biti zadovoljni brojem učesnika i prispelih radova, što jesu među najbitnijim ciljevima kongresa. Veći broj prijavljenih radova je posledica neposrednog učešća većeg broja fakulteta i instituta u organizaciji skupa: preko lica angažovanih u organizacionom i naučno-stručnom odboru ili kao programskih pokrovitelja kongresa. Kolege sa fakulteta su se ove godine posebno potrudile da na Procesing organizovano dovedu znatno veći broj studenata. Osim studenata Univerziteta u Beogradu, prisutni su bili i studenti iz Novog Sada, Zagreba i Istočnog Sarajeva. Organizovane su stručne ekskurzije, odnosno studenti su imali priliku da posete Termoelektranu Nikola Tesla A i Muzej Nikole Tesle. Pojedini studenti su prijavili i na Procesingu izlagali svoje radove. Ukupno oko stotinu studenata je učestvovalo u radu 32. Procesinga. Ipak, i dalje ostaje potreba za većim uključivanjem industrije i privred-nih organizacija u naš skup.

U svojstvu novog predsednika Upravnog odbora SMEITS-a, prof. dr Bratislav Blagojević je na otvaranju skupa poz-dravio prisutne. Uredništvo časopisa Procesna tehnika čestita izbor prof. Blagojeviću na ovu funkciju i želi mu uspešan mandat. Doskorašnjem predsedniku dr Milovanu Živkoviću se zahvaljuje na višegodišnjoj podršci i nada daljoj uspešnoj saradnji obzirom da dr Živković ostaje aktivan u SMEITS-u, sada sa funkcije potpredsednika Upravnog odbora.

Aktivnosti na organizaciji narednog kongresa već su započele. 18. juna 2019. godine održan je sastanak Upravnog odbora Društva za procesnu tehniku, uz predsedavanje prof. dr Aleksandra Jovovića, predsednika Društva. Analiziran je prethodni Procesing, ali su i inicijalno razmatrane teme i mesto održavanja narednog. Želja organizatora je da se ispune prethodno definisani planovi, odnosno da svake druge godine Procesing bude organizovan van Beograda. Zain-teresovani učesnici Procesinga mogu očekivati posle letnje pauze, već u prvoj informaciji, preliminarne teme kongresa i definisano mesto održavanja 33. Procesinga.

Veći broj autora radova na kongresu Procesinga’19 je predstavio svoja iskustva korišćenja softverskog paketa AS-PEN. Reč je jednom od najboljih i najšire korišćenih softverskih paketa za projektovanje i simulacije procesnih sistema i tehnologija. Svakako da je korišćenje softverskih alata u projektovanju, istraživanju i nauci danas neophodno i opšte primenjivano. Časopis Procesna tehnika se do sada manje bavio primenom softvera u projektovanju i modeliranju pro-cesnih sistema i opreme pa je to jedan od razloga zašto su dva rada sa kongresa koja su bazirana na korišćenju softver-skog paketa ASPEN izabrana za temu prvog broja časopisa Procesna tehnika u 2019. godini. Osim dva tematska rada, u ovom broju časopisa su data još tri stručna rada sa istog skupa, po izboru urednika.

Sa poštovanjem,

dr Dejan Radić, prof.Glavni i odgovorni urednik

Dejan RADIĆ, glavni i odgovorni urednik

PT Uvodnik

4 PROCESNA TEHNIKA

PTProcesna tehnika

PROCESNA TEHNIKA 5

Br. Ime i prezime Preduzeće, adresa

1 Dejan Radić Mašinski fakultet Beograd, Kralјice Marije 16, Beograd

2 Miroslav Stanojević Mašinski fakultet Beograd, Kralјice Marije 16, Beograd

3 Ioan Laza Universitatea “Politehnica” din Timisoara, Facultatea de Mecanica, B-dul M. Viteazu 1, Timisoara

4 Radenko Rajić VIŠSS TEHNIKUM TAURUNUM, Nade Dimić 4, Zemun - Beograd

5 Ivan Radetić Pro-Ing, Zaplanjska 86, Beograd

Br. Ime i prezime Preduzeće, adresa

1 Aleksandar Dedić Šumarski fakultet Beograd, Kneza Višeslava 1, Beograd

2 Aleksandar Stanković SAGAX, Radoja Domanovića 16, Beograd

3 Blagoje Ćirković BET, Tadeuša Košćuška 55, Beograd

4 Bojan Nikolić JKP Beogradske elektrane, Savski nasip 11, Novi Beograd

5 Branislav Jaćimović Mašinski fakultet Beograd, Kralјice Marije 16, Beograd

6 Branko Živanović Naftna industrija Srbije, RN Pančevo, Spolјnostarčevačka 199, Pančevo

7 Vojislav Genić Siemens IT Solutions and Services

8 Goran Bogićević JKP Beogradske elektrane, Savski nasip 11, Novi Beograd

9 Goran Vujnović Aqua Interma Inženjering, Bulevar oslobođenja 337c, Beograd

10 Dejan Gazikalović FRIGOMEX, Mihaila Šolohova 66c, Beograd

11 Dejan Cvjetković CD System, Jovana Rajića 5b, Beograd

12 Dimitrije Đorđević Termoenergetika, V.J. 1/IV, Lučani

13 Dorin Lelea Universitatea “Politehnica” din Timisoara, Facultatea de Mecanica, B-dul M. Viteazu 1, Timisoara

14 Dušan Elez ATM Control Beograd, Bulevar Mihajla Pupina 129, Novi Beograd

15 Zoran Bogdanović Pionir Beograd, Fabrika Subotica, Senćanski put 83, Subotica

16 Zoran Nikolić Messer Tehnogas, Banjički Put 62, Beograd

17 Ilija Kovačević Pro-Ing, Zaplanjska 86, Beograd

18 Lјubiša Vladić JKP Beogradske elektrane, Savski nasip 11, Novi Beograd

19 Marko Malović Messer Tehnogas, Banjički Put 62, Beograd

20 Mirko Ukropina SGS Beograd, Bože Janković 39, Beograd

21 Mihajlo Milovanović NESTLÉ ICE CREAM SRBIJA Beograd, Banovački put bb, Stara Pazova

22 Nebojša Pantić Messer Tehnogas, Banjički Put 62, Beograd

23 Nenad Petrović LABELPRO, Carice Milice 11, Beograd

24 Nenad Ćuprić Šumarski fakultet Beograd, Kneza Višeslava 1, Beograd

25 Predrag Milanović Institut za hemiju, tehnologiju i metalurgiju, Njegoševa 12, Beograd

26 Rade Milenković Paul Scherrer Institut, WBBA 203, 5232 Villigen-PSI, Switzerland

27 Radoje Raković Pro-Ing, Zaplanjska 86, Beograd

28 Saša Jakimov TRACO, Lјube Davidovića 55/6, Beograd

29 Srbislav Genić Mašinski fakultet Beograd, Kralјice Marije 16, Beograd

30 Suzana Mladenović Vatrosprem proizvodnja, Kumodraška 240, Beograd

Redakcioni odbor

Izdavački savet

32. Međunarodni кongres o procesnoj industriji, koji organizuju Društvo za procesnu tehniku, pri SMEITS-u, i Mašinski fakultet u Beogradu, održan je 30. i 31. maja 2019. u beogradskom Sava centru. Ove godine navršava se pola veka od prvog Seminara o opremi u procesnoj industriji, koji je održan decembra 1969. u organizaciji

Saveza mašinskih i elektrotehničkih inženjera i tehničara Srbije (SMEITS).Тako duga tradicija potvrđuje značaj ovog skupa u obrazovanju i okuplјanju procesnih inženjera i inženjera srodnih

struka, bez čije podrške i učešća kongres ne bi imao svoj značaj.

PT Procesing 2019

Prikaz 32. ProcesingaSava centar, Beograd, 30-31. maj 2019.

6 PROCESNA TEHNIKA

32. Procesing otvorio je prof. dr Aleksandar Jovović, predsednik Društva za procesnu tehniku

Prof. dr Miroslav Stanojević, predsednik Organizacionog odbora 32. Procesinga

Prof. dr Bratislav Blagojević, predsednik Upravnog odbora SMEITS-a

Dr Marta Trninić, Mašinski fakultet, Beograd, prima Povelju za izuzetan doprinos procesnoj tehnici

PTProcesing 2019

PROCESNA TEHNIKA 7

Svečanom otvaranju Kongresa u četvrtak 30. maja 2019, u 9.30 časova predsedavali su prof. dr Miroslav Stanojević (predsednik Organizacionog odbora), prof. dr Aleksandar Jovović (predsednik Društva za procesnu tehniku SMEITS-a), prof. dr Dejan Radić (predsednik Naučnog odbora), sa Katedre za procesnu tehniku Mašinskog fakulteta u Beogradu i prof. dr Bratislav Blagojević, predsednik UO SMEITS-a.

Na otvaranju skupa učesnicima i gostima obratili su se prof. dr Aleksandar Jovović i prof. dr Miroslav Stanojević, koji su predstavili program kongresa i aktivnosti Društva za procesnu tehniku. Prof. dr Bratislav Blagojević govorio je o aktivnos-tima SMEITS-a na održavanju stručnih skupova.

Ispred Mašinskog Fakulteta u Beogradu skup je u ime Dekana pozdravio predsednik Saveta prof. dr Vlada Gašić. Učesnicima skupa obratili su se prof. dr Jelena Janevska sa Mašinskog fakulteta u Nišu i prof. dr Dušan Golubović, sa Mašinskog fakulteta u Istočnom Sarajevu (BiH).

Po tradiciji, na otvaranju Procesinga dodeljena su priznanja Društva za procesnu tehniku. Žiri za dodelu nagrada je bio u sastavu: predsednik prof. dr Aleksandar Petrović i članovi: prof. dr Dejan Radić i docent dr. Dušan Todorović, svi sa Katedre za procesnu tehniku Mašinskog fakulteta u Beogradu.

Prof. dr Aleksandar Petrović uručio je povelje za izuzetan doprinos procesnoj tehnici dr Marti Trninić, naučnom sarad-niku, sa Mašinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu i prof. dr Mirjani Kijevčanin, sa Tehnološko metalurškog fakulteta Univerziteta u Beogradu.

Za najbolji rad prijavljen za Procesing 2019 proglašen je rad pod nazivom: Viskoznost binarne smeše DMA + 2-butanol za potencijalnu upotrebu kao rastvarača za regenerativne procese odsumporavanja dimnih gasova. Autori rada su: Divna Majstorović1, Nikola Živković2, Mirjana Kijevčanin1, Emila Živković2 (1 Tehnološko-metalurški fakultet Univerziteta u Beo-gradu, Beograd; 2 Institut za nuklearne nauke Vinča Univerziteta u Beogradu, Beograd). Rad je izložen u okviru Tematske oblasti 5: Inženjerstvo životne sredine i održivi razvoj u procesnoj industriji.

Svečano otvaranje je završeno prikazivanjem filma „Kuća nauke“ autorke Marije Stevanović o Katedri za procesnu tehniku Mašinskog Fakulteta u Beogradu koji je snimila redakcija Naučnog programa RTS-a. Film je premijerno emitovan 24. maja 2019. godine na RTS 2.

Prof. dr Mirjana Kijevčanin, Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd, prima Povelju za izuzetan doprinos procesnoj tehnici

Dr Divna Majstorović, Tehnološko-metalurški fakultet, Beograd, prima priznanje za najbolji rad prijavljen za 32. Procesing

Procesing 2019PT

8 PROCESNA TEHNIKA

Međunarodni karakter Procesinga ove godine ostvaren je inostranim učesnicima sa prijavljenih 17 radova iz 7 zemalja (Španije, Italije, Grčke, Rumunije, Bosne i Hercegovine, Hrvatske i Nemačke), kao i članovima Naučnog odbora iz 12 zemalja. Zvanični jezici za izlaganje radova na kongresu bili su srpski i engleski. Jedan broj radova od strane domaćih autora dostav-ljen je i izlagan na engleskom jeziku, a rezimea svih radova objavljeni su na srpskom i engleskom u Zborniku rezimea.

Naučnom i Organizacionom odboru ovogodišnjeg kongresa bili su prisutni predstavnici 10 fakulteta i 2 instituta iz Srbije (Beograda, Novog Sada, Niša, Kraljeva, Zrenjanina i Čačka).

Program Procesinga ‘19. obuhvatio je jedanaest tematskih oblasti: 1. Procesne tehnologije. 2. Projektovanje, izgradnja, eksploatacija i održavanje procesnih postrojenja. 3. Osnovne i pomoćne operacije, aparati i mašine u procesnoj industriji. 4. Energija u procesnoj industriji. 5. Inženjerstvo životne sredine i održivi razvoj u procesnoj industriji. 6. Procesi i postrojenja u pripremi i prečišćavanju vode u procesnoj industriji. 7. Sušenje i sušare. 8. Gasna tehnika. 9. Modelovanje i optimizacija procesnih i termoenergetskih postrojenja. 10. Merenja i upravljanje u procesnoj industriji. 11. Menadžment kvaliteta i standardizacija u organizacijama.

Tematika tematskih oblasti obuhvatila je: projektovanja i razvoja u procesnoj industriji; konstruisanja mašina, aparata i uređaja; pripreme i vođenja izgradnje i montaže industrijskih postrojenja; industrijskih i laboratorijskih merenja; ispiti-vanja i atestiranja materijala, proizvoda, mašina i aparata; istraživanja i razvoja nove opreme i industrijskih sistema.

Za ovogodišnji skup bilo je dostavljeno 70 prijava radova, a Naučni odbor je posle obavljenih recenzija uvrstio u Pro-gram ukupno 65 radova od kojih 5 u vidu postera. Autori radova su dostavili pripremljene prezentacije u jednoobraznoj formi koja je bila definisana za skup.

Jedan deo studenata iz Zagreba sa domaćinima

U toku dva dana rada na Kongresu je bilo 215 registrovanih učesnika (inženjera iz privrede, sa fakulteta, instituta) i jedan broj gostiju.

Na kongresu su učestvovali i student sa Fakulteta za elektrotehniku i računarstvo iz Zagreba, Hrvatska (38 stude-nata), Fakulteta tehničkih nauka iz Novog Sada (31 student), Mašinskog fakulteta iz Istočnog Sarajeva, BiH (8 studenata) i Mašinskog fakulteta iz Beograda (21 student). Posebnu zahvalnost dugujemo zaposlenima u Termoelektrani “Nikola Tesla A”, koji su prihvatili našu molbu za organizaciju posete studenata postrojenjima u Obrenovcu. Društvo za procesnu tehniku obezbedilo je mladim kolegama i posetu Muzeju Nikole Tesle.

U skladu sa programom, prvog dana su se predstavili sponzori:• SipatecBuilding,BeogradsatemomProcesiipostrojenjaupripremiiprečišćavanjuvodeuprocesnojindustriji,i• Grundfos,BeogradsatemomInovativnarešenjapumpnihpostrojenjautretmanuotpadnihvoda,odvodnjavanju,

navodnjavanju i zaštiti od poplava.• DrugogdanajeprikazanfilmokompanijiHaciAyvaz,Turska.

PTProcesing 2019

PROCESNA TEHNIKA 9

Prof. dr Dušan Todorović, Mašinski fakultet, Beograd Danijela Božanić, nezavisni ekspert, Beograd

Natalija Jovičić-Zarić, ATS, Beograd Zoran Kovačević, Metroalfa, Zagreb

Procesing 2019PT

10 PROCESNA TEHNIKA

Tema Okruglog stola drugog dana Procesinga bila je Obaveze industrije prema propisima u oblasti klimatskih prom-ena. Zakon o klimatskim promenama, koji je u nacrtu, i prateći podzakonski akti, uvode obavezu monitoringa, verifikacije i izveštavanja o emisiji CO2 iz određenih industrijskih postrojenja. Dodatno, do ulaska u EU, industrijska postrojenja moraće značajno da izmene način poslovanja i unaprede tehnologije i proizvodnju kako bi izbegle troškove kupovine smanjenja emisija CO2 na berzi i/ili finansijske panele za prekoračenje emisija CO2.

Uvodna izlaganja Okruglog stola obuhvatila su posebne teme:• Emisije GHG iz industrijskih postrojenja u RS i mogući načini smanjenja, Dušan Todorović, Mašinski fakultet, Beograd.• Propisi RS i stanje usaglašavanja sa propisima EU i obaveze koje iz njih proizilaze, Danijela Božanić, nezavisni ekspert, Beograd.• Proces akreditacije verifikatora i iskustva zemalja EU, Natalija Jovičić-Zarić, Akreditaciono telo Srbije, Beograd.• Iskustva akreditovane laboratorije u verifikaciji emisija u industriji u Hrvatskoj, Zoran Kovačević, Metroalfa, Zagreb.

Štampani Zbornik rezimea radova (na srpskom i engleskom jeziku) obuhvata program Procesinga 2019. i sve prihvaćene radove razvrstane u jedanaest tematskih oblasti. U prilogu Zbornika dat je tekst pod nazivom Vreme je da se industrija suoči sa klimatskim promenama, u kome se Danijela Božanić, odgovarajući na pitanja Redakcije časopisa „Pro-cesna tehnika“, dotakla jedne od tema okruglog stola.

Radovi u celini će biti objavljeni u formi Zbornika radova sa CIP i ISBN brojem na kompakt disku po završetku Kon-gresa. Jedan broj izloženih radova dobiće oznaku DOI što obezbeđuje znatno veću vidljivost i citiranost tekstova.

Uporedo sa uobičajenim načinom objavljivanja zbornika - preuzimanjem sa sajta ili na CD-u - zbornik radova 32. Procesinga biće objavljen i na sajtu SMEITS-ovih izdanja (www.izdanja.smeits.rs). To je platforma koja zadovoljava sve standarde pretrage naučnih i stručnih tekstova i njihovu znatno veću vidljivost i citiranost, što će naročito znati da cene autori radova iz akademske zajednice.

Izabrani radovi će biti objavljeni u časopisu „Procesna tehnika“ u 2019. godini. Redakcija časopisa „FM Transactions“ (M24), vidljivog na Scopus-u, objaviće izabrane radove izložene na Procesingu 2019.

Poslednjih nekoliko godina unapređena je saradnja sa predstavnicima Tehnološko-metalurškog fakulteta u Beogra-du kroz uključivanje u Društvo za procesnu tehniku, organizaciju Procesinga i prijavu značajnog broja radova. Takođe je unapređena saradnja sa Fakultetom organizacionih nauka u Beogradu u organizaciji i učesnicima u tematskoj oblasti Menadžment kvaliteta i standardizacija u organizacijama.

Održavanje 32. Procesinga finansijski je pomoglo Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije.

Programski pokrovitelji Procesinga 2019. bili su:• Tehnološko metalurški fakultet Univerziteta u Beogradu, Beograd, • Fakultet organizaconih nauka Univerziteta u Beogradu, Beograd,• Fakultet tehničkih nauka Univerziteta u Novom Sadu, Novi Sad,• Fakultet inženjerskih nauka Univerziteta u Kragujevcu, Kragujevac, • Tehnološki fakultet Univerziteta u Novom Sadu, Novi Sad ,• Mašinski fakultet Univerziteta u Nišu, Niš,• Fakultet za menadžment Sremski Karlovci, Univerzitet „Union - Nikola Tesla“, Beograd, • Departman za energetiku i procesnu tehniku Fakulteta tehničkih nauka Univerziteta u Novom Sadu, Novi Sad,• Inovacioni centar Tehnološko metalurškog fakulteta Univerziteta u Beogradu, Beograd, i • Vojnotehnički institut, Beograd.Medijski pokrovitelj Procesinga 2019. je bio Energetski portal. Nakon dvodnevnog skupa, učesnici sa kotizacijom nastavili su druženje u restoranu Sava centra.

Prikaz sastavioprof. dr Miroslav Stanojević, predsednik Organizacionog odbora Procesing-a 2019.

Sipatec Sipatec BMS S S S SS S SSS S S S S S S

• A S NX S S S j • P z Ex z Ex č Ex č PP S • P z z č č PP S

• P č ć v j v S Sć S S j S • S S S j v z S j j SS j j z zv jS z SS SS z v v • F S j S v j SS fiS j v z S z z j S S S j

• O S S SjS v tiS č z S S • S (Sy PX) NX S MS S • D j v ž C S S S S S Sj

P z S D SSti P A A v D SS SIPATEC Industrial d.o.o.

G ü S Ex SS v D SSti P f S S M

SIPATEC Water d.o.o.S S S S S S S D SSti P

SIPATEC BMS Technologies S.R.L. - RomaniaSIPATEC Building d.o.o.

M. VASIĆ

PT Tema broja

12 PROCESNA TEHNIKA

Ammonia is one of the most used chemicals in the world. Most of the produced ammonia is utilized for the produc-tion of fertilizers, which are crucial to sustain food supplies,

along with am-monia-made pesticides. There are many nitrogenous compounds, such as nitric acid, hydrazine and hydrogen cyanide, which are produced with ammonia as a precursor. Biotechnology depends on ammonia antimicrobial activity and fermentation on ammonia salts. Pure ammonia also serves as a refrigerant in cooling and air conditioning systems, a neutralizer in petroleum industry and a compo-nent of household cleaners…[1] Considering all the above, it is clear that stable, economically prof-itable and environ-mentally friendly production of ammonia plays a significant role in sustainable development.

Ammonia Synthesis

The process of ammonia synthesis is being developed since the beginning of 20th century, but the principle of Haber-Bosch process remained the same. There are different technologies which can be implemented within the same process, and they represent two dif-ferent types of chemical reac-tors designed for ammonia synthesis. Equation 1 shows the exothermic chemical reaction of ammo-nia synthesis from elements:

3H2 + N2 2NH3 (1)

Le Chatelier’s principle directs high pressure in the reactor, so the direct reaction would be favored. When it comes to temperature, the goal is to achieve optimal temperature regime by maintaining tem-perature at which the speed of reaction (for current ratio of reactants and products) is maximum. [2] Although the yield is higher at low temperatures, the speed is very low, so the reaction usually occurs at temperatures around 500°C. [3] Exothermal reaction tends to raise the temperature even more, and to damage and deactivate the iron catalyst. That is why a multi-bed converter is required, so the reac-tion mixture can be cooled before each step. Two main technologies were developed, based on two different ways of cooling: multi-bed converters with direct and indirect cooling. [4] Before the evaluation of these technologies, each of them had to be optimized for the set value of ammonia production. Only after energy requirements of the process are reduced to a minimum, while the production remains the same, heat integration could be conducted.

Methodology

The process of ammonia synthesis is simulated and optimized in Simulation software Aspen Plus. [5] The inital gas mixture contains hydrogen, nitrogen, methane, argon, carbon-monoxide and ammonia. Used equation of state is Redlich-Kwong-Soave (RKS) with Boston-Mathias alpha function. Adiabatic chemical reactors present catalyst beds of a multi-bed converter. Data were au-tomatically extracted to Energy Analyzer, where Heat integration was done.

Flowsheet set-up and optimization

First option for cooling of the reaction mixture is to install the coolers after each catalyst bed, as it is shown in Figure 1. The second option is to split the cold recycle stream into several streams, and mix them with reaction mixtures before they enter new catalyst bed. This case is shown in Fig-ure 2. Total production of ammonia is fixed to 57040 kg/h and fractional conversion of nitrogen is adjusted manu-ally, taking into account temperature constraints. Outlet temperature from reactors should not exceed 490°C, and the pressure is set to 270 atm. Stream number 14 is divided, so that only 3 mass % is purged, while the rest is recycled. In the second case, recycle stream is di-vided into three streams.

Optimization goal is to minimize energy requirements while the ammonia production stays constant. Review of variables and con-straints applied is presented in Table 1. X stands for fractional con-version of nitrogen in chemical reactors number 1 to 4, T for outlet temperature from reactors, FR for split fraction of streams R1 and R3, M for mass flow of ammonia in stream 13, which is a product stream. Finally, Q stands for heat duty of appropriate heat exchangers.

On identification of ammonia synthesis technology based on process energy requirements

Table 1. Optimization setting - Indirect cooling Direct cooling (Quench)

Variables X1, X2, X3, X4 X1, X2, X3, X4, FR1, FR2

Constraints T1, T2, T3, T4 < 490°C57039 kg/h ≤ M ≤ 57043 kg/h

0,1067657040 kg/h ≤ M ≤ 57045 kg/h

Minimized values Q2, Q3, Q4, Q5 Q2

Results for the indirect cooling system are given below. Table 2 shows optimization changes, while Table 3 points out changes in energy requirements. Optimization reduced heat duty by 37.2 kW, or 0.043%.

Direct cooling system has been optimized with only one heat ex-changer, and results are much sim-pler. Comparison of heat duties is shown in Table 4, along with fractional conversion, split fraction and temperature changes. Heat duty is 27 kW lower after optimization, which is about 0.037%.

Heat Integration

Energy requirements are crucial in developing the final design of a plant. Goal of heat integra-tion is to arrange and connect process and utility streams into a HEN (Heat Exchanger Network), which will successfully operate for years at minimum costs. Energy re-quirements for both technolo-gies have been determined, but energy analysis is yet to discuss the terms of costs. The plant is ob-served for next 20 years and the rate of return is set to 10%. Target values were determined using Energy Analyzer, and two HENs were formed for each technology. The first is basic, designed to satisfy all heating and

cooling demands by utility streams, and the second is network with applied heat integration, as it is shown in Figures 3 to 6. Results are compared in Table 5. As it can be no-ticed, capital costs have a very small influence on total costs, compared to operational costs.

Indirect cooling system has high demands for cooling, but also a great potential for generation of high pressure steam, and therefore electricity. Hot utility is excluded by connecting two process streams. Even though target values show great increase in capital costs and cooling demands, inte-grated heat network should be able to bring a financial gain, by selling high pressure steam. Heat integration of direct cooling system doesn’t change significantly total costs. Heat-ing demand is solved by connecting two process streams, but value of target total cost is still higher than in the previous case. With or without heat integration, indirect cooling is more favorable option, under condition that the high pressure steam could be sold.

Conclusion

Two main technologies of ammonia synthesis were optimized and evaluated on the basis of total energy costs. Optimization was conducted without violation of constraints. Maximum change of а variable is 24.8% (fractional conversion of nitrogen in the fourth re-actor, direct cooling system), while other variables changed insigni-ficantly. Heat duty was reduced by 0.037% for direct and 0.043% for indirect cooling system. Heat integration showed the great opportu-nity of high pressure steam generation, and found that technology with indirect cooling by heat exchangers between bed-converters has lower energy costs. On the other side, quench technology remains in-teresting because of its simplicity and independence from high pres-sure steam usage and sale.

Figures

PTTema broja

PROCESNA TEHNIKA 13

Table 2. Optimization results for indirect cooling system – con-version and temperature

Conversion before after T [°C] before after

X1 0.30 0.301165 T1 486 487

X2 0.25 0.253041 T2 485 487

X3 0.20 0.231106 T3 474 488

X4 0.15 0.112773 T4 485 469

Table 3. Optimization results for indirect cooling system – energy requirements

Heat duty [kW] before after

Q2 -14128.1 -14204.6

Q3 -9553.87 -9693.44

Q4 -4153.82 -5437.46

Q5 -58831.8 -57294.9

∑Q -86667.6 -86630.4

Table 4. Optimization results – direct cooling system (Quench)Conversion before after T [°C] before after

X1 0.38 0.380779 T1 481 481

X2 0.22 0.220333 T2 487 486

X3 0.175 0.175451 T3 474 473

X4 0.18 0.174991 T4 482 478

Split fraction before after Heat duty [kW] before after

FR1 0.33 0.330073 Q2 -73341.5 -73314.5

FR2 0.33 0.32993 ∑Q -73341.5 -73314.5

Table 5. Heat integration

ConversionIndirect cooling Direct cooling (Quench)

basic target basic target

Number of units 5 6 2 2

Area |m²| 2844 6433 1085 998.1

Capital Cost Index [cost] 778 384 1 471 923 279 780 281 898

Heating [kJ/h] 73 162 236 0 24 941 073 0

Cooling [kJ/h] 311 866 636 238 704 399 263 932 093 238 991 020

Operational Cost Index [cost/s] 0.1704 -0.0918 0.2619 0.2234

Total Cost Index [cost/s] 0.1733 -0.0863 0.2629 0.2244

Figure 1: Multi-bed converter with indirect cooling

Tema brojaPT

14 PROCESNA TEHNIKA

NomenclatureX1 – Fractional conversion of nitrogen in chemical reactor CR1X2 – Fractional conversion of nitrogen in chemical reactor CR2X3 – Fractional conversion of nitrogen in chemical reactor CR3X4 – Fractional conversion of nitrogen in chemical reactor CR4FR1 – Split fraction of stream R1FR2 – Split fraction of stream R3T1 – Outlet temperature from chemical reactor CR1T2 – Outlet temperature from chemical reactor CR2T3 – Outlet temperature from chemical reactor CR3T4 – Outlet temperature from chemical reactor CR4M – Mass flow of ammonia in stream 13Q1 – Heat duty in heat exchanger Q1Q2 – Heat duty in heat exchanger Q2Q3 – Heat duty in heat exchanger Q3Q4 – Heat duty in heat exchanger Q4HEN – Heat Exchanger Network

References[1] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/ammonia#section=Use-and-Manufacturing[2] Levenspiel, O., Osnovi teorije i projektovanja hemijskih reak-tora, Faculty of Technology and Metallurgy, Belgrade, Serbia, 1991.[3] Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2000.[4] Appl M., Ammonia: Principles and Industrial Practice, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 1999.[5] https://user.eng.umd.edu/~nsw/chbe446/AspenPlusV10UserGuide2.pdf

Figure 2: Multi-bed converter with direct cooling

Figure 3: Basic HEN for direct cooling system

Figure 4: Target HEN and direct cooling system

Figure 5: Basic HEN for indirect cooling system

Figure 6: Target HEN for indirect cooling system

Autor

Marina VASIĆFaculty of Technology and MetallurgyUniversity of Belgrademarina.vasic1295@gmail.com

D. STOJILJKOVIĆ, I ČEKOVIĆ, A JOVOVIĆ, N. MANIĆ

PT Tema broja

16 PROCESNA TEHNIKA

Biomass utilization through gasification could be a viable al-ternative energy source for meeting energy demands, higher energy efficiency and fossil fuel replacement. Thermody-

namic equilibrium models, as well as other models, have been proposed to explain and understand the complex biomass gasifica-tion process, reactor design, simulation, optimization, and process analysis in gasifiers [1]. Various studies have been performed on downdraft gasification of solid biomass in order to determine com-position and low heating value (LHV) of the producer gas.

1 Introduction

Complex process of partial oxidation of biomass occurs in the presence of gasifying agent. The most commonly used one is air, but in some cases oxygen, steam, other gasifying agents or their mixtures are used as well. This study focuses on usage of steam in downdraft gasification process. Gasification of two types of biomass, wood chips and wheat straw, in the presence of air, as a gasifying agent, as well as mixture of air and steam, was considered. A simplified model that is present-ed is based on chemical equilibrium considerations with the Gibbs free energy minimisation approach and it is carried out within Aspen Plus V9 software package. Initially model was de-veloped for the wood chips downdraft gasification in combined heat and power (CHP) system and described in details in [2, 3]. Unique-ness of developed ASPEN Plus model is its possibility to be used as a tool for impact examination of solid biomass type (used as fuel) and gasifying agent type (used for partial oxidation), as well as a tool for the production process and gasifier improvements in commercial CHP systems based on downdraft gasification that are not so often presented and analysed in the relevant literature.

2 Materials and methods

Two biomass samples with different origin, wood and agricultural biomass, were used as a fuel for gasification process in presented re-search. Selection of the materials was performed according to litera-ture review, as well as material availability in the Republic of Serbia. In that sense, wood chips, referred as S1, and wheat straw, referred as S2, were tested as potential raw materials for the gasification, in order to compare composition and LHV of producer gas and the efficiency of the conversion process. At the same time air and mixture of air and steam (5, 10 and 20 vol % of steam in the mixture) are used as gasifi-

cation agents, in order to improve quality of the obtained end prod-uct. Biomass characterization, proximate and ultimate analysis, was performed according to the standard procedures for the biomass, in order to define input parameters for the model developed in Advanced System for Process Engineering (ASPEN).

ASPEN is software package that gives a complete integrated so-lution to chemical processes and reactors. Steady state ASPEN Plus simulator was developed to evaluate producer gas constituents [4]. Following assumptions [3, 5] were considered while modeling the gasification process:

• The whole process is steady state and isothermal in the same section.

• Reactions reach chemical equilibrium with volatile products mainly made of CO2, H2O, H2, CO, CH4 and N2.

• Char only contains carbon and ash.• Ash is inert and it does not participate in any of chemical

reactions.• Tars are assumed to be negligible in the producer gas and are

not taken into account.In order to simulate biomass gasification in downdraft gasifier in

ASPEN Plus simulator four different blocks were considered, Figure 1.

The first one, biomass decomposition (DECOMP block), within RYield reactor, where biomass is converted into its constitutive com-ponents including carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, moisture and ash, according to its ultimate analysis. This type of reactor is used when reaction stoichiometry or reaction kinetics is unknown or unim-portant, while yield distribution is known [6]. The second one, vola-

Modelling of solid biomass downdraft gasification process using Aspen Plus software package

Figure 1: Schematic of downdraft gasification process in ASPEN Plus simulator [2, 3]

tile reactions with air (combustion and reduction stages) (GASIFIER block), within RGibbs reactor, where the raw producer gas (RAWSG stream) is generated. This type of reactor is used when reaction stoi-chiometry is unknown, while temperature and pressure in the reactor are known [6]. In the third one, Solid Separator-Cyclone (FILTER block), occurs separation of ash from the raw producer gas, resulting with SYNGAS and ASH streams. In the fourth one, Heat Exchang-er (HEATEXC block), heat generated from the decomposition (HEAT-DEC stream) and from combustion and reduction processes in gas-ifier (QCOMB stream) is used for water heating water from 20 °C to 100°C, Table 1, [2, 3]. More characteristics of each of the reactors, RYield and RGibbs, are presented in Table 1.

Set of calculations for the two types of solid biomass, used as a fuel, and air and the mixture of air and steam, used as a gasifying agent, was carried out using “Restrict chemical equilibrium – spec-ify temperature approach or reactions” gasifier regime. This means that not only operating conditions have to be defined, pressure in the gasifier and outlet temperature of producer gas, but also temperature approach for entire system has to be specified (number of degrees above the gasifier temperature at which chemical equilibrium is com-puted). The summary of input parameters for the developed ASPEN Plus model for biomass gasification was presented in Table 2. These parameters were based on previously published research [2, 3].

3 Results and discussion

Results of the proximate and ultimate analysis for both biomass samples used in this research, according to performed valid ISO stan-dard procedures for biomass, were presented in Tables 3 and 4. The results for wood chips (S1) were presented in Table 3 and for wheat straw (S2) in Table 4.

Modelling results performed by previously explained methodol-ogy in ASPEN Plus software are presented below. Production gas composition for the sample S1 for all considered cases with air and different ratios of air-steam mixture (5, 10 and 20 vol %) as gasifica-tion agent is given in Figure 2, and for the sample S2 in Figure 3.

PTTema broja

PROCESNA TEHNIKA 17

Table 3. Proximate and ultimate analysis for the sample S1Proximate analysis [wt %] Ultimate analysisb [wt %]

Moisture 5.04 C 43.66

Volatile matter 81.98 H 6.09

Fixed carbon 12.59 Oc 49.71

Ash 0.39 N 0.13

HHV [MJ/kg] 18.15 S 0.00

LHVa [MJ/kg] 16.72 - -

a - Calculated according to EN ISO 18125:2017.b - On a dry basis.

c - By the difference.

Table 4. Proximate and ultimate analysis for the sample S2Proximate analysis [wt %] Ultimate analysisb [wt %]

Moisture 11.63 C 44.12

Volatile matter 65.32 H 6.34

Fixed carbon 15.17 Oc 39.99

Ash 7.88 N 0.63

HHV [MJ/kg] 15.29 S 0.00

LHVa [MJ/kg] 13.91 - -

a - Calculated according to EN ISO 18125:2017.b - On a dry basis.

c - By the difference.

Table 1. ASPEN Plus simulation blocks [2, 3] Name of the

blockReactors/Solid Separa-

tors/Exchangers Description

DECOMP RYield reactor Elemental decomposition of bio-mass and product distribution

GASIFIER RGibbs reactor Modeling chemical equilibrium by minimizing Gibbs free energy

FILTER Cyclone Gas-solid separation

HEATEXC Heater Heat exchange

Table 2. Summary of model input parameters for both biomass samples

Model parameter S1 S2

Fuel consumption [kg/h] 200 221

ER [-] 0.35 0.35

Syngas outlet temperature [°C] 400 400

Predicted chemical equilibrium temperature [°C] 800 800

Air inlet temperature [°C] 20 20

Steam temperature [°C] 120 120

Figure 2: Production gas composition for the sample S1 for all considered cases

According to presented results in Figures 2 and 3 it can be con-cluded that by increasing the fraction of steam in gasification agent mixture the volume fractions of CO2, H2 and H2O are increasing which is caused by introduction of the additional amount of hydrogen through the steam. However, the amount of CO and CH4 in production gas mix-ture are decreasing which is explained by domination of CO2 formation and CH4 decomposition regarding the steam reaction mechanisms.

On the other hand gasification process with higher amount of steam in gasification agent is resulting with lower producer gas LHV, as well as higher producer gas yield. The decrease of total heat ener-gy produced in the process is also detected. The results of ASPEN plus model related to these outputs are presented in Figures 4 a-c and 5 a-c.

Tema brojaPT

18 PROCESNA TEHNIKA

Figure 3: Production gas composition for the sample S2 for all considered cases

Figure 4a: ASPEN Plus model outputs for producer gas LHV, flow rate and total heat for the sample S1

Figure 4b: ASPEN Plus model outputs for producer gas LHV, flow rate and total heat for the sample S1

Figure 4c: ASPEN Plus model outputs for producer gas LHV, flow rate and total heat for the sample S1

Figure 5a: ASPEN Plus model outputs for producer gas LHV, flow rate and total heat for the sample S2

Figure 5b: ASPEN Plus model outputs for producer gas LHV, flow rate and total heat for the sample S2

Through the presented analysis it could be concluded that utiliza-tion of wood chips in gasification process is more convenient in terms of higher production of heat energy, but when it comes to demand for additional power production wheat straw is more suitable fuel for the gasification process [7]. Adding the steam into the air, and using the mixture as gasification agent, is resulting with increase of producer gas yield and with lowering the producer gas LHV. These trends are related to the gas composition change and increase of the fraction of H2O in producer gas mixture.

4 Conclusions

According to the presented model methodology and results that are obtained for all considered cases it could be concluded:

• The ASPEN Plus model could be used as a comprehensive tool for predicting producer gas characteristics and further devolopment of similar CHP plants with gasification units.

• Selection of raw material that is used as fuel in gasification proces has high impact on producer gas composition and its LHV, as well as impact on ratio between heat and power production in the gasification process .

• Introduction of steam into air and the mixture utilization as a gasification agent is increasing the amount of CO2, H2 and H2O and decreasing the fraction of CO and CH4 in producer gas for both considered samples.

References[1] Keche, A. J., Gaddale, A. P. R., Tated, R. G., Simulation of bio-mass gasification in downdraft gasifier for different biomass fuels

using ASPEN PLUS, Clean Technologies and Environmental Policy (2015), vol. 17, no. 2, pp. 465-473[2] Čeković, I., Manić, N, Stojiljković, D., Trninić, M., Todorović, D., Jovović, A., Modelling of wood chips gasification process in AS-PEN Plus with multiple validation approach, Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly (2019), OnLine-First (00):33-33[3] Čeković, I., Proces gasifikacije drvne sečke u postrojenju za kom-binovanu proizvodnju toplotne i električne energije, doktorska disert-acija, Univerzitet u Beogradu, Beograd, Srbija, 2019.[4] Khalil, R. A., Thermal conversion of biomass with emphasis on product distribution, reaction kinetics and sulfur abatement, doctoral thesis, Department of Energy and Process Technology Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway, 2009[5] Susastriawan, A. A. P., Saptoadi, H., Purnomo, Small-scale downdraft gasifiers for biomass gasification: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews (2017), vol. 76, pp. 989-1003[6] Panda, C., Aspen Plus Simulation and Experimental Studies on Biomass Gasification, thesis, National Institute of Technology Rourkela, Rourkela, India, 2012[7] Manić, N., Trninić, M., Stojiljković, D., Jovović, A., Proceed-ings of VI regional conference: industrial energy and environmental protection in South Eastern European Countries IEEP 2017, Društvo termičara Srbije, Zlatibor, 2017

PTTema broja

Authors

Dragoslava STOJILJKOVIĆFaculty of Mechanical EngineeringUniversity of BelgradeKraljice Marije 16, Belgrade

Ivana ČEKOVIĆInnovation CenterFaculty of Mechanical EngineeringUniversity of BelgradeKraljice Marije 16, Belgrade

Aleksandar JOVOVIĆFaculty of Mechanical EngineeringUniversity of BelgradeKraljice Marije 16, Belgrade

Nebojša MANIĆFaculty of Mechanical EngineeringUniversity of BelgradeKraljice Marije 16, Belgrade

Figure 5c: ASPEN Plus model outputs for producer gas LHV, flow rate and total heat for the sample S2

R. TOPIĆ, J. TASIĆ, M. ŽIVKOVIĆ, D. AĆIMOVIĆ, N. ĆUPRIĆ

PT Inženjerska praksa

20 PROCESNA TEHNIKA

Svet uopšte i svaka nacija pojedinačno, suočeni su danas sa mnogim dilemama oko planiranja svoje budućnosti i mogućnostima ostvarivanja tih planova. To se svakako

odnosi na porast stanovništva, na potrebe za hranom i vodom i na civilizacijski napredak uopšte. Sa bilo koje tačke da se posmatra rešavanje ovih problema, energija je važan činilac, pojedinačno i zajedno. Racionalno korišćenje energije je nemoguće bez ovladavanja teorijom toplotnih procesa i poznavanja osnovnih zakona transformacije energije koji su po pravilu osnovni u različitim tehnološkim procesima. Sušenje je nestacionarni termodinamički (fizičko hemijski) i složen tehnološki proces, koji mora da obezbedi ne samo očuvanje kvalitativnih pokazatelja materijala, već i u nizu slučajeva poboljšanje tih pokazatelja [1].

U principu kod postojećih rešenja za sušenje, uočavaju se tehnološke (povećanje vrednosti početne temperature agensa sušenja; povećanje protoka agensa sušenja; povećanje brzine strujanja agensa sušenja i smanjenja dimenzija i odgovarajuća priprema materijala na početku procesa sušenja) i konstruktivne (usavršavanje konstrukcije prostora za sušenje) mogućnosti intenzifikacije procesa sušenja [2].

Potpuna ocena termodinamičke efikasnosti, kvaliteta procesa sušenja i rešenja za sušenje se temelji na njegovoj energijskoj i eksergijskoj analizi [2].

1. Materijal i metod rada

1.1. Eksperimentalna istraživanjaU toku definisanja određenog procesa sušenja polazi se od teorijskih

osnova datih u vidu opisa procesa i u vidu potrebnog matematičkog aparata. Nakon toga sledi sakupljanje i analiza postojećih podataka iz date oblasti. Naredni korak je definisanje parametara koje je potrebno meriti u konkretnom primeru, kombinovanoj solarnoj sušari. Zatim sledi izvođenje merenja unapred definisanih parametara za konkretan proces sušenja, prema unapred definisanoj mernoj šemi.

Na osnovu dobijenih rezultata se formiraju potrebne tabele, dijagrami i matematički modeli (formulacije) promene merenih i izvedenih veličina u konkretnom procesu sušenja. Sa tim podacima dobijaju se jasno definisane vrednosti za konkretan proces sušenja i konkretnu sušaru [3].

Prototip kombinovane solarne sušare [3], sl.1., se sastoji iz prijemnika solarne energije dimenzija 1m x 1,1m, recirkulacionog kanala, regulatora protoka, PV modula, ventilatora, odvodnog kanala

i noseće konstrukcije.Sušenje kolutova šargarepe debljine 5 mm, je obavljeno 14. i 15.

10.2014. godine, na lokaciji Užice, severne geografske širine 19° 51’ 14” i istočne geografske dužine 43° 51’ 33’’.

Biološki materijal, (šargarepa) je pripremljen na sledeći način:• izvršeno je mehaničko čišćenje (ljuštenje oštećenih i prljavih

delova), pranje,• podužno ili poprečno sečenje,• postavljanje materijala u jednom ili dva sloja po površini

tava.

U toku procesa sušenja i merenja, položaj tava u komori za sušenje se nije menjao.

• Merene su sledeće veličine:• temperatura spoljnjeg vazduha, ulaz u prijemnik,

temperatura agensa sušenja u četiri karakteristične tačke komore za sušenje,

• masa vlažnog materijala u toku procesa sušenja,• intezitet solarnog zračenja, ozračenje, na kosu apsorbersku

površ prijemnika solarne energije.

Energijska i eksergijska analiza pokretne, komorne, konvektivne, jednokratne, indirektne, aktivne solarne sušare

Slika 1: Aktivna kombinovana solarna sušara, pogled spreda a) i pogled bočno b) komore za sušenje sa tavama (osam tava dimenzija osnove 0,3 m x 0.5 m).

Merenje je vršeno u određenim vremenskm intervalima.

Merenje temperature spoljnjeg vazduha i temperature agensa sušenja je izvedeno sa senzorima temperature proizvođača Simens. Merenje inteziteta solarnog zračenja na prijemniku je izvedeno sa mernim uređajem proizvođača Voltkraft. Merenje mase vlažnog i apsolutno suvog materijala je izvedeno sa dugitalnom vagom proizvođača PCI Instrumet. Masa apsolutno suvog materijala je određena standardnom metodom.

Što se tiče eksperimentalnih istraživanja, prvo su vršeni eksperimenti u cilju utvrđivanja karakteristika prijemnika solarne energije. Merene su vrednosti navedenih veličina pri različitim brzinama rada ventilatora što znači pri različitoj iradijanciji Sunčevog zračenja, pošto je ventilator direktno vezan na PV modul.

1.2. Energijska analizaOsnovni predmet analize, [3] je solarni prijemnik i komora za

sušenje solarne sušare. Imajući u vidu unapred zadati režim obrade materijala koji se suši, potrebno je agens sušenja prethodno pripremiti kako bi se na ulazu u sušaru obezbedio odgovarajući režim sušenja, što se obavlja u solarnom prijemniku. U procesu sušenja u sušari se istovremeno nalaze materijal koji se suši i agens sušenja. Materijal koji se suši ima uglavnom unapred režimom sušenja određena stanja, pre i posle obrade. Osnovni zadatak agensa sušenja kod konvektivnog načina sušenja je da materijalu preda toplotu neophodnu za izdvajanje vlage iz materijala koji se suši, da izdvojenu vlagu primi i iznese iz komore za sušenje. Kvalitet (kvantitativno) svake sušare se ocenjuje energijskim stepenom korisnosti, međutim ova ocena ne može se smatrati dovoljno potpunom i univerzalnom jer se kod ciklusa procesa sušenja [4], radi o nizu nepovratnih procesa u toku kojih dolazi do gubitaka radne sposobnosti.

Bilans energije, toplotni bilans prijemnika solarne energijePrijemnik solarne energije se nalazi u okolini, nije integrisan u

komoru za sušenje.Toplotni fluks koji primi agens sušenja u prijemniku:

(1)Energijska efikasnost solarnih prijemnika se obično definiše

izrazom [5]:

(2)

ili posle transformacije Hottel – Whiller – Bliss, trenutna vrednost energijske efikasnosti je:

(3)

U izrazu (3) FR je faktor koji opisuje efikasnost procesa prenosa toplote od apsorbera na radni fluid;7

(4)UL je ukupni koeficijent gubitaka toplote prijemnika solarne

energije:

(5)

Bilans energije, toplotni bilans komore za sušenjeNa sl.2., je prikazana strukturna šema komore za sušenje.U komori za sušenje se obavlja prenos toplote između agensa

sušenja, materijala koji se suši i unutrašnjih površi zidova komore za sušenje.

Materijal koji se suši dobija energiju od agensa sušenja, jedan deo energije se koristi za

zagrevanje materijala a drugi deo za isparavanje vlage u vlažnom materijalu i pokrivanje ostalih gubitaka.

Toplotni fluks koji primi agens sušenja u prijemniku solarne energije je dobijeni toplotni fluks za zagrevanje, ulaz u komoru za sušenje.

Bilans masa je:• bilans za apsolutno suv materijal:

(6)• bilans za apsolutno suv agens sušenja:

(7)• bilans za vlagu:

(8)

Izlazni parametri iz prijemnika su isti kao ulazni u komoru za sušenje:

(9)

Toplotni fluks za izdvajanje vlage iz materijala, isparavanje i pregrevanje pare:

(10)

U literaturi [5] se za definisanje fluksa za isparavanje koristi izraz:

(11)što nije korektno.

PTInženjerska praksa

PROCESNA TEHNIKA 21

Slika 2: Strukturna šema komore za sušenje

Moguće je znatno lakše definisanje energijske efikasnosti komore za sušenje kao odnos „potrošnje“ toplote za isparavanje vlage i „potrošnje“ ukupno dovedene vlage u komoru za sušenje.

Energijska efikasnost komore za sušnje definisana je izrazom:

(12)

1.3. Eksergijska analizaPotrebno je napisati bilanse eksergije za prijemnik solsrne

energije i komoru za sušenje. Jedna od uobičajenih pojednostavljenja opšteg izraza za eksergiju

је da se umesto unutrašnje energije i rada zameni entalpija. Takođe, moguće je zanemarivanje gravitacije i impulsa. Zapremina je gotovo konstantna i proces se odvija bez ikakvih hemijskih reakcija.

Shodno tome, izraz za agens sušenja se generalno svodi na:

(13)∞ je oznaka za referentne uslove.

Bilans eksergije prijemnika solarne energijeEksergija na ulazu u solarni prijemnik uključuje eksergiju agens

sušenja i eksergiju Sunčevog zračenja.Bilans eksergije prijemnika solarne enrgije je:

(14)Eksergija na ulazu u solarni prijemnik je:

(15)gde treba dodati i eksergiju od Sunčevog zračenja.Eksergija agensa sušenja na izlazu iz solarnog prijemnka je:

(16)

Eksergija Sunčevog zračenja za prijemnik solarne energije prema izazu R. Petela je:

(17)gde je:Eksergijska efikasnost solarnog prijemnika je:

(18)

Bilans eksergije komore za sušenje solarne sušareRanije su navedeni izrazi za definisanje i izračunavanje eksergije

kada se uvedu određenaa pojednostavljenja.

Pošto su procesi razmene toplote i materije u samoj sušari u kojima učestvuje apsolutno suv vazduh, materijal koji se suši i vodena para, složeni, potrebno je definisati promene entropija pojedinačnog procesa.

Dalje se daje bilans eksergije komore za sušenje u najopštijem obliku [4]. .

Eksergijski bilans komore za sušenje je

(19)

Specifična eksergija agensa sušenja za tačku 1., sl.2..

(20)

Specifična eksergija agensa sušenja za tačku 3., sl.2..

(21)

Specifična eksergija apsolutno suvog materijala je:

(22)Specifična eksergija vlage:

(23)

Gubitak eksergije komore za sušenje zbog gubitka toplote:

(24)U izrazu Tpms je srednja temperatura površi materijala koji se suši. Eksergijska efikasnost sušare, komore za sušenje, je:

(25)

U izrazu je:

(26)Specifična eksergija vlage u stanju 3.

(27)

(28)Specifična eksergija isparene vlage iz materijala:

(29)Za ovaj izraz neki istraživači tvrde da je nekorektan što nije u redu.

Tema brojaPT

22 PROCESNA TEHNIKA

2. Rezultati i diskusija

Analiza procesa sušenja je urađena koristeći Prvi i Drugi zakon termodinamike.

Dalje se daje kratak prikaz rezultata energijske i eksergijske analize.

Na sl.3.a, i sl.3.b, je prikazana promena ozračenja apsorberske površi prijemnika u toku prvog i drugog dana, na osnovu izmerenih vrednosti.

Vrednosti globalnog Sunčevog zračenja, ozračenja u toku prvog dana variraju između 480 i 880 W/m². Maksimalna vrednost je 880 W/m² u 1230 h.

U toku drugog dana vrednosti globalnog Sunčevog zračenja, ozračenja su varirale između 470 i 1060 W/m². Maksimalna vrednost je 1060 W/m² u 1100 h.

2.1. Sušara u širem smislu

Energijska analizaPromena dobijenog, ostvarenog toplotnog fluksa prijemnika u

toku prvog i drugog dana je prikazana na sl.4.a, i sl.4.b, a na osnovu vrednosti izmerenih i izračunatih parametara, prema izrazu [2].

Uočava se sličnost krive promene globalnog zračenja i dobijenog toplotnog fluksa solarnog prijemnika u toku drugog dana. Maksimalne vrednosti dobijenog toplotnog fluksa su 467 J/s u 1000 h u toku prvog danu i 733 J/s u 1200 h, u toku drugog danu.

Srednja vrednost dobijenog toplotnog fluksa u toku prvog dana je 360 J/s , dok je u toku drugog dana 501 J/s, što znači da je u toku prvog dana za 39,17 % manja.

Na sl.5.a, i sl.5.b, su prikazane promene energijske efikasnosti solarnog prijemnika u toku prvog i drugog dana,na osnovu vrednosti

izmerenih i izračunatih parametara,prema izrazu [3].Energijska efikasnost prijemnika se kreće u granicama od 27,2 do

51,1 % u toku prvog dana i od 35,4 do 68,7 % u toku drugog dana.Srednja vrednost energijske efikasnosti solarnog prijemnika u

toku prvog dana je 41,7 % i 54,1% u toku drugog dana. [-] [-]

Vrednosti energijske efikasnosti solarnog prijemnika u toku prvog i drugog dana se razlikuju u proseku za 29,74 %, što je rezultat promena vrednosti solarnog zračenja. Ove vrednosti odražavaju vrednosti solarne energije koju je primila apsorberska površ solarnog prijemnika.

Dalje se daje eksergijska analiza procesa sušenja šaragarepe u tankom, elementarnom sloju i postrojenja za sušenje.

Eksergijska analizaTreba definisati eksergije solarnog prijemnika i komore za

sušenje.Na sl.6.a, i sl.6.b, su prikazane promene protoka eksergije

Sunčevog zračenja u toku prvog i drugog dana, prema izrazima (15) i (16):

Uočavaju se oscilacije vrednosti protoka eksergije što je posledica oscilacija vrednosti intenziteta Sunčevog zračenja.

PTInženjerska praksa

PROCESNA TEHNIKA 23

Slika 3: Promena ozračenja za datu lokaciju u toku prvog dana a) i drugog b)

Slika 4: Promena dobijenog toplotnog fluksa solarnog prijemnika u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Slika 5: Promena energijske efikasnosti solarnog prijemnika u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Slika 6: Promena eksergije Sunčevog zračenja, eksergije na ulazu u prijemnik u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Slika 7: Promena protoka eksergije na izlazu iz prijemnika, ulazu u komoru za sušenje u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Na sl.7.a, i sl.7.b, su prikazane promene protok eksergije na izlazu iz prijemnika , ulazu u komoru za sušenje, u toku prvog i drugog dana,a prema izrazu (14).

Uočavaju se takođe oscilacije vrednosti protoka eksergije solarnog prijemnika na izlazu koje su rezultat ostvarenih temperatura agensa sušenja.

Na sl. 8.a., i sl.8.b.,su prikazane promene protoka gubitaka

eksergije solarnog prijemnika, prema iurazu (14). Uočava se oštriji pad u toku drugog dana, što je posledica takođe oštrijeg pada solarnog zračenja.

Na sl.9.a., i sl.9.b., su prikazane promene eksergijske efikasnosti solarnog prijemnika, u toku prvog i drugog dana, a prema izrazu (18):

Uočava se veći porast eksergijske efikasnosti solarnog prijemnika u toku drugog dana, dok je blaži porast u toku prvog dana

Eksergijska efikasnost u toku drugog dana je veća, što je posledica većih vrednosti solarnog ozračenja.

Eksergijska analiza komore za sušenjeNa sl.10.a., i sl.10.b., su prikazane promene protoka eksergije na

ulazu u komoru za sušenje u toku prvog i drugog dana, a prema izrazu (16).

Promena protoka eksergije je parabolična u toku oba dana, međutim sa različitimm trendom promene porasta i opadanja. Vrednosti protoka eksergije su veće u toku drugog dana.

Promene protoka eksergije na izlazu iz komore za sušenje u toku prvog i drugog dana su prikazane na sl.11.a, i sl.11.b, a prema izrazu (16). Takođe vrednosti protoka eksergije za drugi dan su veće u odnosu na prvi dan. Očigledan je različit trend promene u toku prvog i drugog dana. U toku prvog dana očava se maksimum, u 14 h., dok se u toku drugog dana pojavljuje minimum takođe u 14 h..

Na sl.12.a, i sl.12.b, su prikazani protoci gubitaka eksergije u komori za sušenje u toku prvog i drugog dana, a prema izrazu (14):

Promene protoka gubitaka eksergije komore za sušenje pokazuju da se u početku u toku prvog i drugog dana javlja porast vrednosti gubitaka eksergije. Očigledno je da se maksimum protoka gubitaka eksergije u toku prvog dana javlja u 1300 h, a maksimum protoka gubitaka eksergije u toku drugog dana u 1230 h. Ovakve promene su rezultat promena vrednosti ozračenja površi apsorbera prijemnika solarne energije.

Promene eksergijske efikasnosti komore za sušenje u troku prvog i drugog dana su prikazane na sl. 13.a, i sl.13.b. a prema izrazu (17).

Tema brojaPT

24 PROCESNA TEHNIKA

Slika 8: Promena protoka gubitaka eksergije solarnog prijemnika u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Slika 13: Promene eksergijske efikasnosti komore za sušenje u toku prvog dana a) i drugog b)

Slika 12: Promene gubitaka eksergije komore za sušenje u toku prvog dana (a) i drugog dana (b)

Slika 11: Promene protoka eksergije na izlazu iz komore za sušenje u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Slika 10: Promena protoka eksergije na ulazu u komoru za sušenje u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Slika 9: Promena eksergijske efikasnosti prijemnika u toku prvog dana (a) i drugog (b)

Promene eksergijske efikasnosti su parabolične sa različitim trendom promene. Eksergijska efikasnost komore za sušenje se kreće u granicama od 6,6 % do 41,9 % u toku prvog dana i od 35,4 % do 58,631 % u toku drugog dana.

Zaključak

U ovom radu razvijen je matematiĉki model za energijsku i eksergijsku analizu procesa sušenja korišćenjem Sunčeve energije. Matematiĉki model obuhvata sve relevantne jednačine koje proizlaze iz energijskog i masenog bilansa postavljene za svaki segment, komponentu procesa sušenja i rešenja kao i odgovarajuće jednačine koje za svaki segment, komponentu procesa i rešenja opisuju nastalu destrukciju i gubitak eksergije. Glavni cilj analize je pronalaženje zavisnosti, toka, protoka, eksergije, eksergijske destrukcije i gubitaka pojedinih procesa, kao i eksergijske efikasnosti procesa i njihov dijagramski prikaz kako bi se mogli međusobno uporediti pojedini procesi.

Koncept egsergije je dete drugog zakona termodinamike. U odsustvu univerzalnog okvira za analizu efikasnosti sušenja, čini se da je eksergijska analiza prikladan način kvalitativne analize. Prikazani su rezultati energijske i eksergijske analize procesa sušenja kolutova šargarepe u solarnoj indirektnoj pokretnoj sušari a na osnovu izvršenih eksperimenata. Sušenje šaragarepe je trajalo ukupno 10 h u toku dva dana.

Najveći gubici eksergije su u procesu pripreme agensa sušenja (zagrevanje) u prijemniku solarne energije.

Ovo pokazuje da je neophodno obratiti pažnju na prijemnik solarne energije, sa aspekta apsorberske površi, transparenta, konstrukcije kućišta, što znači gubitaka u okolinu, da bi se na ulazu u komoru za sušenje dobila što viša temperatura agensa sušenja.

Rezultat ove analize je mogućnost definisanja novih tehnološko tehničkih rešenja pripadajućih elemenata, kako bi se obezbedile kvalitetnije promene stanja radnih materija, odnosno manji porast entropije prilikom vršenja samog procesa u datom elementu.

Literatura[1] Topić M. Radivoje, Sušenje i sušare, SMEITS, Beograd, 2014., Nagrada Saveza inženjera i tehničara Srbije za najbolju IT publikaciju u Srbiji za 2014. godinu.[2] Radivoje M. Topić, Dragomir M. Aćimović, Jelena R. Topić, Sušenje bioloških materijala u kombinovanoj solarnoj sušari, Zbornik radova 27. Processing ’14, Beograd, 22 - 24, septembar, 2014.[3] R.M., Topić, Analiza, optimizacija i modeliranje procesa i rešenja visokotemperaturnog sušenja, Mašnski fakultet, Beograd, 1996.[4] Jelena R. Tasić, Matematički model za definisanje termodinamičke efikasnosti postrojenja za solarno sušenje, seminarski rad, Odabrana poglavlja iz termodinamike, Program Doktorskih studija, Mašinski fakultet 2014.[5] Boulemtafes-Boukadoum, A., Benzaoui, A., Energy and exergy analysis od solar drying process of mint, Energy Procedia, 2011, 6, 583-591. [6] Bennamoun, L., An oveviev on Aplication of Exergy ana Energy for Deetermination of solar Drying Efficiency, International Journal of Energy Engineering 2012, 2(5): 184 – 194.DOI: 10.5923.

[7] Dincer, I., Shahin, A.Z., 2004, A new model for thermodynamic analysis of a drying process, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47 (4), 645-652. [8] Нащокин, В. В., Техническая термодинамика и теплопередача „Высшая Школа“, Москва 1975.

Spisak korišćenih oznaka

a temperaturna difuzivnost, (m²/s ), apsorptancija, c specifični toplotni kapacitet, (J/kg K),cp specifični toplotni kapacitet pri konstantnom pritisku, (J/kg K), crf specifični toplotni kapacitet radnog fluida, (J/kg K),d gubici eksergije, (J),Ex eksergija, (J ),e specifična eksergija, (J/kg),Ėx protok eksergije, (J/s),FR faktor koji opisuje efikasnost prenosa toplote od apsorbera

na fluid,Fr’ geometrijski faktor prijemnika koji zavisi od izrade,Ġ Sunčevo zračenje, ozračenje, (W/m²),g ubrzanje zemljine teže, (m/s²),H entalpija (J); ozračenost, (J/m²),h s pecifična entalpija, (J/kgL),k koeficijent prolaženja toplote, (W/m²K ),m masa, (kg)ṁ protok, (kg/s),masas protok apsolutno suvog agensa sušenja, (kgL/s ),ṁ maseni protok materijala, (kg/s,p pritisak, (Pa),Pv rad ventilatora, (J),r toplota isparavanja, (J/kg), R gasna konstanta, (J/(kg K)),s specifična entropija, (J/ K),T apsolutna temperatura, (K),Tap apsolutna temperatura površi apsorbera, (K);To apsolutna temperatura okoline, (K),Tsu uslovna temperatura Sunca, koja iznosi od 75% temperature Sunca kao crnog tela,ηp efikasnost Petela.t temperatura, (°C),u apsolutna vlažnost materijala, (kgw/kgasm), (d.b.); specifična unutrašnja energija, (J/kg),UL ukupni koeficijent gubitaka toplote, (W/(m°K), V zapreminski protok, (m³/s ),v brzina (m/s ); specifična zapremina, (m³/kg),

Grčke oznakeα koefijent prelaženja toplote, (W/m²K) , apsorptancija,ηe energijska efikasnost,ηx eksergijska efikasnost,χ molarni udeo komponente,λ toplotna provodnost, (W/ m K),ρ gustina, (kg/m³), reflektancija površi prijemnika;τ vreme, transmitancija,φ relativna vlažnost agensa sušenja, (%), Q toplotni fluks, (J/s),

PTInženjerska praksa

PROCESNA TEHNIKA 25

Autori

Dr Radivoje M. TOPIĆ; red prof., u penziji rtopic@mas.bg.ac.rs

Jelena R. TASIĆ, dipl. inž. maš., Energoprojekt, Bulevar Mihajla Pupina 12, BeogradJelenat2281@gmail.com

Dr Milovan ŽIVKOVIĆ, dipl. inž. maš., Capoto Build, Bulevar Mihajla Pupina 115b, Beogradzivkovic.cappotob@fashioncompany.rs

Mr Dragomir M. AĆIMOVIĆ, dipl.inž.maš.,Termo Concept, Užice, Srbija, dracim2000@gamil.com

Dr Nenad Lj.ĆUPRIĆ, vanr. prof.,Šumarski fakultet Univerzitet u BeograduKneza Viseslava 1, Beogradcupricn.@gmail.com

q površinski toplotni fluks, (W/ m²),x apsolutna vlažnost agensa sušenja, (kgw/kgL),xv molski udeo pare,

Donji indeksia apsorber,as agens sušenja, zagrejan vazduh, asas apsolutno suv agens sušenjaasm apsolutno suv materijal,e energijski,f fluid (agens sušenja), g gubici,i izlaz, izolacija, k komora,o okolina,p para,u ulaz,w vlaga,x eksergijski.

Tema brojaPT

26 PROCESNA TEHNIKA

Izdanja SMEITS-a

Сушаре / Теорија и задаци / Прво издање

Сушење је једна од многобројних процесних операција које су сврстане у основне процесне операције (механичке, хидромеханичке, топлотне, дифузионе, хемијске и биохемијске), али се због свог значаја и заступљености у технолошким процесима издваја као посебна целина. У великом броју случајева добијање одређених производа заснива се првенствено на процесу сушења као основној процесној операцији.Као резултат вишегодишњег рада аутора у настави и инжењерској пракси у овој области припремљен је материјал за књигу “Сушаре – теорија и задаци”, а материја обрађена у књизи постала је и саставни део предмета Сушаре на мастер студијама Модула за процесну технику и заштиту животне средине на Машинском факултету у Београду.Књига обухвата десет поглавља: (1) Прорачун параметара влажних материјала; (2) Термодинамичкa својства влажног ваздуха; (3) Материјални и топлотни биланс процеса сушења; (4) Прорачун параметара сушења, сушење разблаженим димним гасовима; (5) Прорачун параметара сушења са међузагревањем и рециркулацијом ваздуха; (6) Прорачун сушара при шаржном процесу сушења; (7) Прорачун цевних сушара; (8) Прорачун сушења у континуалним коморама за сушење са директним загревањем; (9) Прорачун ротационих сушара и (10) Прорачун сушара са флуидизованим и фонтанским слојем, са укупно 119 рачунских примера. На почетку сваког поглавља приказан је преглед коришћених једначина са допунама које су дате у осам прилога.Надамо се да ће ова књига бити од помоћи и стручњацима који раде на пословима пројектовања и експлоатације постројења у којима се одвија процес сушења, као и студентима техничких факултета у чијим наставним програмима је ова област заступљена.Како се ове године навршава 60 година од почетка наставе из области процесне технике на Машинском факултету у Београду, издавање књиге представља мали допринос овом јубилеју и омаж свим прегаоцима из области процесне технике са и ван Машинског факултета у Београду. Аутори

HEAD OFFICE - FACTORYHEAD OFFICE - FACTORYAtatürk Sanayi Bölgesi Hadımköy Mahallesi Mustafa İnan Caddesi No: 44 Arnavutköy - İSTANBUL

FLEXIBLE METAL HOSES

STEAM EQUIPMENT

VALVES

LEVEL CONTROL

EQUIPMENT

FIRE FIGHTING

PRODUCTSEXPANSION

JOINTS

Ayvaz is one of the biggest manufacturers of Europe and the global suppliers of high quality products for installation sector since 1948, also a member of Association Euro-Qualiflex (AEQ). We are manufacturing metal and rubber bellowed expansion joints to compensate thermal movements at pipelines, steam traps to maintain the security and the efficiency of steam lines, braided and non-braided flexible metal hoses for all industrial and domestic fluid applications, various types of valves for all pipeline systems, level control units and fire fighting equipment.

Atatürk Sanayi Bölgesi Hadımköy Mahallesi Mustafa İnan Caddesi No: 44 Arnavutköy - İSTANBUL Tel: +90 212 771 01 45 (pbx) | Fax: +90 212 771 47 27 | info@ayvaz.com | www.ayvaz.com

AYVAZ SERBIA | Tel: +381 61 658 70 52 | yakbiyik@ayvaz.comAYVAZ-N BULGARIA | Tel: +359 8431 27 32 | o ffi ce@ayvaz-n.eu

M. KARANAC, M. ĐOLIĆ, Z. VELIČKOVIĆ, Ž. KAMBEROVIĆ, V. PAVIĆEVIĆ, A. MARINKOVIĆhttps://doi.org/10.24094/ptc.019.31.1.28

PT Inženjerska praksa

28 PROCESNA TEHNIKA

Elektrofilterski pepeo (eng. Fly ash, FA) nastaje kao nusproizvod sagorevanja uglja. Zbog svojih fizičkohemijskih svojstava FA se može upotrebiti kao adsorbent za uklanjanje

zagađujućih materija iz otpadne vode [1]. Arsen spada u I grupu kancerogenih jedinjenja [2] i potiče iz različitih prirodnih ili antropogenih izvora. Pored FA [3], za uklanjanje arsena, mogu se koristiti različiti jeftini adsorbenti kao što su: poljoprivredni otpad, smole, silika, nanomaterijali, oksidi železa [4, 5], getit [6]. Getit (α-FeOOH) je rasprostranjen mineral i nalazi se u zemljištu kao glavna komponenta mnogih ruda i sedimenata. Predstavlja termodinamički najstabilniji oksid železa. Getit ima veliku specifičnu površinu za primenu kao adsorbent. Adsorpcija arsena na oksidima železa postiže se formiranjem kompleksa sa hidroksilnim grupama kao monodentatni mononuklearni kompleksi kao i bidentatni kompleksi sa nižim stepenom adsorpcije kroz razmenu liganda [7, 8].

1 Uvod

U ovom radu izvršena je modifikacija FA sa železo(III)-hidroksidom (α–FeOOH) u obliku getita (G) i dobijen je novi adsorpcioni materijal označen kao FAG. Cilj je bilo je ispitivanje mogućnosti primene modifikovanog oblika elektrofilterskog pepela FAG za efikasno uklanjanje As(V) iz otpadne vode.

2 Eksperimentalni deo

Sinteza novog adsorpcionog materijala sprovedena je u reaktoru sa ventilima za ulaz/izlaz gasa i sa izlaznim ventilom za rastvarač, prikazanom na Slici 1. Pre sinteze uzorak FA je osušen na 105 °C tokom 24 h, potom je homogenizovan u avanu sa tučkom. FAG adsorbent dobijen je prema postupku opisanom u literaturi [9]. U reaktor je dodata smeša dispergovanog FA (10 g) u rastvoru FeSO4•7H2O (napravljenom od 1,6 g soli u 3,3 mL DW), potom je dodat ksilen (hidrofobni medijum) kako bi se obezbedio kontinualni medijum vlažnosti FA za izvođenje sinteze. Mešanje disperzije obezbeđeno je uvođenjem azota, a potom vazduha (sa ciljem oksidacije) tokom 30 min. Kontinualno uvođenje azota obezbeđuje mešanje disperzije i formiranje uniformnog filma na površini FA. Reakciona smeša je zagrevana do 90 °C, potom je u nju postepeno (tokom 5 min) dodato 4,3 g NaHCO3 u 1 mL DW kako bi se podstaklo taloženje oksida železa u formi getita (G). Zagrevanje disperzije nastavljeno je na 90 °C u

trajanju od 60 min, nakon čega je ostavljena preko noći da se istaloži. Nakon filtracije, materijal je ispran dejonizovanom vodom (200 mL) i bez sušenja korišćen u daljim adsorpcionim eksperimentima.

Adsorpcioni eksperimenti vršeni su u laboratorijskim uslovima u šaržnom sistemu korišćenjem mešalice (tip uređaja: Memmert GmbH&Co. D-91126 Scwabach FRG). Standardni rastvor As(V) pripremljen je korišćenjem dejonizovane vode i Na2HAsO4 * 7H2O (Carlo-Erba). U laboratorijskoj čaši pripremljena je suspenzija od 2 do 20 mg adsorbenta i 10,0 mL rastvora As(V) početnih koncentracija standardnog rastvora As(V) od Ci(As(V)) = 5,0 i 20,0 mg L-1, na pH vrednosti 6,0 ± 0,1. Nakon procesa adsorpcije suspenzija je filtrirana korišćenjem standardnog membranskog filtera od celuloze (MF-Millipore) veličine pora od 0,45 μm. Alikvoti su zakišeljeni koncentrovanom HNO3 (30 µl). Koncentracija As(V) određena je primenom masene spektrometrije sa induktivno spregnutom plazmom (eng. Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS).

Primena elektrofilterskog pepela modifikovanog sa getitom za uklanjanje As(v) iz vodenih rastvora

Slika 1: Aparatura za sintezu FAG adsorbenta

Adsorpcioni kapaciteti za FAG, izračunati su prema sledećoj jednačini:

(1)

Gde je: qe – masa teškog metala adsorbovana po jednici mase adsorbenta

(mg g˗1); C0 i Ce – masene koncentracije teškog metala na početku i na

kraju eksperimenta (mg L˗1); V – zapremina rastvora (L) i m – masa adsorbenta (g).

Interakcija između rastvora i adsorbenta u stanju ravnoteže pri uslovima na kojima se ostvaruje najveći adsorpcioni kapacitet određena je korišćenjem adsorpcionih izotermnih modela: Lengmira, Frojndliha, Temkina i Dubinin-Raduškeviča. Za izračunavanje parametara adsorpcionih izotermi uklanjanja As(V) korišćeni su sledeći uslovi: Ci(As(V)) = 5,00 mg L˗1, t = 70 min, V = 0,01 L, mads =2, 4, 6, 8, 10, 15 i 20 mg, pH = 6,0, na temperaturama od 25, 35 i 45 °C.

Uticaj temperature na proces adsorpcije As(V) na FAG ispitan je na temperaturama 298, 308 i 318 K. Gibsova slobodna energija (ΔG0), entalpija (ΔH0) i entropija (ΔS0) izračunate su pomoću Vant Hofovih termodinamičkih jednačina:

(2)

(3)gde je:T apsolutna temperatura u K, R je univerzalna gasna konstanta (8,314 J mol-1 K-1) i b je bezdimenziona Lengmirova konstanta.

Karakterizacija FA i FAG izvršena je primenom: rendgenske difrakcione analize (eng. X-Ray Difraction, XRD), metode adsorpciono/desorpcione izoterme adsorpcije gasa (eng. Brunauer–Emmett–Teller, BET) i infracrvene spektrometrije sa Furijeovom transformacijom (eng. Fourier-Transform Infrared Spectroscopy, FTIR).

3 Rezultati i diskusija

Maksimalni adsorpcioni kapacitet FAG adsorbenta za uklanjanje As(V) izračunat je primenom Lengmirovog modela i iznosi 32,35 mg g-1.

Vrednosti adsorpcione energije (Ea) dobijene primenom Dubinin-Raduškevičove izoterme ukazuju da je fizisorpcija dominantan proces (Tabela 1). Kada je vrednost Ea ispod 8 kJ mol–1, proces adsorpcije odgovara fizisorpciji, na vrednostima Ea u opsegu 8 – 16 kJ mol–1

jonskoj izmeni, a iznad 16 kJ mol–1 adsorpcija odgovara hemisorpciji [10]. Poređenjem literaturnih podataka različitih materijala i FAG za uklanjanje As(V) uočavaju se velike razlike u adsorpcionim kapacitetima pri različitim uslovima (tabela 2).

U Tabeli 3 prikazani su rezultati termodinamičkih parametara. Negativne vrednosti Gibsove energije ΔG0 ukazuju da je proces adsorpcije As(V) na FAG spontan, a pozitivna vrednost entalpije ΔH0 ukazuje da je adsorpcija endoterman proces. Smanjenje vrednosti Gibsove energije na višoj temperaturi ukazuje da se spontanost procesa povećava sa povećanjem temperature.

PTInženjerska praksa

PROCESNA TEHNIKA 29

Tabela 1. Parametri adsorpcionih izotermi uklanjanja As(V) na FAG Model

izoterme Parametri modela 25 °C 35 °C 45 °C

Lengmir

qm [mg g-1] 27,616 29,377 32,35

KL [L mg-1] 0,23394 0,25078 0,26461

KL [L mol-1] 11527 18788 19824

R2 0,997 0,999 0,999

Frojndlih

KF [(mg g-1) (dm³ mg-1)1/n] 8,855 10,145 11,662

1/n 1,270 1,241 1,202

R2 0,989 0,994 0,998

Temkin

AT [L g-1] 3,119 3,509 4,025

bT 8,86 8,88 8,84

B [kJ mol-1] 279,81 288,35 299,28

R2 0,853 0,869 0,885

Dubinin-Raduškevič

qm [mg g-1] 15,20 15,90 16,64

Kad [mol2 kJ-2] 8,50 8,46 8,41

Ea [kJ mol-1] 7,668 7,688 7,709

R2 0,890 0,905 0,921

Tabela 3. Termodinamički parametri za adsorpciju As(V)Temperatura

[K]ΔG0

[кЈ mol-1]ΔH0

[кЈ mol-1]ΔS0

[Ј mol-1 К-1] R2

298 -34,18

4,86 130,96 0,996308 -35,50

318 -36,80

Table 2. Uporedni prikaz adsorpcionih kapaciteta za adsorbente na bazi pepela

Adsorbent Ci [mg L–1] qe [mg g–1] Reference

Nanočestice getita 40,0 60,06 [11]

Getit i huminska kiselina 1 - 4,6 30,0 [12]

Kalcit/getit 1,35 - 4,1 21,00 [13]

Kompozitni materijal sa getitom 0,1 - 3,0 1,22 [14]

Nanočestice getita iz kiselih rudničkih voda 400,0 20,9 [15]

FAG 5,00 32,35 Rad

Ispitivanjem teksturalnih svojstava adsorbenata FA i FAG, utvrđeno je da veća specifična površina FAG (SBET = 26,13 m2 g-1) u odnosu na FA (SBET = 8,19 m2 g-1), znači i veću dostupnost površinski aktivnih mesta za interakciju sa jonima As(V).

Spektri XRD analize (Slika 2) pokazuju da FA i FAG imaju heterogenu strukturu, da pretežno sadrže kvarc (SiO2), mulit syn-Al(Al0.83Si1.8O4.85), kalcijum-natrijum-silikat (Ca0.8Na0.2Al1.8Si2.2O8Ca0.8). Pored ovih minerala identifikovani su: hematit (α-Fe2O3), kalijum oksid (KO2), magnezijum-aluminijum-železo oksid (MgAl0.8Fe1.2O4) i u FAG getit (syn-FeO(OH)). Glavna strukturna razlika između FA i FAG je u sadržaju getita (8,4 %). Prisustvo potvrđeno je na G na 2θ = 33,2 i 36,7 [5, 16].

Na slici 3 prikazani su spekti FTIR analize. Položaj odgovarajućih pikova ukazuje na prisustvo minerala na bazi silicijuma i aluminijuma

što je u skladu sa XRD analizom. Traka na 775 cm-1 and 456 cm−1 odgovara vibraciji Si-O-Al i Si-O veza.

Dobijeni FTIR spektri sirovog FA i modifikovanog FAG materijala pre i nakon procesa adsorpcije (FA/As(V) i FAG/As(V)) prikazani su na slici 3. Karakteristične trake na 3436 cm-1 posledica su izolovanih silanolnih grupa (Si–O–H) i Al–OH prisutnih u FA (slobodne i vezane za OH). Apsorpcione trake u opsegu od 400 do 1000 cm-1 ukazuju na prisustvo minerala na bazi silikata/aluminata, što je u skladu sa rezultatima XRD analize. Trake na 775 cm-1 i 456 cm-1 pripisuju se vibraciji Si-O-Al [17] i savijajućoj vibraciji Si-O veza [18], redom. Asimetrične vibracije istezanja koje se pojavljuju na ~667 cm-1, odgovaraju ν4 SiO2-

4 [19]. Nisu uočene značajne promene između FTIR spektara nakon procesa adsorpcije FA/As(V) i FAG/As(V) u odnosu na početni materijal.

4 Zaključak

U radu su prikazani rezultati ispitivanja uklanjanja As(V) iz vodenih rastvora primenom elektrofilterskog pepela modifikovanog sa getitom. Maksimalni adsorpcioni kapacitet adsorbenta FAG za uklanjanje As(V), izračunat prema Lengmirovom modelu, iznosi 32,35 mg g-1 na 45 °C. Adsorpcija As(V) jona na modifikovanom pepelu je spontan i endoterman proces. Rezultati ukazuju da se pepeo može primeniti kao adsorbent za uklanjanje arsena čime se postižu ponovna upotreba materijala i smanjuje se deponovanje pepela. Dalja istraživanja usmerena su ka ponovnoj upotrebi iskorišćenog adsorbenta (FAG/As(V)) kao aditiva za proizvodnju građevinskog materijala, objedinjujući koncept cirkularne ekonomije i održivog upravljanja sirovinama.

ZahvalnicaIstraživanja u ovom radu izvršena su u okviru aktivnosti na

projektu TR 34033 i III 43009 koji finansira Ministarstvo prosvete, nauke i tehnološkog razvoja Republike Srbije.

References[1] Karanac, M., M. Đolić, Đ. Veljović, N. V. Rajaković-Ognjanović, Z. Veličković, V. Pavićević, A. Marinković, The removal of Zn2+, Pb2+, and As(V) ions by lime activated fly ash and valorization of the exhausted adsorbent, Waste Management, 78 (2018), pp. 366–378.[2] Tiwari, M.K., S. Bajpai, U.K. Dewangan, R.K. Tamrakar, Suitability of leaching test methods for fly ash and slag: A review, Journal of Radiation Research and Applied Sciences 8 (2015), pp. 523–537.[3] Karanac, M., M. Đolić, Z. Veličković, A. Kapidžić, V. Ivanovski, M. Mitrić, A. Marinković, Efficient multistep arsenate removal onto magnetite modified fly ash, Journal of Environmental Management, vol. 224 (2018), pp. 263–276.[4] Darezereshki, E., A.K. Darban, M. Abdollahy, A. Jamshidi-Zanjani, Influence of heavy metals on the adsorption of arsenate by magnetite nanoparticles: Kinetics and thermodynamic, Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management 10 (2018), pp. 51–62.[5] Jacobson, A.T., M. Fan, Evaluation of natural goethite on the removal of arsenate and selenite from water, Journal of Environmental Sciences, 76 (2019), pp. 133–141.[6] Moreira, R.F.P.M., S. Vandresen, D.B. Luiz, H.J. José, G.L. Puma, Adsorption of arsenate, phosphate and humic acids onto

Tema brojaPT

30 PROCESNA TEHNIKA

Slika 2: XRD spektri FA i FAG adsorbenata

Slika 3: FTIR spektri FA i FAG pre i nakon adsorpcije FA/As(V) i FAG/As(V)

acicular goethite nanoparticles recovered from acid mine drainage, Journal of Environmental Chemical Engineering, 5(2017), pp. 652–659.[7] Al-Jabari, M., Kinetic models for adsorption on mineral particles comparison between Langmuir kinetics and mass transfer, Environmental Technology & Innovation 6(2016), 27–37.[8] Siddiqui, S.I., S.A. Chaudhry, Iron oxide and its modified forms as an adsorbent for arsenic removal: A comprehensive recent advancement, Process Safety and Environmental Protection, 111 (2017), pp. 592–626. [9] Taleb, K., J. Markovski, Z. Veličković, J. Rusmirović, M. Rančić, V. Pavlović, A. Marinković, Arsenic removal by magnetite-loaded amino modified nano/microcellulose adsorbents: effect of functionalization and media size, Arabian J. Chem, 2016. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2016.08.006[10] Inglezakis, V. J., A. A. Zorpas, Heat of adsorption, adsorption energy and activation energy in adsorption and ion exchange systems, Desalination and Water Treatment 39 (2012), pp. 149–157.[11] Wu, P.-Y., Y. Jia, Y.-P. Jiang, Q.-Y. Zhang, S.-S. Zhou, F. Fang, D.-Y. Peng, Enhanced arsenate removal performance of nanostructured goethite with high content of surface hydroxyl groups, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2(2014), pp. 2312–2320.[12] Montalvo, D., R. Vanderschueren, A. Fritzsche, R.U. Meckenstock, E. Smolders, Efficient removal of arsenate from oxic contaminated water by colloidal humic acid-coated goethite: Batch and column experiments, Journal of Cleaner Production, 189 (2018), pp. 510–518.[13] Markovski, J.S., V. Dokic, M. Milosavljevic, M. Mitric, A.A. Peric-Grujic, A.E. Onjia, A.D., Marinkovic, Ultrasonic assisted arsenate adsorption on solvothermally synthesized calcite modified by goethite, alpha-MnO2 and goethite/alpha-MnO2, Ultrason. Sonochem. 21 (2014), pp. 790–801.

[14] Ramirez-Muñiz, K., F. Perez-Rodriguez, R. Rangel-Mendez, Adsorption of arsenic onto an environmental friendly goethite-polyacrylamide composite. Journal of Molecular Liquids, 264 (2018), pp. 253–260.[15] Moreira, R.F.P.M., S. Vandresen, D.B. Luiz, H.J. José, G.L. Puma, Adsorption of arsenate, phosphate and humic acids onto acicular goethite nanoparticles recovered from acid mine drainage, Journal of Environmental Chemical Engineering, 5 (2017), pp. 652–659.[16] Legodi, M.A., D. de Waal, The preparation of magnetite, goethite, hematite and maghemite of pigment quality from mill scale iron waste, Dyes and Pigments, 74 (2007), pp. 161–168.[17] Ul Haq, E., S. Kunjalukkal Padmanabhan, A. Licciulli, Microwave synthesis of thermal insulating foams from coal derived bottom ash. Fuel Process. Technol. 130 (2015), pp. 263–267.[18] Gao, M., Q. Ma, Lin, J.Q., Chang, H. Ma, Fabrication and adsorption properties of hybrid fly ash composites. Applied Surface Science, 396 (2017), pp. 400–411.[19] Mollah, M.Y., M. Kesmez, D.L. Cocke, An X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopic (FT-IR) investigation of the long-term effect on the solidification/stabilization (S/S) of arsenic(V) in Portland cement type-V. Science of the Total Environment, 325 (2004), pp. 255–262.

PTInženjerska praksa

PROCESNA TEHNIKA 31

Autori

Milica KARANAC,Inovacioni centar Tehnološko-metalurškog fakulteta u Beogradu, Karnegijeva 4, Beogradmkaranac@tmf.bg.ac.rs

Maja ĐOLIĆ, Tehnološko - metalurški fakultetUniverzitet u BeograduKarnegijeva 4, Beogradmdjolic@tmf.bg.ac.rs

Zlate VELIČKOVIĆ,Vojna akademija Univerzitet odbrane u BeograduGenerala Pavla Jurišića Šturma 33, Beogradzlatevel@yahoo.com

Željko KAMBEROVIĆ,Tehnološko - metalurški fakultetUniverzitet u BeograduKarnegijeva 4, Beogradkamber@tmf.bg.ac.rs

Vladimir PAVIĆEVIĆ,Tehnološko-metalurški fakultet u BeograduUniverzitet u BeograduKarnegijeva 4, Beogradvpavicevic@tmf.bg.ac.rs

Aleksandar MARINKOVIĆ,Tehnološko-metalurški fakultet u BeograduUniverzitet u BeograduKarnegijeva 4, Beogradmarinko@tmf.bg.ac.rs

Članski popust na izdanja SMEITS-a

N. TANASIĆ, M. STAMENIĆ, M. MIHAILOVIĆ

PT Inženjerska praksa

32 PROCESNA TEHNIKA

Dim koji se razvija pri požaru predstavlja najveću opasnost po život ljudi i sprečava efikasno gašenje požara. Statistički podaci pokazuju da je bilo više smrtnih

slučajeva u požarima zbog gušenja dimom nego iz drugih razloga (povrede, opekotive i sl.) [1]. Dim se razvija u početnoj fazi požara i ispunjava prostor u kome je požar nastao, ugrožavajući pri tome ljude ne samo u tom prostoru već u celom objektu. Pored smanjene vidljivosti kao dodatna opasnost se javlja nadražaj očiju i disajnih puteva, što doprinosi paničnom ponašanju ljudi u požarima. Zavisno od hemijskog sastava materijala koji gori, raspoložive količine kiseonika i temperature koja se pri sagorevanju razvija, u dimu se najčešće nalaze: ugljendioksid, ugljenmonoksid, vodonik-sulfid, sumpor-dioksid, amonijak, cijanovodonik, azotni oksidi i drugi organski gasovi. Najzastupljeniji gas je ugljendioksid, a najopasniji ugljenmonoksid koji pri koncentraciji od 1,3% ima smrtonosne posledice [1].

1 Uvod

Vreli gasovi i dim koji nastaju pri požaru, usled manje gustine u odnosu na okolni vazduh, podižu se od žarišta prema plafonu prostorije. U zoni ispod plafona javlja se natpritisak, usled čega vreli gasovi i dim teže da kroz raspoložive otvore izađu iz prostorije. U zoni pri podu prostorije, usled strujanja vazduha naviše, vlada potpritisak koji uslovljava priliv vazduha u zonu žarišta. Kretanje dima i toplih gasova nastalih u požaru zavisi od mehanizma prirodne konvekcije koja potiče od razlike u temperaturi dima i okolnog vazduha, kao i od strujanja vazduha (vetra) oko objekata koji je zahvaćen požarom. Zaštita od dima i toplote nastalih pri požaru sastoji se u 1) eliminisanju dima i toplote iz prostorije zahvaćene požarom primenom prinudne ili prirodne ventilacije, 2) zaštiti od dima evakuacionih puteva koji nisu konstruktivno odvojeni od dela objekta zahvaćenog požarom i 3) zaštiti izolovanih evakuacionih puteva.

U ovom radu dat je pregled tehničkih standarda, nacionalnih propisa i proračunskih metoda za primenu i dimenzionisanje sistema natpritisne ventilacije koji imaju za cilj da zaštite evakuacione puteve u slučaju požara, tj. da spreče prodor dima u evakuacione puteve. Primenom ovih sistema vrši se zaštita puteva za evakuaciju u cilju efikasnijeg spašavanja ljudi i omogućava lakše kretanje i pristup vatrogascima.

2 Nacionalni propisi i tehnički standardi

2.1 Nacionalni propisiPravilnikom o tehničkim normativima za sisteme za odvođenje

dima i toplote nastalih u požaru propisuju se tehnički normativi za sisteme za odvođenje dima i toplote prirodnim putem [2]. U ovom pravilniku je data metodologija za izračunavanje efektivne površine otvora za odvođenje dima i toplote koji se postavljaju na krovove zatvorenih prizemnih objekata i na krovove poslednjeg sprata u objektima sa više spratova. Ovaj pravilnik ne reguliše u kojim se slučajevima primenjuju sistemi za odvođenje dima i toplote i sistemi za natpritisnu ventilaciju. Opravdanost njihove primene ocenjuje se na osnovu analize opasnosti od izbijanja požara za svaki objekat posebno. Sistemi za odvođenje dima i toplote ne mogu biti zamena za uređaje za automatsko gašenje požara, već služe kao dopuna, stvarajući bolje uslove za intervenciju vatrogasnih jedinica naročito u objektima u kojima se očekuje brz razvoj požara i naglo oslobađanje toplotne energije. Analiza opravdanosti ugrađivanja sistema za odvođenje dima i toplote počiva na klasifikaciji objekata i tehnoloških procesa koji se u njima obavljaju. Klasifikacija uzima u obzir prosečno ili očekivano požarno opterećenje i pretpostavljenu brzinu oslobađanje tolote iz gorivih materija ili zapaljivih tečnosti, koje se mogu zateći na mestu požara [1].

Posebnim Pravilnikom propisana je obavezna primena sistema za natpritisnu ventilaciju u podzemnim garažama kako bi se obezbedilo da vatra i dim ne prodru do sigurnosnog stepeništa koje se koristi za evakuaciju u slučaju požara [3]. Propisani nivo natpritiska u sigurnosnom stepeništu ili pretprostoru, koji razdvaja garažu od sigurnosnog stepeništa, iznosi od 20 do 80 Pa. Takođe, istim pravilnikom je propisano da ukoliko postoji funkcionalna veza garaže i objekta druge namene liftom, u liftovskom oknu se mora obezbediti natpritisak (takođe od 20 do 80 Pa) ili se mora izgraditi provetravani pretprostor sa natpritiskom vazduha na svakom nivou garaže. Površina provetravanog pretprostora mora iznositi najmanje 5 m², pri čemu pretprostor ne može biti uži od 1,25 m [3].

Pravilnikom kojim se bliže uređuju posebni tehnički normativi bezbednosti od požara za izgradnju, dogradnju i rekonstrukciju stambenih i poslovnih objekata i objekata javne namene [4] kao i Pravilnikom kojim se bliže uređuju posebni tehnički normativi bezbednosti od požara za ugostiteljske objekte [5], propisano je da se na najvišem delu stepeništa koje se koristi za evakuaciju moraju

Pregled tehničkih standarda i proračunskih metoda za dimenzionisanje sistema natpritisne ventilacije za evakuacione puteve u slučaju požara

PROCESNA TEHNIKA 33

ugraditi otvori za provetravanje, čija je površina svetlog otvora najmanje 1 m². Otvori moraju biti takvi da se mogu otvarati sa podesta stepeništa zadnjeg sprata i da ostaju otvoreni sve vreme potrebno za odvođenje dima i toplote, tj. da ne može doći do njihovog samozatvaranja. U slučaju kada su u objektu predviđene instalacije i uređaji za automatsko otkrivanje i dojavu požara, otvori za provetravanje moraju se automatski otvarati na signal dojave požara. U slučaju da se iz nekog razloga ne mogu obezbediti ovakvi otvori, moraju se predvideti instalacije za odvođenje dima i toplote prinudnim putem ili se može predvideti drugo tehničko rešenje [5].

U podrumskim prostorima ugostiteljskih objekata u kojima boravi više od 100 lica, podrumski prostori sa više etaža na kojima borave lica i zatvorenim atrijumskim prostorima moraju se predvideti otvori za odvođenje dima i toplote prirodnim putem koji se koriste za stvaranje bezbednih uslova za evakuaciju. Površina otvora izračunava se prema metodologiji koja je data u Pravilniku [2].

U objektima specifične namene (napr. objekti viši od 75 m) u kojima se predviđa ugradnja vatrogasnog lifta, isti mora biti smešten u sopstveno okno i mora imati sopstveni pretprostor. Okno vatrogasnog lifta ili njegov pretprostor moraju biti opremljeni sistemom koji ostvaruje natpritisak koji ne prelazi 50 Pa ±10% (tako da potrebna sila za otvaranje vrata ne prelazi 100 N) projektovanim u skladu sa zahtevima standarda SRPS EN 12101-6 [6], ili pretprostor vatrogasnog lifta mora biti provetravan sa najmanje 20 izmena vazduha na čas prirodnim ili prinudnim putem [4].

Za kategoriju visokih objekata, kod koji se podovi najvišeg sprata nalaze najmanje 30 m iznad kote terena na koju je moguć pristup vatrogasnim vozilima, prema posebnom propisu [7], prostor sigurnosnog stepeništa, radi odvođenja dima, mora imati otvore za prirodno provetravanje ili sisteme za prinudno provetravanje koji se uključuju automatski. Ukupna površina otvora za prirodno provetravanje mora biti najmanje 5% površine horizontalnog preseka stepenišnog šahta kome otvori pripadaju, ali ne manje od 0,5 m². Uređaj za otvaranje prozora ili uređaj za prinudno provetravanje uključuje se automatski preko stabilnih sistema za otkrivanje i dojavu požara. Uključivanje uređaja za otvaranje prozora ili uređaja za prinudno provetravanje mora biti obezbeđeno i ručno sa mesta bezbednog od požara.

Unutrašnja sigurnosna stepeništa za objekte visine do 40 m moraju ispunjavati zahteve opisane u prethodnom pasusu ili moraju biti opremljena sistemima koji ostvaruju natpritisak koji ne prelazi 50 Pa ±10% [7], projektovanim u skladu sa zahtevima standarda SRPS EN 12101-6.

Unutrašnja sigurnosna stepeništa za objekte visine od 40 m do 75 m moraju biti opremljena sistemima koji ostvaruju natpritisak koji ne prelazi 50 Pa ±10% [7] ili moraju imati otvore za prirodno provetravanje ili sisteme za prinudno provetravanje koji se uključuju automatski i moraju biti odvojena pretprostorom. Pretprostor se mora provetravati sa najmanje 20 izmena vazduha na čas prirodnim ili prinudnim putem ili mora biti opremljen sistemom koji ostvaruje natpritisak koji ne prelazi 45 Pa ±10%. Provetravanje pretprostora se mora vršiti na svim etažama, a natpritisak se ostvaruje na etaži koja je ugrožena požarom, kao i na dve etaže iznad i jednoj etaži ispod [7].

Unutrašnja sigurnosna stepeništa za objekte visine preko 75 m

moraju moraju biti odvojena pretprostorom koji ispunjava uslove iz prethodnog pasusa i stepeništa moraju biti opremljena sistemima koji ostvaruju natpritisak koji ne prelazi 50 Pa ±10% [7].

Elementi sistema za odvođenje dima i toplote i sistema za natpritisak koji se koriste za stvaranje bezbednih uslova za evakuaciju moraju biti smešteni u neugroženom prostoru, ili moraju biti postavljeni u prostoriju koja je od ostalih prostorija u objektu odvojena zidovima i vratima otpornim prema požaru 1,5 h, pri čemu prostorija ne može biti zajednička sa komorama sistema za ventilaciju i klimatizaciju [7]. Pored napajanja električnom energijom objekta iz distributivne mreže mora se obezbediti i sigurnosni izvor za napajanje instalacija za odvođenje dima i toplote i sistema za natpritisak, koji se koriste za stvaranje bezbednih uslova za evakuaciju, u trajanju od 2 h [7].

2.2 Tehnički standardiPrvi standard koji je definisao tehničke normative za natpritisnu

ventilaciju bio je BS5588-4:1998 [8]. Ovaj standard je povučen 2005. godine, a nasledio ga je standard SRPS EN 12101-6 [6] koji je obavezujući za primenu i u Republici Srbiji prema Pravilnicima [4, 7]. Prema ovom standardu kontrola dima korišćenjem diferencijalnog pritiska primenjena je u nekoliko različitih klasa sistema (A do F), sa različitim zahtevima i uslovima projektovanja. Klase su sumirane u Tabeli 1.

PTInženjerska praksa

Tabela 1. Klase sistema natpritisne ventilacije prema standardu SRPS EN 12101-6 [6]

Klasa Primer upotrebe Scenario

A

Putevi evakuacije. Odbrana u mestu

Pretpostavlja se da objekat neće biti evakuisan osim ako nije direktno ugrožen požarom. Nivo podele objekta na požarne sektore je takav da je generalno bezbedno za stanare da ostanu unutar objekta.

BPutevi evakuaci-je i vatrogasne intervencije

Tokom vatrogasnih operacija biće neophodno otvoriti vrata između protivpožarnog pretpros-tora i boravišne prostorije kako bi se vatrogasci nosili sa potencijalno potpuno razvijenim požarom.

CPutevi evakuaci-je sa simultanom evakuacijom

Pretpostavlja se da će ljudi biti evakuisani po aktiviranju požarnog alarma simultanom evakuacijom, tj. da će stepenište biti zauzeto za nominalni period evakuacije i da će nakon toga biti prazno.

DPutevi evakuacije. Rizik od spavanja

Objekti tipa hoteli, hosteli i institucionalni tipovi objekata. Vreme za koje stanari mogu da stignu do zaštićenog prostora pre no što dođu do krajnjeg izlaza može biti duže od očekivanog u okruženju koje je svesno i sposobno, i može se desiti da stanari nisu upoznati sa objektom ili im je potrebna pomoć kako bi došli do krajnjeg izlaza/zaštićenog prostora.

E

Putevi evakuacije sa postepenom evakuacijom

Objekti u kojima se evakuacija u slučaju požara vrši postepeno, u fazama. Scenario postepene evakuacije pretpostavlja da će objekat biti nastanjen određeno vreme dok se požar razvija, stvarajući veći pritisak i veće količine vrelog dima i gasa.

FProtivpožarni sistem i putevi evakuacije

Ovaj sistem se koristiti kako bi se mini-mizirala mogućnost ozbiljne kontaminacije protivpožarnog stepeništa dimom tokom evakuacije i vatrogasnih intervencija.

34 PROCESNA TEHNIKA

U standardu [6] date su metode proračuna parametara sistema sa diferencijalnim pritiskom za kontrolu dima kao deo postupka projektovanja. Takođe su definisani postupci za puštanje u rad i ispitivanje sistema koji su u upotrebi sa opisom važnih elemenata instalacije.

Izveštaj o ispitivanju izdat od domaće akreditovane laboratorije treba da poseduju kanali za odimljavanje, prema SRPS EN 1366-9 [9] i ventilacioni kanali i kanali natpritisne ventilacije u delu u kojem prolaze kroz različite požarne sektore prema SRPS EN 1366-1 [10].

Ispravu o usaglašenosti izdatu na osnovu odgovarajućeg standarda treba da poseduju krovni ventilatori koji se koriste za odimljavanje (zahteva se da rade pri temperaturi od 400°C tokom 120 min) prema SRPS EN 12101-3 [11].

Izvor napajanja za sisteme sa diferencijalnim pritiskom treba da bude operativan u onom vremenskom periodu u kojem se traži od određene klase sistema da bude u funkciji. Električno napajanje treba da bude obezbeđeno iz električne mreže i rezervnog izvora napajanja (napr. dizel agregata), ili odvojenog elektro ormana koji neće biti isključen sa napajanja prilikom intervencije vatrogasne jedinice [6].

3 Dimenzionisanje sistema natpritisne ventilacije

3.1 Opšte odredbeCilj sistema natpritisne ventilacije je da se stvori takav

diferencijalni pritisak koji će da osigura da se dim kreće dalje od zaštićenog prostora. To se postiže održavanjem višeg pritiska u zaštićenom prostoru od onog u zoni požara. Najvažnije je da se obezbedi adekvatno odvođenje vazduha iz prostorije zahvaćene požarom kako bi se osiguralo da se održi diferencijalni pritisak.

Primena sistema natpritisne ventilacije obavezna je u podzemnim garažama i u objektima koji se svrstavaju u kategoriju visokih. Obezbeđenjem natpritiska u sigurnosnom stepeništu ili pretprostoru, koji razdvaja ostatak objekta od sigurnosnog stepeništa, ostvaruju se uslovi za bezbednu evakuaciju ljudi u početnom stadijumu požara i sprečava se širenje dima i požara po objektu u njegovoj razvijenoj fazi.

Na stepeništima koja nemaju pretprostor neophodno je da celi stepenišni šahtovi budu pod natpritiskom. Natpritisak se ostvaruje ubacivanjem vazduha pomoću kanalskog ventilatora i sistema razvodnih kanala za vazduh ili direktnim ubacivanjem vazuha putem aksijalnog ventilatora koji se montira na fasadi objekta ukoliko za to postoje tehnički uslovi. Na usisnoj strani ventilatora može se predvideti motorna klapna koja je zatvorena kada sistem nije u funkciji. U režimu požara, uključuju se sistemi natpritisne ventilacije na nivou objekta gde je došlo do požara a motorna klapna se otvara.

Zbog uskih granica vrednosti diferencijalnog pritiska koji se zahteva u visokim objektima (50 Pa ±10%) [7] preporuka je da se prilikom projektovanja predvidi sistem za regulaciju ili ograničavanje diferencijalnog pritiska. Regulacija diferencijalnog pritiska se postiže ugradnjom ventilatora sa motorima koji imaju promenljiv broj obrtaja, kojima upravlja senzor diferencijalnog pritiska smešten u pretprostoru ili stepeništu. Signali od ovih senzora se dovode na analogne ulaze frekventnih regulatora koji regulišu broj obrtaja ventilatora koji opslužuje pretprostore. Pojavu prekomernog povećanja pritiska u

pretprostorima moguće je sprečiti ugradnjom rasteretnih klapni koje su podešene da se otvaraju kada pritisak u pretprostoru pređe 50 Pa.

Obavezna je ugradnja protivpožarnih klapni na mestima prolaska ventilacionih kanala kroz požarnootporne zidove. Svim sistemima se komanduje preko protivpožarne centrale i sistema za dojavu požara.

3.2 Uslovi za projektovanjeU radu su razmatrana tri karakteristična sistema (klasa A, B i F),

dok se za sisteme klase C, D i E uslovi za projektovanje ne razlikuju bitno od uslova propisanih za sistem klase B [6].

Za sistem klase A, pretpostavlja se da istovremeno neće biti otvoreno više od jednih vrata prema zaštićenom prostoru (bilo da su u pitanju vrata između stepenica i pretprostora/hodnika ili prema izlaznim vratima iz objekta). Potrebna količina vazduha za ostvarivanje natpritiska se određuje po dva kriterijuma: 1) kriterijum za brzinu vazduha i 2) kriterijum za diferencijalni pritisak.

Po prvom kriterijumu brzina vazduha koji prodire između stepenica koja su pod natpritiskom i pretprostora ili hodnika ne sme biti manja od 0,75 m/s u sledećim slučajevima:

1. kada su na bilo kom spratu otvorena vrata između pretprostora/hodnika i stepenica;

2. kada je otvoren odvodni otvor za vazduh iz pretprostora/hodnika na tom spratu;

3. kada su na svim drugim spratovima zatvorena sva vrata između stepenica i pretprostora/hodnika;

4. kada su zatvorena sva vrata između stepenica i krajnjeg izlaza iz objekta;

5. kada je krajnji izlaz zatvoren.

Uslovi projektovanja za sistem klase A prikazani su na Slici 1.

Po drugom kriterijumu diferencijalni pritisak između stepenica koje su u natpritisku i pretprostora/hodnika ne sme biti manji od 50 Pa ± 10 % u sledećim slučajevima:

1. kada su otvoreni odvodni otvori za vazduha iz pretprostora/hodnika na tom spratu;

2. kada su na svim drugim spratovima zatvorena vrata između stepenica i pretprostora/hodnika;

3. kada su zatvorena sva vrata između stepenica i krajnjeg

Tema brojaPT

Slika 1: Uslovi projektovanja za sistem klase A [6]

PTInženjerska praksa

PROCESNA TEHNIKA 35

izlaza iz objekta;4. kada je krajnji izlaz zatvoren.

Tolerancija vrednosti diferencijalnog pritiska od ± 10% se ne koristi prilikom proračuna potrebne količine vazduha već radi fleksibilnosti prilikom obrade rezultata ispitivanja.

Za sistem klase B, pretpostavka je da će prilikom intervencije vatrogasaca biti neophodno otvoriti vrata između pretprostora i prostorija u kojima borave ljudi. Snabdevanje vazduhom mora biti dovoljno da se održi određeni diferencijalni pritisak (tabela 2) kada su zatvorena sva vrata na liftu, stepenicama i pretprostoru i krajnji izlaz i kada je otvoren odvodni otvor za izbacivanje vazduha iz prostorije u kojoj borave ljudi.

Snabdevanje vazduhom mora biti dovoljno da se održi minimalna brzina vazduha od 2 m/s kroz otvorena vrata između pretprostora i prostorije u kojoj borave ljudi na spratu koji je zahvaćen požarom sa otvorenim vratima između:

1. stepeništa i pretprostora na spratu koji je zahvaćen požarom;2. stepeništa i pretprostora na susednom spratu;3. protivpožarnog okna za lift i pretprostora na susednom

spratu;4. stepeništa i spoljašnjeg vazduha na nivou prilaza vatrogasaca;

Takođe se podrazumeva da je otvoren odvodni otvor za izbacivanje vazduha na spratu koji je zahvaćen požarom. Broj otvorenih vrata koja se pretpostavljaju prilikom projektovanja zavisiće od lokacije i tipa vatrogasnih instalacija u objektu. Kada vatrogasna creva prolaze kroz vrata, ta vrata se smatraju potpuno otvorenim [6].

Sistem klase F treba da bude projektovan tako da stepenište i, kad je to predviđeno, okno za lift budu čisti od dima. U slučaju da dim uđe u pretprostor, pritisak na stepeništu neće dovesti dim u okno za lift ili obratno. Ovo se postiže obezbeđenjem natpritiska u oknu za lift, sa jedne strane i natpritiska pretprostora i stepeništa, sa druge strane. Može se koristiti jedan ventilator za snabdevanje vazduhom okna za lift i povezanog stepeništa, pri čemu je neophodno obezbediti posebne kanale za snabdevanje.

Minimalni diferencijalni pritisak za sisteme klase F kada su sva vrata zatvorena, je isti kao u slučaju sistema klase B (tabela 2). Po kriterijumu brzine vazduha, zahteva se minimalna brzina od 2 m/s kroz otvorena vrata između stepeništa i pretprostora na spratu koji je zahvatio požar, gde je otvoren otvor za izbacivanje vazduha i otvorena su sva sledeća vrata:

1. sva vrata između pretprostora i zahvaćenog požarnog sektora;

2. na stepeništu i pretprostorju na spratu ispod onog koji je zahvaćen požarom;

3. na oknu za lift i pretprostoru na spratu ispod onog koji je zahvaćen požarom;

4. na stepeništu i ka spoljašnjem vazduhu na vatrogasnom prilazu;

5. u pretprostoru i prostoriji u kojoj borave ljudi na spratu ispod onog koji je zahvaćen požarom (ovo se primenjuje samo kada su glavni hidranti smešteni u prostoriji u kojoj borave ljudi ispred pretprostora).

Između pretprostora i požarnog sektora potrebno je obezbediti minimalnu brzinu vazduha od 1 m/s kroz sva otvorena vrata između pretprostora i zahvaćenog požarnog sektora sa:

1. zatvorenim vratima između stepeništa i pretprostora;2. otvorenim svim vratima između pretprostora i susednih

prostorija na spratu koji je zahvaćen požarom;3. otvorenim stepeništem i prilazom za vatrogasne jedinice;4. otvorenim putem za izbacivanje vazduha u zahvaćenom

požarnom sektoru.

Alternativni kriterijum za brzinu vazduha između pretprostora i zahvaćenog požarnog sektora jeste održavanje broja izmene vazduha od 30 h−1 u pretprostoru na spratu koji je zahvaćen požarom, pri zatvorenim svim vratima u pretprostoru, uključujući vrata između pretprostora i stepeništa i otvorenim otvorom za izbacivanje vazduha u zahvaćenom požarnom sektoru.

Uslovi projektovanja za sistem klase F prikazani su na Slici 2.

3.3 Određivanje potrebne količine vazduha za

ostvarivanje natpritiskaPotrebe za dovodom vazduha treba da se razmatraju za dve

situacije: kada su sva vrata zatvorena i kada su vrata koja vode na

Tabela 2. Minimalni diferencijalni pritisak za sistem klase B [6]

LokacijaMinimlani diferencijalni

pritisak [Pa]

U oknu za lift i prostoriji za boravak 50

Na stepeništu i prostoriji za boravak 50

Na zatvorenim vratima između svakog pretprostora i prostorije za boravak 45

Slika 2: Uslovi projektovanja za sistem klase F [6]

Tema brojaPT

36 PROCESNA TEHNIKA

sprat koji je zahvaćen požarom otvorena.Određivanje potrebne količine vazduha za ostvarivanje natpritiska

svodi se na izračunavanje količine vazduha koja usled nezaptivenosti u građevinskim elementima iscuri iz prostorije u kojoj se održava natpritisak. Preporuka je da se usvojena količina vazduha uveća za 50% u odnosu na izračunatu [6], odnosno:

QS = 1,5 · QL , (1)

gde suQS - ukupno potrebna količina vazduha za ostvarivanje natpritiska,

m³/sQL - izračunati gubici (prodor vazduha) iz prostorije pod

natpritiskom, m³/s.Gubici vazduha se mogu definisati na sledeći način:

QL = QD + QW + QLD + QT + QO , (2)

gde suQD - gubici vazduha kroz procepe i pukotine oko zatvorenih

vrata, m³/sQW - gubici vazduha kroz procepe i pukotine oko prozora, m³/sQLD - gubici vazduha kroz vrata na liftu, m³/sQT - gubici vazduha usled rada sistema prinudne ventilacije u

okolnim prostorijama (napr. u toaletima), m³/sQO - gubici vazduha kroz ostale otvore koji mogu da postoje u

objektu, m³/s.

Gubici vazduha kroz procepe i pukotine oko zatvorenih vrata QD i prozora QW računaju se na sledeći način:

QD,W = 0,83 · AE · P1/R, (3)

gde suAE - efektivna površina otvora kroz koje prodire vazduh (kod koje

treba uzeti u obzir kombinaciju rednih i paralelnih puteva prodora vazduha), m²

P - diferencijalni pritisak, PaR - indeks koji se kreće od 1 do 2, zavisno od vrste puta prodora

vazduha koji se razmatra.

Za široke pukotine kao što su one oko vrata i velikih otvora, može se uzeti da vrednost indeksa R bude 2, ali za uske puteve prodora vazduha koje formiraju pukotine oko prozora, za R više odgovara vrednost 1,6.

Ukoliko je liftovsko okno opremljeno sistemom natpritisne ventilacije može se pretpostaviti da je prodiranje vazduha kroz liftovska vrata neznatno. Ukoliko u liftovskom oknu nije obezbeđen natpritisak, već je okno povezano sa pretprostorom ili drugim prostorom u kojem vlada natpritisak, tada može doći do prodora vazduha između pretprostora i okna na svim spratovima, i između okna i spoljne sredine. Količina vazduha koja prodre kroz vrata lifta računa se na sledeći način:

, (4)

gde suAt - površina otvora kroz koje prodire vazduh između svih

pretprostora/hodnika i liftovskog okna, m²AF - površina otvora kroz koje prodire vazduh između liftovskog

okna i okoline, m²PL - razlika pritiska između pretprostora/hodnika i okoline, Pa.

Kada toaleti ili druge prostorije koje su direktno povezane sa prostoron u kome vlada natpritisak imaju sisteme mehaničke ventilacije, protok vazduha može se proceniti na osnovu nominalnog kapaciteta ventilatora u slučaju da on radi. Ukoliko ventilator ne radi protok vazduha se može izračunati kao:

QT = Qn · K , (5)

gde suQn - protok vazduha kroz vrata pri projektovanom natpritisku

(računa se preko jednačine (3)), m³/sK - koeficijent koji uzima vrednosti od 0,25 do 1, određuje se

prema proceduri datoj u standardu [6].

Ukoliko u objektu postoje druge kombinacije rednih i paralelnih puteva prodiranja vazduha, jednačine (3-5) se mogu koristiti kako bi se izračunali gubici vazduha kroz ostale otvore .

Ukupna količina vazduha koja protekne kroz otvorena vrata koja vode na sprat zahvaćen požarom izračunava se prema sledećoj proceduri. Najpre se izračunava pritisak potreban da bi se vazduh odveo iz prostorije zahvaćene požarom u okolinu

, (6)

gde suQDO - potreban protok vazduha kroz otvorena vrata prema

određenoj klasi sistema, m³/sAVA - površina otvora za odvođenje vazduha u okolinu po spratu,

m².

Nakon toga izračunava se potreban pritisak u pretprostoru:

, (7)

gde jeAdoor - površina otvorenih vrata, m².

Količina vazduha koju treba dovesti sistemom natpritisne ventilacije u slučaju da su vrata koja vode na sprat zahvaćen požarom otvorena izračunava se kao:

, (8)

gde jeArem - površina otvora kroz koje prodire vazduh iz pretprostora,

osim kroz otvorena vrata, m².Konačno izračunava se ukupna količina vazduha koju treba

dovesti sistemom natpritisne ventilacije, kada se uzmu u obzir gubici

PTInženjerska praksa PTInženjerska praksa

vazduha u kanalima, na sledeći način:

QSDO = 1,15 · QLOB, (9)

4 ZaključakPrimena sistema natpritisne ventilacije u Srbiji obavezna je u

podzemnim garažama i u objektima koji se svrstavaju u kategoriju visokih. Obezbeđenjem natpritiska u sigurnosnom stepeništu ili pretprostoru, koji razdvaja ostatak objekta od sigurnosnog stepeništa, ostvaruju se uslovi za bezbednu evakuaciju ljudi u početnom stadijumu požara i sprečava se širenje dima i požara po objektu u njegovoj razvijenoj fazi. U standardu SRPS EN 12101-6 dati su uslovi za projektovanje za šest različitih klasa sistema natpritisne ventilacije, pri čemu se određivanje potrebne količine vazduha za ostvarivanje natpritiska vrši prema kriterijumu za minimalnu brzinu vazduha kroz otvorena protivdimna vrata i kriterijumu za minimalni diferencijalni pritisak pri zatvorenim vratima.

Literatura[1] Isailović, M., Tehnički propisi o zaštiti od požara i eksplozija, SMEITS, Srbija, 2004.[2] ***, Pravilnik o tehničkim normativima za sisteme za odvođenje dima i toplote nastalih u požaru, Sl. list SFRJ, br. 45/83, 1983.[3] ***, Pravilnik o tehničkim zahtevima za zaštitu garaža za putničke automobile od požara i eksplozija, Sl. list SCG, br. 31/2005, 2005.[4] ***, Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu od požara stambenih i poslovnih objekata i objekata javne namene, Sl. glasnik RS, br. 22/2019, 2019.[5] ***, Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu ugostiteljskih objekata od požara, Sl. glasnik RS, br. 20/2019, 2019.[6] ***, SRPS EN 12101-6, Sistemi za kontrolu dima i toplote - Deo 6:

Specifikacije sistema za natpritisak - Setovi, ISS, 2008.[7] ***, Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu visokih objekata od požara, Sl. glasnik RS, br. 80/2015, 67/2017 i 103/2018, 2018.[8] ***, BS5588-4:1998, Fire precautions in the design, construction and use of buildings – Part 4: Code of practice for smoke control using pressure differentials, BSI, 1998.[9] ***, SRPS EN 1366-9, Ispitivanje otpornosti na požar servisnih instalacija - Deo 9: Kanali za ekstrakciju dima iz jednog požarnog sektora, ISS, 2011.[10] ***, SRPS EN 1366-1, Ispitivanja otpornosti servisnih instalacija na požar — Deo 1: Ventilacioni kanali, ISS, 2015.[11] ***, SRPS EN 12101-3, Sistemi za kontrolu dima i toplote — Deo 3: Specifikacije ventilatora za prinudno odvođenje dima i toplote, ISS, 2015.

Autori

Nikola TANASIĆ,Visoka inženjerska škola strukovnih studija “Tehni-kum-Taurunum” Beograd-Zemun, Nade Dimić 4, Beogradntanasic@tehnikum.edu.rs

Mirjana STAMENIĆMašinski fakultet Univerzitet u BeograduKraljice Marije 16, Beogradmstamenic@mas.bg.ac.rs

Miloš MIHAILOVIĆ,Visoka inženjerska škola strukovnih studija “Tehni-kum-Taurunum” Beograd-Zemun, Nade Dimić 4, Beogradmmihailovic@tehnikum.edu.rs

(1957-59 = 100) Mart ‘19.prelim.

Feb. ‘19. konačan

Mart ‘18. konačan

CE INDEX CEPCI 616,0 617,1 588,0Equipment Oprema 752,8 754,7 713,3

Heat Exchanges and Tanks Razmenjivači toplote i rezervoari 668,3 674,7 626,0Process Machinery Procesne mašine 728,9 728,6 703,4Pipe, valves and fittings Cevovodi, ventili i fitinzi 977,7 971,7 930,4Process Instruments Procesna instrumentacija 421,3 418,8 417,9Pumps and Compressions Pumpe i kompresori 1066,0 1063,8 1017,7Electrical equipment Električna oprema 557,5 554,4 532,8Structural supports Noseće konstrukcije i ostalo 827,7 838,4 763,3

Construction Labor Radna snaga 334,3 333,7 331,3Buildings Zgrade 599,7 599,7 582,1Engineering Supervision Inženjering i nadzor 316,9 316,8 310,0

Podaci su preuzeti iz časopisa Chemical Engineering. Najnovije indekse možete pogledati na http://www.che.com/pci/

PT Ekonomskiindikatori

39 PROCESNA TEHNIKA

Izdanja SMEITS-a

Katedra za procesnu tehnikuOdsek: Procesna tehnika i zaštita životne sredine

Diplomirali, doktoriraliPT

40 PROCESNA TEHNIKA

Doktorska disertacija

Kandidat: Nikola Karličić, mast. inž. maš.

Predmet /naučna oblast:

Procesna tehnika

Naziv teme: Svojstva pepela iz termoelektrana značajna za odlaganje i primenu

Mentor: prof. dr Dejan Radić

Datum odbrane: 18.02.2018.

Prikaz doktorske disertacije:

Dostupni literaturni izvori nisu sadržali dovoljno podataka o svim relevantnim karakteristikama pepela lignita Kol-ubara za efikasan proračun i predviđanje ponašanja sistema njegovog pneumatskog transporta, kao ni za klasifikaciju u cilju ocene moguće primene u različitim industrijskim granama. Pored toga dugotrajna i iscrpna istraživanja još uvek nisu dovela do visoko pouzdanih rešenja za projektovanje sistema pneumatskog transporta velikog kapaciteta otpornog na sve izazove, pri transportu specifičnog materijala kao što je leteći pepeo neujednačenog sastava. Većina modela za proračun pneumatskog transporta zasnovana je na numeričkim simulacijama ili ispitivanjima na pilot postrojenjima, dok su pojave pri pneumatskom transportu veoma raznovrsne i kompleksne. Pokušaji da se empirijska iskustva uopšte, pojed-nostave i izraze jednom korelacijom još uvek nisu naišla na uspeh, a njihova primena je i dalje u domenu obezbeđivanja isključivo nesmetanog rada industrijskih postrojenja.

Istraživanja sprovedena u okviru izrade disertacije dovela su do značajnih rezultata i doprinosa, kako s naučne, tako i sa praktične tačke gledišta. U okviru izrade disertaciji, detaljno su ispitane fizičko-hemijske karakteristike pepela na velikom broju uzoraka koji su nastali sagorevanjem sprašenog lignita Kolubara u termoelektrani snage 620 MWe, a koje su od značaja za predviđanje ponašanja sistema pneumatskog transporta, njegovu analizu i moguća unapređenja rada.

Potpuno je sagledana izrazita heterogenost pepela lignita Kolubara u pogledu svih ispitivanih svojstava (srednji prečnik, nasipna i fizička gustina, hemijski sastav) i zaključeno da ne postoji mogućnost njegovog jednoznačnog defini-sanja. Ranija istraživanja nisu uzimala u obzir faktor permeabilnosti, zbog čega se sa velikom pažnjom pristupilo ispiti-vanju aeracionih svojstava uzoraka pepela, pre svega kroz sagledavanje pojava koje prate proces fluidizacije.

Vrlo je važan zaključak disertacije, što je i bila polazna pretpostavka, da se permeabilnost pokazala kao nezaobilazan parametar prilikom analize rada i definisanja pneumatskog transporta pepela lignita Kolubara.

Još jedan od doprinosa rada predstavlja analiza mogućeg režima pneumatskog transporta za pepeo lignita Kolubara koristeći specijalizovane dijagrame različitih autora. Zaključeno je da smernice za projektovanje ovih sistema i njihovo upravljanje, kao i uzroke problema u postojećim, prvo treba tražiti u aeracionim svojstvima (permeabilnosti) u kombinaciji sa različitim klasifikacijama materijala, kao što su Geldartova, Diksonova, Panova, Džonsa i Milsova. Međusobne zavisnosti fizičkih i aeracionih karakteristika pokazale su da za ispitivani pepeo nije moguće jednoznačno definisati režim pneu-matskog transporta. S obzirom na činjenicu da je ispitivani pepeo na granici ugušćene i razređene faze, peremabilnost pepela pokazuje da su neophodne brzine transporta u granicama od 10 do 15 m/s.

Katedra za procesnu tehnikuOdsek: Procesna tehnika i zaštita životne sredine

PTDiplomirali, doktorirali

PROCESNA TEHNIKA 41

Disertaciju posebno izdvaja činjenica da su za potrebe formiranja i verifikacije numeričkih modela, za proračun pada pritiska pri pneumatskom transportu pepela velikog kapaciteta i velike dužine, obavljena opsežna eksperimentalna ispiti-vanja realnog sistema pneumatskog transporta pepela kapaciteta 120 t/h i dužine 600 m u okviru termoelektrane snage 620 MWe pri radnim uslovima. Model zasnovan na korelaciji Dogina i Lebedeva, za parametar A=1,4∙10-6, dao je rezultate u potpunosti u saglasnosti sa eksperimentalnim merenjima, uz korelacioni odnos 93,99% i srednje kvadratno odstupanje 9,58%. Osim toga, isti model je dao vrednosti Faningovog koeficijenta trenja fm u potpunosti saglasne sa ranije ispitivanim slučajevima dostupnim u literaturi. Na osnovu usvojenog modela za proračun pneumatskog transporta, verifikovanog rezultatima merenja na industrijskom postrojenju, razvijen softverski paket u programskom jeziku FORTRAN, koji se može koristiti za predviđanje ponašanja, projektovanje parametara ovog i sličnih sistema pneumatskog transporta. Izvedena je analiza uticaja dimenzija i gustine pepela na rad sistema pneumatskog transporta. Pokazano je da varijacija gustine ima daleko veći uticaj na maksimalno ostvarivu dužinu pneumatskog transporta pepela lignita Kolubara, od mogućih prom-ena prečnika čestica, što je izuzetno bitan podatak za buduća istraživanja. Numeričkim proračunom industrijskog postro-jenja za pneumatski transport u okviru razmatrane termoelektrane, zasnovanom na korelaciji Dogina i Lebedava, dobijena je minimalna vrednost brzine strujanja mešavine vazduha i pepela od 10 m/s, dok maksimalna vrednost nije prelazila 14,5 m/s. Ukoliko se u analizu uključi i Milsov dijagram, gde su za ispitivani pepeo utvrđene brzine od približno 10,3 do 15 m/s, kao jedan od osnovnih uzroka problema u razmatranom sistemu se mogu označiti upravo neodgovarajuće brzine strujanja.

Dalji istraživački rad se mora usmeriti ka dugotrajnim eksperimentalnim ispitivanjima realnih postrojenja i transpor-tovanih materijala, kako bi se dublje i temeljnije sagledale i razumele pretpostavke uvršćene u postojeće korelacije i mod-ele. Novi eksperimenti moraju biti usavršeni tako da je fokus na svega jednom ili dva ključna parametra, kako bi osnovni fizički zakoni bili potkrepljeni, i da bi se osigurala valjana primena osnovnih fizičkih zakona procesa u modelu, naročito trenja čestica o zid cevi. Da bi se sve ovo sprovelo u delo, pre svega moraju biti istražene oblasti koje na prvi pogled nemaju direktne veze sa pneumatskim transportom i pokušati ih uklopiti ih u razmatranja. Zbog toga je od suštinske važnosti istraživanje i karakterizacija letećeg pepela u cilju efikasnijeg upravljanja, transporta, što će svakako poslužiti kao pokazatelj mogućnosti za njegovu dalju primenu

Ključne reči: lignit, leteći pepeo, fizičko-hemijske karakteristike, fluidizacija, permeabilnost, pneumatski transport, pad pritiska, numeričko modelovanje

C

M

Y

CM

MY

CY

CMY

K

Oglas_165x235.pdf 1 20/05/2019 10:06

1. Mašinstvo

Srbislav Genić, Branislav Jaćimović, Srđan Mitić, Petar Kolendić EKONOMSKE ANALIZE ZA POTREBE PROCES-NOG INŽENjERSTVA Cena: 1800 din

Srbislav Genić, Branislav Jaćimović, Marko Jarić, Nikola Budimir

SVOJSTVA PROCESNIH FLUIDA

Cena: 2200 din

Radivoje Topić

SUŠENjE I SUŠARE

Cena: 3000 din

Stevan Šamšalović

RASHLADNI UREĐAJI I INSTALACIJE(montaža, puštanje u rad, održavanje i po-pravke)

Cena: 3250 din

Branislav Todorović

KLIMATIZACIJA(III izdanje)

Cena: 2400 din

Branislav Todorović i Milica Milinković-ĐapaRAZVOD VAZDUHA U KLIMATIZACIONIM SISTEMIMA (III izdanje)

Cena: 1500 din

Boris Slipčević

RAZMENjIVAČI TOPLOTE(II izdanje)

Cena: 950 din

Srđan Raičković

KOMPRESIBILNI I MEHANIČKI ZAPTIVAČI

Cena: 600 din

Milan Rikalović

DOBOŠASTI RAZMENjIVAČI TOPLOTE

Cena: 700 din

Milovan Živković i Taško Maneski

TERMOMEHANIČKI NAPONI CEVOVODA I POSUDA Cena: 750 din.

Vladimir Randulović

REGULACIONI VENTILiu sistemima dalјinskog grejanja

Cena: 1850 din

Slobodan Ćirić

KOTLARNICE, TOPLOTNE MREŽE I TOPLOPREDAJNE STANICE

Cena: 2950 din

Dimitrije Voronjec i Đorđe Kozić

VLAŽAN VAZDUH – TERMODINAMIČKE OSOBINE I PRIMENA (IV izdanje)

Cena: 550 din

Rodolјub Vučetić

ZDRAVLјE ŽIVOTNE SREDINE & PROMENA KLIME

Cena: 400 din

Stevan Šamšalović

TOPLOTNA PUMPA - Tehnologija održive proizvodnje energije

Cena: 1750 din

Inženjerska bibliotekaPT

44 PROCESNA TEHNIKA

Grupa autora

TEHNONIKA I TEHNOLOGIJA U ZAŠTITI ŽIVOTNE SREDINE

Cena: 1200 din

Rodolјub Vučetić

PRIRUČNIK O URAVNOTEŽAVANjU CEVNIH MREŽA U GREJANjU, HLAĐENjU I KLIMATIZACIJI

Cena: 800 din

Svetislav Zarić

PRIRUČNIK IZ INDUS-TRIJSKE PNEUMATIKE

Cena: 450 din

Branislav Živković i Zoran Stajić

MALI TERMOTEHNIČKI PRIRUČNIK(II dopunjeno izdanje)

Cena: 1800 din

Dragana Šamašalović

ČISTE SOBEUvod u problematiku projektovanja čistih soba

Cena: 1200 din

Živojin Perišić

VENTILACIJA PORODIČNIH I KOMER-CIJALNIH KUHINjA

Cena: 450 din

Nebojša Grahovac

PRIRUČNIK ZA VLAŽAN KOMPRIMOVANI VAZ-DUH

Cena: 450 din

Stevan Šamšalović

TEHNOLOGIJA HLAĐENjA I SMRZA-VANjA HRANE

Cena: 450 din

Dragana & Stevan ŠamšalovićVODIČ KROZ STAN-DARDE I PROPISE O GREJANjU, HLAĐENjU I KLIMATIZACIJI

Cena: 600 din

2. Ostalo

Lјilјana Rašajski, Gojko Dotlić i Marija Mrđanov

MALI ELEKTROENER-GETSKI PRIRUČNIK (MEP) (izdanje 2011)

Cena: 1250 din

Gojko Dotlić

ELEKTROENERGETIKA(VI izdanje)

Cena: 2900 din

Dragan Vićović & Zoran Haџić

ZAŠTITA OBJEKATA OD ATMOSFERSKOG PRAŽNjENjA

Cena: 1550 din

Nadežda Mitrović-Žitko i Stevan VukotićPRIRUČNIK ZA PRI-PREMU OPŠTEG DELA STRUČNOG ISPITA ZA RADNIKE TEHNIČKIH STRUKA

Cena: 450 din

Marija Mrđanov ZBIRKA ZAKONA I PRAVILNIKAo planiranju i građenju objekata i izradi tehničke dokument-acije(VII izdanje)

Cena: 1200 din

PTInženjerska biblioteka

PROCESNA TEHNIKA 45

Ovi i ostali naslovi, uz popust od 15% za clanove, nalaze se u

ponudi:SMEITS

Kneza Miloša 7a/II, 11000 Beograd

Tel. 011/3230‑041, 3031‑696,E‑mail: office@smeits.rs

www.smeits.rs

http://www.proing-bg.rs

http://www.proing-bg.rs