Чернявская Варвара Васильевна - старший преподаватель кафедры «Техника низких температур им. П.Л. Капицы».
107023, Москва, ул. Большая Семёновская, 38
Varvara V. Chernyavskaya - Senior lecturer, Department «Low Temperature Engineering named after P.L. Kapitsa».
38 Bolshaya Semyonovskaya Str., Moscow 107023
Сапожников Владимир Борисович - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Техника низких температур им. П.Л. Капицы».
107023, Москва, ул. Большая Семёновская, 38
Vladimir B. Sapozhnikov - Dr. Sci. (Eng.), Prof., Prof., Department «Low Temperature Engineering named after P.L. Kapitsa».
38 Bolshaya Semyonovskaya Str., Moscow 107023
Чернявский Александр Васильевич - аспирант кафедры «Техника низких температур им. П.Л. Капицы».
107023, Москва, ул. Большая Семёновская, 38
Alexander V. Chernyavsky - Postgraduate Student, Department «Low Temperature Engineering named after P.L. Kapitsa».
38 Bolshaya Semyonovskaya Str., Moscow 107023
Угольникова Мария Андреевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Техника низких температур им. П.Л. Капицы».
107023, Москва, ул. Большая Семёновская, 38
Mariya A. Ugolnikova - Cand. Sci. (Eng.), Assoc. Prof., Department «Low Temperature Engineering named after P.L. Kapitsa».
38 Bolshaya Semyonovskaya Str., Moscow 107023
Цель. Целью исследования является разработка методики оценки энергетической эффективности установок разделения жидких сред методом вымораживания объемного принципа действия на основе анализа производства энтропии. На основании разработанной методики дать оценку целесообразности применения ступени предварительного охлаждения исходного жидкого продукта в криоконцентраторах объемного принципа действия.
Метод. Исследование основано на методе энтропийного анализа термодинамических циклов холодильных установок. Произведен теоретический расчет по разработанной методики для криоконцентраторов, оснащенных ступенью предварительного охлаждения исходного жидкого продукта и без нее.
Результат. Показано, что наличие ступени предварительного охлаждения, которая основывается на безмашинном охлаждении исходного жидкого продукта за счет холода массы льда, получаемой в аппарате, является целесообразным и позволяет существенно сократить энергопотребление криоконцентратора. Представлены результаты расчета удельного показателя энергопотребления криоконцентратора, характеризующего затраты электроэнергии на производство одного литра концентрата в зависимости от наличия ступени предварительного охлаждения исходного жидкого продукта для хладагентов R404A, R410A, R507.
Вывод. Разработанная методика оценки энергетической эффективности установок разделения жидких сред методом вымораживания на основе анализа производства энтропии может быть полезна не только для проектирования устройств криоконцентрирования, но и другого оборудования объемного принципа действия, работающего в условиях ледообразования, например, ледогенераторов и холодоаккумуляторов.
Objective. The objective of the study is to develop a methodology for assessing the energy efficiency of liquid separation plants using the freeze-off method based on entropy production analysis. Based on the developed methodology, assess the feasibility of using a preliminary cooling stage for the initial liquid product in cryoconcentrators based on the volumetric principle of operation.
Method. The study is based on the method of entropy analysis of thermodynamic cycles of refrigeration units. A theoretical calculation was performed using the developed methodology for cryoconcentrators equipped with and without a preliminary cooling stage for the initial liquid product.
Result. It was shown that the presence of a pre-cooling stage, which is based on machine-free cooling of the initial liquid product using the cold of the ice mass obtained in the apparatus, is expedient and allows for a significant reduction in the energy consumption of the cryoconcentrator. The results of calculating the specific energy consumption of the cryoconcentrator, which characterizes the energy consumption for the production of one liter of concentrate, depending on the presence of a preliminary cooling stage of the initial liquid product for refrigerants R404A, R410A, and R507, are presented.
Conclusion. The developed method for assessing the energy efficiency of liquid separation plants using the freeze-out method based on entropy production analysis can be useful not only for designing cryoconcentration devices, but also for other volumetric equipment operating under ice formation conditions, such as ice generators and cold accumulators.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.