Экспресс метод измерения теплоемкости твердых материалов

включающей все три стадии водоподготовки (336820 евро). Уменьшение затрат на оборудование на 31,6 % для варианта технологической схемы, представленной на Рис.1, по сравнению с исходным связано с отказом от части оборудования, не приводящим к ухудшению качества воды.

Себестоимость очищенной воды по исходной схеме составляет 112 евро/м3. Себестоимость воды по схеме водоподготовки для получения хоккейного льда, равна 76,7 евро/м3. Годовая экономия при этом составит 53 319 евро или 1 866 160 рублей.

Основными статьями затрат в структуре себестоимости являются расходы на оборудование. Поскольку объем получаемой продукции мал и составляет около 1500 м /год, то себестоимость продукции очень велика. Исходное сырье (водопроводная вода) не является дорогим, поэтому изменение схемы, удаление части неиспользуемого оборудования приводит к резкому удешевлению продукции.

На основании техно-экономического анализа схемы водоподготовки при получении льда для крытых спортивных сооружений можно сделать вывод, что в стадии предварительной очистки нет необходимости, т.к. сырье - вода городского водопровода - является достаточно чистой. Вторая стадия - получение очищенной воды - необходима для производства льда всех видов и во многих случаях дает продукт, полностью удовлетворяющий требованиям (в частности, при изготовлении льда для спортивных соревнований по хоккею). Потребность в глубокой очистке может возникнуть при расширении круга спортивных соревнований Ледового дворца на Ходынском поле. Полностью обессоленная и дегазированная вода необходима для заливки льда с высокими коэффициентами скольжения. Проведенная нами оценка технологической схемы получения очищенной воды показала, что возможно сокращение некоторой части оборудования без ухудшения качества продукта, и снижение себестоимости воды.

УДК 536.62

Ю.И. Беляев, О.Н. Вепренцева, А.В. Гринюк

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева Новомосковский институт (филиал), Новомосковск, Россия

ЭКСПРЕСС МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Описан метод, позволяющий проводить измерение удельной теплоемкости образцов с различной формой (цилиндры, пирамиды, пластины) и геометрическими параметрами (с высотой, и диаметром, длиной сторон) в диапазоне от 0.1 до 3 Дж/кг*К с точностью в 3%, за время от 20 сек - 15 минут, в зависимости от параметров образца. На основе предложенного метода разработан быстродействующий измеритель теплоемкости, который является малогабаритным измерительным модулем (вес 3 кг), подсоединяемым к ПК через USB-интерфейс.

The method is described, allowing to spend measurement of a specific thermal capacity of samples with the various form (cylinders, pyramids, plates) and geometrical parameters (with height, and diameter, length of the parties) in a range from 0.1 up to 3 kJ/kg*K with accuracy to 3 %, in time from 20 second - 15 minutes, depending on parameters of the sample. On the basis of the offered method the high-speed measuring instrument of a thermal capacity is developed, which is the small-sized measuring module (weight of 3 kg), connected to the personal computer through the USB-interface.

С развитием новых технологий и повышением требований к используемым материалам и веществам, возникла необходимость создания точных и удобных в использовании методов определения за считанные минуты теплофизических свойств материалов и изделий.

К наиболее универсальным методам измерения теплоемкости, не требующим использования каких-либо модельных представлений о характере температурных измерений теплоемкости, относится методы, основанные на том, что в исследуемый образец вводится определенное количество тепла и измеряется, при этом насколько изменится температура образца. Либо наоборот образец нагревается (охлаждается) и измеряется сколько подведено (отведено) тепла. Примером могут служить различные виды калориметров (ледяной калориметрии др.). Но, несмотря на кажущуюся простоту техническая реализация и сам процесс измерения известных методов данной категории очень сложен и трудоемок, в связи, с чем большое распространение получили динамические методы, при разработке, которых стараются использовать особенности свойств исследуемого материала.

Так при исследовании теплоемкости металлов, способность проводить электрический ток, т.е. используют сам образец в качестве нагревателя. Для полупрозрачных материалов, свойство пропускать падающее на них или собственное излучение на значительные расстояния. Однако данная особенность динамических методов, является также и их ограничением, не позволяя проводить измерения на одном приборе образцов различной природы.

Предложенный экспресс метод измерения теплоемкости, относится к универсальным методам, т.е. основан на импульсном нагреве образца электрическим нагревателем, и измерением температуры на образце с помощью термопары. Но в отличие от существующих методов имеет достаточно простую реализацию установки и удобный пользовательский интерфейс, позволяющий проводить измерение удельной теплоемкости образцов с различной формой (цилиндры, пирамиды, пластины) и геометрическими параметрами (с высотой, и диаметром, длиной сторон) в диапазоне от 0.1 до 3 Дж/кг*К с точностью в 3%, за время от 20 сек - 15 минут, в зависимости от параметров образца. Быстродействующий измеритель теплоемкости является малогабаритным измерительным модулем (вес 3 кг), подсоединяемым к ПК через Ь'БВ-интерфейс (рис. 1.).

Рис. 1. Внешний вид быстродействующего измерителя теплоемкости.

Измерительный комплекс (рис.2) состоит из теплоизмерительной ячейки, электронного блока, преобразующего электрический сигнал в цифровой, и программа "БИТ-01Ц" осуществляющей управление теплоизмерительной ячейкой и производящей обработку поступившей информации. Результат измерения представляется в графе таблицы на экране компьютера.

Теплоизмерительная ячейка

й

образцы

Рис. 2.- Структурная схема измерительного комплекса.

Весь процесс измерения состоит из четырех фаз: определение фоновой температуры, импульсный нагрев образца, и определение установившегося теплового режима образца после нагрева.

Установив образец, как показано на рисунке 3, запускаем ПО для БИТ-01Ц, в котором первоначально происходит определение фона (динамики изменения сигнала на термопарах 7,8 и на термоэлементах 1,4), если значение фона находится в заданном Инте рвале значений, когда в образце и приборе устанавливаются тепловые процессы, то это означает, что образец находится в состоянии теплового равновесия, и может начинаться нагрев образца. По достижении тепловым потоком (измеряемым термоэлементом 1) установленного порога происходит отключение нагрева. Остановка измерения происходит также по уровню теплового потока, но уже определяемого с помощью термоэлемента 4.

Рис. 3.- Схема измерительного модуля БИТ-01Ц: 1 и 4 - термоэлементы, 2 - медная фольга, 3 -

образец, 5 и 6 - нагреватели, 7 и 8 -термопары.

Малые габариты приборов, основанных на быстродействующем методе измерения теплоемкости, и использование широко распространенного интерфейса USB, а также точность и быстрота измерения делают измеритель теплоемкости БИТ-01Ц удобным как для организации высоко точных измерений, так и для полевых измерений, требующих высокую степень мобильности.

1. Беляев Ю.И., Кораблев И.В., Вент Д.П., Вепренцева О.Н., Измерители теплопроводности твердых материалов системы КБ «Теплофон», V Международная

>

_к АТТП

>-

к АТТП

Список литературы

теплофизическая школа "Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством ", Тамбов, 2004, С. 79-81.

2. Беляев Ю.И., Кораблев И.В., Вент Д.П., Чернов С.И., Экспресс-метод и приборы для измерения теплопроводности // Приборы. № 1 (31) 2003, М.,стр.32-35.

УДК 628.353.111.1: 685.659.6

С.А. Ершов, А.В. Иванова, Е.А. Дмитриев, И.К. Кузнецова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ ЛЕДОВОГО ДВОРЦА НА ХОДЫНСКОМ ПОЛЕ

This article considers the opportunity of modification of the existing water treatment scheme for skating center by the introduction recycle of the water as from ice chips, so from reverse osmosis. The use of the recycle scheme allows reducing the amount of equipment, i.e. capital cost and total product cost of the receiving water. By using new water treatment scheme the quality of the water doesn't vary, and under certain conditions qualitative characteristics even improve.

В статье рассматривается возможность изменения существующей схемы водоподготовки для конькобежного центра с помощью введения рецикла как воды полученной из ледовой стружки, так и воды после установки обратного осмоса. Применение рециркуляции позволяет сократить количество оборудования, т.е. капитальные затраты и, следовательно, уменьшить себестоимость получаемой воды. Качество воды при использовании модернизированной схемы водоподготовки не изменяется, а при определенных условиях показатели качества заметно улучшаются.

Характеристики спортивного льда сильно зависят от качества воды: содержания в воде соединений железа, марганца, алюминия, хлора, солей жесткости, органических соединений природного происхождения. Система водоподготовки должна обеспечивать стабильное качество воды в течение года. Для обеспечения высокого качества льда параметры воды на выходе из системы должны быть: мутность - не более 0,5 мг/л; содержание остаточного свободного хлора - менее 0,1 мг/л; жесткость -не более 0,5 мг-экв/л; содержание кислорода - не более 2 мг/л; содержание углекислоты - не более 4 мг/л; общая минерализация - не более 1 мг/л.

Существующая система водоподготовки включает в себя несколько различных стадий очистки воды. После предварительной очистки для удаления хлорсодержащих элементов, органических соединений и поверхностно-активных веществ вода подается в узел сорбционной очистки воды. Узел состоит из двух скорых напорных фильтров периодического действия, загруженных гранулированным активированным углем с высокой удельной поверхностью сорбции. Далее вода поступает в узел ионообменного умягчения, который предназначен для очистки воды от солей жесткости (солей кальция и магния).

Перед подачей на установку обратного осмоса очищенную от взвесей и частично обессоленную воду необходимо пропустить через патронный фильтр для удаления осколков зерен ионита, образующихся в процессе эксплуатации ионообменного умягчителя.

Узел обратного осмоса состоит из двух блоков производительностью по очищенной воде 1,5 м3/ч при давлении 15 бар. Разделение осуществляется на высокоселективных обратноосмотических рулонных мембранных элементах с полиамидными тонкослойными композитными мембранами.

Для получения воды повышенной степени очистки после обратного осмоса фильтрат подается на насосную станцию, а затем проходит через патронный фильтр (размер пор 5 мкм) на мембранный вакуумный деаэратор, где удаляется растворенный