Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Разработка вакуумно-испарительной холодильной установки для производства бинарного льда
НТТМ-2017-1063 | Категория I

Автор:

Кутаев Кирилл Сергеевич

Николенко Анатолий Дмитриевич

Научный руководитель:
Малафеев Илья Игоревич
Организация:
ГБОУ Школа № 2030,
Москва
Цель работы
Улучшение эксплуатационных характеристик холодильных установок для производства бинарного льда.
Обзор предметной области
В последние годы в связи с приоритетом энергосберегающих и экологически безопасных технологий в холодильной отрасли все больше внимания уделяется хладоносителям с фазовым переходом, известным под названием бинарный лед или ледяная шуга. Бинарный лед – это гелеобразная масса, состоящая из мельчайших кристалликов льда (не более 0.4 мм) и переохлажденной морской воды. Он имеет ряд преимуществ: его способность к переносу теплоты значительно выше, чем у жидких хладоносителей, обладает высокими теплообменными характеристиками, экологически безопасен и безвреден для пищевой продукции, имеет возможность транспортировки по трубам.
При этом, бинарный лед получил распространение только в определенных сферах, но его потенциал гораздо шире. Одной из сфер применения бинарного льда является медицина. Он используется для гипотермии внутренних органов при хирургических операциях и оказания экстренной помощи. В гипотермии он особенно интересен тем, что может проникать в каждую часть органа. Также он применяется в пищевой промышленности: свежевыловленные рыба и морепродукты благодаря его способности полностью обволакивать и быстро охлаждать продукцию, значительно дольше сохраняют свои потребительские качества. Эффективно применение бинарного льда и для послеубойного охлаждение тушек птицы, для производства фарша, для охлаждения мясных продуктов, фруктов и овощей, для охлаждения воздуха в прилавках магазина. В производстве газированных и негазированных замороженных напитках бинарный лед является важнейшим компонентом, без которого производство было бы крайне затруднительным. Такие напитки очень актуальны для стран с грязной водопроводной водой, ведь в таких странах нельзя будет добавлять кубики льда в обычные напитки. Поэтому производство бинарного льда в этих странах имеет особую привлекательность.
Бинарный лед производится в специальных установках - льдогенераторах. Они делятся на 4 типа: парокомпрессионные холодильные установки, вакуумно-испарительные установки, с вихревым потоком, мембранные. Ледогенераторы с вихревым потоком основаны на принципе теплопередачи, и имеют в конструкции гладкую рабочую поверхность. Мембранные производят особо мелкие кристаллы, но при этом у них малая производительность. Парокомпрессионные холодильные установки работают на принципе образования наледи на стенках сосуда, и последующего его соскребания. Их преимущество в непрерывности действия, но они имеют ряд существенных недостатков. И последние – вакуумные – это тот тип льдогенератора, который используется в нашем проекте. Он основан на понижении температуры кипения воды при понижении давления в сосуде с водой и дробления получившегося льда. Минусом эксплуатируемых сегодня установок является цикличность работы и отсутствие современных систем автоматизации процесса.
Описание результатов проекта
1. Выявлено, что существующие установки для генерации бинарного льда требует модернизации, так как не энергоэффективны, используют экологически опасные хладагенты.
2. Разработана вакуумно-испарительная холодильная установка с автоматической системой управления SCADA. Выполнена 3D модель установки.
3. Изготовлен экспериментальный стенд для наглядного изучения тепловых процессов при давлении ниже атмосферного и проведения отладки САУ и КИП вакуумных установок.
4. Верифицирована математическая модель зависимости давления кипения воды от температуры.
5. Даны рекомендации по освоению разработанной техники в различных областях.

Разработанная вакуумно-испарительная система для производства бинарного льда, которая обладает высокой эффективностью, экологичностью, надежностью, относительной простотой конструкции и технологии изготовления, возможностью изготовления исключительно из отечественных компонентов и рекомендуется для замены существующих парокомпрессионных установок.
Описание применимости
В медицине установка может применяться при хирургических операциях для гипотермии внутренних органов. За счет компактности и простоты использования может производить бинарный лед прямо в больнице. Так же находит применение при первой помощи при капиллярном кровотечении, когда срываются большие пласты кожи. В этом случае бинт не эффективен, и для остановки кровотечения рану можно покрыть бинарным льдом. В промышленности наша установка может использоваться на кораблях, для замораживания выловленной рыбы и морепродуктов. Бинарный лед полностью обволакивает рыбу, и тем самым, дольше сохраняет её потребительские качества. В производстве газированных напитков установка может применяться в странах с грязной водой, где в напитки запрещено добавлять кубики льда. Поэтому бинарный лед является важной частью их производства. В сельском хозяйстве можно использовать нашу установку прямо на фермах, для охлаждения молока, фруктов и овощей, которые за счет бинарного льда будут дольше сохранять потребительские качества. На мясоперерабатывающих предприятиях нашу установку можно использовать в непрерывном режиме, для охлаждения фарша в процессе куттерования. Биннарный лед применяется для охлаждения воздуха в прилавках магазина. Таким образом можно модифицировать нашу установку, и встроить её в оборудование прилавка для непрерывного производства бинарного льда.
Дальнейшее развитие проекта
Создание промышленной установки и её модернизация для увеличения количества производимого бинарного льда, и в последствии замена существующих парокомпрессионных установок в тех сферах, где бинарный лед является важным компонентом в технологии производства.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ