Авторы

Анализ конструкций кристаллизаторов и предложения по направлениям их совершенствования

DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-2-23-30
УДК 637.14

Анализ конструкций кристаллизаторов и предложения по направлениям их совершенствования

Чернявская В. В., Сапожников В. Б., Голованов И. Ю., Угольникова М. А.

Ссылка для цитирования: Чернявская В.В., Сапожников В.Б., Голованов И.Ю., Угольникова М.А. Анализ конструкций кристаллизаторов и предложения по направлениям их совершенствования. // Вестник Международной академии холода. 2025. № 2. С. 23-30. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-2-23-30 [Chernyavskaya V.V., Sapozhnikov V.B., Golovanov I.Yu., Ugolnikova M.A. Crystallizer designs and suggestions for their improvement. Journal of International Academy of Refrigeration. 2025. No 2. p. 23-30. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-2-23-30]

Аннотация
Одной из актуальных задач развития химической, пищевой и биотехнологической отраслей промышленности является создание и реализация энергосберегающих технологий холодильной техники. Данная задача, в том числе, включает в себя разработку нового технологического оборудования, в частности оборудования разделения жидких сред методом вымораживания. К такому оборудованию относятся используемые в промышленности аппараты ёмкостного типа – кристаллизаторы. В статье рассмотрены и проанализированы различные конструкции кристаллизаторов, отмечены их преимущества и недостатки. В качестве источников информации для проведения анализа были использованы отечественные и зарубежные статьи научных и научно-технических журналов, а также патенты и авторские свидетельства. Проведение анализа конструкций кристаллизаторов включало оценку эффективности их работы, которая напрямую зависит от интенсивности теплообмена в процессе вымораживания. Так как конструктивно кристаллизаторы относятся к рекуперативным теплообменным аппаратам, оценка эффективности их работы включала количество передаваемого тепла (в соответствии с основным уравнением теплопередачи) и проводилась по ряду удельных показателей с учетом значимых технических и экономических аспектов для современной промышленности – энергосбережение при эксплуатации аппарата, ресурсосбережение при изготовлении аппарата, стремление к уменьшению габаритных размеров и упрощению конструкции аппарата.К примеру, по отношению энергетических затрат при работе кристаллизатора к количеству передаваемого тепла. Проведенный анализ позволил изучить общие свойства и принципы функционирования кристаллизаторов разделения жидких сред методом вымораживания. На основании проведенного анализа были выявлены наиболее перспективные направления в разработке новых и совершенствовании используемых на предприятиях кристаллизаторов.

Ключевые слова: теплообмен, кристаллизатор, анализ конструкций, эффективность процесса теплопередачи, энергосбережение, ресурсосбережение, перспективные конструкции кристаллизаторов.

Список литературы

1. Lagutkin M.G., Baranova E.Yu., Mishachkin D.I., Naumov V.N.Increasing efficiency of shell-and-tube heat exchanger taking account of energy consumption reduction. Chemical and Petroleum Engineering. 2022. Vol. 57. no 9-10. pp. 713–719. DOI: 10.1007/s10556-022-00997-2.

2. Mehrjardi S.A.A., Khademi A., Said Z., Ushak S., Chamkha A.J.Effect of elliptical dimples on heat transfer performance in a shell and tube heat exchanger. Heat and Mass Transfer, 2023, Vol. 59, no10, pp. 1781-1791. DOI: 10.1007/s00231-023-03367-7.

3. Marzouk S.A., Abou Al-Sood M.M., El-Said E.M.S., Younes M.M., El-Fakharany M.K.A comprehensive review of methods of heat transfer enhancement in shell and tube heat exchangers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2023, Vol. 148, no15, pp. 7539-7578. DOI: 10.1007/s10973-023-12265-3.

4. Schab R., Kutschabsky A., Unz S., Beckmann M.Numerical investigation of tubeside maldistribution in shell-and-tube heat exchangers. Heat and Mass Transfer, 2023, Vol. 60, no 5, pp. 851-859. DOI: 10.1007/s00231-023-03385-5.

5. Al-Zahrani S.Heat transfer characteristics of innovative configurations of double pipe heat exchanger. Heat and Mass Transfer, 2023, Vol. 59, no 9, pp. 1661-1675. DOI: 10.1007/s00231-023-03360-0.

6. Alfwzan W.F., Alomani G.A., Alessa L.A., Selim M.M.Sensitivity analysis and design optimization of nanofluid heat transfer in a shell-and-tube heat exchanger for solar thermal energy systems: a statistical approach. Arabian Journal for Science and Engineering, 2023, Vol. 49, no 7, pp. 9831-9847. DOI: 10.1007/s13369-023-08568-0.

7. Hashemian M., Jafarmadar S., Nasiri J., Dizaji H.S.Enhancement of heat transfer rate with structural modification of double pipe heat exchanger by changing cylindrical form of tubes into conical form. Applied Thermal Engineering, 2017, Vol. 118, pp. 408-417. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.02.095.

8. Bai Y., Yao Yi., Zheng Sh.Design and analysis of heat pipe heat exchanger efficiency. Bulletin of Science and Practice, 2023, Vol. 9, no 6, pp. 373-380. DOI: 10.33619/2414-2948/91/44.

9. Hussein H., Freegah B.Numerical and experimental investigation of the thermal performance of the double pipe-heat exchanger. Heat and Mass Transfer, 2023, Vol. 59, no 12, pp. 2323-2341. DOI: 10.1007/s00231-023-03414-3.

10. Mohsen O.A., Muhammed M.A.R., Hasan B.O.Heat transfer enhancement in a double pipe heat exchanger using different fin geometries in turbulent flow. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering, 2021, Vol. 45, no 2, pp. 461-471. DOI: 10.1007/s40997-020-00377-2.

11. Bhattacharyya S., Vishwakarma D.K., Srinivasan A., Soni M.K., Goel V., Sharifpur M., Meyer J., Ahmadi M.H., Issakhov A.Thermal performance enhancement in heat exchangers using active and passive techniques: a detailed review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2022, Vol. 147, no 17, pp. 9229-9281. DOI: 10.1007/s10973-021-11168-5.

12. Alfellag M.A., Ahmed H.E., Jehad M.G., Farhan A.A.The hydrothermal performance enhancement techniques of corrugated channels: a review. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2022, Vol. 147, no 19, pp. 10177-10206. DOI: 10.1007/s10973-022-11247-1.

13. Гончарова Г.Ю., Пытченко В.П., Борзов С.С., Борщев Г.В.Исследование процессов тепломассообмена при пленочном обтекании ледовых поверхностей с фазовым переходом на границе раздела // Вестник Международной академии холода. 2021. № 4. С. 3-11. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2021‑20‑4-3-11 [Goncharova G.Yu., Pytchenko V.P., Borzov S.S., Borschev G.V. Heat and mass transfer during film flow around ice surfaces with a phase transition at the interface. Journal of International Academy of Refrigeration. 2021. no 4. pp. 3-11. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2021‑20‑4-3-11 (in Russian)]

14. Кошелев С.В., Ейдеюс А.И.Анализ данных об интенсивности теплоотдачи в теплообменниках с пластинчатыми ребрами // Вестник Международной академии холода. 2024. № 1. С. 13–20. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2024‑23‑1-13-20 [Koshelev S.V., Eideyus A.I. Heat transfer intensity of heat exchangers with plate fins. Journal of International Academy of Refrigeration. 2024. no 1. pp. 13-20. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2024‑23‑1-13-20 (in Russian)]

15. Ugolnikova M.A., Chernyavskaya V.V.Dynamics of water ice formation during the operation of vessel cryoconcentrators. Chemical and Petroleum Engineering. 2021. Vol. 57. no 7-8. pp. 561-566. DOI: 10.1007/s10556-021-00976-z.

16. Sapozhnikov V.B., Ugolnikova M.A., Chernyavskaya V.V.Evaluating the performance of low-temperature liquid separation devices with two-stage refrigeration and pre-cooling. Chemical and Petroleum Engineering. 2023. Vol. 59. no 1-2. pp. 134-138. DOI: 10.1007/s10556-023-01218-0.

17. Stepykin A.V., Goryunov N.S., Malygin L.A., Sidyagin A.A., Bukharov D.M., Tutanina E.M.Influence of the height of surface microroughness on the wettability of polymer-packed devices. Chemical and Petroleum Engineering, 2023, Vol. 59, no 1-2, pp. 86-92. DOI: 10.1007/s10556-023-01211-7.

18. Stepykin A.V., Sidyagin A.A., Bukharov D.M., Tutanina E.M., Sukhanov D.E.Experimental study of heat transfer of different-thickness plate modules of heat and mass transfer device. Journal of Engineering Thermophysics, 2024, Vol. 33, no 1, pp. 102-109. DOI: 10.1134/S1810232824010090.

19. Vasiliev P.D., Sidyagin A.A., Stepykin A.V., Bukharov D.M., Balakhnin I.A.Influence of the surface structure on the wettability of polymer packing elements in heat- and mass-transfer equipment. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2022, Vol. 56, no 2, pp. 212-220. DOI: 10.1134/S0040579522020166.

20. Stepykin A.V., Ruzanov S.R., Sidyagin A.A., Bukharov D.M., Tutanina E.M.Experimental study of the hydraulic resistance of plate modules of a heat and mass transfer device. Chemical and Petroleum Engineering, 2023, Vol. 59, no 7-8, pp. 563-569. DOI 10.1007/s10556-024-01275-z.