Как сделать обогрев реактора

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 05.10.2024

При проектировании технологических установок, связанных с процессом нагрева или плавления химических продуктов при температурах выше 125-140°С, принимается принципиальное решение по выбору способа нагрева для основного реакционного аппарата (реактора) и дополнительного оборудования.

Из известных технологических решений – нагрев паром обычно не позволяет получить высокие температуры, пар имеет значительное давление, часто более высокое, чем давление технологического процесса, что увеличивает стоимость оборудования, делает его эксплуатацию подведомственной Госгортехнадзору, затрудняет полную автоматизацию процесса.

Использование высокотемпературного теплоносителя связано с целым рядом проблем. К ним относятся высокая стоимость и относительная дефицитность – насосов, арматуры. Требуется подпитка системы циркуляции свежим дорогостоящим теплоносителем. Кроме того, в аппаратах с рубашками для обеспечения эффективного нагрева жидким теплоносителем требуются или большие расходы теплоносителя или рубашки сложной конструкции с оребрением либо из полутруб для создания высоких скоростей движения греющей среды. Такие аппараты дороги, а при периодическом ведении процесса в месте присоединения полутруб к корпусу возникают значительные температуры напряжения. Обычно гарантируется не более 1000-1200 циклов нагрев/охлаждение. Также к недостаткам относятся высокая инерционность системы, что исключает ее использование в случае необходимости быстрого прерывания процесса. Имеются ограничения по использованию в пищевой промышленности.

Применение аппаратов с прямым электронагревом за счет выделения омического тепла позволяет нагревать среду до более высоких температур. Нагрев происходит за счет излучения трубчатых электронагревателей (ТЭНов), расположенных в теплоизолированной рубашке и имеющих температуру до 600 0С, а в случае использования ленточных и кабельных нагревателей, допускающих температуру до 400 °С, нагрев происходит за счет теплопроводности от нагревательного элемента к стенке аппарата. Существенное преимущество аппаратов с электрообогревом – простота управления и низкая тепловая инерционность по сравнению с аппаратами с рубашкой. Аппараты с электрообогревом требуют тщательного конструирования. Мощность электронагревателей должна быть достаточной для обеспечения заданной производительности, не завышенной, чтобы не допускать местных перегревов и частого срабатывания защиты, а исполнение, как правило, должно быть взрывозащищенное. Основным недостатком является недостаточный срок службы нагревательных элементов.

При оценке целесообразности использования той или иной системы обогрева следует учитывать, что величина энергозатрат в большинстве случаев является расчетно-регламентируемой на единицу массы продукта и сразу закладывается в цену продукта без учета системы нагрева. Поэтому фактические энергозатраты и их дифференцированная стоимость могут сравниваться только с учетом потерь на капитальное строительство, затрат на текущую эксплуатацию и ремонт технологического оборудования, входящего в систему нагрева, стоимости энергоносителя, надежности и экологической безопасности системы, а также тяжести возможных последствий в аварийной ситуации.

Учитывая изложенное, наиболее предпочтительны реакторы с электроиндукционной системой обогрева.

Преимущества аппаратов с индукционным нагревом: универсальность; без-инерционность; высокая удельная теплопередача и равномерная тепловая нагрузка за счет образования тепла непосредственно в стенке аппарата; высокий к.п.д.; очень точное регулирование температуры синтеза легкая автоматизация; минимальная потребность в производственных площадях; возможность установки под навесом на открытых эстакадах; высокая безопасность эксплуатации и большой срок службы; простота обслуживания; экономичность.

Изготовленные согласно классической технологической схеме рис. 1, высоко-температурные установки на базе реактора с индукционным обогревом предназначены для производства алкидных, полиэфирных и других смол с температурой синтеза до 300 °С.

алкидные смолы (блочным или азеотропным методом);
полимеризованные масла;
ненасыщенные полиэфирные смолы;
продутые масла;
эпоксидные смолы;
олифы, продукты дегидрирования;
а также могут производиться сложные эфиры различных видов и все продукты, производимые в низкотемпературных установках.

Установка изготавливается в зависимости от необходимой годовой производительности на базе реакторов с индукционным нагревом емкостью от 0,063 до 12,5 м³.

Аппараты с индукционным нагревом экологически безопасны и не имеют электромагнитного излучения за пределами защитного кожуха даже в случае его частичного разрушения в аварийной ситуации.

Высокое качество изготовляемого оборудования обеспечивается учетом при проектировании индивидуальных требований Заказчика, многолетним опытом Изготовителя, проведением приемных испытаний на специализированном стенде и контрольными испытаниями после монтажа на месте эксплуатации.

В 2011 г. появились заметки про изобретение ученого Андреа Росси, который смог получить избыточную энергию ядерных реакций в небольшом опытном приборе. Не энергию деления ядер (как в современных АЭС), а синтеза или преобразования. По-сути, холодный (или низкотемпературный) ядерный синтез. Установку он назвал E-Cat - от английского energy catalyzer. Конструкция реактора проста:

В керамическую трубку помещается 1 гр порошка никеля и 1 гр алюмогидрида лития Li [Al H4]. Трубка герметизируется и нагревается нагревательным элементом, нихромовой нитью, намотанной вокруг трубки. При замерах, сделанными учеными, выяснилось, что за несколько суток работы прибора есть значительный избыток тепловой энергии. Т.е. реактор потребил меньше, чем отдал.

Андреа Росси со своей установкой и с мультиплицированной конструкцией в контейнерном типе – на втором фото.

После опубликования информации об этом реакторе, его принцип работы проверяли не раз и российские ученые. Впервые это было сделано в 2014г. И получали тот же эффект – избыточное тепло.

Итог из публикации: Без топлива температура трубки 1200 гр. достигается при мощности около 1070 Вт. При наличии топлива (630 мг никеля +60 мг алюмогидрида лития) такая температура достигается при мощности около 330 Вт. Таким образом, реактор вырабатывает около 700 Вт избыточной мощности (COP ~ 3,2).

Табличные данные, полученные в ходе экспериментов:

Как видно, соотношение потраченной энергии к полученной слишком высока, чтобы все списывать на погрешности или ошибки в замерах. Тем более, это делали не один раз. Повышенного радиационного излучения выше фонового в ходе экспериментов замечено не было. Это говорит о том, что это не реакция деления ядер.

Какая же теоретическая основа в этих опытах, откуда берется избыточная энергия? Вначале предполагалось, что при нагревании выделяется свободный водород и он за счет туннельных эффектов проникает в ядро никеля и получается медь с выделением энергии. Но позже пришли к другим ядерным превращениям.

В ходе анализа изотопов топлива до и после реакции, было замечено, что доля Li-7 уменьшается, а Li-6 возрастает. Сделали предположение, что образуется бериллий-8 (Be-8), который распадается с излучением альфа-частиц. Это и порождает излишнюю энергию. Никель выступает лишь как катализатор реакции:

Но проблема в том, что при этом должно выделяться и гамма-излучение, которое за десятки экспериментов не обнаружено. Так что теоретическое обоснование этой реакции остается вопросом открытым.

Проводили расчеты, которые позволяют сопоставить эффективность этого реактора Росси с атомными электростанциями. Для выработки одного и того же количества электроэнергии на АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 нужно 6 т урана в стержневых сборках. А в случае с реактором Росси – 17 т топливной смеси (никель плюс алюмогидрид лития). Но при его цене (68,5 $/кг) – он в 40 раз дешевле чем топливо для АЭС. И реактор полностью безопасен и отработанное топливо не нужно хранить в отдельных зданиях-могильниках. Стоимость произведенной на крупном реакторе электроэнергии составит ~0,014 цента за каждый кВт*час. По современному курсу – 1 руб./кВт

Преимущество в том, что реактор Росси не обязательно делать размером с АЭС. А, значит, стоимость электроэнергии может быть еще ниже. Установка может быть и размером с чемоданчик, который приспосабливается для отопления дома и для выработки электроэнергии в небольшой паровой турбине.

Нужно только вывести реактор на рабочую температуру (запитать) и создать циркуляцию воды. Далее он может перейти в режим самозапитки. В условиях морозного климата – реактор просто находка. Мощный, компактный, безопасный. Нужно только отработать технологию преобразования и использования тепла. Как минимум, поместил элемент в топку простой угольной печи и все. Нагрев пошел. Отработал – заменил на другой.

Из значений генерации энергии с СОР=3, можно сопоставить эффективность установки с тепловым насосом. Вопрос только в цене. Если реактор будет иметь стоимость в разы ниже, чем монтаж теплового насоса – он представляет интерес и для частного покупателя.

Но это все-таки это реактор и простых граждан и близко не допустят к приобретению таких установок, если они и появятся когда-то. В постнефтяную эпоху, например. Хотя, вряд ли. С 2018г. об ученом и вообще об этих установках нет информации.

Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки

Электрообогрев реализуется как в общепромышленном исполнении, так и во взрывозащищенном. По своему назначению обогрев делится на два вида: для поддержки температуры среды в аппарате и для нагрева. Последний, как правило, применяется на аппаратах с мешалками и автоклавах с температурой нагрева до 300 градусов.

В случаях, когда необходимо нагревать среду аппаратов до 600 градусов, то возможна проработка и конструирование аппаратов с индукционным обогревов. Чаще всего такие аппараты применяются в лакокрасочной промышленности, что обусловлено сложностью технологического процесса.

— Получение готового к монтажу и эксплуатации аппарата

— Анализ нюансов аппарата и типа электрообогрева при проектировании оборудования и разработке РКД

— Выполнение работ по теплоизоляции и изготовлению шкафа управления по запросу клиентов

— Широкий ассортимент видов электрообогрева и опыт изготовления реакторов с индукционным обогревом

Удорожание энергоносителей стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на бытовом уровне. Более всего умельцев–энтузиастов привлекает водород, чья теплотворная способность втрое превышает показатели метана (38.8 кВт против 13.8 с 1 кг вещества). Способ добычи в домашних условиях, казалось бы, известен – расщепление воды путем электролиза. В действительности проблема гораздо сложнее. Наша статья преследует 2 цели:

разобрать вопрос, как сделать водородный генератор с минимальными затратами;
рассмотреть возможность применения генератора водорода для отопления частного дома, заправки авто и в качестве сварочного аппарата.

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Раньше водородом наполняли баллоны дирижаблей, которые нередко взрывались

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Из чего состоит примитивный электролизер:

реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
второй резервуар играет роль водяного затвора;
трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Принцип работы электролизера следующий:

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Из специальных инструментов потребуется клеевой пистолет для герметизации пластиковых крышек. Порядок изготовления простой:

Плоские деревянные палочки скрутите саморезами, располагая их концами в разные стороны. Спаяйте головки шурупов между собой и подсоедините провода – получите будущие электроды.
Проделайте отверстие в крышке, просуньте туда разрезанный корпус капельницы и провода, затем герметизируйте с 2 сторон клеевым пистолетом.
Поместите электроды в бутылку и завинтите крышку.
Во второй крышке просверлите 2 отверстия, вставьте трубки капельниц и накрутите на бутылку, заполненную обычной водой.

Для запуска генератора водорода налейте в реактор подсоленную воду и включите источник питания. Начало реакции ознаменуется появлением пузырьков газа в обеих емкостях. Отрегулируйте напряжение до оптимального значения и подожгите газ Брауна, выходящий из иглы капельницы.

Второй важный момент. Слишком высокое напряжение подавать нельзя — электролит, нагревшийся до 65 °С и более, начнет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара разжечь горелку не удастся. Подробности сборки и запуска импровизированного водородного генератора смотрите на видео:

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Принципиальная схема включения электролизера

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
шпильки стяжные М10—14;
обратный клапан для газосварочного аппарата;
фильтр водяной под гидрозатвор;
трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

Схема водородной установки мокрого типа

Последующая сборка генератора, производящего водород, выполняется по той же схеме, но с отличиями:

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Вспомним, что мы писали в первом разделе. Hydrogen – весьма активный элемент и реагирует с кислородом самостоятельно, выделяя уйму тепла. Пытаясь разделить устойчивую молекулу воды, мы не можем подвести энергию непосредственно к атомам. Расщепление производится за счет электричества, половина которого рассеивается на подогрев электродов, воды, обмоток трансформаторов и так далее.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Заключение

Гидроген в составе газа ННО, полученный из самодельного водородного генератора, пригодится для двух целей: экспериментов и газосварки. Даже если отбросить низкий КПД электролизера и затраты на его сборку вместе с потребляемым электричеством, на обогрев здания попросту не хватит производительности. Это касается и бензинового двигателя легковой машины.

53 Replies to “Как сделать генератор водорода в домашних условиях”

Спасибо за Ваше замечание по количеству трубок.
В статье не стоит задача что-то доказывать. Излагается ситуация на данный момент и общее руководство по изготовлению генератора — ежели кто захочет.

Получать горючий газ HHO можно по методу (реакция) Марсоля, разлагая воду на цинке и сурьме, всё.

Боюсь, этот метод ничем не лучше других. Если изучить скудную информацию по данной теме, то в глаза сходу бросается 3 нестыковки:
1. Вода в молекулярном двигателе Марсоля разлагается на кислород и водород, минуя паровую фазу. Нонсенс.
2. Насос и сопротивление затрачивает электричество, поршень совершает механическую работу. Каково соотношение затраченной и полученной энергии, неизвестно.
3. Потери теплоты в насосе и молекулярном двигателе неизбежны.
Сдается мне, разложение электролизом куда перспективнее.

Все очень даже работает, я езжу на 3-литровом моторе с расходом в 7-8 литров самого дешманского бензина. И что радует помимо экономии, что в конях прибавка около 15%,так что жизнь налаживается, да и ресурс мотора до 40% увеличивается, вот как-то так!

Да статья интересная,а еще интереснее как работают автомобильные газогенераторы. Ведь как уже слышно налаживается серийный выпуск автомобилей на водородном топливе заправляемые обычной водой,то есть там стоит газогенератор и как слышал и КПД намного выше.

Есть ещё один важный момент, который не рассмотрен в статье: это увеличение эффективности природных источников энергии с помощью электролиза. Как известно, для получения солнечной энергии можно использовать солнечные панели, либо коллекторы. Но эти решения трудно использовать для отопления, так как солнце наиболее интенсивно светит днём и летом, а топить нужно зимой и ночью. Потому напрямую греть ТЭН от солнечной панели не получится.
Чтобы запасать энергию, используются аккумуляторы, но у них низкий КПД и короткий срок службы в циклическом режиме.
И тут интересно рассмотреть возможность использования электролиза для запасания солнечной (или ветровой) энергии. Например летом на солнце использовать электричество солнечной панели, чтобы получить запас водорода, а ночью зимой этот водород сжигать в водородном котле. То что у системы низкий КПД — в этом случае не важно, солнца ведь и так много. Гораздо важнее насколько безопасно получится запасать водород в больших объёмах, чтобы потом использовать по мере необходимости.

Ваша идея запасать водород на ночь, используя солнечную энергию днем, действительно интересна. В статье мы не рассматривали эту возможность, потому что никто не применял подобную схему на практике. Во всяком случае, нам неизвестны такие факты. Ну и конечно, надо считать выгоду – во сколько обойдется производство водорода днем (плюс стоимость оборудования) и обычное отопление по ночному тарифу.

Мной давно рассмотрена идея синтеза водорода при помощи гибрида ветряка и солнечными элементами, последующим электролизом и связыванием водорода в гидрид алюминия.

То что водородная установка работает это 100% правда , я сам ими занимался 25 лет назад. Вопрос только в том кто вам даст этим заниматься ? Нефтеные магнаты тоже хотят кушать и они вас съедят за эти установки. 2 вопрос , куда вы денете миллионы безработных которых уволят с нефтеперерабатывающих заводов?
Установка РАБОТАЕТ.

То, что установка работает известно давно. Ещё в СССР хотели запустить автобусы на водороде. Не дали, по причине причинения вреда экономике.

Для повышения КПД, наверно, надо генератор с частотой резонансной колебательной частоте молекулы воды.

И мне если можно . Разрабатываю газообразный водород в сухой для овощных зерновых культур

Поделитесь чертежами пожалуйста,мне для отопления дома.Можете?

А если водород собирать из системы водяного отопления, которая работает на электричестве. У которой в котле вместо электроТЭНов будет стоять реактор из пластин?

Не думаю, что это хорошая идея. Львиная доля энергии будет расходоваться на нагрев теплоносителя, который постоянно идет из системы отопления. Водорода выделится мизер, и как его улавливать? На выходе воздухоотводчика?? Да и смысл этим заниматься, если все равно греем воду электрокотлом.

Для чего надо лезть в мировую экономику, просто создать для себя комфортные условия проживания, а на остальных плевать нет народа в стране у всех хата скраю, Сибирь горит и лес миллионами кубометров вывозят, а народишку наплевать, так и тут, сделал для себя и плюй в потолок:)

Читайте также: