Отзыв оппонента 2 (Разделение эвтектикообразующих смесей сочетанием дистилляции и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов)

ОТЗЫВ Официального оппонента Ефремова Германа Ивановича на диссертационную работу Жильцова Василия Сергеевича «Разделение эвтектикообразующих смесей сочетанием дистилляции и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.08 — Процессы и аппараты химических технологий Актуальность темы диссертационной работы Одной и важнейших задач химической технологии является разделение технологических смесей на фракции, обогащенные теми или иными компонентами, выделение веществ из их разбавленных растворов, а также их очистка от примесей. Для решения этой задачи используются различные массообменные процессы.

Однако, все эти процессы не универсальны. Каждый из них имеет свои области технически возможного или экономического целесообразного применения. Использование же комбинированных (совмещенных и сопряженных), методов разделения существенно расширяет диапазоны возможного разделения. Здесь уместно отметить, что такие методы в настоящее время изучены пока слабо. Применение сопряженных методов разделения часто сопровождается значительными энергетическими затратами, что связано с необходимостью нагрева и охлаждения рециркулирующих потоков. Одним из возможных способов снижения энергетических затрат может быть организация рекуперативного теплообмена между входящими, рециркулирующими и отводимыми потоками, а также использование тепловых насосов на различных стадиях разделения.

Автор рассматриваемой диссертации на примере разделения бинарных смесей путем сочетания процессов дистилляции и фракционной кристаллизации убедительно показал, что применение тепловых насосов при проведении комбинированных процессов позволяет существенно уменьшить тепловые затраты.

Поэтому проведенные исследования представляются весьма актуальными. Основное содержание работы Диссертационная работа Жильцова В.С. состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 200 страницах, включая 13 страниц приложения, 80 рисунков и 4 таблицы. Список используемой литературы включает 215 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель и задача работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов. В первой главе приводится обзор литературных данных по вопросам применения сопряженных массообменных процессов для разделения различных смесей. Рассмотрены их особенности и походы к их разработке. Далее кратко рассматриваются принципы работы существующих типов тепловых насосов, примеры их применения при проведении различных м асс ообменных процессов, а также методы оценки нх энергетической эффективности. На основе проведенного анализа литературных источников сделан вывод о перспективности применения тепловых насосов при проведении сопряженных массообменных процессов (гибридных процессов). Во второй главе рассматривается возможность использования компрессионных тепловых насосов закрытого типа при разделении эвтектикообразующих бинарных смесей путем сочетания стадий дистилляции и фракционной кристаллизации.

Автором предложено несколько возможных вариантов проведения такого процесса разделения, в которых тепловой насос используется для подвода тепла, выделяющегося при конденсации дистиллята, для обогрева процесса дистилляции, Для снижения расходов теплоносителей и хладагентов наряду с использованием теплового насоса в предлагаемых схемах установок организован также рекуперативный теплообмен между рециркулирующими потоками дистиллятов, кубовых остатков и маточников.

Для всех рассматриваемых вариантов такого разделения получены зависимости, необходимые для расчета материальных и тепловых потоков, Используя эти зависимости автором был выполнен теоретический анализ влияния основных технологических параметров на ход процесса разделения и параметры работы теплового насоса. В частности, показано, что изменение температуры охлаждения на стадии кристаллизации и температуры нагрева на стадии дистилляции оказывает значительное влияние на энергетическую эффективность применения теплового насоса. В этой главе рассмотрен вопрос подбора промежуточных теплоносителей, циркулирующих в замкнутом контуре теплового насоса, и приведено сравнение результатов расчетов для ряда промышленных теплоносителей.

Третьи глава посвящена применению тепловых насосов закрытого типа при разделении эвтектикообразующих смесей путем сочетания одной стадии дистилляции с двумя стадиями фракционной кристаллизации. Приведены принципиальные схемы основных вариантов данного сопряженного разделения, даны расчетные зависимости, а также выполнен теоретический анализ влияния основных технологических параметров на ход процесса разделения и энергетическую эффективность применения теплового насоса, Также, как и для вариантов разделения, представленных во второй главе, показано, что эффективность применения теплового насоса в рассматриваемых вариантах разделения существенно зависит от параметров проведения стадий дистилляции и фракционной кристаллизации, а также от теплофизических характеристик разделяемых смесей.

В четвертой главе приведены результаты исследований применения компрессионных тепловых насосов открытого типа в рассмотренных сопряженных процессах разделения. Здесь также рассматривается несколько вариантов такого разделения, приводятся их принципиальные схемы и основные расчетные зависимости. Отдельно автор рассматривает вопрос определения теплофизических параметров перегретых паров и сжатых конденсатов бинарных смесей. На основе проведенной расчетной последовательности выполнен теоретический анализ влияния температуры охлаждения на стадии кристаллизации и температуры нагрева на стадии дистилляции на эффективность использования теплового насоса открытого типа. Проведено также сравнение полученных результатов с аналогичными, приведенными во второй и третьей главах.

Показано, что энергетическая эффективность тепловых насосов открытого типа в данных процессах разделения обычно несколько ниже, чем у тепловых насосов закрытого типа. В конце диссертации приводятся выводы, отражающие основные результаты, полученные в работе. Научная новизна Проведенные автором исследования, на мой взгляд, обладают следующими элементами новизны: ° Впервые рассмотрен процесс разделения бинарных смесей путем сочетания процессов дистилляции и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов открытого и закрытого типов; ° Разработаны основные варианты рассматриваемого разделения и получены все зависимости, необходимые для расчета материальных и тепловых потоков; ° Выполнен анализ влияния различных теплофизических параметров на выходные показатели рассматриваемых процессов разделения и энергетическую эффективность использования тепловых насосов, который позволил определить условия проведения процессов разделения с минимальными затратами тепловой и других видов энергии.

Практическая значимость В результате проведенных в данной диссертационной работе исследований получены важные практические результаты, к которым относятся: ° Разработанные варианты рассматриваемых сопряженных процессов и расчетные зависимости, которые могут быть непосредственно использованы при разработке технологии разделения целого ряда технологических смесей, а также при очистке веществ от примесей; ° Полученные автором зависимости и результаты теоретического анализа можно использовать для установления оптимальных параметров разделения конкретных смесей с использованием рассматриваемых сопряженных процессов; ° Установлено, что применение тепловых насосов при проведении сопряженных процессов разделения позволяет существенно повысить их энергетическую эффективность.

Степень достоверности и обоснованности научных положений и выводов Для решения поставленных в рамках диссертационной работы Жильцова В.С. задач используются фундаментальные положения теории тепло- и массообменных процессов и адекватные методы их математического описания и моделирования, Параметры перегретых паров и конденсатов бинарных смесей автор определяет на основе комбинационных правил для смесей и уравнений состояния, взятых из соответствующей литературы. Из этого можно заключить, что приведенные в работе данные расчетно-вычислительных экспериментов, результаты проведенного теоретического анализа и сделанные на их основе выводы обладают достаточной степенью достоверности, а сама работа выполнена на высоком качественном и профессиональном уровне. Замечания 1. Как известно, для разделения веществ используются различные методы кристаллизации (массовая, направленная, контактная, противоточная и др.).

Поэтому возникает вопрос: какой из этих методов наиболее целесообразно применять при рассматриваемом сопряженном разделении? 2. Анализ эффективности предлагаемых вариантов автор проводил на примерах сопряженного разделения конкретных бинарных смесей. Однако, это не позволяет в полной мере выявить влияние на эффективность разделения таких факторов, как коэффициент относительной летучести компонентов, их температур кристаллизации, а также положения эвтектической точки на диаграммах равновесия фаз.

Желательно было бы при анализе рассматриваемых процессов на ряду с конкретными смесями использовать также модельные смеси, в которых можно было бы изменять указанные выше параметры. 3. Для оценки эффективности применения тепловых насосов автор использует относительные затраты условного топлива.

Не проще ли было вместо этого параметра использовать приведенные затраты? 4. Обычно тепловые потоки, выделяющиеся в конденсаторе и испарителе тепловых насосов закрытого типа не равны между собой. Для балансировки этих потоков автор предлагает в контуре циркуляции промежуточного теплоносителя устанавливать компенсирующий теплообменник. Возникает вопрос: не выгоднее ли компенсацию этих потоков производить, изменяя степень сжатия паров промежуточного теплоносителя в компрессоре теплового насоса. 5. В практической значимости работы надо бы отметить использование ее результатов в учебном процессе.