Автореферат (1091052)
Текст из файла
На правах рукописиЖильцов Василий СергеевичРАЗДЕЛЕНИЕ ЭВТЕКТИКООБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ СОЧЕТАНЕМДИСТИЛЛЯЦИИ И ФРАКЦИОННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологийАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена на кафедре «Процессы и аппараты химических технологийим. Гельперина Н.И.» Института тонких химических технологий ФГБОУ ВО«Московский технологический университет».Научный руководитель:доктор технических наук, профессорНосов Геннадий АлексеевичОфициальные оппоненты:Ефремов Герман Ивановичдоктор технических наук, профессор,профессор кафедры «Строительство»,НОУ ВО «Московский технологическийинститут»Ланина Татьяна Дмитриевнадоктортехническихнаук,доцент,заведующая кафедрой «Строительство»,ФГБОУВПО«Ухтинскийгосударственныйтехническийуниверситет»Ведущая организация:ФГБОУВО«Российскийхимикотехнологический университет им.
Д. И.Менделеева», г. МоскваЗащита состоится 30 мая 2017 в 16.30 на заседании Диссертационногосовета Д 212.131.08 в ФБГОУ ВО «Московский технологический университет»по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотекеМосковского технологического университета по адресу и на интернет-сайтах:ВАК РФ http://vak.eg.gov.ru и Московского технологического университетаhttp://www.mirea.ruАвтореферат разослан «__» __________ 2017 г.Ученый секретарь диссертационного советакандидат технических наук, доцентАнохина Елена Анатольевна2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыВсе массообменные процессы имеют ограниченные области техническивозможного или экономически целесообразного применения.
Границывозможного разделения могут быть существенно расширены при сочетании двухили нескольких массообменных процессов в единой технологической схемеразделения. Такие комбинированные (сопряженные) процессы часто позволяютзначительно повысить выход продуктов разделения и степень их очистки.Использование сопряженных процессов разделения часто связано созначительными энергетическими затратами. Существенно снизить расходтепловой энергии при проведении таких процессов разделения можно приорганизации рекуперативного теплообмена между рециркулирующими потоками,а также при использовании тепловых насосов на различных стадиях разделения.Цель работыРазработкаэнергосберегающихвариантовразделениябинарныхэвтектикообразующих смесей путем сочетания процессов однократнойдистилляции и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосовоткрытого и закрытого типов, а также анализ влияния технологическихпараметров на процесс такого разделения.Для достижения поставленной в работе цели были решены следующиезадачи: выявление возможных вариантов организации процесса разделения; разработка методов расчета рассматриваемых процессов с применениемтепловых насосов закрытого и открытого типов; анализ влияния основных технологических параметров на ход процессовразделения и энергетическую эффективность использования тепловыхнасосов; сравнение энергетической эффективности предлагаемых вариантов ипроцессов без тепловых насосов.Методы исследованияПри выполнении диссертационной работы были использованыфундаментальные закономерности протекания рассматриваемых процессов.
Ихтеоретическое описание базируется на совместном рассмотрении уравненийматериального и теплового балансов с учетом специфики равновесия фаз итеплофизических свойств разделяемых смесей. Расчётно-вычислительныеэксперименты выполнялись с использованием современных программныхкомплексов.3Научная новизна работы1.
Разработаны возможные варианты проведения процесса разделениябинарных эктектикообразующих смесей путем сочетания процессов однократнойдистилляции и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосовзакрытого и открытого типа.2. На основе теоретического анализа предложенных вариантов разделенияполучены зависимости для расчета материальных и тепловых потоков с учетомфазовых переходов и рекуперации тепла между рециркулирующими потоками.3. Предложена методика определения теплофизических параметровперегретых паров и сжатых конденсатов бинарных смесей, базирующаяся наиспользовании имеющихся литературных данных.4.
Выполнен анализ влияния различных теплофизических параметров(температуры охлаждения смесей на стадиях фракционной кристаллизации,температуры нагрева маточника и исходной смеси на стадии дистилляции,состава исходной смеси и др.) на выходные показатели рассматриваемыхпроцессов разделения и их энергетическую эффективность, который позволилопределить условия проведения процессов разделения с минимальнымизатратами тепловой и других видов энергии.Практическая значимость работы1. Предлагаемые варианты рассматриваемых сопряженных процессов могутбыть успешно использованы для разделения целого ряда органических и водноорганических смесей.2.
Результаты теоретического анализа могут быть использованы приустановлении конкретного режима разделения различных смесей.3. Использование сопряженных массообменных процессов с применениемтепловых насосов позволяет существенно снизить затраты тепловой энергии напроведение данных процессов и повысить их технико-экономическуюэффективность.Положения, выносимые на защиту1.
Варианты проведения сопряженного разделения с участием стадийдистилляции и фракционной кристаллизации с применением тепловых насосовзакрытого и открытого типа.2. Результаты анализа влияния основных технологических параметроврассматриваемых процессов на ход процесса разделения и энергетическуюэффективность использования тепловых насосов.3. Результаты анализа использования рекуперации тепла междуподводимыми, отводимыми и рециркулирующими потоками с применением4тепловых насосов на расход тепловой энергии при проведении сопряженныхпроцессов разеделения.4. Данные энергетической эффективности использования тепловых насосовзакрытого и открытого типа при разделении органических и водно-органическихсмесей.5.
Области изменения технологических параметров, при которыхиспользование тепловых насосов является наиболее энергетически выгодным.Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывалисьна: 3-ей Международной научно-технической конференции «Нестационарные,энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- ибиотехнологии»(Москва,2013),Международнойнаучно-техническойконференции «Энергосберегающие процессы и оборудование, моделирование иоптимизация процессов, прикладная механика неоднородных сред» (СанктПетербург, 2014), Международной научно-технической конференции «Проблемыресурсо- и энергосберегающих технологий в промышленности и АПК» (Иваново,2014), VI Всероссийской молодежной научно-технической конференции«Наукоемкие химические технологии 2014» (Москва, 2014), Международнойнаучно-технической конференции, посвященной 105-летию со дня рожденияА.Н.Плановского (Москва, 2016).Публикации.
Материалы диссертации изложены в 10 печатных работах, втом числе в 5 статьях, опубликованных в рецензируемых журналах, а также вматериалах 5 научно-технических конференций.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов,списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 200 страницах,включая приложения, содержит 80 рисунков, 4 таблицу и библиографию из 215наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированыцель и задачи исследования, представлена структура диссертации и основныерезультаты работы.В первой главе представлен краткий литературный обзор по вопросамприменения различных сопряженных процессов разделения, их специфическимособенностям и областям возможного использования в промышленности.Описаны принципы работы основных типов тепловых насосов и ихиспользование в химической промышленности. Анализ имеющейся информациипоказал, что для снижения энергетических затрат, связанных с проведением5сопряженных массообменных процессов, можно использовать компрессионныетепловые насосы как открытого, так и закрытого типа.
При этом в качестветеплоносителя могут использоваться как вторичный теплоноситель,циркулирующий в замкнутом контуре теплового насоса, так и один изтехнологических потоков процесса разделения. На основании обзорасформулированы цели и задачи исследований.Во второй главе рассмотрено сочетание стадии дистилляции с однойстадией фракционной кристаллизации с использованием теплового насосазакрытого типа. При сочетании рассматриваемых процессов возможно нескольковариантов проведения такого разделения.На рис.
1 показана принципиальная схема и диаграммы равновесия фаз дляодного из вариантов разделения. Исходная смесь F с температурой tF иконцентрацией xF поступает на стадию кристаллизации КрВ, где охлаждается дотемпературы tФВ. В результате образуется кристаллическая суспензия КВ+МВ,разделяемая на стадии сепарации на кристаллы КВ и маточник МВ.
Кристаллы КВ,обогащенные компонентом В, отбираются в качестве одного из целевыхпродуктов. Маточник МВ направляется на стадию дистилляции И, где нагреваетсядо температуры tИ. В результате частичного испарения маточника МВ образуетсяпарожидкостная смесь П+W, разделяемая на потоки кубового остатка W и паровдистиллята П. Кубовый остаток W направляется на стадию кристаллизации КрВ, адистиллят П, обогащенный компонентом А, отбирается в качестве второгоцелевого продукта. Для утилизации тепла кубового остатка W и дистиллята Писпользуются теплообменники Т1 и Т2.Частичное испарение рециркулирующего маточника МВ на стадиидистилляции И осуществляется с использованием теплоты конденсации паровдистиллята П.
Для этого пары дистиллята П пропускаются через теплообменникК, где они конденсируются, испаряя тем самым поток промежуточноготеплоносителя GП, циркулирующего в замкнутом контуре теплового насоса. Парытеплоносителя GП далее сжимаются компрессором теплового насоса ТК отдавления p1 до давления p2. Сжатые пары GП поступают в греющую камеруиспарителя И, где они конденсируются, нагревая тем самым поток маточника МВдо температуры испарения tИ. Сжатый конденсат теплоносителя GПдросселируется от давления p2 до давления p1 и возвращается в теплообменник К.Для балансировки тепловых потоков QИ и QК, подводимого в испаритель иотводимого в конденсаторе, в контуре циркуляции промежуточноготеплоносителя предусмотрен компенсирующий теплообменник ТК.Кроме описанного выше варианта, возможны и другие вариантысопряженного разделения. Так, при концентрации исходной смеси xF вышеэвтектической xЕ исходная смесь F может быть первоначально направлена на6Рис.
1. Разделение путем сочетания дистилляции и одной стадии кристаллизации с подачей исходной смеси на стадию кристаллизации Кр В.7стадию кристаллизации КрА. При этом один из продуктов разделения можнополучить в виде кристаллов компонента А, а другой продукт, обогащенныйкомпонентом В, в виде кубового остатка W. Имеются варианты, в которыхисходная смесь F первоначально подается на стадию дистилляции с получениемцелевых продуктов разделения в виде потоков КВ и П или КА и W.Для всех рассматриваемых вариантов разделения были получены всенеобходимые зависимости для определения материальных и тепловых потоков, атакже зависимости для расчета эффективности теплового насоса.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
