Диссертация (1091053)
Текст из файла
СОДЕРЖАНИЕВведение .................................................................................................................. 4Основные условные обозначения ...................................................................... 9Глава 1. Обзор информации по вопросам применения сопряженныхпроцессов разделения и использования тепловых насосов в химическойтехнологии ............................................................................................................ 121.1. Основные особенности сопряженных процессов .................................... 121.2.
Использование сопряженных массообменных процессов дляразделения и очистки веществ .......................................................................... 151.3. Основные особенности тепловых насосов ............................................... 331.4. Использование тепловых насосов при проведении массообменныхпроцессов ............................................................................................................ 411.5. Оценка энергетической эффективности установок с тепловыминасосами ..............................................................................................................
491.6. Выводы ......................................................................................................... 54Глава 2. Разделение смесей путем сочетания однократных процессовдистилляции и кристаллизации с использованием тепловых насосовзакрытого типа ....................................................................................................
562.1. Возможные варианты схем разделения и их описание ........................... 562.2. Расчетные зависимости, используемые для анализа рассматриваемыхвариантов разделения ........................................................................................ 642.3. Анализ влияния параметров на эффективность разделения .................. 722.4. Подбор промежуточных теплоносителей ...............................................
100Глава 3. Разделение смесей путем сочетания однократной дистилляции идвухстадийной кристаллизации с использованием тепловых насосовзакрытого типа .................................................................................................. 1053.1. Возможные варианты схем разделения и их описание ......................... 1053.2. Расчетные зависимости для рассматриваемых вариантов разделения 1103.3. Анализ влияния технологических параметров на ход и эффективностьразделения .........................................................................................................
1132Глава 4. Разделение смесей путем сочетания процессов дистилляции ифракционной кристаллизации с использованием тепловых насосовоткрытого типа ................................................................................................. 1394.1. Схемы разделения и их описание ............................................................ 1394.2. Расчетные зависимости для рассматриваемых вариантов разделения 1444.3. Определение значений энтальпий перегретых паров и конденсатовразделяемых смесей ......................................................................................... 1464.4.
Анализ влияния технологических параметров на ход и эффективностьразделения ......................................................................................................... 152Выводы ................................................................................................................ 164Список литературы .......................................................................................... 166Приложение ........................................................................................................ 1883ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.
Для разделения и очистки веществ отпримесей в химической технологии используются различные массообменныепроцессы:абсорбция,сублимация,дистилляция,десублимация,ректификация,жидкостнаякристаллизация,экстракция,фракционноерастворение и др. Все эти процессы не являются универсальными. Каждыйизнихимеетограниченныеобластитехническивозможногоилиэкономически целесообразного применения.
Часто эти ограничения связаныс наличием на диаграммах равновесия фаз особых точек (азеотропных,эвтектических и др.), а также областей ограниченной растворимости,термическогоразложения,химическоговзаимодействиякомпонентовразделяемых смесей и т.д.Границы возможного разделения могут быть существенно расширеныпри сочетании двух или нескольких массообменных процессов в единойтехнологической схеме разделения [1-3]. Такие комбинированные методыразделения уже сейчас довольно часто используются в химической иродственных ей отраслях промышленности.
С повышением требований ккачеству химических продуктов роль таких процессов будет неуклонновозрастать.Проведение комбинированных процессов разделения часто связано созначительнымиопределяетсязатратамитепловойнеобходимостьюипоискадругихвидоввозможныхэнергии.путейЭтосниженияэнергетических затрат при реализации отмеченных процессов.Частичноснизитькомбинированныхрекуперативногорасходпроцессовтеплообменарециркулирующимипотоками.тепловойразделениямеждуОднако,энергииможноприприподводимыми,болеепроведенииорганизацииотводимымисущественноиснизитьэнергетические затраты при проведении таких процессов можно прииспользовании тепловых насосов на различных стадиях разделения. Приэтом особенно выгодно применение тепловых насосов при проведении4многостадийных процессов, в которых теплота, выделяющаяся на однойстадии разделения, за счет изменения температурных потенциалов можетбыть эффективно использована для проведения других стадий разделения.Область исследования соответствует паспорту специальности ВАКРФ 05.17.08 – «Процессы и аппараты химических технологий»: «Методыизучения химических процессов и аппаратов, совмещенных процессов» и«Принципы и методы синтеза ресурсосберегающих химико-технологическихсистемсоптимальнымиудельнымирасходамисырья,топливно-энергетических ресурсов и конструкционных материалов».Целью работы является разработка энергосберегающих вариантовразделения бинарныхэвтектикообразующихсмесей путем сочетанияпроцессов однократной дистилляции и фракционной кристаллизации сиспользованием тепловых насосов открытого и закрытого типов, а такжеанализвлияниятехнологическихпараметровнаэнергетическуюэффективность такого разделения.Для достижения поставленной в работе цели были решены следующиезадачи:1.
Выявлениевозможныхвариантоворганизациипроцессаразделения;2. Разработкаметодоврасчетарассматриваемыхпроцессовсприменением тепловых насосов закрытого и открытого типа;3. Анализ влияния основных технологических параметров на ходпроцессов разделения и энергетическую эффективность использованиятепловых насосов;4. Сравнение энергетической эффективности предлагаемых вариантовс процессами без тепловых насосов.Научная новизна1. Разработаны возможные варианты проведения процесса разделениябинарныхэвтектикообразующихсмесей5путемсочетанияпроцессоводнократной дистилляции и фракционной кристаллизации с использованиемтепловых насосов закрытого и открытого типа.2.Длявсехпредлагаемыхвариантовразделенияполученытеоретические зависимости, позволяющие проводить расчеты материальныхи тепловых потоков, а также зависимости для оценки энергетическойэффективности разделения.3.
Предложена методика определения теплофизических параметровперегретых паров и сжатых конденсатов бинарных смесей, базирующаяся наиспользовании имеющихся литературных данных о теплофизическихсвойствах индивидуальных веществ, правилах смешения, модели Бенедикта–Вебба–Рубина, модифицированной Ли–Кесслером.4. Выполнен анализ влияния различных технологических 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, которыйпозволилопределитьусловияпроведенияпроцессовразделениясминимальными затратами тепловой и других видов энергии.Методы исследованияПривыполнениидиссертационнойработыбылииспользованыфундаментальные закономерности протекания рассматриваемых процессов.Их теоретическое описание базируется на совместном рассмотренииуравнений материального и теплового балансов с учетом спецификиравновесия фаз и теплофизических свойств разделяемых смесей.
Расчетновычислительные эксперименты выполнялись с использованием современныхпрограммных комплексов.На защиту выносятся- Варианты проведения сопряженного разделения с участием стадийдистилляции и фракционной кристаллизации с применением тепловыхнасосов закрытого и открытого типа.6- Результаты анализа влияния основных технологических параметроврассматриваемых процессов на ход процесса разделения и энергетическуюэффективность использования тепловых насосов.- Результаты анализа использования рекуперации тепла междуподводимыми, отводимыми и рециркулирующими потоками с применениемтепловых насосов на расход тепловой энергии при проведении сопряженныхпроцессов разделения.- Данные энергетической эффективности использования тепловыхнасосов закрытого и открытого типа при разделении органических и водноорганических смесей.- Области изменения технологических параметров, при которыхиспользованиетепловыхнасосовявляетсянаиболееэнергетическивыгодным.Практическая значимость работы1.
Предлагаемые варианты рассматриваемых сопряженных процессовмогут быть успешно использованы для разделения целого ряда органическихи водно-органических смесей.2. Результаты теоретического анализа могут быть использованы приустановлении конкретного режима разделения различных смесей.3.Использованиесопряженныхмассообменныхпроцессовсприменением тепловых насосов позволяет существенно снизить затратытепловой энергии на проведение данных процессов и повысить их техникоэкономическую эффективность.Степень достоверности полученных результатов, проведенныхисследований не вызывают сомнений, поскольку для решения поставленныхзадач в работе использованы фундаментальные положения теории процессовкристаллизации и адекватные методы математического описания тепловых имассообменных процессов.7Апробация работыРезультатыдиссертационнойМеждународнойработынаучно-техническойдокладывалиськонференциина:3-ей«Нестационарные,энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической,нано-ибиотехнологии»(Москва,2013),Международнойнаучно-технической конференции «Энергосберегающие процессы и оборудование,моделированиеиоптимизацияпроцессов,прикладнаямеханиканеоднородных сред» (Санкт-Петербург, 2014), Международной научнотехнической конференции «Проблемы ресурсо- и энергосберегающихтехнологий в промышленности и АПК» (Иваново, 2014), VI Всероссийскоймолодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химическиетехнологии 2014» (Москва, 2014), Международной научно-техническойконференции, посвященной 105-летию со дня рождения А.Н.
Плановского(Москва, 2016).ПубликацииОсновные результаты диссертационной работы опубликованы в 10печатных работах, в том числе: 5 научных статей в российских научныхрецензируемых журналах и изданиях по перечню ВАК при МинобрнаукиРФ; 5 тезисов докладов на российских и международных конференциях.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основныхвыводов и результатов, списка литературы, включающего 215 наименованийи приложения. Работа изложена на 200 страницах, включая приложения – 13страниц, содержит 80 рисунков и 4 таблицы.8ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯА – компонент смеси с меньшей температурой кипения;В – компонент смеси с большей температурой кипения;К – поток кристаллической фазы;М – поток маточника;П – поток дистиллята;а – мольная концентрация легколетучего компонента;bТ – удельный расход условного топлива на производство тепловой энергии;bЭ – удельный расход условного топлива на производство электрическойэнергии;с – удельная теплоемкость;cоP – идеальногазовая теплоемкость;F – поток исходного раствора;GП – поток промежуточного теплоносителя;HТ – энтальпия реальная смеси;Hо – опорная или идеальногазовая энтальпия смеси;hП – энтальпия паров дистиллята;I – энтальпия паров;iК – энтальпия конденсата;k – коэффициент адиабатического сжатия;m – мольная масса;NД – действительная мощность компрессора теплового насоса;nТ – относительный расход условного топлива;PC – критическое давление;Pr – приведенное давление;p – давление паров смеси, теплоносителя;QД – количество тепла, подводимое в компенсирующий теплообменник;QИ – количество тепла, подводимого на стадию дистилляции;QК – количество тепла, выделяющегося при конденсации паров дистиллята;9QКА, QКВ – количество тепла, отводимого на стадиях кристаллизациикомпонента А и В;QП – количество тела, затрачиваемое на испарение промежуточноготеплоносителя;R – универсальная газовая постоянная;r – теплота испарения;rК – теплота кристаллизации;Т – температура в градусах Кельвина;TC – критическая температура;Tr – приведенная температура;t – температура в градусах Цельсия;tИ – температура испарения;tК – температура кипения;tЛ – температура ликвидуса;tМ – температура маточника;tП – температура дистиллята;tФ – температура фракционирования на стадии кристаллизации;tА – температура кристаллизации компонента А;tВ – температура кристаллизации компонента В;tЕ – температура эвтектики смеси;tF – температура исходной смеси;tW – температура кубового остатка;VC – критический объем;W – массовый поток кубового остатка;x – массовая концентрация;yП – концентрация легколетучего компонента в парах дистиллята;ZC – критический коэффициент сжимаемости;εП – коэффициент преобразования энергии тепловым насосом;ηАД, ηМ – адиабатический и механический КПД компрессора теплового насоса;ω – фактор ацентричности Питцера.10Индексы:А – низкокипящий компонент;П – пары дистиллята;В – высококипящий компонент;AZ – азеотропа;К – кристаллическая фаза;Е – эвтектика;М – маточник;F – исходная смесь;W – кубовый остаток.Стадии, аппараты:ДВ – дроссельный вентиль;С – сепарация, фильтрация;И – испаритель;Т – теплообменник;Кр – кристаллизация;ТК – компрессор.11Глава 1ОБЗОР ИНФОРМАЦИИ ПО ВОПРОСАМ ПРИМЕНЕНИЯСОПРЯЖЕННЫХ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ1.1.
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}
