Диссертация (1091053), страница 12
Текст из файла (страница 12)
2.12, диапазон возможного изменениятемпературы tИ расширяется.Увеличение потока рециркулирующего кубового остатка с понижениемтемпературы tИ приводит к соответствующему росту потока маточника МВ(рис. 2.12,б), а также к увеличению расхода тепла QИ на стадии дистилляции(рис.
2.13,а) и количества тепла QКВ, отводимого на стадии кристаллизации(рис. 2.13,б).Снижение расхода тепла QИ с увеличением температуры tИ приводит кзакономерному понижению мощности компрессора теплового насоса NД (рис.2.14,а) и относительного расхода условного топлива nТ (рис. 2.14,б).При увеличении содержания легколетучего компонента (бензола) висходной смеси xF выход кристаллической фазы КВ закономерно снижается, авыход дистиллята П растет.
При этом с повышением концентрации xFрециркулирующие потоки маточника МВ и кубового остатка W возрастают. Спонижением выхода кристаллической фазы КВ при росте концентрации xFколичество отводимого тепла на стадии кристаллизации QКВ снижается. Затовозрастают расход тепла на стадии дистилляции QИ и мощность компрессоратеплового насоса NД (рис. 2.15,а). Характерно, что при этом относительныйрасход условного топлива nТ остается практически без изменений (рис.2.15,б).Длярассматриваемоговариантаразделениябылотакжепроанализировано влияние технологических параметров на тепловыенагрузки теплообменников Т1, Т2 и ТК.
Здесь следует отметить, что изменение823а2,5φW = W / F21,5140,52310tИМ1tКМ1 tКМ4tИМ2tИМ3tИМ43бφМВ = МВ / F2,521,5412310,580tКМ190 tКМ4100110120130140150160170180tИ, оСРис. 2.12. Зависимость относительных потоков кубового остатка (а) и маточника(б) от температуры tИ (вариант 2.1, система бензол–нафталин, xF = 50% бензола): 1 – tФВ =0оС; 2 – tФВ = 10оС; 3 – tФВ = 20оС; 4 – tФВ = 30оС; tИМ – температура полного испаренияматочника.83300а290280QИ / F, кДж/кг2702602504240323021220210200tИМ1 tИМ2 tИМ3tКМ1 tКМ4tИМ4220б200QКВ / F, кДж/кг118021603140412010080tКМ190 tКМ4 100110120130tИ, оС140150160170180Рис.
2.13. Зависимость расхода тепла на стадии дистилляции (а) и количестваотводимого тепла на стадии кристаллизации (б) от температуры нагрева смеси на стадииtИ (параметры разделения см. рис. 2.12).8425а2423NД / F, кДж/кг22212019181741611532tИМ1 tИМ2 tИМ3tКМ1 tКМ4tИМ40,45б0,40nТ0,350,300,250,2021340,1580Рис.tКМ1 90 tКМ4 1002.14.110Зависимость120130140150160170180tИ, Сомощностикомпрессоратепловогонасоса(а)иотносительного расхода условного топлива (б) от температуры нагрева tИ (параметрыразделения см. рис. 2.12).85параметров разделения (температур tФВ и tИ, а также концентрации xF)приводит к определенным изменениям соотношений между потоками КВ, МВ,ПиW.Припонижениитемпературынагревасмесинастадиикристаллизации tФВ, а также при повышении температуры нагрева смеси настадиидистилляцииtИиконцентрацииxFтепловыенагрузкитеплообменников Т1 и Т2 возрастают, а при повышении температуры tФВ иснижении температуры tИ тепловые нагрузки данных теплообменниковсоответственно снижаются.При повышении температуры охлаждения на стадии кристаллизации tФВи концентрации исходной смеси xF, а также при снижении температурынагрева смеси на стадии дистилляции tИ расход дополнительного тепла дляиспарения промежуточного теплоносителя QД также возрастает.
В силу этоготепловая нагрузка теплообменника ТК увеличивается.Проведенные расчеты показали, что при разделении рассматриваемойсмесипутемсочетанияпроцессовдистилляцииикристаллизациииспользование теплового насоса позволяет существенно (в 3-6 раз) снизитьэнергетические затраты на осуществление такого разделения. Об этом можносудить по величине относительного расхода условного топлива nТ (см. рис.2.11,б, рис.
2.14,б и рис. 2.15,б). При этом энергетическая эффективностьприменения теплового насоса особенно возрастает при приближениитемпературы охлаждения исходной смеси на стадии Кр В к температуреохлаждения эвтектики tЕ (см. рис. 2.11). Эффективность разделения такжевозрастает при приближении температуры нагрева смеси на стадиидистилляции tИ к температуре полного испарения рециркулирующегоматочника МВ (см рис. 2.14). Однако при выборе температуры tИ необходимоучитывать, что с ее увеличением снижется содержание бензола в парахдистиллята П. Поэтому температуру tИ следует выбирать так, чтобы приразделенииобеспечиваласьзаданнаякомпонента в отбираемом дистилляте yП.86концентрациялегколетучего35а330214NД / F, кДж/кг252015105000,10,20,30,40,50,60,70,80,91xF0,24б0,2240,203nТ0,1820,1610,140,120,1000,10,20,30,40,50,60,70,80,91xFРис.2.15.Зависимостьмощностикомпрессоратепловогонасоса(а)иотносительного расхода условного топлива (б) от концентрации исходной смеси xF(вариант 2.1, бензол–нафталин, tИ = 120оС): 1 – tФВ = 0оС; 2 – tФВ = 10оС; 3 – tФВ = 20оС; 4 –tФВ = 30оС.87Здесь следует также отметить, что основной вклад в повышениеэнергетической эффективности рассматриваемого процесса разделенияименно вносит использование теплового насоса.
Использование же одногорекуперативного теплообмена между потоками без применения тепловогонасоса снижает энергетические затраты лишь на 30-50%, по сравнению спроцессом разделения с тепловым насосом без рекуперации тепла.Вариант 2.2Анализ процесса разделения при использовании данного вариантаразделения проводили также на примере разделения бинарной смеси бензол–нафталин. Отличительной особенностью данного варианта, схема которогоприведена на рис. 2.2, является то, что в данном случае исходная смесь Fпервоначально подается на стадию дистилляции.
Так же, как в варианте 2.1продукт,обогащенныйвысококипящимкомпонентом(нафталином),получается в кристаллическом виде, а продукт, обогащенный низкокипящимкомпонентом (бензолом) получается в виде дистиллята.Проведенные расчеты для данного варианта разделения показали, чтоизменения температуры охлаждения смесей на стадии кристаллизации tФВ итемпературы испарения смесей на стадии дистилляции tИ, а такжеконцентрации исходной смеси xF оказывают на выход продуктов разделенияφКВ и φП такое же влияния, как и при использовании варианта 2.1.Приповышениитемпературыохлаждениясмесейнастадиикристаллизации tФВ при использовании рассматриваемого варианта расходырециркулирующих маточников φМА и кубовых остатков φW также, как и вварианте 2.1, возрастают (рис.
2.16). С повышением температуры tФВувеличиваются также расход тепла QИ, подводимого на стадию дистилляции,и количество тепла QКВ, отводимого на стадии кристаллизации (рис. 2.17).Возрастают также мощность компрессора теплового насоса NД и расходусловного топлива nТ (рис. 2.18).885а1234φМВ = МВ / F43210tЛW2tЛW1tЕtЛW3tЛW45б1φW = W / F42343210-10tЕ0102030tФВ, оС40506070Рис. 2.16.
Зависимость относительных потоков маточника (а) и кубового остатка(б) от температуры охлаждения tФВ (вариант 2.2, система бензол–нафталин, xF = 75%бензола): 1 – tИ = 100оС; 2 – tИ = 110оС; 3 – tИ = 120оС; 4 – tИ = 130оС.89500аQИ / F, кДж/кг4321400300200tЛW2tЛW1tЕtЛW3tЛW4500QКВ / F, кДж/кгб123435020050-10tЕ010203040506070tФВ, оСРис. 2.17. Зависимость расхода тепла на стадии дистилляции (а) и количестваотводимого тепла со стадии кристаллизации (б) от температуры охлаждения tФВ(параметры разделения см. рис.
2.16).900,02а1234BН / F0,0150,010,0050tЛW2tЛW1tЕtЛW3tЛW40,8б0,712340,6nТ0,50,40,30,20,10-10tЕ010203040506070tФВ, СоРис. 2.18. Зависимость удельного (а) и относительного (б) расходов условноготоплива от температуры охлаждения tФВ (параметры разделения см. рис. 2.16).91При повышении температуры нагрева смеси на стадии дистилляции tИрасходы маточников φМА, кубовых остатков φW, а также тепловых нагрузок QИи QКВ, как в варианте 2.1, снижаются. Понижение QИ соответственноприводит к уменьшению NД и nТ.Сопоставление между собой вариантов 2.1 и 2.2 показало, что приподаче исходной смеси F на стадию дистилляции (вариант 2.2) существенновозрастает поток кубового остатка, поступающего на стадию кристаллизациипо сравнению с подачей исходной смеси на стадию кристаллизации (вариант2.1). Это особенно проявляется при низких значениях температур tФВ и tИ.Увеличение потока кубового остатка φW, поступающего на стадиюкристаллизации, приводит при одинаковых значениях температуры tФВ ксоответствующему повышению потока рециркулирующего маточника φМВ,увеличению тепловых нагрузок QКВ и QИ, а также росту мощностикомпрессора теплового насоса NД и относительного расхода условноготоплива nТ.
При повышении температур tФВ и tИ различия междуэнергетическими показателями вариантов 2.1 и 2.2 нивелируются.Сравниваяварианты2.1и2.2можнотакжеотметить,чтоиспользование варианта 2.1 для разделения рассматриваемой смеси являетсяболее выгодным и его следует применять при возможно низких температурахохлаждения смесей на стадиях кристаллизации tФВ, а также при низкихтемпературах нагрева смесей на стадиях дистилляции tИ.Варианты 2.3 и 2.4Анализ процесса разделения при использовании данных вариантовразделения проводили на примере разделения бинарной смеси вода–маслянаякислота. При использовании данных вариантов разделения, схемы которыхприведены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
