Диссертация (1091053), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Расчет температур объеденногоматочника после смешения, а также после теплообменников Т1 и Т2 можноосуществить с применением уравнений (3.14), (3.15) и (3.19).3.3. Анализ влияния технологических параметров на ход иэффективность разделенияИспользуяприведенныевышезависимостинамидлявсехрассмотренных выше вариантов, был выполнен анализ влияния основныхтехнологических параметров на выход и составы продуктов разделения,расходы рециркулирующих потоков дистиллятов, кубовых остатков иматочников, а также на расход тепла на стадии дистилляции, количествоотводимого тепла на стадиях кристаллизации и мощность компрессоратеплового насоса. Этот анализ производился применительно к разделениюряда бинарных эвтектикообразующих смесей: нафталин–дифенил, вода–пропионоваякислотаибензол–толуол.Теплофизическиесвойствакомпонентов данных смесей приведены в таблице П.1, а диаграммыравновесия фаз «жидкость–пар» и «жидкость–кристаллическая фаза» для нихпредставленынарис.П.5–П.10.Длясистемынафталин–дифенилхарактеристики эвтектической смеси tЕ = 38оС, xЕ = 42% нафталина, длясистемы вода–пропионовая кислота tЕ = -29.4оС, xЕ = 12.35% воды, а для113системы бензол–толуол tЕ = -100.6оС, xЕ = 12.35% бензола.
Коэффициентыотносительной летучести для данных систем соответственно равны 2.82, 4.12и 2.47. В качестве легколетучего компонента выбранных систем выступаютнафталин, вода и бензол. Диаграмма равновесия фаз «жидкость-пар»системы вода-пропионовая кислота» имеет азеотропную точку (xAZ = 98.7%воды, tAZ = 99.9 оС). Параметры работы теплового насоса и выбранныйвторичный теплоноситель аналогичны, описанным в главе 2.Вариант 3.1Проведенные расчеты [207, анализ процесса разделения выполненвместе с Г.А. Носовым и В.И. Бельской] показали, что при постояннойконцентрации легколетучего компонента в исходной смеси xF и постояннойтемпературе tФВ охлаждения смеси на стадии кристаллизации КрВ изменениетемпературы tФА охлаждения смеси на стадии кристаллизации КрА итемпературы tИ нагрева смеси на стадии дистилляции И практически невлияет на выход продуктов разделения КА и КВ (рис. 3.4), а также нарециркулирующие потоки маточника МВ и кубового остатка W (рис.
3.5).Следует заметить, что в данном случае выход кристаллических фаз КА и КВбудет зависеть только от состава исходной смеси xF. При этом изменениетемпературы tФА будет оказывать существенное влияние на потоки маточникаМА и дистиллята П (рис. 3.6). Пунктирными линиями на рис. 3.4–3.6обозначены предельные значения tФА, при которых состав маточника xМАстановится равным составу дистиллята yП, а температура tФА становитсяравной температуре ликвидуса дистиллята tЛП. При дальнейшем повышениитемпературы tФА выше tЛП при выбранных значениях концентраций xF итемпературыохлажденияtФВрассматриваемыйпроцессстановитсяневозможным, так как образующийся маточник будет полностью испарятьсяв дистилляторе при выбранной температуре кипения tИ.При повышении температуры tФА охлаждения дистиллята П на стадиикристаллизацииКрАвыходматочникаМАпервоначальноменяетсянезначительно (рис. 3.6,а).
Однако при приближении температуры tФА к1140,74321tЛП3tЛП2tЛП1аφКА = КА / F0,60,50,40,3tЕtЛП40,7бφКВ = КВ / F0,643120,50,40,337tЕ42475257tФА, СоРис. 3.4. Зависимость относительного потока кристаллической фазы КА (а) икристаллической фазы КВ (б) от температуры охлаждения рециркулирующего дистиллятана стадии КрА (вариант 3.1, система нафталин–дифенил, xF = 40% нафталина, tФВ = tЕ): 1 –tИ = 237.5оС; 2 – tИ = 239оС; 3 – tИ = 240оС; 4 – tИ = 242.5оС.температуре ликвидуса tЛП дистиллята П количество поступающего на стадиюдистилляции МА резко возрастает. Это, в свою очередь, будет приводить кувеличению потока объединенного маточника МΣ, при том что увеличение1158а1φМВ = МВ / F64tФА = tЛП23240tЕ8б1φW = W / F6tФА = tЛП42324037tЕ42475257tФА, СоРис.
3.5. Зависимость относительных потоков маточника МВ (а) и кубового остаткаW (б) от температуры охлаждения рециркулирующего дистиллята на стадии Кр А(параметры разделения см рис. 3.4).температуры tФА не будет влиять на потоки маточника МВ и кубового остаткаW (рис. 3.5).
В результате будет происходить рост количества дистиллята П,поступающего со стадии дистилляции И на стадию кристаллизации Кр А (рис.3.6,б).11684а231φМА = МА / F6420tЕtЛП4tЛП3tЛП2tЛП19б4321φП = П / F753137tЕ4247tФА, оС5257Рис. 3.6. Зависимость относительных потоков маточника МА (а) и дистиллята П (б)от температуры охлаждения tФА (параметры разделения см. рис. 3.4).Характерно, что изменение температуры охлаждения tФА будетприводить не только к изменению количества тепла QКА, отводимого состадии кристаллизации КрА, то и количества тепла QКВ, отводимого со стадии117кристаллизации КрВ (рис. 3.7).
Это объясняется тем, что перед подачей настадию кристаллизации КрА поток кубового остатка W будет частичноохлаждаться в теплообменнике Т2 потоком объединенного маточника МΣ.Однако, с повышением температуры tФА будет не только расти поток МΣ, но итемпература tМ2, до которой объединенный маточник МΣ будет нагреваться втеплообменнике Т1 потоком дистиллята П. При этом поток маточника МΣбудет незначительно охлаждать поток кубового остатка W, а при высокихзначениях температуры tФА температура tW1 кубового остатка W послетеплообменника Т2 будет незначительно отличаться от температуры tW = tИ. Врезультате за счет увеличения температуры кубового остатка tW1 будетувеличиваться и количество тепла QКВ.
Решить данную проблему можноустановкой теплообменника Т2 для обогрева кубовым остатком W потокаисходной смеси F вместо объединенного маточника МΣ при высокихзначениях температуры tФА, однако следует учитывать, что при этом будетвозрастать поток тепла QИ, подводимый на стадию дистилляции И и другиевеличины, зависящие от значения количества тепла QИ.
Также следуетотметить, что также как и в вариантах разделения, описанных в главе 2,зависимость количества тепла QКА, отводимого со стадии кристаллизацииКрА, имеет экстремальный вид.УвеличениепотокасоответствующемуобъединенногоувеличениюматочникаколичестватеплаМΣQИприводит(рис.к3.8,а),подводимого на стадию дистилляции И, что в свою очередь приводит кувеличению расходапромежуточноготеплоносителяGП(рис. 3.8,б).Увеличение количества теплоносителя GП, циркулирующего в замкнутомконтуре теплового насоса, приводит к увеличению мощности компрессоратеплового насоса NД (рис. 3.9) и удельного расхода условного топлива BН(рис.
3.10,а). Однако при этом величина относительного расхода условноготоплива nТ снижается (рис. 3.10,б) [207, результаты опубликованы всоавторстве с Г.А. Носовым и В.И. Бельской].118175а4QКА / F, кДж/кг15012532100175tЕtЛП4tЛП3tЛП2tЛП11 000б34QКВ / F, кДж/кг9008001270060037tЕ42475257tФА, СоРис. 3.7. Зависимость относительного количества отводимо тепла на стадиикристаллизации КрА (а) и относительного количества отводимого тепла на стадиикристаллизации КрВ (б) от температуры охлаждения tФА (параметры разделения см.
рис.3.4).1194 000а3QИ / F, кДж/кг413 0002 00021 000tЕtЛП4tЛП2tЛП3tЛП12,543424721б2GП / F1,510,5037tЕ5257tФА, СоРис. 3.8. Зависимость относительного расхода тепла на стадии дистилляции (а) иотносительного расхода промежуточного теплоносителя (б) от температуры охлажденияtФА (параметры разделения см. рис.
3.4).1202001NД / F, кДж/кг1751504125310027550tЕtЛП4tЛП3tЛП2tЛП1Рис. 3.9. Зависимость относительной мощности компрессора теплового насоса оттемпературы охлаждения tФА (параметры разделения см. рис.3.4).Так же нами было проанализировано влияния изменения температурынагрева смеси на стадии дистилляции tИ. Так же, как и в случае изменениятемпературы охлаждения tФА, изменение температуры нагрева tИ не приводитк изменению выхода кристаллов КА и КВ, но будет оказывать значительноевлияние на циркулирующие потоки кубового остатка W, дистиллята П иматочников МА и МВ.
При низких значениях температуры tИ количествообразующегося на стадии дистилляции кубового остатка W значительнопревосходит количество образующегося дистиллята П (рис. 3.11). Однако сповышением температуры tИ наблюдается резкое уменьшение выходакубового остатка W и постепенное увеличение выхода дистиллята П. Этообъясняется тем, что при более высоких значениях температуры tИ большееколичество смеси, поступающей на стадию дистилляции, переходит впарообразное состояние.Изменение количества образующихся кубового остатка W и дистиллятаП приводит к соответствующим изменениям в количества получающихся со121стадий кристаллизации КрА и КрВ маточников МА и МВ (рис.
3.12). Изменениеколичества поступающего на стадию дистилляции И объединенногоматочника МΣ при увеличении температуры нагрева tИ приводит кнебольшому уменьшению количества тепла QИ, подводимого на стадиюдистилляции, а затем к его росту (рис. 3.13,а). В свою очередь, это приводитк соответствующему изменению количества промежуточного теплоносителяGП, мощности компрессора теплового насоса NД (рис. 3.13,б) и уменьшениюотносительного расхода условного топлива nТ (рис. 3.14,б).При рассмотрении влияния изменения температур tФА и tИ на тепловыенагрузки теплообменников Т1, Т2 и ТК можно выделить несколько общихзакономерностей.
Увеличение температуры охлаждения tФА приводит кувеличению тепловых нагрузок данных теплообменников, также как этобыло описано в главе 2. Однако, характер изменения тепловой нагрузкитеплообменника Т2 при увеличении температуры нагрева tИ будет иметьэкстремальный вид, что связано с изменением количества объединенногоматочника МΣ и кубового остатка W, проходящих через него. При этомтепловая нагрузка теплообменника Т1 с увеличением температуры tИ будетувеличиваться.ПроведенныеохлажденияtФАрассматриваемыхэнергетическуюуказанныхирасчетыпоказали,температурысмесейбудетэффективностьпараметровбудетчтонагреваувеличениесмесиоказыватьпроцессаприводитьtИтемпературыприразличноеразделения,кразделениивлияниеанаувеличениезначительномуростуэнергетической эффективности применения теплового насоса и рекуперациитепла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
