Диссертация (1091053), страница 19
Текст из файла (страница 19)
При этом, с увеличением количества тепла QИ, которое необходимоподвестивиспарительИдляпроведенияпроцессадистилляции,соответственно увеличивается и количество тепла QК, выделяющееся приконденсации перегретых паров дистиллята П. Компенсировать необходимоеувеличение параметра QК можно либо за счет повышения степени сжатияпаров П компрессором теплового насоса ТК, либо за счет увеличенияколичества тепла ΔQ, которое дополнительно сообщается в теплообменникеТД уже сжатым парам дистиллята П.Вследствие вышесказанного, при анализе процесса разделения намибыли рассмотрены два режима работы установки с тепловых насосомоткрытого типа: 1) режим, в котором увеличение температурного потенциалапаров дистиллята П достигается в основном за счет повышения степенисжатия паров компрессором теплового насоса ТК; 2) режим, в которомувеличение температурного потенциала паров дистиллята П достигается засчетдополнительногонагревапароввтеплообменникеТДспредварительным сжатием паров компрессором теплового насоса ТК дофиксированногодавления.Расчетыпоказали,чтоиспользованиетеплообменника ТД необходимо в обоих режимах, однако в случае первогорежимаувеличениетемпературногопотенциаладостигаетсяпреимущественно за счет сжатия паров дистиллята П, а теплообменник ТДиспользуется для дополнительного нагрева паров.Проведенныерасчетытакжепоказали,чтоприпостояннойконцентрации исходной смеси xF и постоянной температуре нагрева смеси настадии дистилляции tИ изменение температуры охлаждения смеси на стадиикристаллизации tФВ оказывает значительное влияние на параметры работытеплового насоса при обоих режимах.153При повышении температуры кристаллизации tФВ в случае первогорежима наблюдается значительное увеличение мощности компрессоратеплового насоса NД (рис.
4.4,а), так как с ростом температуры tФВувеличивается количество тепла QИ (рис. 2.9,а), подводимого на стадиюдистилляции, а, следовательно, и степень сжатия паров дистиллята Пкомпрессором теплового насоса ТК. Также с повышением температуры tФВнаблюдалось увеличение как удельного BН (рис. 4.4,б), так и относительногорасходов условного топлива nТ (рис.
4.5).В случае второго режима мощность компрессора теплового насоса NД сувеличением температуры охлаждения tФВ остается неизменной, так как, какуже было сказано выше, пары дистиллята П сжимаются от давления p1 дофиксированного давления p2 и степень сжатия паров П не увеличивается. Приэтом с повешением температуры tФВ значительно увеличивается количествотепла ΔQ, сообщаемое парам П в теплообменнике ТД, а также расходовусловного топлива BН (рис.
4.6,а) и nТ (рис. 4.6,б).При сравнении полученных результатов для обоих режимов работ, впервую очередь относительного расхода условного топлива nТ (рис. 4.5 и4.6,б), видно, что второй режим использования открытого теплового насосадля данного варианта разделения оказывается несколько более выгодным,чем первый. Также в случае второго режима использование теплового насосавыгодно в большем температурном диапазоне изменения температурыохлаждения tФВ. Это связано с тем, что затраты условного топлива наполучение электрической энергии больше, чем на получение того жеколичества тепловой энергии.
В результате этого, с увеличением степенисжатия паров дистиллята П и ростом мощности компрессора тепловогонасоса NД в случае первого режима расход условного топлива будет растибыстрее, чем для второго режима.154120NД / F, кДж/кга12 34906030tЛW2tЛW1tЕtЛW3tЛW40,012б2 310,014BН / F0,0080,0060,0040,002-10tЕ010203040506070tФВ, оСРис. 4.4. Зависимость мощности компрессора теплового насоса (а) и удельногорасхода условного топлива на работу теплового насоса (б) от температуры охлаждениясмеси tФВ на стадии кристаллизации КрВ (вариант 2.1, система бензол–нафталин, xF = 50%бензола, режим 1): 1 – tИ = 100оС; 2 – tИ = 110оС; 3 – tИ = 120оС; 4 – tИ = 130оС.155112340tЛW14nТ0,750,50,25-10tЕ0102030tФВ, С50 tЛW2tЛW360tЛW470оРис. 4.5.
Зависимость относительного расхода условного топлива от температурыохлаждения tФВ (параметры разделения см. рис. 4.4, режим 1).Проведенные исследования показали, что увеличение температурынагрева смеси tИ на стадии дистилляции при постоянной температурекристаллизации tФВ и постоянной концентрации исходного раствора xFприводит к повышению мощности компрессора NД и относительного расходаусловного топлива nТ и уменьшению коэффициента преобразования энергииεП.Энергетические показатели использования открытого теплового насосадля рассматриваемого варианта разделения нами были сравнены саналогичными показателями использования теплового насоса закрытоготипа.
При сопоставлении результатов расчетов относительного расходаусловного топлива nТ для теплового насоса закрытого (рис. 2.11) и открытоготипов (рис. 4.5 и рис. 4.6,б) видно, что для данного варианта разделенияиспользование закрытого теплового насоса значительно более выгодно, чемоткрытого. Это связано с тем, что в качестве теплоносителя в закрытомтепловом насоса используется вода, теплофизические характеристикикоторой, как теплоносителя, лучше, чем у смеси нафталин–бензол. Также1560,015а1324BН / F0,010,0050tЛW2tЛW1tЕtЛW3tЛW40,7б0,6521430,6nТ0,550,50,450,40,350,3-10tЕ010203040506070tФВ, оСРис. 4.6.
Зависимость удельного (а) и относительного расходов условного топлива(б) от температуры охлаждения tФВ (параметры разделения см. рис. 4.4, режим 2).157стоит отметить, что использование теплового насоса закрытого типапозволяет обеспечить подвод тепла на всем возможном диапазоне изменениятемпературы охлаждения tФВ (рис. 2.11). В то время как использованиетеплового насоса открытого типа в режиме 1 при высоких значенияхтемпературы tФВ становится невозможным (рис. 4.5 и рис.
4.6), так какколичество тепла ΔQ, сообщаемое парам дистиллята П в теплообменнике ТД,начинает превышать количество тепла QК, получаемое при конденсациипаров П [212, результаты опубликованы в соавторстве с Г.А. Носовым, А.В.Таран и В.И. Бельской]Здесь также следует отметить, что использование в качестве греющегоагента паров дистиллята П может оказаться менее выгодным по сравнению сиспользованием чистых водяных паров в тепловом насосе открытого типапри его применении для обогрева процесса выпаривания или в качествевторичного теплоносителя в тепловом насосе закрытого типа. В отличие отваррантов использования водяного пара, описанных в главах 1-3, прииспользовании паров бинарных смесей необходимо учитывать, что ониимеют менее выгодные теплофизические характеристики.
Также следуетучитывать, что в отличие от вариантов с использованием водяного пара втепловых насосах открытого типа, в случае использования паров дистиллятаП нельзя подвести дополнительное количество паров заданного бинарногосостава извне для балансировки тепловых потоков.Вариант 4.2Анализ параметров работы теплового насоса открытого типа прииспользовании данного варианта разделения, схема которого представлена нарис. 4.2, проводили на примере разделения бинарной смеси водя–маслянаякислота [213, 214, процесс разделения проводился вместе с Г.А. Носовым,В.И Бельской, Д.С.
Яковлевым и М.В. Михайловым]. Теплофизическиесвойства данной смеси представлены в таблице П.1, а на рис. П.3-П.4представлены диаграммы равновесия фаз «жидкость–пар» и «жидкость–кристаллическая фаза». Напомним, что в данной смеси в качестве158легколетучего компонента выступает вода. Расчет параметров NД, εП и nТпроводилинаосноверанееполученныхданныхпоразделениюрассматриваемой смеси (см. вариант 2.4). При этом, расчет проводилиприменительно к режиму, когда пары дистиллята П сжимаются довыбранного фиксированного давления, а увеличение теплового потенциалапотока П достигается за счет его дополнительного нагрева в теплообменникеТД.Повешение температуры охлаждения tФА на стадии кристаллизации КрАпри постоянной температуре tИ нагрева смеси на стадии дистилляции ипостоянной концентрации исходной смеси xF приводит к увеличениеудельного BН (рис.
4.7,а) и относительного расходов условного топлива nТ(рис. 4.7,б). При использовании второго режим подвода тепла, также, как идля варианта 4.1, мощность компрессора теплового насоса NД с изменениемтемпературы охлаждения tФА остается постоянной.Сравнениеполученныхрезультатов[213,214,результатыопубликованы в соавторстве с Г.А. Носовым, В.И Бельской, Д.С.
Яковлевыми М.В. Михайловым] для процесса разделения смеси вода–масляная кислотас применением теплового насоса закрытого и открытого типа показало, чтотакже как и в случае варианта 4.2, использование закрытого теплового насосаотказывается более эффективным. Правда здесь следует отметить, что вданном случае различия в энергетической эффективности применениятепловых насосов открытого и закрытого типов не столь сильны.Вариант 4.3Анализ параметров работы теплового насоса открытого типа прииспользовании данного варианта разделения, схема которого представлена нарис. 4.3, проводили на примере разделения бинарной смеси нафталин–дифенил [213, 214, процесс разделения проводился вместе с Г.А. Носовым,В.И Бельской, Д.С.
Яковлевым и М.В. Михайловым]. Теплофизическиесвойства компонентов данной смеси приведены в таблице П.1, диаграммыравновесия «жидкость–пар» и «жидкость–кристаллическая фаза» показаны1590,05а0,044BН / F0,0330,02210,010tЕtЛП4tЛП3tЛП2 tЛП10,7б0,64321nТ0,50,40,30,2-14tЕ-10-6-2tФА, оСРис. 4.7.
Зависимость удельного (а) и относительного расходов условного топлива(б) от температуры охлаждения смеси tФА на стадии кристаллизации КрА, (вариант 2.4,система масляная кислота–вода, xF = 15% воды, режим 2): 1 – tИ = 110оС; 2 – tИ = 120оС; 3 –tИ = 130оС; 4 – tИ = 140оС.160на рис. П.5-П.6. В данной смеси в качестве легколетучего компонентавыступает вода. Расчет проводился применительно к режиму, когда парыдистиллята П сжимаются до выбранного фиксированного давления, послечего дополнительно нагреваются в теплообменнике ТД.Как и для других вариантов разделения, увеличение температурынагрева смеси на стадии дистилляции tИ при постоянных температурахохлаждения смеси tФА и tФВ на стадиях кристаллизации КрА и КрВ, а такжесостава исходной смеси xF, для данного варианта оказывает существенноевлияние на параметры работы теплового насоса.
С ростом температурынагрева tИ наблюдается значительное увеличение количества тепла QК,выделяющегося при конденсации сжатых паров дистиллята П (рис. 4.8,а).Поскольку изменение температуры tИ приводит к изменению количествапаров П, то при постоянной степени сжатия паров П компрессором тепловогонасоса ТК, мощность компрессора NД также возрастает (рис. 4.8,б).Значительное увеличение количества тепла QК даже при условии повышениямощности компрессора NД приводит к увеличению удельного BН (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
