Диссертация (1091053), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Процесс жидкостнойэкстракции, как правило, сопрягают с процессами дистилляции иректификации – с целью регенерации экстрагента [3].Мембранные процессы разделения могут сочетаться с дистилляцией,экстракцией, сорбцией, кристаллизацией. Такие сопряженные процессыобычно позволяют существенно снизить затраты энергии и расширитьдиапазоны возможного разделения [3, 60].Вышебылорассмотреновосновномсопряжениеразличныхмассообменных процессов. Однако в химической и ряде других отраслейпромышленностичастоиспользуетсятакжесочетаниевединойтехнологической схеме химических, тепловых, гидромеханических имеханических процессов [3].1.3. Основные особенности тепловых насосовПервые шаги в создании тепловых насосов были сделаны еще в первойполовине 19 века.
Теоретические основы были заложены в опубликованной в1824 г. диссертации С. Карно [61]. Практическая реализация первыхпарокомпрессионных холодильных и теплонасосных установок былапроведена Дж. Перкинсом и В. Томсоном в 1834-1852 гг. [62]. Однако,пристальный интерес к разработке и использованию установок, работающихна основе цикла Карно, начался в начале 20 века. [63-65].В СССР историю тепловых насосов принято считать с работ физикаВ.А.Михельсона[66].Онвпервыепроанализировалвозможностьприменения тепловых насосов для теплоснабжения зданий.
Здесь уместно33отметить,чтоперваямонография,посвященнаяпромышленномуиспользованию тепловых насосов, была опубликована в 1931 г. Н.И.Гельпериным [67]. Разработке и промышленному применению различныхтепловых насосов, посвящено большое число публикаций в отечественной изарубежной литературе [6, 61-91].Сточкизренияпротивоположностьютермодинамикихолодильнойтепловоймашины.Рабочеенасостелоявляетсявнемиспользуется не для отвода, а для подачи тепла. Тепловым насосом можноназвать устройство, позволяющее повысить температурный потенциалтеплоносителя без его дополнительного нагрева [61, 67, 81, 82].Тепловые насосы классифицируются по области применения, попринципу действия, по используемым источникам низкопотенциальнойтеплоты, по используемому теплоносителю и т.д.
[6, 61, 81].В промышленности источниками низкопотенциальной теплоты могутслужить [6, 61, 82-85]: вторичные пары, образующиеся на стадияхразделения; теплая вода, отводимая из теплообменников; конденсаты;нагретые растворители; сушильные агенты; реакционные смеси и т.д. Дляобогрева зданий и других нужд могут использоваться геотермальныеисточники, сбросный воздух, тепло грунта и водоемов, солнечная энергия,магнитокалорические и другие источники.По принципу действия тепловые насосы можно разделить [6, 61, 82] напарокомпрессионные,инжекционные, сорбционные (абсорбционные иадсорбционные), термохимические и термоэлектрические, магнитные.
Режеупоминаются [61] тепловые насосы с использованием теплоты плавления имеханохимического эффекта.В качестве теплоносителей могут выступать воздух, вода и водянойпар, аммиак, различные органические и неорганические жидкости, в т.ч.фреоны и их смеси [6, 61, 85]. Рабочие тела, предназначенные дляиспользованиявтепловыхнасосахтребованиям [87-89]:34должныотвечатьследующим обладатьхимическойстабильностьюиинертностьюкконструктивным материалам; иметь допустимые значения рабочих давлений; не оказывать отрицательного воздействия на окружающую среду; быть негорючими и взрывобезопасными; обладать благоприятным сочетанием теплофизических свойств,влияющих на массу и габариты теплообменной аппаратуры; выпускаться промышленностью и иметь относительно низкуюстоимость.Парокомпрессионные и инжекционные тепловые насосыВ настоящее время такие тепловые насосы получили наибольшеераспространение.
Их принцип действия основан на сочетании процессовиспарения и конденсации рабочего тела при его сжатии в компрессоре илиинжекторе [6, 61, 81-85, 95-99].Парокомпрессионные тепловые насосы можно разделить на открытыеи закрытые [6]. В открытых тепловых насосах в качестве рабочего телаиспользуется один из технологических потоков, который может находиться впарообразном состоянии.
В тепловых насосах закрытого типа используетсяпромежуточный теплоноситель, который циркулирует в замкнутом контуре.Использование компрессионных тепловых насосов открытого типаоправдано в случае, если рабочим телом теплового насоса является водянойпар или иные индивидуальные вещества с высокими значениями энтальпии впаровой фазе [67-71]. Тепловые насосы закрытого типа целесообразноиспользовать в случаях, когда источником низкопотенциального тепласлужат вещества, непригодные для сжатия, бинарные смеси с низкимизначениями энтальпий в паровом состоянии или, когда поток источниканизкопотенциального тепла достаточно мал, что потребует его сжатия доболеевысокогодавления.Врядеслучаев[92-94]применениепарокомпрессионных тепловых насосов открытого типа может быть более35выгодным, нежели закрытого типа.
Это объясняется отсутствием вторичноготеплоносителя, что упрощает технологическую схему установки.В установках с инжекционными тепловыми насосами сжатие рабочеготела обычно осуществляется паровыми инжекторами с использованием паравысокого давления [6, 67, 91]. Следует отметить, что инжекционныетепловые насосы менее выгодны, чем парокомпрессионные [67, 71, 92]. Этовызвано низкими значениями коэффициента инжекции и необходимостьюиспользованияпаравысокогодавления.Однакоонинетребуютзначительных капитальных затрат.Сорбционные тепловые насосыТепловыенасосыданноготипафункционируютзасчетпоследовательной сорбции рабочего агента сорбентом, во время которойвыделяется тепло, и десорбции рабочего тела из сорбента, во время которойтепло поглощается [6, 100-116].
Также как и их парокомпрессионныеаналоги, сорбционные тепловые насосы имеют довольно широкий спектрприменения. Их можно разделить на абсорбционные (объемное поглощение)и адсорбционные (поверхностное поглощение) тепловые насосы [61, 98].Абсорбционные тепловые насосы могут быть как понижающими(холодильная машина), так и повышающими (нагревающими) [98-104].Существеннымотличиемабсорбционныхтепловыхнасосовотпарокомпрессионных является отсутствие компрессора (или инжектора),который заменен термокомпрессором, а также использованием абсорбента,поглощающего рабочее тело с выделением тепла.Работа абсорбционного теплового насоса состоит из пяти процессов:дистилляция, конденсация, испарение, абсорбция и дросселирование.Бинарная смесь, состоящая из рабочего тела и абсорбента, разделяется вгенераторе-кипятильнике, в результате чего образуется паровая фаза(рабочее тело) и кубовый остаток (абсорбент).
Образовавшиеся пары поддавлением p1 поступают в конденсатор, после чего насосом под давлением p2> p1 подаются на испарение. Затем они направляются в абсорбер, куда также36под давлением p2 подается абсорбент. В результате смешения рабочего тела иабсорбента выделяется тепло, которое отводится на промышленнуюустановку или используется в иных целях, а получившаяся бинарная смесьпропускается через дроссельный вентиль и вновь подается на разделение вгенератор-кипятильник. При этом сочетание генератора-кипятильника,абсорбера, насоса, подающего кубовый остаток в абсорбер, и дроссельноговентиля выступает в качестве термокомпрессора по отношению к рабочемутелу.В качестве бинарной смеси «рабочее тело – абсорбент» могутприменяться различные смеси веществ, удовлетворяющие определеннымтребованиям [100-103].
Среди этих требований можно выделить достаточнобольшую разность температур кипения компонентов смеси (что облегчит ихразделение), большую скорость абсорбции (что позволит сократить объемабсорбера) и достаточно большую теплоту растворения, выделяемую присмешении компонентов смеси в абсорбере (что позволит уменьшить ихнеобходимое для проведения процесса количество). Также немаловажнымфактором выступает относительная дешевизна рабочего тела и абсорбента.
Внастоящее время широкое распространение получили абсорбционныетепловые насосы, использующие водоаммиачные [100, 104-106] и водныебромистолитиевые растворы [107-110].Кроме упомянутого выше отсутствия компрессора, потребляющегобольшие объемы энергии для своей работы, абсорбционные тепловые насосыимеют и другие преимущества [61, 90, 101-103]. К ним можно отнестиотсутствие вибрации и низкое потребление электроэнергии. К существеннымнедостаткамданныхтепловыхнасосовможноотнестисложностьтехнологической схемы, высокие капитальные и эксплуатационные затраты,связанныесихобслуживание.Различныевариантыпримененияабсорбционных тепловых насосов, а также исследования в области изразработки представлены в статьях [111-115].
Также следует отметит37публикации[116-119],вкоторыхрассматриваютсяиописываютсягибридные абсорбционно-компрессионные тепловые насосы.Адсорбционные тепловые насосы подобны абсорбционным, за темисключением, что в качестве сорбента выступают твердые вещества.Принципработыабсорбционнымиадсорбционныхтепловымитепловыхнасосаминасосов[120-123].такжеРабочеесхожстепловпарообразном состоянии конденсируется и затем насосом под большимдавлением подается в испаритель. Оба процесса осуществляются визотермических условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
