Диссертация (1091053), страница 7
Текст из файла (страница 7)
При этом показано, что использование такихпроцессов позволяет существенно снизить затраты тепловой энергии посравнению с одностадийной выпарной кристаллизацией.ДистилляцияКак уже отмечалось выше, дистилляция применяется для разделениябинарныхсмесейвеществ,температурыкипениякоторыхимеютсущественную разницу [3, 171].При проведении однократной дистилляции исходная смесь разделяетсяна две фракции: дистиллят (паровая фаза) и кубовый остаток (жидкая фаза).Дистиллят может быть использован в тепловом насосе либо как источникнизкопотенциального тепла (закрытый тепловой насос), либо как рабочеетело (открытый тепловой насос) [175, 176, 179].
В случае теплового насосазакрытого типа паровая фаза подается в конденсатор, в котором онаконденсируется, испаряя при этом вторичный теплоноситель под давлениемp1. Пары последнего сжимаются в компрессоре до давления p2 и подаются наобогревпроцессадистилляции.Вдистилляторесжатыепарыконденсируются, обогревая тем самым разделяемую бинарную смесь, послечего дросселируются до давления p1 и вновь подаются в конденсатор. Вслучае теплового насоса открытого типа, в компрессор теплового насосаподаются пары дистиллята, после чего направляются на обогрев процессадистилляции.Сконденсированныйдистиллятпропускаетсячерездроссельный вентиль и отбирается в качестве одного из продуктовразделения.При рассмотрении процесса дистилляции с использованием тепловогонасоса необходимо учитывать различные факторы, которые могут оказывать44сильное влияние на параметры работы теплового насоса. В работах [173-176]был проведен анализ влияния различных параметров на проведение процессадистилляции некоторых бинарных смесей и работу теплового насоса.
Вработе [179] было проведено сравнение использования тепловых насосовоткрытого и закрытого типов для обогрева дистиллятора.ПерекристаллизацияПри проведении процесса перекристаллизации чаще всего имеет местосочетание стадий растворения, кристаллизации и регенерации растворителейметодами выпаривания или дистилляции. При этом на стадиях растворения ирегенерации подводится тепло, а на стадии кристаллизации производитсяохлаждениерастворов.Поэтомутеплоту,выделяющуюсяприкристаллизации, целесообразно использовать при проведении стадиирастворения или для регенерации растворителей из отводимых маточников.Однако, в обычном процессе это сделать не удается из-за отрицательнойразности температурных потенциалов.
Использование же тепловых насосовпозволяет решить данную проблему. Учитывая это, в работах [93, 180, 181]было рассмотрено несколько вариантов использования тепловых насосов вданном процессе разделения [33, 122, 123].Первый вариант заключается в использовании теплового насосазакрытого типа для передачи тепла со стадии кристаллизации на стадиюрастворения. В этом случае вторичный теплоноситель служит в качествехладагентанастадиикристаллизации.Испаряясь,онохлаждаеткристаллизуемую смесь до заданной температуры.
Далее он сжимаетсякомпрессором теплового насоса и подается на стадию растворения. На этойстадии пары вторичного теплоносителя конденсируются, обеспечивая темсамым подвод тепла на стадии растворения. После чего образовавшийсяконденсат дросселируется и вновь поступает на стадию кристаллизации.Было установлено, что значения количества тепла QО, которое необходимоотвести для прохождения процесса кристаллизации, и количество тепла QН,затрачиваемое на испарение вторичного теплоносителя, могут не совпадать.45Для этого было предложено [93] использовать дополнительный подогревконденсата вторичного теплоносителя после его выхода со стадиирастворения. Альтернативный способ компенсации разности указанныхвыше тепловых потоков заключается в использовании рекуперативноготеплообмена между направляемым на кристаллизацию раствором иполучаемым после стадии кристаллизации маточником.Другойвариантперекристаллизациииспользованиякасаетсятепловогостадиинасосарегенерациивпроцессерастворителяизматочника, получаемого со стадии кристаллизации.
Так как регенерациярастворителя осуществляется в выпарном аппарате, для обогрева процессавыпаривания можно использовать тепловой насос, как это было описановыше. В данном случае необходимо учитывать ряд обстоятельств, нехарактерных для простой выпарки водных растворов. Первое – в качестверастворителя не всегда может использоваться вода, что требует учитыватьтеплофизические характеристики используемого растворителя.
Второе –необходимость последующего использования вторичных паров, отводимыхиз выпарного аппарата, на стадии растворения. В результате можетвозникнуть потребность в дополнительном нагреве потоков свежего ирегенерированного растворителя перед стадией растворения.В работе [93] также описаны другие варианты использования тепловыхнасосов совместно с рекуперацией тепла между потоками маточника,поступающегонавыпаривание, исконденсированного растворителя,отводимого из греющей камеры выпарного аппарата.РектификацияРектификация широко применятся в химической и нефтехимическойпромышленности для разделения бинарных, тройных и многокомпонентныхсмесей [3, 171]. В связи с этим вопрос энергосбережения при проведениипроцесса ректификации остается одним из актуальных, особенно прииспользованиинесколькихректификационныхколоннводнойтехнологической схеме.
В ряде работ [6, 17, 174-176, 182-186] был46рассмотрен процесс ректификации с использованием тепловых насосовоткрытого и закрытого типов.При использовании тепловых насосов открытого типа в качестверабочего тела теплового насоса используется дистиллят [6]. При этом парыдистиллята под давлением p1 направляются из ректификационной колонны вкомпрессор, где они сжимаются до давления p2. Сжатые пары поступают вкипятильникректификационнойустановки.Засчетконвективноготеплообмена между сжатыми парами и кубовым остатком происходитконденсация дистиллята и испарение кубового остатка, который затемвозвращается в ректификационную колонну.
Сконденсированный дистиллятпропускается через дроссельный вентиль и отводится в качестве одного изпродуктов разделения, при этом часть потока дистиллята забирается вкачестве флегмы.Другой вариант [182] включает в себя использование теплового насосазарытого типа. Пары дистиллята подаются в конденсатор, где за счетконвективного теплообмена они сжижаются, испаряя при этом вторичныйтеплоноситель. Часть полученного жидкого дистиллята в качестве флегмывозвращается на стадию ректификации, а остальной поток дистиллятаотводится в качестве одного из продуктов разделения.
Образовавшиеся парывторичноготеплоносителясжимаютсякомпрессоромиподаютсявтеплообменник для обогрева кубового остатка. Испаренный таким образомкубовый остаток подается обратно в ректификационную колонну, аконденсат вторичных паров дросселируется и возвращается в конденсатор наиспарение.Вработах[174-176,185,186]отмечается,чтопроведениеректификации с тепловым насосом открытого типа оправдано приразделении смесей с близкими температурами кипения, а значит и близкимитеплофизическими характеристиками, что снижает количество энергии,потребляемое компрессором на их сжатие.
В случае, если температуры47кипения разделяемых веществ существенно различаются целесообразнееиспользовать тепловой насос закрытого типа.Фракционное плавлениеКак уже отмечалось выше, фракционное плавление чаще всегоприменяется для разделения смесей и концентрирования разбавленныхрастворов методом вымораживания [1, 45-56]. Данный процесс обычносостоитиздвухстадий:кристаллизацииичастичногоплавлениякристаллической фазы. При этом на стадии кристаллизации отводится тепло,а на стадии плавления производится нагрев разделяемых смесей.Также, как и в случае с процессом перекристаллизации, процессфракционного плавления может осуществляться с использованием тепловогонасоса закрытого типа [187-190], рабочее тело которого циркулирует междукристаллизатором и плавителем.
В кристаллизаторе происходит испарениевторичного теплоносителя, выступающего в качестве хладагента, за счетохлаждения кристаллизующейся исходной смеси. Образовавшиеся парытеплоносителя сжимаются в компрессоре теплового насоса и направляютсяна стадию фракционного плавления. На этой стадии пары конденсируются,обеспечивая нагрев расплавляемых кристаллов, после чего пропускаютсячерез дроссельный вентиль и вновь поступают в кристаллизатор. Так же, каки в случае процесса перекристаллизации, количество тепла QО, котороенеобходимо отвести от стадии кристаллизации, может отличаться отколичества тепла QН, которое необходимо подвести на стадию плавления.Возможны разные варианты нивелирования этой разницы, например,установка компенсирующего теплообменника для нагрева сжатых паровпромежуточного теплоносителя перед их подачей на стадию плавления.СушкаСушка широко применяется во многих отраслях промышленности дляудаления влаги, при этом на нагрев сушильного агента тратитсязначительное количество тепловой энергии [3, 171, 191].
В качествесушильного агента может использоваться нагретый воздух, перегретый или48насыщенный пар, дымовые газы и т.д. В литературе [6, 190-198] рассмотренывопросы использования тепловых насосов в сушильных аппаратах, чтопозволяет существенно сократить затраты энергии на проведение процессасушки и снизить уровень теплового загрязнения окружающей среды [194].В процессе сушки с тепловым насосом закрытого типа в качествеисточниканизкопотенциальноготеплаиспользуетсяотработанныйсушильный агент [6].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
