Диссертация (1091053), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В настоящее время во многих странах ведутсяактивные исследования по тематике применения существующих тепловыхнасосов, повышения их эффективности и разработки тепловых насосов наоснове новейших технологий.4.Применениетепловыхтехнологическихпроцессовэнергетическиезатратынасосовчастоиприпозволяетболеепроведениихимико-существенноснизитьэффективноиспользоватьнизкопотенциальные источники тепла (теплоту нагретой воды, вторичныхпаров, реакционных смесей, дистиллятов, кубовых остатков, растворителей,сушильных агентов, топочных газов и т.д.).545.
В литературе имеются сведения об успешном использованиитепловых насосов при проведении процессов выпаривания, дистилляции,ректификации, кристаллизации, сушки и других массообменных процессов.В то же время сведения о применении тепловых насосов при проведениисопряженных процессов разделения практически отсутствуют. Учитывая это,исследованиясопряженныхпроцессовразделениятепловых насосов представляется весьма актуальными.55сиспользованиемГлава 2РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ПУТЕМ СОЧЕТАНИЯ ОДНОКРАТНЫХПРОЦЕССОВ ДИСТИЛЛЯЦИИ И КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ЗАКРЫТОГО ТИПАВ данной главе рассмотрена возможность использования тепловыхнасосов закрытого типа при разделении бинарных эвтектикообразующихсмесей путем сочетания однократных процессов дистилляции и фракционнойкристаллизации. Как и при сочетании других массообменных процессов, вданном случае также имеет место ряд возможных вариантов разделения,которые отличаются различной организацией технологических потоков.Ниже будут рассмотрены основные из них, а также выполнен анализ влиянияразличныхтехнологическихпараметровнаихэнергетическуюэффективность.2.1.
Возможные варианты схем разделения и их описаниеПри разделении бинарных эвтектикообразующих смесей путемсочетания рассматриваемых процессов исходная смесь F, состоящая изкомпонентов А и В, с концентрацией xF легколетучего компонента А можетбыть первоначально направлена на стадию дистилляции или же на стадиюкристаллизации.На рис. 2.1,а показано изображение на диаграммах равновесия фаз«жидкость–пар» и «жидкость–кристаллическая фаза» процесса разделения,при использовании которого исходная смесь F с концентрацией xF меньшеэвтектической xЕ, первоначально подается на стадию кристаллизации Кр В, гдеона охлаждается до температуры tФВ.
При этом образуется кристаллическаясуспензия КВ+МВ. После разделения данной суспензии на стадии сепарацииСВ получается кристаллическая фаза КВ, представляющая собой практическичистый компонент В, и маточник МВ. Кристаллическая фаза отбирается вкачестве одного из продуктов разделения, а маточник МВ подается на стадию56CПyПtkBаП+WtИТКp2p1WxWtWtиtkAp2Иp1ДВ GП ТКtM2BtBFxFWxWAx, yКПT2tП1tM1MВxMBWT1tW1tфB KB, xKBtAxEAtФBКB+MBtFП, xП, tП2MBtФBxMBКрВF, xFBбП, yП, tПСBКB, xKBРис.
2.1. Разделение путем сочетания дистилляции и одной стадии кристаллизации с подачей исходной смеси на стадию кристаллизации КрВ(вариант 2.1).57дистилляции И, где он нагревается до температуры tИ. В результате этогопроисходит частичное испарение маточника. При этом образуется пар П сконцентрацией yП и жидкая фаза (кубовый остаток) W с концентрацией xW.После разделения данной парожидкостной смеси на стадии сепарации Скубовый остаток W возвращается на стадию кристаллизации КрВ, а пароваяфаза П отбирается в качестве второго продукта разделения, обогащенноголегколетучим компонентом А.При использовании описанного процесса маточник МВ, поступающийсо стадии кристаллизации КрВ на стадию дистилляции И, необходимо нагретьот температуры tФВ до температуры tИ и частично его испарить. Так кактемпературы кристаллизации tА и tВ разделяемых компонентов обычнозначительно отличаются от температур их кипения tКА и tКВ, то на нагревматочника и его частично испарение затрачивается довольно значительноеколичество тепловой энергии.
В свою очередь, кубовый остаток W,поступающий со стадии дистилляции на стадию кристаллизации, следуетохладить от температуры tИ до температуры кристаллизации tФВ, что такжесвязано с отводом значительного количества тепла.Частично снизить энергетические затраты на проведение такогоразделения можно путем организации рекуперативного теплообмена междупотоками W, МВ и П. Как уже указывалось в главе 1, более эффективноиспользовать теплосодержание рециркулирующих, подводимых и отводимыхпотоков можно при использовании тепловых насосов.На рис. 2.1,б приведена одна из возможных схем рассматриваемогопроцесса разделения с использованием на стадии дистилляции тепловогонасоса закрытого типа и организацией рекуперативного теплообмена междупотоками маточника МВ, кубового остатка W и дистиллята П.
При этомнагрев маточника МВ и его частичное испарение на стадии дистилляции Иосуществляется за счет теплоты конденсации паров дистиллята П вконденсатореКтепловогонасоса,взамкнутомконтурекоторогоциркулирует промежуточный теплоноситель GП. При этом в конденсаторе58при давлении p1 происходит теплообмен между конденсирующимися парамидистиллята и испаряющимся теплоносителем.
Выходящие из конденсаторапары теплоносителя GП сжимаются компрессором ТК до давления p2. Приэтом повышается их температурный потенциал. Далее сжатые парытеплоносителя подаются в испаритель И, где в результате их конденсациипри давлении p1 производится нагрев и частичное испарение маточника МВ.Сконденсированный теплоноситель на выходе их испарителя проходитдроссельный вентиль ДВ, в результате чего его давление снижается от p2 доp1. Затем жидкий теплоноситель GП снова подается в конденсатор К.В случае, если теплоты QК, выделяющейся при конденсации паровдистиллята П в конденсаторе К, не достаточно для полного испаренияпромежуточного теплоносителя GП, то в контуре его циркуляции следуетустановить компенсирующий теплообменник ТК.После конденсатора дистиллят П при температуре tП1 направляется втеплообменник Т1 для частичного подогрева маточника МВ.
Теплоту кубовогоостатка W, отводимого со стадии дистилляции, также можно использоватьдля нагрева маточника МВ перед его подачей на стадию дистилляции. Приэтом кубовый остаток W подается в теплообменник Т2, где в результатетеплообмена с маточником он охлаждается до температуры tW1.Использование рекуперативного теплообмена между потоками МВ, П иW, с одной стороны, снижает количество тепла, необходимого для нагрева ичастичного испарения маточника МВ на стадии дистилляции, а с другойстороны, охлаждение потока W позволяет уменьшить количество тепла,отводимого на стадии кристаллизации КрВ.Имеется ряд вариантов разделения, в которых исходная смесьпервоначально подается на стадию дистилляции.
Один из таких вариантовразделения приведен на рис. 2.2. При использовании данного вариантаисходная смесь F перед ее подачей на стадию дистилляции предварительноподогревается в теплообменнике Т2 потоком нагретого кубового остатка W.59ПyПtkBаП, yП, tПW, xW, tWбCП+WtиtkAFxFBWxWtИT2F, xFtFp2ИAx, ytW1КПT1П, xП, tП2MBtФB, xMBКрВtФВКB+MBtAxEp1GП ТКДВtП1xMBKB, xKBp1tM1WMВBp2tF1tBtфBТКСBКB, xKBAРис. 2.2. Разделение путем сочетания дистилляции и одной стадии кристаллизации Кр В с подачей исходной смеси на стадиюдистилляции (вариант 2.2).60После теплообменника охлажденный кубовый остаток W при температуре tW1подается на стадию кристаллизации КрВ, где он охлаждается до температурыtФВ.
В результате этого происходит образование суспензии КВ+МВ. После еесепарации на стадии СВ кристаллическая фаза КВ отделяется от маточника МВ.Кристаллическая фаза КВ отбирается в качестве продукта, обогащенногокомпонентом В, а маточник МВ, после его нагрева в теплообменнике Т1потоком дистиллята П, направляется в испаритель И. Образующаясяпарожидкостная смесь, как и в предыдущих вариантах разделения, подается всепаратор С, где пары дистиллята П отделяются от кубового остатка W.Поток W возвращается на стадию кристаллизации КрВ, а дистиллят П, какуже указывалось выше, проходит через теплообменник Т1 и также, как вварианте 2.1, отбирается в качестве продукта, обогащенного низкокипящимкомпонентом А.Описанные выше процессы выгодно применять в случае, когдаразделяемая смесь имеет высокий коэффициент относительной летучести, атакже при высоком содержании легколетучего компонента А в эвтектическойсмеси.Если концентрация исходной смеси xF > xЕ, то для разделенияэвтектикообразующих смесей можно использовать вариант разделения, вкоторомисходнаясмесьFпервоначальноподаетсянастадиюкристаллизации КрА (рис.
2.3). При этом продукт КА, обогащенныйнизкокипящим компонентом А, получается методом кристаллизации, апродукт, обогащенный высококипящим компонентом В, получается в видекубового остатка W на стадии дистилляции. При осуществлении такогоразделения исходная смесь F на стадии кристаллизации КрА, охлаждается дотемпературы tФА, в результате чего образуется кристаллическая суспензияКА+МА.
При ее разделении на стадии сепарации СА кристаллическая фаза КАотделяется от маточника МА. Кристаллическая фаза КА отбирается в качествеодного из продуктов разделения, а маточник МА подается на стадию61П, yП, tПW, xW, tWtkBаПИtkAFxFp1p2p1КТКtM2ПT2tП1W, xW, tW1tM1tAT1MАП, xП, tП2xMАMАtФАKА, xKА tфАxEp2ДВ GПAx, yПyПBТКtИWxWtBtП = tИП+WtиBбCКА, xKАAxMАСАКрАtФАКА+MАF, xFtFРис. 2.3.
разделение путем сочетания дистилляции и одной стадии кристаллизации с подачей исходной смеси на стадиюкристаллизации КрА (вариант 2.3).62аtkBПП, yП, tПW, xW, tWtибCП+WWxWFxFBtИT2tkAF, xFp2p1tF1tFp2ИAx, yТКp1GП ТКДВtM1ПyПWtAT1tW1MАП, xП, tП2tФА, xMАtФАxMBBКА, xKАKB, xKB tфАxEПtП1MВtBКСАКрАКА+MАAРис. 2.4. Разделение путем сочетания дистилляции и одной стадии кристаллизации Кр А с подачей исходной смеси на стадиюдистилляции (вариант 2.4).63дистилляции, где он частично испаряется. После разделения парогазовойсмеси на стадии сепарации С, пары дистиллята П отделяются от кубовогоостатка W.
Последний направляется в теплообменник Т2, где происходитподогрев маточника МА перед его подачей в испаритель. Охлажденныйкубовый остаток W, как уже указывалось выше, отбирается в качествевторого продукта разделения.Как и в предыдущем варианте разделения, пары дистиллята П изсепаратора С подаются в конденсатор К теплового насоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
