Перекристаллизация веществ из растворов с использованием тепловых насосов

• Автор: Уваров, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Содержание
Введение
Основные условные обозначения
Глава 1. Анализ литературных данных по вопросам
использования тепловых насосов в химико-технологических процессах.
1.1. Принцип действия тепловых насосов
1.2. Основные типы тепловых насосов
1.3. Применение тепловых насосов при проведении
массообменных процессов
1.4. Оценка эффективности применения тепловых насосов
1.5. Основные особенности процесса перекристаллизации
1.6. Выводы
Глава 2. Перекристаллизация веществ из растворов с
применением теплового насоса
2.1. Схемы установок и принцип их работы
2.2. Теоретическое описание процесса
2.3. Анализ влияния различных факторов па процесс разделения
Глава 3. Перекристаллизация с регенерацией растворителей методом выпаривания с применением теплового насоса
открытого типа
3.1. Схемы установок и принцип их работы
3.2. Теоретическое описание процесса
3.3. Анализ влияния различных факторов на процесс разделения
Глава 4. Перекристаллизация с регенерацией растворителей методом выпаривания с применением теплового насоса
закрытого типа
4.1. Схемы установок и принцип их работы
4.2. Теоретическое описание процесса
4.3. Анализ влияния различных факторов на процесс разделения
Глава 5. Перекристаллизация с использованием на стадии регенерации растворителей выпарной кристаллизации
5.1. Схемы установок и принцип их работы
5.2. Теоретическое описание процесса
5.3. Анализ влияния различных факторов на процесс разделения
Выводы
Литература
Приложения
Введение

Одной из актуальных задач в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности является снижение энергоёмкости технологических процессов. Это, с одной стороны, повышает их техникоэкономические показатели, а с другой стороны, снижает загрязнение окружающей среды при производстве тепловой и других видов энергии. Другой важной задачей химической технологии и родственных ей отраслей промышленности является более рациональное использование различных низкопотенциальных источников тепла. В качестве таких источников могут выступать: отработанные теплоносители и хладоагенты; вторичные пары выпарных установок; кубовые остатки и дистилляты ректификационных установок, нагретые реакционные смеси, отработанные сушильные агенты, абсорбенты, экстрагенты, растворители, маточные растворы, паро-газовые смеси и др.
Однако использование перечисленных выше тепловых источников часто затруднено из-за их относительно низкого температурного потенциала. Преодолеть эти затруднения можно при использовании различных тепловых насосов. Здесь следует отметить, что в настоящее время тепловые насосы наиболее широко используются в тепло-энергетических установках. В последние десятилетия тепловые насосы начали также довольно широко использоваться и при проведении ряда химико-технологических процессов (выпаривания, ректификации, сушки). При этом за рубежом проводятся довольно интенсивные исследования, направленные на повышение техникоэкономических показателей как самих тепловых насосов, так и па расширение возможности их использования в различных отраслях промышленности.
В данной диссертационной работе нами рассмотрен один из возможных путей утилизации пизкопотенциальных источников тепла с применением парокомпрессионных тепловых насосов на примере процесса

Теоретический анализ предлагаемых вариантов выпарной кристаллизации базировался на совместном рассмотрении уравнений материального и теплового баланса с учётом диаграмм равновесия фаз разделяемых смесей [96 - 98]. Эффективность процесса оценивали с использованием следующих параметров: выхода кристаллической фазы, коэффициента извлечения из раствора и коэффициента преобразования энергии. Последний представлял собой отношение затрат тепловой энергии на процесс кристаллизации к мощности компрессора. Анализ был выполнен применительно к выделению неорганических солей из их водных растворов. В результате такого анализа было установлено, что коэффициент преобразования энергии в парокомпресснонных тепловых насосов в зависимости от технологических параметров достигает значений порядка 4-8 [96, 97]. Для пароинжекторного теплового насоса данный коэффициент составляет 1,5-2 [98]. Однако, такие тепловые насосы позволяют значительно упростить аппаратурное оформление процесса. Было также установлено, что эффективность использования тепловых насосов может быть существенно повышена при организации рекуперативного теплообмена между входящими и отводимыми потоками [97].
При проведении адиабатной кристаллизации парокомпрессиоиный тепловой насос может быть использован для повышения температурного потенциала вторичных паров перед их подачей в теплообменник для нагрева исходного раствора [102 - 103]. Одна из схем такого процесса показана на рис.
1.7. Процесс осуществляется следующим образом. Исходный раствор F с концентрацией хг при температуре 1Г и давлении pF поступает в теплообменник Т1, где нагревается до температуры tFI и подаётся через дроссельный вентиль ДВ в адиабатный кристаллизатор АК. В дроссельном вентиле давление раствора понижается от /щ до р/, в результате чего в кристаллизаторе в адиабатических условиях происходит частичное испарение растворителя. При этом на испарение растворителя расходуется физическое тепло самого раствора, что приводит к его охлаждению. В этом случае