доктор технических наук, профессор кафедры процессов и аппаратов химической технологии имени Н.И. Гельперина
Россия, 119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Dr.Sc. (Engineering), Professor of the N.I. Gel’perin Chair of Processes and Apparatus of Chemical Technologies
86, Vernadskogo Pr., Moscow, 119571, Russia
аспирант кафедры процессов и аппаратов химической технологии имени Н.И. Гельперина
Россия, 119571, Москва, пр-т Вернадского, д. 86
Post-Graduate Student of the N.I. Gel’perin Chair of Processes and Apparatus of Chemical Technologies
86, Vernadskogo Pr., Moscow, 119571, Russia
The prospects of using heat pumps for the separation of mixtures by combination of different mass transfer processes are considered, which is associated with the supply and removal of thermal energy. The heat released in some stages can be successfully used at other stages of separation. Using heat pumps makes it possible to change the temperature potentials of heat fluxes, which greatly improves the efficiency of regenerative heat transfer. If a vapor phase forms when carrying out mass transfer processes, it can be used as the working fluid of the heat pump of the open type. If mass transfer processes are carried out without the formation of vapor phases, it is necessary to apply heat pumps of the closed type, in the circuit of which a variety of intermediate heat transfer fluids circulate. The article briefly describes the features of mixtures separation by a combination of fractional crystallization by evaporation, dissolution, fractional melting, distillation and rectification with the use of compressor heat pumps of open and closed type. In order to assess the energy efficiency of different variants of combined processes and to compare them with traditional separation it is suggested to use the relative equivalent consumption, which makes it possible to take into account the different cost of thermal and electric energy required for carrying out the considered process of separation. Different variants of organizing the combined separation are compared. It was found that their energy efficiency significantly depends on the composition of the initial mixture, on requirements for the separation products, as well as on the position of the eutectic point on the liquid - solid phase charts. It was shown that the use of heat pumps allows reducing several times energy costs, as well as the consumption of refrigerants for combined separation.
Рассмотрены перспективы использования тепловых насосов при разделении смесей пу- тем сочетания различных массообменных процессов, проведение которых связано с под- водом и отводом тепловой энергии. При этом теплота, выделяющаяся на одних стадиях, может быть успешно использована на других стадиях разделения. При использовании тепловых насосов появляется возможность изменять температурные потенциалы тепловых потоков, что в значительной мере повышает эффективность рекуперативного теплообмена. Если при проведении массообменных процессов образуется паровая фаза, то она может быть использована в качестве рабочего тела теплового насоса открытого типа. Если массообменные процессы проводятся без образования паровых фаз, то следует применять тепловые насосы закрытого типа, в контуре которых циркулируют различные промежуточные теплоносители. Кратко рассмотрены особенности разделения смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации с выпариванием, растворением, фракционным плавлением, дистилляцией и ректификацией с использованием компрессорных тепловых насосов открытого и закрытого типа. Для оценки энергетической эффективности различных вариантов комбинированных процессов и их сравнения с традиционным разделением предлагается использовать относительный расход условного топлива, что позволяет учитывать различную стоимость тепловой и электрической энергии, необходимой для проведения рассматриваемых процессов. Произведено сопоставление между собой различных вариантов организации комбинированного разделения. При этом установлено, что их энергетическая эффективность существенно зависит от состава исходной смеси, требований к продуктам разделения, а также от положения эвтектической точки на диаграммах «жидкость - твердая фаза». Показано, что использование тепловых насосов позволяет в несколько раз снизить энергетические затраты, а также расход хладагентов на проведение комбинированного разделения.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.