ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КОМБИНИРОВАННЫХ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

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.

тепловые насосы, рекуперация тепла, сопряженные процессы, энергетические затраты, выпаривание, кристаллизация, растворение, фракционное плавление, дистилляция, ректификация

1. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1989. 128 с.

2. Горшков В.Г. Тепловые насосы. Аналитический обзор // Справочник промышленного оборудования. 2004. № 2. С. 47-80.

3. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии / Под ред. В.И. Виссарионова. М.: ООО фирма «ВИЭН», 2004. 448 с.

4. Амерханов Р.А. Тепловые насосы. М.: Энергоатомиздат, 2005. 160 с.

5. Бараненко А.В., Бухарин Н.Н., Пекарев В.И., Тимофеевский Л.С. Холодильные машины / Под общ. ред. Л.С. Тимофеевского. СПб.: Политехника, 2006. 944 с.

6. Орехов И.И., Тимофеевский Л.С., Караван С.К. Абсорбционные преобразователи теплоты. Л.: Химия, 1989. 208 с.

7. Ring T.A., Dirksen J.A. Absorption heat pumps having improved efficiency using a crystallizationinhibiting additive. University of Utah, 2008. 136 р.

8. Winnington T.L., Grin R.J., Lorton R., Uselton R.B. Absorption heat pump and method of his work. Interoteks Limited Publ., 2001. 126 p.

9. Бараненко А.В., Тимофеевский Л.С., Попов А.В. Абсорбционные преобразователи теплоты. СПб.: СПб-ГУН и ПТ, 2005. 338 с.

10. Пивинский А.А. Оценка эффективности парокомпрессионных тепловых насосов и абсорбционных бромистолитиевых понижающих термотрансформаторов: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2005. 209 с.

11. Kudra T. Heat-pump drying // Advanced Drying Technologies. 2nd ed. New York, 2008. 500 p.

12. Култыгин Я.Б., Митрясов П.В., Новиков А.Г., Плетнев А.В. Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Л.: ЦНИИ «Румб», 1989. 114 с.

13. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники фракционной кристаллизации. М.: Химия, 1986. 304 с.

14. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А., Захаренко В.В., Зиновкина Т.В., Таран А.Л., Костанян А.Е. [и др]. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. Общий курс в 2 кн. М.: Теревинф, 2015. 1784 с.

15. Лыскова М.В., Кузнецова И.К., Дмитриев Е.А. Техноэкономический анализ выпаривания с тепловым насосом // Успехи в химии и хим. технол. 2006. № 2. С. 77-80.

16. Захаров М.К., Носов Г.А., Мясоеденков В.Н. Применение тепловых насосов в процессах химической технологии // Ученые записки МИТХТ. 2002. Вып. 6. С. 54-63.

17. Лебедев Ю.Н., Александров И.А., Зайцева Т.М. Ректификация смесей близкокипящих компонентов с использованием тепловых насосов // Химия и технол. топлив и масел. 2010. № 4. C. 10-13.

18. Ghazal K., Majid A., Heidari S. H., Reza S. G. Distillation column controllability analysis through heat pump integration // Chem. Eng. & Process. 2015. V. 97. P. 23-37.

19. Yuliang L., Jian Z., Lumin L., Lanyi S., Cheng Z. Heat pump assisted reactive and azeotropic distillations in dividing wall columns // Chem. Eng. & Process. 2015. V. 95. P. 289-301.

20. Van Duc L.N., Moonyong L. A hybrid technology combining heat pump and thermally coupled distillation sequence for retrofit and debottlenecking // Energy. 2015. V. 81. P. 103-110

21. Yus D.C., Le Quang M., Mohd Shariq K., Kee-Kahb K., Alireza B., Moonyong L. Optimal design of advanced distillation configuration for enhanced energy efficiency of waste solvent recovery process in semiconductor industry // Energy Conversion and Management. 2015. V. 102. P. 92-103.

22. Хоменков А.С., Ильина С.И. Энергосбережение в процессах ректификации с применением тепловых насосов // Успехи в химии и хим. технол. 2017. Т. 31. № 5 (186). С. 17-19.

23. Разумовский Г.Н., Селиваненко И.Л. Применение компрессионного теплового насоса для рекуперации энергии в процессе ректификации воды под вакуумом // Хим. пром. сегодня. 2017. № 2. C. 17-26.

24. Жильцов В.С. Разделение эвтектикообразующих смесей сочетанием дистилляции и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов: дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 2017. 200 с.

25. Гузев О.Ю., Гончарова С.В. Моделирование кинетики многостадийной сушки биоматериала в сушилке псевдоожиженного слоя с тепловым насосом // Успехи в химии и хим. технол. 2006. № 1. С. 78-82.

26. Hawlader M.N.A., Perera C.O., Tian M.Properties of modified atmosphere heat pump dried foods // J. Food Eng. 2006. V. 74. № 3. P. 392-401.

27. Захаров М.К. Об эффективности применения тепловых насосов в процессах сушки влажных материалов // Хим. пром. 2002. № 9. С. 43-47.

28. Носов Г.А., Кесоян Г.А., Мясоеденков В.М., Наби Лай Бангура. Выпарная кристаллизация с использованием теплового насоса // Хим. технология. 2002. № 5. С. 32-35.

29. Носов Г.А., Мясоеденков В.М., Кхафи Али, Наби Лай Бангура. Адиабатная кристаллизация с использованием теплового насоса // Хим. технология. 2004. № 3. С. 35-40.

30. Al-Harahsheh Adnan M. Theoretical analyses of energy saving in a direct contact evaporative crystallization through the installation of heat pump // Desalination. 2010. V. 251. № 1-3. P. 47-52.

31. Al-Harahsheh Adnan M. A heat pump in a countercurrent crystallization process // Appl. Therm. Eng. 2005. V. 25. P. 545-555.

32. Al-Harahsheh Adnan M. Theoretical analyses of energy saving in indirect contact evaporative crystallization by using combined cycle of vapor recompression heat pump and throttling valve // Jordan J. Mechan. & Ind. Eng. 2010. V. 4. № 3. P. 358-363.

33. Мясоеденков В.М., Носов Г.А., Хайбулина Е.М. Уваров М.Е. Противоточная кристаллизация с тепловым насосом // Вестник МИТХТ. 2007. Т. 2. № 6. C. 75-83.

34. Носов Г.А., Уваров М.Е., Мясоеденков В.М. Перекристаллизация веществ из растворов с применением теплового насоса // Вестник МИТХТ. 2009. Т. 4. № 1. C. 64-68.

35. Мясоеденков В.М., Хайбулина Е.М. Эффективность использования теплового насоса в установке противоточной кристаллизации с питанием в центр // Успехи в химии и хим. технол. 2010. Т. 24. №11. С. 106-110.

36. Мясоеденков В.М., Носов Г.А., Разина М.Н. Фракционное плавление с использованием теплового насоса // Вестник МИТХТ. 2007. Т. 2. № 1. С. 18-25.

37. Хайбулина Е.М. Разделение смесей методами фракционного плавления и противоточной фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов: дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 2013. 207 с.

38. Clasen H. Optimale Kombination von Kristallisation und Rektifikation zur Trennung nicht - isomerierbarer Isomerenqemischen // Chemie Ing. Techn. 1967. B. 39. Heft 22. S. 1279-1285.

39. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Разделение смесей путем сочетания некоторых массообменных процессов // Хим. пром. 1979. №11. С. 677-681.

40. Горштейн Г.И. Циклы многократной кристаллизации // Труды ИРЕА. 1951. Вып. 20. С. 96-109.

41. Носов Г.А., Сорокина В.И., Терехова Ю.О. Двухкорпусная выпарная кристаллизация с использованием тепловых насосов // Хим. технология. 2013. № 9. С. 570-575.

42. Бельская В.И. Разработка энергосберегающих вариантов выпарной кристаллизации: дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 2013. 162 с.

43. Уваров М.Е. Перекристаллизация веществ из растворов с использованием тепловых насосов: дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 2013. 171 с.

44. Носов Г.А., Уваров М.Е. Двухстадийная перекристаллизация с регенерацией растворителя // Тонкие химические технологии. 2017. Т. 12. № 1. С. 50-56.

45. Носов Г.А., Бельская В.И., Жильцов В.С. Разделение смесей путем сочетания процессов кристаллизации и непрерывной дистилляции с использованием тепловых насосов // Вестник МИТХТ. 2014. Т. 9. № 3. С. 31-35.

46. Карасев В.В. Разделение бинарных смесей методом сочетания процессов кристаллизации и ректификации: дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 1977. 200 с.

47. Баншац Р.Ш. Разделение бинарных неидеальных смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации: дис. … канд. техн. наук. М.: МИТХТ, 1985. 192 с.

48. Носов Г.А., Михайлов М.В., Абсаттаров А.И. Разделение смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации // Тонкие химические технологии. 2017. Т. 12. № 3. С. 44-51.

49. Горелик А.Г. Десублимация в химической промышленности. М.: Химия, 1986. 272 с.

50. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. 656 с.