Введение к работе
Актуальность темы
Фракционное плавление и противоточная кристаллизация используются в химической и других смежных отраслях промышленности для разделения смесей на фракции, обогащенные тем или иным компонентом, концентрирования разбавленных растворов, а также для глубокой очистки различных веществ от примесей. Однако проведение данных процессов связано со значительными энергетическими затратами. Обостряющийся дефицит и рост цен на энергоносители определяет необходимость поиска возможных путей энергосбережения, одним из которых является использование тепловых насосов закрытого типа, поскольку при осуществлении данных процессов имеются потоки отводимого и подводимого тепла, которые можно объединить в единый контур циркуляции. Фракционное плавление и противоточная кристаллизация – это многостадийные процессы, математическое описание которых, с учетом всех переменных, является довольно сложным. Поэтому актуальным является проведение оценки эффективности применения тепловых насосов закрытого типа на предпроектной стадии разработки процесса разделения.
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИР МИТХТ им. М.В. Ломоносова по направлению «Разработка энергоресурсосберегающих массообменных процессов» (НИР 1Б-3-336 от 01.01.2010).
Цель работы
Разработка энергосберегающих вариантов проведения процессов фракционного плавления и противоточной кристаллизации, а также поиск путей интенсификации данных процессов.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
выявление возможных вариантов организации процессов разделения с использованием тепловых насосов;
разработка математической модели процессов;
анализ влияния различных технологических параметров на ход процессов разделения;
оценка эффективности применения тепловых насосов;
выявление других путей интенсификации рассматриваемых процессов.
Методы исследования
При выполнении диссертационной работы использованы фундаментальные положения анализа массообменных процессов, балансовые уравнения процесса фракционной кристаллизации и расчетно-вычислительный эксперимент, базирующийся на применении современных программных комплексов.
Научная новизна работы
-
Выполнен теоретический анализ пяти вариантов процессов фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов: однократное фракционное плавление; сочетание процесса фракционного плавления и фракционной кристаллизации; сочетание процесса фракционного плавления и фракционной кристаллизации с возвратом маточника, отводимого со стадии плавления, на стадию кристаллизации; противоточная кристаллизация с питанием в центральную часть противоточной зоны массообмена; противоточная кристаллизация с питанием в торец аппарата.
-
В результате такого анализа получены все необходимые зависимости для расчета состава и выходов продуктов разделения, подводимых и отводимых тепловых потоков, зависимости для установления параметров проведения процессов на основных стадиях разделения, а также зависимости для оценки эффективности применения тепловых насосов при реализации рассматриваемых процессов разделения.
-
Используя полученные зависимости, выполнен анализ влияния различных технологических параметров на ход процесса разделения. При этом установлены параметры, определяющие его эффективность.
-
В результате проведенных исследований установлены области наиболее рационального использования тепловых насосов в рассмотренных процессах кристаллизации.
-
Выявлены возможные пути интенсификации процесса противоточной кристаллизации. В частности, рассмотрена возможность проведения данного процесса в циклическом режиме.
-
Разработана методика оценки влияния теплоотдачи на эффективность массообмена при проведении процесса фракционной кристаллизации в противоточных аппаратах.
Практическая значимость работы
Предлагаемые теоретические зависимости могут быть непосредственно применены для расчетов рассматриваемых процессов и установления их оптимальных технологических параметров. В работе даны рекомендации по областям возможного использования рассмотренных вариантов разделения смесей методами фракционного плавления и противоточной фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов.
Апробация работы и публикации
Материалы диссертации изложены в 11 работах, в том числе в 4 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, а также в материалах 6 научно-технических конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 207 страницах, содержит 89 рисунков, 5 таблиц и библиографию из 188 наименований.
