Перекристаллизация веществ из растворов с использованием тепловых насосов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Уваров, Михаил Евгеньевич

• Уваров, Михаил Евгеньевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Уваров, Михаил Евгеньевич

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 на 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 диссертации (часть автореферата) на тему «Перекристаллизация веществ из растворов с использованием тепловых насосов»

Введение

Одной из актуальных задач в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности является снижение энергоёмкости технологических процессов. Это, с одной стороны, повышает их технико-экономические 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 технико-экономических показателей как самих тепловых насосов, так и на расширение возможности их использования в различных отраслях промышленности.

В данной диссертационной работе нами рассмотрен один из возможных путей утилизации низкопотенциальных источников тепла с применением парокомпрессионных тепловых насосов на примере процесса

перекристаллизации веществ из растворов. Следует отметить, что данный процесс довольно часто применяется в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности для разделения и очистки различных веществ от примесей. Проведение данного процесса обычно требует довольно значительных затрат тепловой энергии. Это, в свою очередь, негативно сказывается на его технико-экономических показателях.

В рамках данной диссертационной работы был выполнен теоретический анализ нескольких вариантов процесса перекристаллизации веществ из растворов с использованием парокомпрессионных тепловых насосов как открытого, так и закрытого типов. При этом предложен ряд технологических схем рассматриваемых процессов, дано их теоретическое описание и проведён анализ влияния различных параметров на эффективность разделения.

Данная диссертация состоит из пяти глав. В первой главе дана классификация известных тепловых насосов и кратко описаны принципы их действия. В этой главе представлен также анализ литературных данных по вопросам использования тепловых насосов при проведении химико-технологических процессов и обсуждены основные особенности процесса перекристаллизации веществ из растворов. Во второй главе рассмотрен процесс однократной перекристаллизации веществ из растворов с применением парокомпрессионного теплового насоса закрытого типа. Третья и четвёртая главы диссертации посвящены рассмотрению процесса однократной перекристаллизации с регенерацией растворителей методом выпаривания, а в пятой главе рассмотрен процесс перекристаллизации веществ из раствора с регенерацией растворителей методом выпарной кристаллизации с использованием тепловых насосов открытого и закрытого типа.

Основные условные обозначения

А - растворённое вещество;

аР - относительный расход растворителя;

Ьо- относительный расход условного топлива;

с - удельная теплоёмкость;

О - поток, расход греющего пара;

.Р- массовый поток исходного раствора;

С х- поток хладоагента, конденсата;

кп - энтальпия греющего пара;

кк - энтальпия конденсата;

//-энтальпия теплоносителя на входе в компрессор;

¡2- энтальпия теплоносителя после сжатия в компрессоре;

¿з-энтальпия теплоносителя на выходе из рубашки обогрева;

1П- энтальпия вторичного пара;

К- массовый поток кристаллической фазы;

М-массовый поток маточника;

Мд - молекулярная масса безводной соли;

Мкг - молекулярная масса кристаллогидрата;

Ыт - теоретическая мощность компрессора;

Nд - действительная мощность компрессора;

Р - расход растворителя;

Р1 - давление вторичного пара;

р2 - давление теплоносителя после сжатия;

{1Н ~ поток подводимого тепла;

{Эо - поток отводимого тепла;

г - теплота парообразования;

гкр - теплота кристаллизации;

гР - теплота растворения;

? - температура;

6 - регенерированного растворителя, подаваемого на стадию растворения;

- температура исходного раствора; 1м - температура маточника;

перегрев раствора; \V- массовый поток упаренного раствора; хг - концентрация раствора; дм- температурная депрессия маточника; ¿(( -температурная депрессия упаренного раствора; (рк~ весовая доля кристаллической фазы в суспензии; (рм- весовая доля маточника в суспензии; с - коэффициент преобразования энергии; г\т - степень извлечения; г/ад - адиабатический КПД; Цм— механический КПД.

Е - эвтектика; F- исходный раствор; К - кристаллическая фаза; М- маточник; 77- вторичный пар;

Индексы:

Г-твёрдое вещество; Ф - фракционирование; Ь - отделённый маточник; £ - отделённая кристаллическая фаза; Ж- упаренный раствор.

А - абсорбер;

В - выпарной аппарат;

ВК - выпарной кристаллизатор

ДВ - дроссельный вентиль;

И - испаритель;

Кр - кристаллизатор;

Аппараты:

ПИ - паровой инжектор;

РК - ректификационная колонна;

Т - теплообменник;

ТК - компрессор;

Ф - фильтр, сепаратор суспензии;

Н - растворитель.

Глава 1

АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВОПРОСАМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

1.1. Принцип действия тепловых насосов

С термодинамической точки зрения тепловой насос представляет собой обращенную холодильную машину для передачи тепловой энергии от источника с низким температурным потенциалом к потребителю с более высоким потенциалом [1 - 7]. Аналогично холодильной машине тепловой насос содержит испаритель, конденсатор, а также контур, осуществляющий термодинамический цикл. Если в холодильнике основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителя, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе ситуация обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту (вторичные энергетические ресурсы). Также, как и в случае холодильной машины, тепловой насос потребляет энергию на реализацию термодинамического цикла (привод компрессора). Он требует затраты работы для получения тепла с более высокой температурой при использовании низкопотенциального тепла [4-9].

В более узком смысле тепловым насосом называют компрессор (поршневой, центробежный) или турбокомпрессор, сжимающий пар (газ) для повышения его температуры [1 - 3].

Принцип теплового насоса был разработан еще в 1852 году британским физиком и инженером Уильямом Томсоном, а в дальнейшем усовершенствован австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером [3, 4]. Именно тогда и был спроектирован первый тепловой насос. В нём, в качестве рабочего тела использовался воздух, который

расширялся в детандере, охлаждаясь при этом, после чего он нагревался в теплообменнике, затем сжимался в компрессоре до атмосферного давления, нагреваясь при этом до более высокой температуры. Нагретый таким образом наружный воздух поступал в обогреваемое помещение.

Однако практическое применение тепловые насосы получили значительно позже, а точнее в 40-х годах XX столетия, когда изобретатель Роберт Вебер экспериментировал с морозильной камерой [3, 11]. Оп использовал выделяемое ей тепло для нагрева воды и воздуха одновременно. Со временем именно у Вебера появилась идея использовать для обогрева помещений тепло земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он помещал в грунт медные трубы, по которым циркулировал парообразный теплоноситель для забора тепла земли. В доме пары конденсировались и отдавали своё тепло окружающему воздуху. Далее они снова подавались в змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому.

Реальная потребность в промышленных теплонасосных установках возникла в период 70-х годов, когда начали расти цены на энергоносители и появился интерес к энергосбережению [2]. Заметим, что в Советском Союзе на некоторых химических предприятиях уже в 30-х годах прошлого столетия начали применяться тепловые насосы при проведении процесса выпаривания [1].

В настоящее время в развитых странах производятся теплонасосные установки для отопления квартир, общественных зданий и промышленных предприятий [2, 10 - 14]. Кроме того, они широко используются в энергетической, химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности [1, 15 - 20].

Существуют различные типы тепловых насосов, которые используются в промышленности и в быту [2]. Они различаются по следующему ряду признаков:

- по принципу действия;

- по виду потребляемой энергии;

- по источникам низкопотенциального тепла;

- по типу среды (рабочих тел, циркулирующих в контуре тепловых насосов);

В качестве источников тепла с низким потенциалом естественного (природного) происхождения могут использоваться: наружный воздух, поверхностные и подземные воды (реки, озёра), земной грунт, солнечная энергия [7-9]. Кроме того, побочную тепловую энергию, выделяющуюся на химических и других производствах, можно утилизировать, используя сё в качестве низкопотенциальных источников энергии для тепловых насосов. Такими примерами могут служить: тепло нагретой воды конденсаторов и теплообменников, отработанных сушильных агентов, сорбентов, экстрагентов, парогазовых смесей, дымовых газов и др. В качестве затрачиваемой энергии может использоваться электроэнергия, а также теплота, получаемая при сжигании нефтепродуктов, газа, угля, торфа, древесины и др. [2 - 7].

1.2. Основные типы тепловых насосов

По принципу действия различают парокомпрессионные, абсорбционные, адсорбционные, термохимические и термоэлектрические тепловые насосы. Многие из них могут быть как с открытым, так и с замкнутым контуром циркуляции рабочих тел (промежуточных теплоносителей) [1 -4].

Парокомпрессионные тепловые насосы

Это наиболее распространённый тип теплового насоса, который используется в промышленности. Парокомпрессионные тепловые насосы бывают как с открытым контуром по рабочему телу, гак и с замкнутым. При этом, сжатие теплоносителя осуществляется турбокомпрессором или с использованием парового инжектора [1 -9].

Тепловые насосы с замкнутым контуром работают по принципу обратного цикла Карно [2 - 3]. Принципиальная схема такой теплонасосной установки приведена на рис. 1.1. Она состоит из компрессора 4, конденсатора 1, дроссельного вентиля 2 и испарителя 3. В компрессоре 4 пары рабочего тела сжимаются от давления р1 до давления р2. Затем сжатые пары поступают в конденсатор /, где происходит их конденсация. Далее, сконденсированная жидкость проходит через дроссельный вентиль 2, где в результате её дросселируется от давления р2 до давления /?/. Полученная паро-жидкостная смесь поступает в испаритель 5, где в результате нагревания происходит её испарение. Таким образом, в результате циркуляции рабочего тела в круговом процессе с необходимым подводом к нему мощности М, тепловой насос забирает из окружающей среды тепловой поток с более низкой температурой и отдаёт нагреваемой среде тепловой поток с более высокой температурой.

Также тепловые насосы широко используются в быту и во многих химико-технологических, пищевых и других производствах, где есть необходимость нагревания и охлаждения материальных потоков. Примерами применения парокомпрессионных тепловых насосов с замкнутым контуром циркуляции промежуточного теплоносителя, могут служить процессы выпаривания, ректификации, дистилляции, сушки, а также процессы сорбции.

В качестве рабочего тела (промежуточного теплоносителя) в установках с тепловыми насосами может выступать один из технологических потоков, например, вторичные пары выпарных установок или пары, отводимые из ректификационных колонн [1, 2, 17, 18]. В этом случае мы имеем дело с тепловым насосом открытого типа. В нём отсутствует замкнутый контур циркуляции рабочих тел. Так, в случае выпаривания вторичные пары после их сжатия компрессором подаются в греющую камеру выпарного аппарата, где они конденсируются, а образующийся конденсат отводится из аппарата. Тепловые насосы открытого типа имеют ограниченное применение. Как

Р2 Р1

Рис. 1.1. Схема компрессионного теплового насоса: / - конденсатор, 2 - дроссель, 3 -испаритель, 4 - компрессор.

уже отмечалось выше, их можно использовать только для проведения процессов, в которых имеются парообразные потоки.

В тепловых насосах открытого типа сжатие вторичных паров можно осуществлять и при помощи пароструйного инжектора. При этом рабочее давление создастся за счёт смешения вторичного пара с паром высокого давления [2, 14, 19, 20]. В пароструйных тепловых насосах рабочий пар высокого давления расширяется сопле инжектора и засасывает вторичный пар. Из инжектора выходит смесь паров при некотором среднем давлении.

Абсорбционные тепловые насосы Данный тип установок нашёл своё применение в основном при проведении массообменных процессов, где производится охлаждение или нагрев материальных потоков [20 - 27]. Здесь следует отметить, что абсорбционные тепловые насосы - это особый тип машин, в которых движимый механически компрессор заменен на движимый теплом термохимический или термофизический сорбционный контур. Сорбционные тепловые насосы, также как и сорбционные холодильные машины, отличаются от компрессионных тепловых насосов следующими особенностями [22]:

> работают за счет подводимого тепла (нагретых газов, вторичных паров, горячей воды, и др.);

> почти не имеют движущихся частей и поэтому обладают малым уровнем шума, дают минимальное изнашивание и практически не требуют обслуживания;

> обычно работают с природными хладагентами (в основном аммиак, водород, углекислый газ и вода);

> их мощность лежит в диапазоне от десятков ватт (например, холодильники в мини-барах гостиниц) до мегаватт (установки промышленных предприятий).

> могут быть разработаны для широкого диапазона рабочих темпера тур.

Абсорбционные тепловые насосы, аналогично парокомпрессионным,

включают в себя испарители и конденсаторы [22 - 33]. При этом, теплота подводится в испарителях, вызывая кипение хладоагента при низком давлении. Полезное тепло отводится в конденсаторах, внутри которых происходит конденсация теплоносителя при высоком давлении. Основным отличием абсорбционного цикла является использование в нём дополнительного контура, в котором течёт жидкий абсорбент или растворитель. Пары хладоагента поглощаются жидкостью при низком давлении. Затем жидкость перекачивается специальным насосом в область высокого давления, где происходит подвод тепла. При этом пары хладоагента выделяются из жидкости.

На рис. 1.2 показана схема нагревающего абсорбционного теплового насоса [22, 33]. Так, в генераторе-кипятильнике ГК разгоняется бинарная смесь за счёт тепла с низким потенциалом. Образующийся при этом пар низкокипящего компонента поступает в конденсатор К, а кубовый остаток высококипящего компонента перекачивается насосом II1 в абсорбер А. В конденсаторе К в результате отвода тепла при давлении ¿>/ пар конденсируется и далее с помощью насоса Н2 поступает в испаритель И, в котором он уже при давлении р2 испаряется. Далее паровой поток рабочего

тела направляется в абсорбер А, где происходит его поглощение абсорбентом. Таким образом, выделяющееся тепло процесса абсорбции отводится для потребителя. При этом рабочее давление в абсорбере Айв испарителе И выше, чем в кипятильнике ГК. Отводимый из абсорбера раствор пропускается через дроссельный вентиль ДВ, где его давление снижается от р2 до р¡, а затем подаётся в генератор-кипятильник ГК. В данной схеме генератор и абсорбер выполняют функцию компрессора.

К

н,

]и

р\ у

Рис. 1.2. Принципиальная схема абсорбционного теплового насоса.

Основным преимуществом абсорбционных тепловых насосов, в сравнении с парокомпрессионными, является более экономное потребление электроэнергии, так как у них отсутствует механический компрессор [22, 33]. Однако достаточно сложная технологическая схема часто является причиной существенно высоких капитальных затрат при её использовании в химической промышленности.

Адсорбционные тепловые насосы В отличие от абсорбционных, адсорбционные установки в качестве поглотителей включают в себя твердые вещества (активированный уголь,

силикагель, цеолит), которые адсорбируют пары промежуточных теплоносителей, отдавая при этом тепло.

Здесь следует отметить, что в настоящее время актуальные сорбционные технологии (циклы на твердых и жидких сорбентах) имеют различные преимущества и недостатки, связанные с их компактностью, сложностью, стоимостью, диапазоном рабочих температур [30 - 32, 34 - 37]. При этом был сделан вывод, что машины на твердых сорбентах, основанные на обратимых циклах сорбции твердое тело-газ, могут представлять интерес для применения не только в химической промышленности, но и в строительной индустрии, когда доступен высокотемпературный источник бросового тепла и наличие жестких внешних условий требует теплового контроля объекта.

Работа адсорбционного теплового насоса не вызывает вибраций, и большое число альтернатив выбора системы твердое тело - газ, делают возможным охлаждение и нагрев воздуха в температурном диапазоне 243573 К.

Одним из важных компонентов сорбционных тепловых насосов является низкотемпературный источник энергии, который в существенной степени влияет на их конструкцию с точки зрения экономики и охраны окружающей среды [32, 34 - 36]. Следовательно, конструкция теплового насоса во многом зависит от выбранного типа низкотемпературного источника энергии: атмосферный воздух, отходящий воздух помещений (вентиляционные выбросы), воды рек и озер, грунт и грунтовые воды, скалистые породы и др.

Принцип работы адсорбционных тепловых насосов основан на последовательном осуществлении термохимических процессов поглощения (сорбции) рабочего агента соответствующим сорбентом, а затем выделения (десорбции) рабочего агента (поглощение теплоты) из сорбента [34 - 37].

Типовой цикл адсорбционного теплового насоса состоит из двух изобар (стадии адсорбции и регенерации адсорбента). На стадии изобарической адсорбции адсорбер соединен по газовой фазе с испарительным отделением холодильной установки, в которой поддерживается постоянная температура

и соответствующее этой температуре равновесное давление пара рабочего тела. На стадии изобарической регенерации адсорбер соединен с конденсатором, в котором в условиях конденсации пара также поддерживаются постоянная температура, равная температуре окружающей среды и соответствующее этой температуре равновесное давление пара.

Тепловой насос с рекуперацией теплоты адсорбции имеет два внутренних циркуляционных контура: контур рабочей жидкости, по которому сконденсированное вещество возвращается из конденсатора в испарительную камеру, и контур теплоносителя [35]. В процессе адсорбции адсорбент охлаждается потоком теплоносителя, что способствует увеличению количества адсорбата. В процессе регенерации адсорбент нагревается потоком теплоносителя, что способствует уменьшению количеству адсорбата [34].

В качестве сорбентов в адсорбционных системах аккумулирования тепловой энергии могут быть использованы пористые материалы, обладающие большой сорбционной емкостью и не требующие слишком высокой температуры регенерации. Как отмечалось выше, к таким материалам относятся: силикагель, оксид алюминия, цеолиты, активированный уголь [32, 34 - 36]. В качестве адсорбатов можно использовать воду, аммиак, формальдегид, метанол, этанол, метиламин. Вода, в силу доступности, экологической чистоты и безопасности, привлекает особое внимание. Она обладает значительной теплотой испарения и, следовательно, является наиболее перспективной для процесса аккумулирования тепла [36].

Термохимические тепловые насосы Ещё одним из типов тепловых насосов без механического сжатия теплоносителя, по мимо сорбционных, являются термохимические. В них перенос тепла с одного уровня на другой осуществляется в результате экзотермических и эндотермических химических реакций [38 - 43].

Здесь следует отметить, что термохимические методы преобразования и аккумулирования энергии - это совокупность обратимых химических процессов, на первых стадиях которых происходят эндотермические химические реакции, в результате чего тепловая энергия, подведенная к химически реагирующей смеси, запасается в химических связях продуктов реакций. На второй стадии происходят обратные (экзотермические) химические реакции и запасенная химическая энергия вновь трансформируется в тепловую [37].

В работах [38 - 47] приводятся примеры практического использования термохимических тепловых насосов в водных и аммиачных системах, а также в системах, образованных гидридами металлов. Часто в данных тепловых насосах применяются металлогидриды, так как их образование связано с выделением тепла, а разложение связано - с поглощением тепла. Это позволяет использовать такие процессы для осуществления цикла теплового насоса без применения механического сжатия [43]. Было установлено, что теплоаккумулирующая способность металлогидридов в 1015 раз больше, чем у воды при нагревании её на 60°С [39]. Так, уже были проведены испытания термохимических насосов с применением гидрирования - дегидрирования металлов.

Кроме того, были описаны химические тепловые насосы из следующих систем: 2-пропанол - ацетон - водород, изобутилен - вода - бутиловый спирт [45]. Для утилизации низкотемпературного тепла также могут быть использованы системы СаС12 - Н20 и СаО - Са(ОН)2. Система активированный АЬ203 - Н20 может использоваться для превращения низкотемпературной тепловой энергии в высокотемпературную, а также для её переноса и накопления.

По мимо вышеназванных термохимических тепловых насосов также был разработан и исследован насос, источником тепла для которого служит наружный воздух. За счет подвода тепла из окружающей среды происходит испарение МН3, взаимодействующего с суспензией СаСЬ, находящейся в

генераторе-абсорбере. При этом выделяется теплота реакции, которая используется для нагревания воды, а также для отопления жилого помещения [46].

Кроме того, были рассмотрены [47] газофазные каталитические и некаталитические реакции органических веществ как высокотемпературные, так и низкотемпературные. Так, в качестве высокотемпературных процессов были описаны: конверсия метана, газофазное гидрирование этилена, газофазное восстановление бензола в циклогексан, гидрирование ацетона с образованием изопропанола. В качестве низкотемпературных процессов были рассмотрены: жидкофазная и газофазная реакции ацетона с изопропанолом, жидкофазная реакция метанола с ацетальдегидом [47].

Термоэлектрические тепловые насосы

Принцип действия термоэлектрических тепловых насосов основан на протекании электрического тока в результате нагрева и охлаждения спаев между разнородными материалами (эффекте Пельтье). При этом обратный эффект состоит в выделении теплового потока в случае пропускания электрического тока через данные спаи [48 - 52].

Элементарный термоэлектрический тепловой насос получается при соединении полупроводников р- и п- типа. В этом случае протекание электрического тока в определённом направлении вызывает тепловой поток от спая п-р в направлении к электродам, по которым проходит ток. При этом электроны полупроводников образуют рабочее тело насоса, а источник постоянного тока выполняет функции электронного компрессора [50, 51]. Следует отметить, что данный термоэлектрический элемент имеет достаточно маленькие размеры. В соответствии с этим реальные тепловые насосы собирают из большого количества таких элементов, соединённых между собой как последовательно, так и параллельно.

Несмотря на проблемы отыскания недорогих и эффективных полупроводниковых материалов, а также сложности их тщательной сборки, эти тепловые насосы нашли своё применение. При этом значения

коэффициентов преобразования близки к коэффициентам, достигнутым в сорбционных циклах. Примерами применения термоэлектрических тепловых насосов служат: устройство охлаждения флуоресцентных ламп для поддержания оптимального давления, а также термоэлектрический стабилизатор точки плавления льда [48, 49].

1.3. Применение тепловых насосов при проведении массообменных

процессов

Как уже отмечалось выше, тепловые насосы уже сейчас находят довольно широкое применение при проведении целого ряда химико-технологических процессов. Ниже приведена краткая информация об использовании тепловых насосов при осуществлении некоторых массообменных процессов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Уваров, Михаил Евгеньевич, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Тельперин Н.И. Тепловой насос. //Л.: Госнаучтехиздат, 1931, 152 с.

2. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. // М.: Эпергоиздат, 1989г, 128 с.

3. Рей Д.А., Макмайкл Д. Тепловые насосы. // М.: Энергоиздат, 1982, 220 с.

4. Розенфельд Л.М., Ткачёв А.Г. Холодильные машины и аппараты. // М.: Государственное издательство торговой литературы, 1955, 584 с.

5. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. // М.: Машиностроение, 1972, 72 с.

6. Амерханов P.A. Тепловые насосы. // Энергоатомиздат, 2005, 160 с.

7. Соколов Е.Я., Бродяпский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. // М.: Энергоиздат , 1981, 320 с.

8. Чечеткип A.B., Занемонец H.A. Теплотехника // М.: Высшая школа, 1986, 344 с.

9. Тепловой насос. Большая советская энциклопедия.// М.: Советская энциклопедия, 1976, т. 25, с. 448.

Ю.Васильев Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли. // Издательский дом «Граница». М., 2006, 220 с.

11. Васильев Г. П., Хрустачев Л. В., Розин А. Г., Абуев И. М. и др. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии. // ГУП «НИАЦ», 2001, 66 с.

12. Столяревский А.Я. Аккумулирование вторичной энергии. // Атомно-водородная энергетика и технология, 1982, Вып. 4, с. 60 - 125.

13. Петин А.Ю. Тепловые насосы в теплоснабжении. // Новости теплоснабжения, 2001, №11, с. 42-43.

14. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. // М.: «ВИЭН», 2004, 448 с.

15. Мужиливский П.М., Васильев Ю.Н., Золотаревский JI.C., Хушпульян М.М., Янкевич А.И. Тепловые насосы - средство экономной выработки теплоносителей для технологических процессов нефтяной промышленности. // М.: ВНИИОЭНГ, 1986, 64 с.

16. Григоров В.Г., Нейман В.К., Чураков С.Д. Утилизация низкопотенциальных тепловых вторичных энергоресурсов на химических предприятиях. // М.: Химия, 1987, 240 с.

17. Гельпсрин H.H. Основные процессы и аппараты химической технологии. // М.: Химия, 1981,812 с.

18. Плаповский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. // М.: Химия, 1972, 196 с.

19. Култыгип Я.Б., Митрясов П.В., Новиков А.Г., Плетнев A.B. Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии. // JL: "Румб" ЦНИИ 1989, 114 с.

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

21.Шмуйлов Н.Г. Абсорбционные водоаммиачные холодильные и теплопасосные машины. // М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987, 36 с.

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

23. Томаповская В.Ф., Колотова Б.Е. Фреоны. Свойства и применение. // Л.: Химия, 1970, 200 с.

24. Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы. // Астрахань: Издательство АГТУ, 1997, 226 с.

25. Бараненко A.B., Тимофеевский Л.С., Долотов А.Г., Попов A.B. Абсорбциииые преобразователи теплоты. // СПб.: ГУН и ПТ, 2005, 338 с.

26. Галимова Л. В. Эффетивность энергосберегающих систем на базе абсорбционных термотрансформаторов: Дис. д-ра техн. наук. Астрахань, 2004, 100 с.

27. Горбунов B.C. Адсорбционные установки с использованием тепловых насосов. // Торговое и холодильное оборудование, М., 1980, № , с. 53-61.

28. Самонин В.В., Ивачев 10.Ю. Исследование сорбционпого теплопроводящего насоса испарительного водяного холодильника. // Химическая промышленность, 2003, №11, с. 42-48.

29. Васильев, Л.Л. Перспективы применения тепловых насосов в Республике Беларусь. // ИФЖ, 2005, т. 78, № 1, с. 23-34.

30. Аптух, A.A., Филатова, О.С., Васильев, Л.Л. Тепловой насос для систем тригенерации энергии (электричество, теплота, холод). // Энергоэффективность. 2006, № 1, с. 16-18.

ЗТЖданок, С. А., Васильев, Л.Л. Возобновляемые источники энергии. Повышение их значимости в XXI веке и возможности практического применения. // Строительная наука и техника, 2009, № 1, с. 6-10.

32. Аристов, Ю.И., Васильев, Л.Л., Накоряков, В.Е. Современное состояние и перспективы развития химических и сорбционных тепловых машин в Российской Федерации и Республике Беларусь. // ИФЖ, 2008, т. 81, № 1, с. 19-48.

33. Бабылекс И.С., Данилов Р.Л. Абсорбционные холодильные машины. // М.: Пищевая промышленность, 1966, с. 356.

34. Зеленко В.Л., Хейфец Л.И. Предельная эффективность адсорбционного теплового насоса. // Вести Моск. Ун-та. Сер.2. Химия, 2007, т. 48, №1, с. 1217.

35. Pons М. Second Law Analysis of Adsorption Cyclcs With Thermal Regeneration. // J. Energy Resources Technology, 1996, v. 118, №9, p. 229.

36. Павлов Ю.В. Макрокинетические параметры адсорбентов для тепловых насосов и разделения воздуха: Дис. к-та хим. наук. Москва, 2006, 75 с.

37. Проценко В.П., Сафонов В.К., Ларкин Д.К. Тепловые насосы. // М.: 1984, 100 с.

38. Селявина И.И., Ефремов Г.И., Журавлева Т.Ю. Описание кинетики химического теплового насоса.

Труды 2 Всероссийской школы - семинара молодых ученых и специалистов. «Энергосбережение - теория и практика». // М.: Изд-во МЭИ, 2004, 277-278 с.

39. Карпис Е.Е. Метало - водородно - гидридные тепловые насосы и кондиционеры. // Холодильная техника, 1982, №5, с. 55-57.

40. Nonnenmacher A., Croll М. Chemical heat pump / heat transformer based on metalhydrogen reactions // "Metal-hydrogen Syst. Proc. Int. Symp., 13-15 Apr., 1981". Oxford c.a., 1982, p. 657-665.

41. Clark E. Charles R. Chemical Heat pumps drive to upgrade waste heat. // Chem. Eng. <USA>, 1984, v. 91, №4, p. 50-51.

42. Ron M., Josephy Y. Metal Hydrides For Heat Pump Application. // Z. Phys. Chem., 1986, v. 147, №1-2, p. 241-259.

43. Nonnenmacher A., Croll M. Chemical heat pump / heat transformer based on metalhydrogen reactions. // Metal-hydrogen syst. proc. int. symp., Oxford, 1982, p. 657-665.

44. Wimmerstedt R. Mechanical vapor recompression applied to separation processes. 1. Evaporation. // J. Separ. Process Technol., 1985, №6, p. 1-8.

45. Lauerhass L.N., Rudd D.F. On The Thermodynamics Of The Chemical Heat Pump. // Chem. Eng. Sci., 1981, v. 36, №5, p. 803-807.

46. Лихтер Ю.М., Конатантинов В.А., Онишков B.E. Применение тепловых насосов для отопления и вентиляции промышленных зданий химической промышленности. //Химическая промышленность, 1987, №6, с. 58-59.

47. С. G., L. V. Drop in replacement of R22 in heat pumps used for district heating -influence of equipment and property limitations. // Int. J. Refrig. 2001, v. 24, №7, p. 660-675.

48. Манасян Ю.Г. Судовые термоэлектрические устройства и установки. // Л.: Судостроение, 1968, 286 с.

49. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. //Л.: Наука, 1967 142 с.

50. Коганов М.А., Прнвин М.Р. Термоэлектрические тепловые насосы. // JL: Энергия, 1970, 176 с.

51. Михеев В.Ф. Теоретическое и экспериментальное исследование полупроводниковых тепловых насосов типа «воздух - воздух» с промежуточными чеплоснимателями. // Саратов, 1973, 24 с.

52. Котырло Т.К., Лобунец Ю.Н. Расчёт и конструирование термоэлектрических генераторов и тепловых насосов. // Киев: Паукова думка, 1980, 327 с.

53. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А., и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. // М.: Химия, 2000, 1760 с.

54. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. //М: Химия, 1961,410 с.

55. New energy conservation technologies and their comercialisation. // Proc. of an intern, conference. Berlin, 6- 10 April, 1981, p. 1161.

56. Pierc J., Byrnes D. Mechanical vapor compression reduces steam consumption by 80%. // Chem. Process. (USA), 1981, v. 44, №6, p. 39 - 40.

57. Carr J., Bacchetti J. A. Vapor recompression evaporator halves plant steam load. // Chem. Process. (USA), 1983, v. 46, №46, p. 80 - 81.

58. Beesley A.N., Rhincsmith R.D. Energy conservation by vapor compression evaporation. // Chem. Eng. Progr., 1980, v. 76, №8, p. 37-41.

59. Franzen P. Mehrstufige Verdampfaranlage mit Kombiniertem Brudsverdichter und Warmetransformator zur Ruckgevinnung der in den Bruden elthaltenden Warme. //ФРГ. 05.11.81. naieHT№3016406, (B 01 D 1/28, В 01 D 1/26).

60. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Компенсирующий тепловой насос в химико-технологических процессах. // Химическая промышленность, 2000, № 9, с. 454 - 462.

61. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. Оптимизация полного теплового насоса в процессах химической технологии. //Химическая промышленность, 2001, № 1, с. 18-27.

62. Захаров М.К., Носов Г.А., Айнштейн В.Г. Тепловые насосы в тепло- и массообменных процессах. // Химическая технология, 2001, № 10, с. 38 - 47.

63. Захаров M.К., Носов Г.А., Мясосдеиков В.М. Применение тепловых насосов в процессах химической технологии. //Учёные записки МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2002, Вып. 6, с. 55-63.

64. Захаров М.К. Сравнение эффективности применения различных вариантов теплового насоса. // Химическая промышленность, 2002, №8, с. 10-16.

65. Bonnemay Alain Procédé de distillation de l'alcool comporrtant l'utilisation d'une pompe a chaleur et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. // Commissariat a l'energie atomique, Заявка 2482979, Франция, Заявл. 22.05.80, №8011444, опубл. 27.11.81, (MKU С 12 F 1/02).

66. Quadri G.P. Use heat pump for P - P splitter. Part 2 - Process optimization. // "Hydrocarbon Process.", 1981, №3, p. 147-151.

67. Brousse E., Capucci A., Claudel В., Stamatopoulos A., Wang S.Y. Système colonne â distiller - pompe a chaleur a recompression directe des vapeurs. // Rev. gén. therm., 1982, v. 21, №246-247, 509-519, p. 482.

68. Smith I.E. Application and efficiency of pump systems. // Proc. of the 4-th intern, conference. Berlin, 1-3 October, 1991, p. 189.

69. Carl D., Spangler Jr. Heat pump fractionation process. // US.7.07.81. Patent №4 277268, (B 01 D 3/14).

70. Eisa M.A.R., Best R., Diggory P.J., Holland F.A. Heat pump assisted distillation. V: A feasibility study on absorption heat pump assisted distillation systems. // Int. J. Energy Res., 1987, v. 11, №2, p. 179-191.

71. Omideyi Т.О., Parande M.G., Kasprzycki J., Devotta S. The economies of heat pump assisted distillation systems III. A comparative analysis on three alcohol mixtures. // J. Heat Recov. Syst., 1984, v. 4, №4, p. 281-286.

72. O'Neill P.S., Wisz M.W., Ragi E.G., Page E.H., Antonelli R. Vapor recompression systems with high efficiency components. // Chem. Eng. Progr., 1985, v. 81, №7, p. 57-62.

73. Watson W., Keith R. Distillation Employing Heat Pump. // Пат.4345971, США. Заявл. 13.03.80, №130143, опубл.24.08.82, (MKU С 02 F 1/04 I1KU 202/177).

74. Glenchur Thomas, Govind rakesh study on a continuous heat integrated distillation column. // Separ. Sci. and Technol., 1987, v. 22, №12, p. 2323-2338.

75. Сажин B.C., Сажии В.Б. Научные основы техники сушки. // М.: Наука, 1997, 393 -398 с.

76. Гузев О.Ю., Гончарова С.В. Применение технологии тепловых насосов в процессах сушки биоматериалов. // Успехи в химии и химической технологии, 2005, т. 19, №1, с. 85-87.

77. Chua K.J., Chou S.K., Но J.С., Hawlader M.N.A. Heat pump drying: Recent developments and future trends. // Drying Technol, 2002, v. 20, №8, p. 1579-1610.

78. Alves F. O. Combined innovative heat pump drying technologies and new cold extrusion techniques for production of instant foods. // Drying Technol., 2002, v. 20, №8, p. 1541-1557.

79. Чайчепец H.C., Тауасаров Ш.Ч. Сушка термолабильных материалов с применением теплового насоса. // «Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и кондиционирования воздуха», JL, 1983, с. 121-125.

80. Sylla R., Abas S., Tai К, Devota S., Watson F., Holland F., The potential for heat pump in drying technol.// Drying Technol., 1998, v. 16, №1 - 2, p. 235 - 250.

81. Крестов И.Т., Ряховский Ю.В., Шевцов С.А. Управление теплонасоспой сушильной установкой с рекуперацией тепла влажного продукта. // Известие вузов «Пищевая технология», 2000, № 4, с.72 - 76.

82. Jia X. Mathematical and experimental modeling of heat pump assisted microwave drying. // Drying Technol., 1993, v. 11, №4, p.851-854.

83. Klocker K., Schmidt E.L., Steimle F. A drying heat pump using carbon dioxide as working fluid. // Drying Technol, 2002, v. 20, №8, p. 1659-1671.

84. Zupanec J., Golob J., Knez Z. Potential use of a heat pump in a plant material drying process. // Vestn. Sloven. Kem drus., 1989, v. 36, №2, p. 215-222.

85. Abrarahamsson K., Stenstrom S., Aly G., Jernqvist A. Application of heat pump systems for energy conservation in paper drying. // Int. J. Energy Res., 1997, v. 21, №7, p. 631-642.

86. Поймапов В.В. Создание оборудования для вакуум - сублимационной сушки на базе термоэлектрических тепловых насосов. // Материалы науч. конф., Воронеж: Изд-во ВГТА, 1999, с. 154.

87. Vázquez G., Chenlo F., Moreira R. и др. Grape drying in a pilot plant with a heat pump. // Drying Technol., 1997, v. 15, №3-4, p. 899-920.

88. Mulliny W. Crystallization. // Oxford: Heinemann, 2001, 594 p.

89. Матусевич JI.H. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. / / М.: Химия, 1968, 304 с.

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

91. Касымбеков Б.А. Фракционная кристаллизация. // М.: Руда и металлы, 2002, 160 с.

92. Sakashita S., Fujii М., Ohji К. and other. Continuous crystallization system using a heat pump for the sugar refinery. I. Energy saving system. // Int. Sugar J., 1998, v. 100, №1189, p. 35.

93. Носов Г.А., Мясоеденков B.M., Бангура Наби Лай. Разработка процесса выпарной кристаллизации с использованием тепловых насосов // Тезисы межд. конф. «Кинетика и механизм кристаллизации», Иваново, 2000, с. 125 -126.

94. Носов Г.А., Мясоеденков В.М., Косымбеков Б.А., Бангура Наби Лай. Выпарная кристаллизация веществ из водных растворов с использованием различных тепловых насосов. // Тезисы докладов научной конференции «Тепло- и массообменные химические технологии»: Казань, 2000: Из-во Казанск. Гос. Технол. Ун-та, 2000, с. 156-157.

95. Носов Г.А., Кесояп Г.А, Мясоеденков В.М., Лай бенгури Наби. Кристаллизация веществ из растворов с использованием тепловых насосов. // Тезисы межд. конф., «Инженерная защита окружающей среды», Москва, МГУИЭ, 2002, с. 201-204.

96. Носов Г.А., Кесоян Г.А, Мясоеденков В.М., Лай бенгури Наби. Выпарная кристаллизация с использованием теплового насоса. //Химическая технология, 2002, № 5, с. 32-35.

97. Наби Лай Бангура. Выпарная кристаллизация веществ из водных растворов с использованием тепловых насосов: Дис. к-та техн. наук. МИТХТ им. М.В. Ломоносова, М., 2002.

98. Мясоеденков В.М., Носов Г.А. Выпарная кристаллизация с использованием парового инжектора. // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2006, т.1, № 2, с. 67-71.

99. Мясоеденков В.М., Носов Г.А. О некоторых путях снижения энергоёмкости процессов разделения. // Тезисы межд. конф. по химической технологии, Москва, 2007, т.2, с. 101 - 104.

100. Мясоеденков В.М., Носов Г.А., Захаров М.К., Уваров М.Е. Кристаллизация веществ с использованием тепловых насосов. // Тезисы межд. форума по тепло- и массообмену, Минск, 2008, т.2, с. 422 - 424.

101. Мясоеденков В.М., Носов Г.А. Кристаллизация веществ из водных растворов с использованием тепловых насосов. // Тезисы межд. конф. «Наукоёмкие химические технологии», Самара, 2006, т.2, с. 200 - 201.

102. Носов Г.А., Мясоеденков В.М., Бангура Н.Л. Вакуумная кристаллизация с тепловым насосом. // Деп. в ВИНИТИ, 28.11.2000, №3027 - В00, с. 10.

103. Носов Г.А., Мясоеденков В.М., Али Кхафи и др. Адиабатная кристаллизация с использованием теплового насоса. // Химическая технология, 2004, №3, с. 35-40.

104. Мясоеденков В.М., Носов Г.А., Бангура Наби Лай Оценка эффективности адиабатой кристаллизации с использованием теплового насоса. // Химическая технология, 2004, №4, с. 36-47. •

105. Носов Г.А., Мясоеденков В.М. Контактная кристаллизация веществ из водных растворов с использованием теплового насоса. // Химическая технология, 2006, №1, с. 32-36.

106. Мясоедепков В.M., Носов Г.А., Разина М.Н. Фракционное плавление с использованием теплового насоса. // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2007, т.2,№1, с. 18-25.

107. Мясосденков В.М., Носов Г.А., Хайбулипа Е.М., Уваров М.Е. Противоточная кристаллизация с тепловым насосом. // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2007, т.2, № 6, с. 75 -83.

108. Мясоеденков В.М., Хайбулина Е.М. Эффективность использования теплового насоса в установке противоточной кристаллизации с питанием в центр. // Успехи в химии и химической технологии, 2010, т.24, с. 106 - 110.

109. Хайбулина Е.М., Мясоеденков В.М. Влияние агрегатного состояния исходной смеси на эффективность использования теплового насоса в схеме колонного кристаллизатора с центральным питанием. // Тезисы межд. конф. «Наукоёмкие химические технологии», Суздаль, 2010, с. 43.

110. Носов Г.А., Казеева Н.И. Снижение энергоёмкости химико -технологических процессов в результате применения абсорбционных термотрансформаторов. // Тезисы межд. конф. «Наукоёмкие химические технологии», Волгоград, 2008, с. 286 - 287.

Ш.Гузев О.Ю., Гончарова C.B. Применение технологии тепловых насосов в процессах сушки биоматериалов. // Успехи в химии и химической технологии, 2005, 19, №1, с. 85-87.

112. Горштейн Г.И. Циклы однократной кристаллизации. // Труды ИРЕА, 1951, Вып.20. с. 64-77.

113. Горштейн Г.И. Циклы многократной кристаллизации. // Труды ИРЕА, 1951, Вып.20., с. 96-109.

114. Алексеев П.Г., Захаров М.К. Методические указания к курсовому проектированию прямоточных многокорпусных выпарных установок с равными поверхностями нагрева. // МИТХТ им. М.В. Ломоносова, Москва, 1999, с.З.

115. Павлов К.Ф., Романков II.Г., Носков A.A. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. // Л.: Химия, 1987, 535с.

116. Чернобыльский И.И., и др. Машины и аппараты химических производств. // М.: Машиностроение, 1975, 456с..

117. Носов Г.А., Уваров М.Е., Мясоеденков В.М. Перекристаллизация веществ из растворов с применением теплового насоса. // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2009, т.4, №1, 64с.

118. Шмуйлов Н.Г. Абсорбционные водоаммиачные холодильные и теплонасосные машины. // М.: ЦИПТИХИМНЕФТЕМАШ, 1987, 36с.

119. Уваров М.Е., Носов Г.А., Мясосденков В.М. Очистка веществ путём перекристаллизации из растворов с использованием теплового насоса. // 2 Молодёжная научно-техническая конференция Наукоёмкие химические технологии, тезисы докладов, Москва, 2007, 14с.

120. Уваров М.Е., Носов Г.А. Возможные пути снижения энергетических затрат при очистке веществ методом перекристаллизации. // Сборник научных трудов «Успехи в химии и химической технологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, М., 2009, т.23, №7, с.85 - 90.

121. Гельперин H.H., Шур В.А. Оценка условий эффективности применения выпарных установок с тепловым насосом. // Хим. пром. 1985, №8, 38 - 42с.

122. Справочник химика. //М.: Химия, 1965, т.З, 1003 с.

123. Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. // М.: Химия, 1968, 304 с.

124. Варграфтик Н.Б. Справочник по теплофизичсским свойствам газов и жидкостей. // М.: Наука, 1972, 362 с.

125. Серебряников H.H. Теплофикация Москвы. // М.: Энергия, 1980, 152 с.