Разработка энергосберегающих вариантов разделения смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Михайлов Михаил Владимирович

• Михайлов Михаил Владимирович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Михайлов Михаил Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Глава 1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВОПРОСАМ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ПУТЕМ СОЧЕТАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАССОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1 Основные особенности сопряженных процессов

1.2 Разделение и очистка смесей путем сочетания различных массообменных процессов

1.3 Способы повышения эффективности сопряженных процессов

1.4 Тепловые насосы и другие преобразователи тепловых потоков

1.5 Оценка энергоэффективности установок с использованием тепловых насосов

1.6 Использование тепловых насосов при проведении химико-технологических процессов

1.7 Выводы

Глава 2 РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ ПУТЕМ СОЧЕТАНИЯ ПРОЦЕССОВ РЕКТИФИКАЦИИ И ФРАКЦИОННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

2.1. Схемы разделения и их описание

2.2. Расчетные зависимости для основных вариантов разделения

2.3. Анализ влияния параметров на процесс разделения

Глава 3 РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ПОТОКАМИ

3.1. Схемы разделения и их описание

3.2. Расчетные зависимости

3.3. Анализ влияния параметров на процесс разделения

Глава 4 РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ЗАКРЫТОГО ТИПА

4.1. Схемы разделения и их описание

4.2. Расчетные зависимости

4.3. Анализ влияния параметров на процесс разделения

4.4. Сравнение вариантов разделения

Глава 5 РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ОТКРЫТОГО ТИПА

5.1. Схемы разделения и их описание

5.2. Расчетные зависимости

5.3. Анализ влияния параметров на процесс разделения

5.4. Сравнение вариантов разделения

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка энергосберегающих вариантов разделения смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одной из важных задач химической технологии является снижение энергоемкости проводимых реакционных и массооб-менных процессов. Одним из путей решения этой задачи является более рациональное использование низкопотенциальных источников тепловой энергии (теплоты, отводимых хладагентов, конденсатов, вторичных паров, дистиллятов, отработанных сушильных агентов, растворителей, экстрагентов, сорбентов и др.). Частично эту задачу можно решить, организуя рекуперативный теплообмен между подводимыми, отводимыми и рециркулирующи-ми потоками. Однако из-за низкой разности температур потоков часто эффективность рекуперативного теплообмена мала, а при отрицательной разности температур потоков рекуперативный теплообмен вообще становится невозможным. В результате этого теряется громадное количество тепла. Проблему рационального использования низкопотенциальных тепловых источников в ряде случаев удается решить путем использования тепловых насосов, с помощью которых можно изменять в нужном направлении температурные потенциалы различных потоков.

Снижение энергетических затрат особенно актуально при применении различных комбинированных, а также многостадийных процессов разделения, что связанно с необходимостью нагрева и охлаждения потоков, передаваемых с одной стадии разделения на другую.

Целью работы является разработка и исследование энергосберегающих вариантов разделения бинарных эвтектикообразующих смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации с использованием парокомпрессионных тепловых насосов.

Задачи исследования

1. Разработка возможных схем разделения смесей с организацией рекуперативного теплообмена, а также схем, в которых для изменения темпера-

турных потенциалов потоков используются парокомпрессионные тепловые насосы.

2. Теоретический анализ исследуемых комбинированных процессов.

3. Установление наиболее эффективных вариантов разделения и параметров их проведения.

Объекты исследования. Сопряженные (комбинированные) процессы разделения органических и водно-органических смесей основанные на сочетании ректификации и фракционной кристаллизации с применением рекуперативного теплообмена между рециркулирующими потоками и тепловых насосов открытого и закрытого типа.

Область исследования соответствует паспарту специальности ВАК РФ 05.17.08. - «Процессы и аппараты химической технологии» : «Методы изучения химических процессов и аппаратов, совмещенных процессов» и «Принципы и методы синтеза ресурсосберегающих химико-технологических систем с оптимальными удельными расходами сырья, топливо-энергетических ресурсов и конструкционных материалов».

Методы исследования

При выполнении диссертационной работы были использованы фундаментальные закономерности протекания рассматриваемых процессов. Их теоретическое описание базируется на совместном рассмотрении уравнений материального и теплового балансов с учетом специфики равновесия фаз и теплофизических свойств разделяемых смесей. Расчетно-вычислительные эксперименты выполнялись с использованием современных программных комплексов.

Научная новизна

1. Выявлены 23 варианта процесса разделения бинарных эвтектикооб-разующих смесей при сочетании процесса ректификации с одной или двумя стадиями кристаллизации при применении рекуперативного теплообмена, а также с использованием компрессионных тепловых насосов для изменения температурных потенциалов рециркулирующих потоков.

2. Для всех разработанных схем получены уравнения для расчета материальных и тепловых потоков, а также зависимости для оценки энергетической эффективности разделения.

3. В результате исследования влияния основных технологических параметров (состава исходной смеси, температуры фракционирования, концентрации легколетучего компонента в дистилляте и кубовом остатке и др.) на выходные показатели разделения установлены условия проведения сопряженного процесса с минимальными энергетическими затратами.

4. Проведено сопоставление различных вариантов разделения между собой с целью установления оптимальной организации материальных и тепловых потоков.

Практическая значимость работы

1. Предложенные варианты комбинированных процессов могут быть использованы не только для разделения эвтектикообразующих смесей, но и смесей с другими типами диаграмм равновесия фаз.

2. Результаты проведённых исследований могут быть использованы для разработки технологии разделения целого ряда промышленных смесей.

3. Показано, что при проведении комбинированных процессов тепловые насосы позволяют в 1,5-3,5 раза уменьшить затраты энергии на процесс разделения и повысить его технико-экономические показатели.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработанные варианты осуществления процессов разделения смесей при комбинации ректификации и фракционной кристаллизации с применением парокомпрессионных тепловых насосов.

2. Теоретические зависимости для расчета материальных балансов и потоков тепла, соответствующих стадий разделения, а также для оценки энергоэффективности предложенного комбинированного разделения.

3. Результаты проведенных исследований влияния основных технологических параметров на энергетическую эффективность разработанных вариантов разделения.

4. Результаты сопоставления различных вариантов между собой с целью определения оптимального режима проведения комбинированного процесса разделения с использованием парокомпрессионных тепловых насосов.

Степень достоверности полученных результатов, проведенных исследований не вызывают сомнений, поскольку для решения поставленных задач в работе использованы фундаментальные положения теории процессов ректификации, кристаллизации и адекватные методы математического описания тепловых и массообменных процессов.

Апробация работы. Различные аспекты результатов диссертационной работы докладывались на IX Международной научно-практический конференции «Современное состояние и перспективы инновационного развития нефтехимии» (Нижнекамск, 2016); Международной научно-технической конференции, посвящённой 105-летию со дня рождения А. Н. Плановского «Повышение эффективности процессов и аппаратов в химической и смежных отраслях промышленности» (Москва, 2016); XVI Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2016» (Москва, 2016); IV Международной научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Энергосбережение и эффективность в технических системах» (Тамбов, 2017); У1-ом Международном научно-техническом Симпозиуме «Современные энерго- и ресурсосберегающие технологии СЭТТ - 2017. Первые международные Косыгинские чтения» (Москва, 2017).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 3 научные статьи в российских научных рецензируемых журналах и изданиях, включенных в перечень ВАК при Минобрнауки РФ; 2 статьи и 3 тезиса докладов в материалах российских и международных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы, включающего 180 наименований, и приложений. Работа изложена на 180 страницах, включая приложения - 8 страниц, содержит 78 рисунков и 3 таблицы.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А - компонент смеси с меньшей температурой кипения; К - поток кристаллической фазы; М - поток маточника; П - поток дистиллята;

а - мольная концентрация легколетучего компонента;

В - компонент смеси с большей температурой кипения;

Вн - расход условного топлива при использовании теплового насоса;

Во - расход условного топлива на проведение обычного процесса разделения;

Ьт - удельный расход условного топлива на производство тепловой энергии;

Ьэ - удельный расход условного топлива на производство электрической

энергии;

с - удельная теплоемкость;

В - пары дистиллята;

F - поток исходного раствора;

Оп - поток промежуточного теплоносителя;

I - энтальпия потока;

т - мольная масса;

N - мощность компрессора теплового насоса; пт - относительный расход условного топлива; р - давление паров смеси, теплоносителя; Q - количество тепла;

^к - количество тепла, выделяющегося при конденсации паров дистиллята; QкА, Qкв - количество тепла, отводимого на стадиях кристаллизации компонента А и В;

Qкн - количество тепла, выделяющегося в конденсаторе теплового насоса; QкУБ - количество тепла, подводимого к кубу ректификационной колонны; Qн - количество тепла, подводимое на стадии нагрева; Qoтв - количество тепла, отводимое в компенсирующем теплообменнике;

Qo - количество тепла, отводимое на стадии охлаждения;

Оп - количество тепла, затрачиваемое на испарение теплоносителя;

Я - флегмовое число;

г - теплота испарения;

гк - теплота кристаллизации;

t - температура в градусах Цельсия;

Ы - температура кипения;

Ы - температура ликвидуса;

tм - температура маточника;

Ы - температура дистиллята;

tфА - температура кристаллизации компонента А;

tфв - температура кристаллизации компонента В;

tЕ - температура эвтектики смеси;

tF - температура исходной смеси;

^ - температура объединённого потока;

tw - температура кубового остатка;

V - объединённый поток;

Ж - поток кубового остатка;

х - массовая концентрация;

Уп - концентрация легколетучего компонента в парах дистиллята; вк - доля конденсирующихся паров;

ей - коэффициент преобразования энергии тепловым насосом; Пад, Пм - адиабатический и механический КПД компрессора теплового насоса;

(г - коэффициент избытка флегмы; у - доля испарения.

А - низкокипящий компонент; К - кристаллическая фаза; М - маточник; П-дистиллят;

Индексы:

В - высококипящий компонент; В - пары дистиллята; Е - эвтектика; F - исходная смесь; V - объединённый поток; Ж - кубовый остаток.

ДВ - дроссельный вентиль; К - конденсатор; Кр - кристаллизация; П - подогреватель;

Стадии, аппараты:

РК - ректификационная колонна; С - сепарация, фильтрация; Т - теплообменник; ТК - компрессор.

Глава 1

АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВОПРОСАМ

РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ПУТЕМ СОЧЕТАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МАССОБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

1.1 Основные особенности сопряженных процессов

Использование двух или нескольких массообменных процессов в одной технологической схеме обычно влечет за собой довольно большое количество возможных вариантов разделения. Это объясняется большим разнообразием диаграмм равновесия фаз и значительным числом сочетаний различных процессов, а также возможностью применения нескольких вариантов разделения для одних и тех же смесей [1-3].

Для разработки сопряженных процессов разделения необходимо выполнить ряд задач [1]:

1. Синтез (выявление) возможных вариантов разделения рассматриваемых смесей.

2. Определение ограничивающих факторов при осуществлении разрабатываемых вариантов разделения.

3. Выбор критерия оценки их эффективности.

4. Исследование влияния технологических параметров и физико-химических свойств компонентов разделяемых смесей на параметры разделения, а также на их технико-экономические показатели.

5. Установление оптимальных условий разделения при заданном составе исходной смеси и ее параметрах.

6. Выбор оборудования.

Вариации методов разделения смесей обусловлены их физико-химическими свойствами, составами, а также особенностями диаграмм равновесия фаз. Эти условия определяют организацию процесса разделения, который может состоять из одного массообменного процесса или различных их комбинаций.

Для того чтобы провести сравнение различных вариантов разделения необходимо определить критерии их эффективности. В качестве них могут выступать разные технологические и экономические параметры. Для оценки эффективности применяются следующие параметры [1-4]:

- коэффициенты (степень) извлечения компонентов из исходной смеси;

- максимально получаемые концентрации целевых продуктов;

- удельные энергетические затраты;

- приведенные затраты на единицу массы разделяемой смеси или целевых продуктов;

- эксергетические и другие критерии оценки эффективности.

Стоит указать, что вышеперечисленные критерии не являются универсальными из-за того, что любой из них имеет индивидуальные недостатки [2]. Например, коэффициент извлечения хорошо характеризует эффективность использования сырья и выход продуктов разделения, но он не позволяет говорить о качестве получаемых продуктов и об экономических и энергетических затратах, связанных с проведением рассматриваемых вариантов разделения. Эксергетические критерии оценки эффективности вариантов разделения говорят лишь об использовании движущей силы процессов. На данные момент для оценки эффективности различных процессов разделения широко используются приведенные или удельные энергетические затраты [2]. При этом обычно устанавливаются специальные требования к качеству и составу получаемых продуктов.

Для того чтобы установить основные закономерности процессов разделения и определить лимитирующие факторы массообменных процессов, проводится анализ влияния технологических параметров на эффективность процесса разделения конкретных компонентов. Примерами этих параметров являются: состав исходных смесей, температура, давление, соотношение смешиваемых потоков, удельные расходы растворителей или сорбентов и т.д.

[1-4].

Обычно технологические параметры можно разделить на две условные группы [1, 2]:

- внутренние параметры, влияющие на ход процесса разделения бинарных смесей отдельных стадий;

- внешние или переходные параметры, с которыми потоки поступают на соответствующие стадии разделения.

Внешними параметры, в первую очередь, являются параметры исходных смесей и вспомогательных веществ, направляющихся на разделение. При этом за отдельные стадий сопряженного процесса отвечают внутренние параметры, определяющие ход процесса разделения и его показатели. В свою очередь, параметры рециркулирующих потоков (температура, концентрации и расходы и т.д.) являются переходными.

Определение оптимального варианта разрабатываемых сопряженных процессов разделения, как правило, выполняется в последовательности [2]:

1. Устанавливают все возможные варианты для разделения рассматриваемой смеси.

2. Выявляют технологические параметры, влияющие на разделение.

3. Производят выбор критериев оценки эффективности и устанавливают зависимость этих критериев от внутренних и внешних параметров разделения.

4. Для каждого из возможных вариантов разделения устанавливают оптимальные параметры.

5. Сопоставляя показатели разработанных вариантов, определяется оптимальный вариант разделения.

Стоит отметить, что значительное влияние на выбор оптимального варианта разделения используемых веществ часто оказывают требования к продуктам разделения и исходные данные разделяемых смесей. Установление оптимальных параметров разделения может быть произведено с помощью специальных расчетных программ. При этом подбор и расчет необхо-

димого оборудования производится на финальной стадии при проектировании конкретного производства.

Необходимо подчеркнуть, что на сопряженные процессы разделения длительное время никто не обращал пристального внимания, хотя они во многих случаях применяются в химической и других отраслях промышленности [6-13]. Одна из первых статей [5], направленная на исследование разделения смесей совмещением процессов ректификации и фракционной кристаллизации, была опубликована в Германии Класеном в 1967 г. В данной статье были отмечены специфика и преимущества такого разделения.

1.2 Разделение и очистка смесей путем сочетания различных массооб-

менных процессов

Для разделения и очистки веществ от примесей применяются разнообразные массообменные процессы. Диапазоны заданного разделения возможно существенно расширить при использовании сопряженных способов разделения, когда в одной технологической схеме сочетаются несколько массооб-менных процессов. Рассмотрим наиболее широко распространенные варианты сопряжённого разделения смесей.

Сочетание процессов ректификации и кристаллизации

Как и в большинстве случаев комбинированных процессов, разделение смесей с помощью ректификации и фракционной кристаллизации имеет большое количество вариантов организации [1-5, 14-19].

На рис.1.1 изображены некоторые из них на диаграммах равновесия фаз. А именно, на рис.1.1, а представлен процесс разделения бинарной эвтек-тикообразующей смеси, состоящей из компонентов А и В, при сочетании процессов ректификации и одной стадии фракционной кристаллизации. При этом исходная смесь ^ в которой концентрация х^ компонента А выше эвтектической хе, первоначально направляется в кристаллизатор КрА, где производится снижение температуры до 1фа, в результате чего происходит образование кристаллов, обогащённых компонентом А.

Рис. 1.1. Некоторые варианты разделения бинарных смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации.

Кристаллическая фаза КА отбирается в качестве одного из целевых продуктов, а маточник Ма направляется в ректификационную колону. При ректификации маточника Ма получается кубовый остаток Ж, обогащённый компонентом В, и дистиллят П, который возвращается на стадию кристаллизации. Таким образом, при такой организации целевой продукт КА отбирается со стадии кристаллизации, а другой продуктовый поток Ж с куба ректификационной колонны.

На рис.1.1, б представлен вариант разделения эвтектикообразующих смесей при комбинации ректификации и двух стадий кристаллизации. В свою очередь процесс ректификации применяется в большинстве случаев для перехода через эвтектическую точку Е, а целевые продукты отбираются со стадий кристаллизаций. В этом случае исходная смесь F с содержанием хб>хе вещества А поступает в кристаллизатор КрА, где осуществляется снижение ее температуры до /фа. В следствии чего получаются кристаллы Ка и маточник Ма. Последний объединяется с маточником со второго кристаллизатора Мв и смешиваясь в объединенный поток М^ = Ма + Мв направляется в ректификационную колонну. В процессе ректификации образуется дистиллят П, который возвращается в кристаллизатор КрА, где осуществляется кристаллизации компонента А, а поток кубового остатка Ж поступает в кристаллизатор КрВ, где происходит кристаллизации компонента В, при этом значение его температуры снижается до /фв. В случае если содержание легколетучего компонента в сырьевой смеси хб<хе, то ее подача осуществляется в кристаллизатор Крв. Кроме того, в рамках рассматриваемого варианта разделения исходную смесь F сразу можно подавать в ректификационную колонну.

Комбинацию процессов ректификации и фракционной кристаллизации целесообразно применять при разделении азеотропобразующих смесей. На рис.1.1, в изображен один из возможных вариантов организации разделения таких смесей. При его осуществлении целевой продукт, состоящий в основном из компонента В, отбирается со стадии кристаллизации, а другой про-

дукт, состоящий в основном из компонента А, со стадии ректификации в качестве дистиллята П.

На рис.1.1, г представлен вариант разделения азеотропобразующей смеси, при этом в процессе ее кристаллизации происходит образование непрерывного ряда твердых растворов. Здесь фракционная кристаллизация используется для перехода через азеотропную точку. При таком варианте необходимо две стадии ректификации с отбором целевых продуктов в виде кубовых остатков Ж а и Жв.

Выбор того или иного варианта разделения в значительной мере зависит от физико-химических и теплофизических свойств разделяемых смесей, их составов, требований к продуктам разделения, удельных энергетических затрат и ряда других факторов [1-3]. В частности, возможность использования конкретного варианта разделения зависит от вида диаграмм равновесия «жидкость - пар» и «жидкость - кристаллическая фаза», относительной летучести компонентов, коэффициентов распределения компонентов, а также от наличия и положения особых точек на диаграммах равновесия фаз. Методики подбора оптимальных параметров такого сопряженного процесса описаны в работах [1 -3].

Особенности закономерностей разделения различных бинарных смесей при комбинации процессов ректификации и кристаллизации были рассмотрены в работах [4, 14-19]. Сопряжение процессов ректификации и кристаллизации позволяет разделять не только бинарные смеси, но и тройные, а также более сложные смеси [4, 20].

Для оценки энергетических затрат при проведении описанного комбинированного процесса разделения можно использовать следующие уравнение [15, 16]

Эб=Эр + ЭкА + ЭкВ + Эы + Эо + Эт, (1.1)

где Эр, Эка, Экв - энергетические затраты стадий ректификации и кристаллизации; Эы, Эо - затраты энергии, связанные с нагревом и охлаждением потоков; Эт - затраты энергии на транспортирование потоков.

Эти затраты энергии, как и для большинства сопряженных процессов, получаются из решения уравнений тепловых и материальных балансов соответствующих стадий разделения [1-3, 14, 15-18]. Уравнение (1.1) позволяет проанализировать влияние различных технологических параметров на энергетическую эффективность различных вариантов разделения и установить оптимальный вариант разделения.

Приведенные и энергетические затраты, требующиеся на осуществления описанных выше способов сопряженного разделения, могут быть в значительной мере снижены при применении рекуперативного теплообмена между входящими, выходящими и рециркулирующими потоками, а также при интеграции тепловых насосов на различные стадии комбинированного процесса [1, 14, 16]. Так, теплоту отводимых потоков стадии ректификации можно использовать для нагрева исходной смеси и рециркулирующих маточников. Применяя тепловые насосы, можно теплоту паров, отводимых из ректификационной колонны, использовать для обогрева куба колонны.

Интересно, что при проведении сопряженного кристаллизационно-ректификационного процесса в ряде случаев можно производить процесс разделения без использования дефлегматора, а в качестве флегмы можно использовать маточник одной из стадий кристаллизации [14]. Вопрос заключается в том, выгодно ли это для конкретных параметров разделения.

Сочетание процессов дистилляции и кристаллизации

Процесс дистилляции может быть как непрерывным, так и периодическим [2]. В свою очередь, фракционную кристаллизацию, как и процесс дистилляции, возможно проводить в качестве однократного, многостадийного и противоточного процесса [1, 3].

Разберем комбинацию непрерывных процессов дистилляции и фракционной кристаллизации для разделения бинарных эвтектикообразующих смесей, состоящей из компонентов А и В, которые взаимно не растворимы в твердом состоянии. Стоит отметить, что из-за наличия на диаграммах равновесия фаз таких смесей точек эвтектики невозможно осуществить их разде-

ление на чистые компоненты с использованием только одного массообмен-ного процесса [1, 3]. В то же время, совмещение процессов дистилляции и кристаллизации в рамках одной технологической схеме позволяет осуществить последовательное разделение смеси на две фазы, обогащенные компонентами А и В, и выделить эти компоненты в достаточно чистом виде. Это представляется важным в связи с тем, что смеси эвтектического типа широко распространены в химической промышленности [4, 14, 21-23, 148].

В качестве граничных условий при расчетах совмещенного процесса принимается, что на стадиях дистилляции и кристаллизации выполняется полное равновесие фаз, а при сепарации осуществляется полной разделение фаз друг от друга.

Комбинация вышеуказанных процессов разделения имеет шесть основных вариантов организации [4, 14, 22, 23]. На рис. 1.2, а исходная смесь Г, имеющая значение концентрации х?, направляется в дистиллятор Д, где она подогревается до температуры Ы, за счет чего производится ее частичное испарение. Полученная при этом гетерогенная смесь П и Ж направляется на стадию С для сепарации, где паровая фаза П отделяется от жидкой фазы Ж. Изображение такого процесса разделения отражено на рис. 1.2, б.

После стадии сепарации пары П конденсируются и направляются в кристаллизатор КрА, где происходит процесс кристаллизация при температуре tфА. При этом образуются кристаллы Ка, представляющие собой компонент А, и маточник Ма с концентрацией хма. Последний направляется обратно в дистиллятор Д, а твердая фаза Ка отбирается в виде целевого продукта. Отделенная при сепарации фракция Ж поступает в Крв, где образуются кристаллы, состоящих в основном из компонента В, и маточник Мв, имеющий концентрацию хмв. Твердая фаза Кв выступает в качестве второго продукта разделения, а маточник Мв возвращается на стадию дистилляции.

Причем в этом случае внутренними параметрами на стадиях кристаллизации являются температуры tфА и tфв, а на стадии дистилляции температура нагрева смеси Ы и давление р. В свою очередь концентрации хма, хмв, х?, xw

б \

ж xw

/в

^фв

кв

мв

м

а .

П, Уп

Ка —и

/а

?фа

В

хя

А

Рис. 1.2. Принципиальная схема разделения бинарной смеси путем сочетания процессов дистилляции и кристаллизации (а), а также его изображение на диаграммах равновесия фаз (б) (исходная смесь подается на стадию дистилляции).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Михайлов Михаил Владимирович, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Айнштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. - М.: Высшая школа. 2006. - 1760 с.

3. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов. -М.: Химия. 1975. - 352 с.

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

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

6. Позин М.Е. Технология минеральных солей. - Л.: Химия, 1974. - 791 с.

7. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. - М.: Химия. 1968. - 846 с.

8. Черножуков Н.И. Технология переработки нефти и газа. Т.3. - М.: Химия. 1966. - 360 с.

9. Беркман Б.Е. Промышленный синтез ароматических нитросоединений и аминов. - М.: Химия. 1964. - 544 с.

10. Сулимов А.Д. Выделение ароматических углеводородов из нефтяного сырья. Т.1. - М.: Госхимиздат. 1962. - 1068 с.

11. Сулимов А.Д. Производство ароматических углеводородов из нефтяного сырья. - М.: Химия. 1975. - 304 с.

12. Соколов В.З., Харлампович Г.Д. Производство и использование ароматических углеводородов. - М.: Химия. 1980. - 336 с.

13.Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов в химической промышленности. - М.: Химия. 1968. - 303 с.

14.Конде Шейк Мохамед. Разделение бинарных смесей путем сочетания процессов дистилляции, ректификации и фракционной кристаллизации. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 1992. - 202 с.

15. Козловский А.И. Исследование массовой фракционной кристаллизации органических смесей и ее сочетания с ректификацией. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 1971. - 150 с.

16.Карасев В.В. Разделение бинарных смесей методом сочетания процессов кристаллизации и ректификации. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 1977. - 145 с.

17.Гельперин Н.И., Носов Г.А. Разделение бинарных азеотропных смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации. // Химическая промышленность. 1979. С. 106-109.

18. Гельперин Н.И., Носов Г.А., Баншац Р.Ш. Разделение бинарных расслаивающих смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации. // Химическая промышленность. 1984. С. 38-40.

19.Макоткин А.В., Носов Г.А., Мясников С.К., Баншац Р.Ш., Касымбе-ков Б.А. Разделение смеси н-бутанол-вода путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации. - М.: Лакокрасочные материалы, 1984. - С. 69-70.

20.Носов Г.А., Бубенцов В.Ю. Разделение и очистка веществ сочетанием фракционной кристаллизации с другими массообменными процессами. // Химическая промышленность. 1995. С. 38-43.

21. Носов Г.А., Бубенцов В.Ю. Разделение и очистка веществ сочетанием фракционной кристаллизации с другими массообменными процессами. // Химическая промышленность. 1995. С. 38-43.

22. Носов Г.А., Мясоеденков В.М., Конде Ш.М. Разделение бинарных смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и однократной дистилляции. - М.: ОНИИГЭХИМ. 1991. 13 с.

23.Носов Г.А., Мясоеденков В.М., Конде Ш.М. Разделение бинарных смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и периодической дистилляции. // Химическая промышленность. 1991. С. 233-236.

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

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

26.Беркман Б.Е. Промышленный синтез ароматических нитросоединений и аминов. - М.: Химия. 1964. - 544 с.

27.Рудакова Н.Я., Тимошина А.В., Черепнева Е.И. Производство парафина. -М.: Гостоптехиздат. 1960. - 130 с.

28. Molinari J.G. The Proabd. // Refîner. Ind. Chem. 1961. V.37. №7. P. 323-326.

29. Thomas B.E., Molinari J.G. Refiner achieves the "impossible" in purity. // Process Eng. 1969. №4. P. 174-177.

30.Гельперин Н.И., Носов Г.А., Тихоненко Я.В., Федосеенкова Л.В. Исследование процесса фракционного плавления бинарных эвтектикообразующих смесей. В. кн.: Химия и технология неорганических производств. - М.: 1977. Т.7. Вып.1. - С. 154-157.

31. Гельперин Н.И., Носов Г.А., Хорошев В.И. Разделение смесей методом фракционного плавления под давлением. // Журн. ВХО им. Д.И. Менделеева. 1979. Т.24. №2. С. 207.

32. Гельперин Н.И. Носов. Г.А., Хорошев В.И. Исследование процесса разделения бинарных смесей методом фракционного плавления под давлением. // Хим. пром. 1980. №1. С. 37-39.

33. Хорошев В.И. Исследование процесса разделения бинарных смесей путем сочетания процессов «кристаллизация-плавление». Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 1981. - 147 с.

34. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Физико-химические основы процесса разделения смесей способами фракционного плавления. // Хим. пром. 1981. №11. С. 679-682.

35. Пап Л. Концентрирование вымораживанием. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982. - 97 с.

36. Акопян А.Р. Концентрирование водных растворов методом вымораживания. Дисс. канд. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 1992. - 181 с.

37. Носов Г.А., Михайлова Н.А. Концентрирование водных растворов методом контактного фракционного плавления. // Хим. пром. 1999. №9. С. 561-565.

38. Михайлова Н.А. Концентрирование водных растворов методом контактного фракционного плавления. Дисс. канд. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2001. - 180 с.

39. Бессонов А.А., Носов Г.А. Разделение веществ путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и фракционного плавления. // Успехи в химии и химической технологии. 2009. Т.23. №7. С. 75-80.

40. Носов Г.А., Бессонов А.А., Карасев В.В. Разделение бинарных смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и фракционного плавления. // Вестник МИТХТ. 2009. Т.4. №2. С. 22-28.

41. Бессонов А.А. Разделение бинарных смесей путем сочетания процессов фракционной кристаллизации и фракционного плавления. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2009. - 143 с.

42.Носов Г.А., Мустахимов Б.К., Мясоеденков В.М. Разделение веществ методом однократного фракционного растворения. // Химическая промышленность. 1993.С. 508-513.

43. Мустахимов Б.К. Разделение бинарных смесей путем сочетания процессов кристаллизации и растворения веществ. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1994, - 168 с.

44. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. - М.: Химия. 1966. - 724 с.

45.Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия. 1976. - 512 с.

46.Хванг С.Т., Канмермейер К. Мембранные процессы разделения. - М.: Химия. 1981. - 464 с.

47. Горелик А.Г., Амитин А.В. Десублимация в химической промышленности. - М.: Химия. 1986. - 272 с.

48. Носов Г.А., Копыл А.В. Фракционная десублимация бинарных смесей. // Сборник научных трудов «Процессы в дисперсных средах». Иваново. 1986. С. 25-28.

49. Ильяшенко В.М. Очистка веществ методом дистилляционного плавления. Дисс. канд. наук. М.: ИОНХ им. Н.С. Курнакова. 1990. - 179 с.

50.Гельперин Н.И. Тепловой насос. - Л.: Госнаучтехиздат, 1931, - 152 с.

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

52.Рей Д.А., Макмайкл Д. Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат, 1982, - 224 с.

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

54.Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. - М.: Машиностроение. 1972. - 72 с.

55.Амерханов Р.А. Тепловые насосы. - Энергоатомиздат. 2005. - 160 с.

56.Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. - М.: Энергоиздат. 1981. - 320 с.

57.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.

58.Thomson W. On the economy of the heating or cooling of building by means of currents of air // Proc. Glasgow Phil. Soc. 1852. V. 111. Р. 666-675.

59.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.

60. Васильев Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли.

- М.: Издательский дом «Граница». 2006. - 220 с.

61. Столяревский А.Я. Аккумулирование вторичной энергии. // Атомно-водородная энергетика и технология. 1982. Вып. 4. С. 60-125.

62.Петин А.Ю. Тепловые насосы в теплоснабжении. // Новости теплоснабжения. 2001. №11. С. 42-43.

63. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. - М.: «ВИЭН». 2004. - 448 с.

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

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

66.Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии.

- М.: Химия. 1981. - 812 с.

67.Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. - М.: Химия. 1972. - 196 с.

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

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

70.Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. - М.: Высшая школа, 1986.

- 344 с.

71.Бадылькес И.С. Рабочие вещества и процессы холодильных машин. - М.: Госторгиздат. 1962. - 282 с.

72. А.В. Быков, Э.М. Бежанишвили и др. Холодильные компрессоры: Справочник. - М.: Колос. 1992. - 304 с.

73. Перельштейн И.И., Нарушин Е.Б. Термодинамические и теплофизические свойства рабочих веществ холодильных машин и тепловых насосов. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1984. - 232 с.

74. Turchi E. Vacuum evaporation, when water waste equals zero// Water conditioning & Purification. 2004. Р. 14-16.

75.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. № 11. С. 106-110.

76. Craig M., Hales D., Acadia Heat pump. // Product & Technology Review. № 19. 2007. Р. 34-42.

77.Шмуйлов Н.Г. Абсорбционные водоаммиачные холодильные и теплона-сосные машины. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ. 1987. - 36 с.

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

79.Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы. - Астрахань: Издательство АГТУ. 1997. - 226 с.

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

81.Garimella S., Determan M. D., Meacham J. M., Lee S., Ernst T. C. Microchannel component technology for system-wide application in ammonia/water absorption heat pumps. // International Journal of Refrigeration. 2011. V.34. Issue 5. P. 1184-1196.

82.Olawale A.S., Adefila S.S. Improved energy efficiency in absorption heat pump through process modification. // Energy Conversion and Management. 1998. V.39. Issue 10. P. 1015-1044.

83.Mumah S.N., Adefila S.S., Arinze E.A. Properties generation procedures for first and second law analyses of ammonia-water heat pump system. // Energy Conversion and Management. 1994. V.35. Issue 8. P. 727-736.

84.Wang K., Abdelaziz O., Kisari P., Vineyard E. A. State-of-the-art review on crystallization control technologies for water/LiBr absorption heat pumps. // International Journal of Refrigeration. 2011. V.34. Issue 6. P. 1325-1337.

85.Xiaojing Y., Shijun Y., Huan Z. Economical Optimization for Double-stage LiBr Absorption Heat Pumps. // Physics Procedia. 2012. V.24. Part A. P. 114-121.

86.Mandani F., Ettouneyb H., El-Dessouky H. LiBr-H2O absorption heat pump for single-effect evaporation desalination process. // Desalination. 2000. V.128. Issue 2. P. 161-176.

87.Xu Z.Y., Wang R.Z., Xia Z.Z. A novel variable effect LiBr-water absorption refrigeration cycle. // Energy. 2013. V.60. P. 457-463.

88.Qua M., Abdelaziz O., Yin H. New configurations of a heat recovery absorption heat pump integrated with a natural gas boiler for boiler efficiency improvement. // Energy Conversion and Management. 2014. V.87. P. 175-184.

89.Wu W., You T., Wang B., Shi W., Li X. Simulation of a combined heating, cooling and domestic hot water system based on ground source absorption heat pump. // Applied Energy. 2014. V.126. P. 113-122.

90.Wu W., Wang B., Shi W., Li X. An overview of ammonia-based absorption chillers and heat pumps. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Volume 31. P. 681-707.

91.Palenzuelaa P., Roca L., Zaragoza G., etc. Operational improvements to increase the efficiency of an absorption heat pump connected to a multi-effect distillation unit. // Applied Thermal Engineering. 2014. V.63. Issue 1. P. 84-96.

92.Suna F., Fu L., Sun J., Zhang S. A new waste heat district heating system with combined heat and power (CHP) based on ejector heat exchangers and absorption heat pumps. // Energy. 2014. V.69. P. 516-524.

93.Jung C. W., An S. S., Kang Y. T. Thermal performance estimation of ammonia-water plate bubble absorbers for compression/absorption hybrid heat pump application. // Energy. 2014. V.75. P. 371-378.

94.Wang, Kai, Kisari, Padmaja, Abdelaziz, Omar. Testing of Crystallization Temperature of a New Working Fluid for Absorption Heat Pump Systems. // Conference: Road to Climate Friendly Chillers, Cairo, Egypt. 2010. Р. 54-67.

95. Helen Jarlros. Thermodynamic modeling of absorption heat pumps. // Master's thesis within the sustainable energy systems program, Chalmers University of Technology, Sweden, 2010. Р. 4-9.

96. Ring, Terry A., Dirksen, James A., Absorption heat pumps having improved efficiency using a crystallization-inhibiting additive. - University of Utah, 2008. - 136 р.

97. Уиннингтон Т. Л., Грин Р. Дж., Лортон Р., Юзелтон Р. Б. Абсорбционный тепловой насос и способ его работы. - Интеротекс Лимитед. 2001. - 126 с.

98.Meunier F. Second Low Analysis of a Solid Adsorption Heat Pump Operating on Reversible Cascade Cycles: Application to the zeolite-water pair // Heat Recovery System. 1985. V. 5. № 2. P. 133.

99. Pons M. Global analysis of refrigerative adsorption cycles with thermal regeneration (non-uniform temperature) // Int. J. Refrigeration. 1997. № 6. P. 411-420.

100. Pons M. Second law analysis of adsorption cycles with thermal regeneration // J. Energy Resources Technology. ASME Trans. 1996. № 9. P. 229-236.

101. Зеленко В.Л., Хейфец Л.И. Предельная эффективность адсорбционного теплового насоса // Вести Моск. Ун-та. Сер.2. Химия. 2007. Т. 48. № 1. С .12-17.

102. Планов Ю.В. Макрокинетические параметры адсорбентов для тепловых насосов и разделения воздуха. Дис. канд. хим. наук. М.: Прософт-М. 2005.

103. Aittimaki A., Harkonen M. Medelling of zeolite / methanol adsorption heat pump process // Heat Recov. Syst. and CHP. 1988. № 5. P. 475-482.

104. Douss N. Etude experimentale de cycles de pompe a chaleur a adsorption solide // Entropie. 1990. №156. P. 31-32.

105. Shibata Takayuki, Kyaw Kyuaw Study of CO2 adsorptivity of adsorbents under high temperature and pressure for inorganic oxide - CO2 chemical heat pump. // J. Chem. Eng. Jap. 1996. № 5. P. 830-838.

106. Ulku S., Mobedi M. Zeolites in htat recovery // Zeolites: Facts, Figures, Future: Proc. 8th Int. Zeolite Conf., Amsterdam, July 10-14, 1989, Amsterdam efe., 1989. - P. 511-518.

107. Tahat M.A. Heat-pump/energy-store using gel and water as a working pair // Appl. Entrgy. 2001. № 1. P. 19-27.

108. Селявина И.Н., Ефремов Г.И., Журавлева Т.Ю. Описание кинетики химического теплового насоса. Энергосбережение - теория и практика: Труды 2 Всероссийской школы - семинара молодых ученых и специалистов. - М.: Изд-во МЭИ, 2004. - С. 277-278.

109. Clark E., Charles R. Chemical heat pumps drive to upgrade waste heat // Chem. Eng. USA. 1984. № 4. P. 50-51.

110. Ижвалов Л.А., Соловей А.И. Разработка гидридных тепловых насосов. // Российский химический журнал. 2001. Т. XLV. № 5-6. С. 112-118.

111. Altinisik Kemal, Veziroglu T.Nejat. Metal hydride heat pumps // Int. J. Energy Res. 1991. № 7. P. 549-560.

112. Карпис Е.Е. Металло-водородно-гидридные тепловые насосы и кондиционеры. // Холодильная техника. 1982. № 5. С. 55-57.

113. Nonnenmacher A., Croll M. 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.

114. Ron M., Josephy Y. Metal hydrides for heat pump application // Z. Phys. Chem. (BRD). 1986. № 1-2. P. 241-259.

115. Lauerhass L.N., Rudd D.F. On the thermodynamics of the chemical heat pump // Chem. Eng. Sci. 1981. № 5. P. 803-807.

116. Ron M., Josephy Y. Metal hydrides for heat pump application // Z. Phys. Chem. (BRD). 1986. № 1-2. P. 241-259.

117. Roldow W. Chemical heat pumps - a thermodynamic scheme // IVA -medd. 1980. № 229. P. 33-45.

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

119. Wakao Noriaku, Ogasawara Sadao. Thermal pumps and reactions of organic substances // Refrigeration. 1985. № 687. P. 55-60.

120. Gabrielie Cecilia, Vamling Lennart. Drop- in replacement of R22 in heat pumps used for district heating - influence of equipment and property limitations // Int. J. Refrig. 2001. №7. P. 660-675.

121. Kudra T. Heat-Pump Drying. - Advanced Drying Technologies. - 2nd ed. -New York. 2008. - 500 p.

122. Каганов М. А., Привин М. Р. Термоэлектрические тепловые насосы. -Л.: Энергия. Ленинградское отделение, 1970. - 175 с.

123. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. - Л.: Наука, 1967. - 282 с.

124. Морозюк Т.В. Теория холодильных машин и тепловых насосов. -Одесса: Студия «Негоциант», 2006. - 712 с.

125. Королев В.В., Арефьев И.М., Рамазанова А.Г. Магнетокалорический эффект и теплоемкость ферримагнитных наносистем в магнитной жидкости. // Журнал физической химии. 2007. Т. 81. № 10. С. 1876-1879.

126. Matsuki H., Yamasawa K., Murakami K. // IEEE Trans. Magnetics. 1977. Mag-13. № 5. P. 1143-1145.

127. Наби Лай Бангура. Выпарная кристаллизация веществ из водных растворов с использованием тепловых насосов: Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2002. - 160 с.

128. Бэр Г.Д. Техническая термодинамика. - М.: Энергия. 1977. - 518 с.

129. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. - М.: Энергия. 1973. - 294 с.

130. Пивинский А.А. Оценка эффективности парокомпрессионных тепловых насосов и абсорбционных бромистолитиевых понижающих термотрансформаторов. Дис. канд.техн. наук. СПб. 2005. - 149 с.

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

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

133. Mader G., Madani H. Capacity control in air-water heat pumps: Total cost of ownership analysis. // Energy and Buildings. 2014. V.81. P. 296-304.

134. Luo J., Rohn J., Bayer M., etc. Heating and cooling performance analysis of a ground source heat pump system in Southern Germany. // Geothermics. 2015. V.53. P. 57-66.

135. Torregrosa-Jaime B., Corberan J.M., Vasile C., etc. Sizing of a reversible magnetic heat pump for the automotive industry. // International Journal of Refrigeration. 2014. V.37. P. 156-164.

136. Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В., Янков В.С. Теплонасосные станции в энергетике. // Теплоэнергетика. №4. 1978. С. 13-19.

137. Хайбулина Е.М. Разделение смесей методами фракционного плавления и противоточной фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов. Дис. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2013. - 207 с.

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

139. А. Власов, И. Перельмитер. Выпаривание с применением теплового насоса. // Химическое машиностроение. 1933. № 10, 27.

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

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

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

143. Brousse E., Capucci A., Claudel B., Stamatopoulos A., Wang S.Y. Système colonne a distiller - pompe a chaleur a recompression directe des vapeurs. // Rev. gén. therm. 1982. V. 21. №246-247, 509-519. Р.482.

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

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

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

147. Бельская В.И. Разработка энергосберегающих вариантов выпарной кристаллизации. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2013, - 166 с.

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

149. 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.

150. 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. EnergyRes. 1987. V. 11. №2. P. 179-191.

151. 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.

152. V. Richterova. Application of heat pump in rectification decreases energy consumption in the chemical industry. // Energy Conversion and Management, 1991, V. 32, issue 6, P. 519-528.

153. Wang Ping, Xie Changfang, Xu Shiming, Ge Yulin. Study of Direct Compression Heat Pump Energy-saving Technology. // Procedia Environmental Sciences. 2011 International Conference of Environmental Science and Engineering, 2012, V.12, part A, P. 394-399.

154. Карасев В.В. Разделение бинарных смесей методом сочетания процессов кристаллизации и ректификации. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ. 1977. - 200 с.

155. Баншац Р.Ш. Разделение бинарных неидеальных смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ. 1985. - 192 с.

156. 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.

157. 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.

158. 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.

159. 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.

160. 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

161. 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.

162. 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.

163. 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.

164. Уваров М.Е. Перекристаллизация веществ из растворов с использованием тепловых насосов. Дисс. канд. техн. наук. М.: МИТХТ. 2013. - 171 с.

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

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

167. Мясоеденков В.М., Носов Г.А., Хайбулина Е.М., Уваров М.Е. Противо-точная кристаллизация с тепловым насосом. // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2007. Т.2. № 6. С. 75-83.

168. Сажин Б.С., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки. - М.: Наука. 1997. - 398 с.

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

170. Chua K.J., Chou S.K., Ho J.C., Hawlader M.N.A. Heat pump drying: Recent developments and future trends. // Drying Technol. 2002. V. 20. №8.

P. 1579-1610.

171. 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. Р. 1541-1557.

172. Крестов И.Т., Ряховский Ю.В., Шевцов С.А. Управление теплонасос-ной сушильной установкой с рекуперацией теплавлажного продукта. // Известие вузов «Пищевая технология». 2000. № 4. С.72-76.

173. 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.

174. 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.

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

176. Захаров М.К. Об эффективности применения тепловых насосов в процессах сушки влажных материалов // Химическая промышленность. 2002. №9. С. 43.

177. Коган В.Б., Фридман В.Н., Кафаров В.В. Справочное пособие: Равновесие между жидкость и паром. кн. 1 и 2. - М. - Л.: Изд. АНН СССР. 1966. 1429 с.

178. Коган В.Б., Фридман В.Н., Кафаров В.В. Справочник по растворимости: Бинарные системы Том 1, кн. 2. - М. - Л.: Изд. АНН СССР. 1962. 1961 с.

179. Носов Г.А., Михайлов М.В. Перспективы применения тепловых насосов при проведении комбинированных массообменных процессов // Тонкие химические технологии. 2018. Т.13. №1. С. 55-65.

180. Носов Г.А., Михайлов М.В. Разделение бинарных эвтектикообразую-щих смесей путем сочетания процессов ректификации и фракционной кристаллизации с использованием тепловых насосов. // Химическая технология. 2018. Т.19. №8. С. 359-367.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Расчетные зависимости для вариантов 2.2 - 2.7 Вариант 2.2.

П _ р Хв Хкв

ХП хке

ф _ рхм хр

хка хф

П =

у (хи хма ) + ф (хма хф )

хп хма

_ махма + ухр

хуа

(П.1)

Кв = F - П (П.2)

ф _ у(хмв ~ ху ) + К(хкв ~ хмв) ^ ^

хф - хме

Мв= F + Ж - Кв (П.4)

Окв = Кв(гкв - скв^Фв) + + FсFÍF - Мвcмвtфв (П.5)

Окуб = П(Я+1)(сПп + гпа) + ЖсъЫ - МвСмв^М1 - ПЯсПп (П.6)

Ок = П(Я+1)/п (П.7)

Уп - УМЕ

(П.8)

Уме хме

Он = Мвсмв(?м1 - ¿м) (П.9)

Оо = Жсш (¿ш - (П.10)

Вариант 2.3.

(П.11)

Ка = F - Ж (П.12)

(П.13)

Ма= П + Ж - F (П.14)

(П15)

D _ УП УгA min

(П.16)

УА XVA

Qka = KA(rкA - CкAtфA) + ПпЫ - MACмAtфA (П.17)

Qkye = П^+^^пЫ + roA) + Wсwtw - VACVAtV - ПRcпtп (П.18)

Qн = VACVA(tV1 - tV) (П.19)

Qo = Псп (п - W (П.20)

Вариант 2.4.

П i r_ — г..

W = ■

п i Гп - " гмб ) f ( rf гмб )

хмб xw

(П.21)

Мв= П + W - F (П.22)

П = F

VF ЛКВ

ХП — XKB

(П.23)

xvß

Kb = F - П (П.24)

(П.25)

m аб хмб + fxf

Vб

R = Уп уvб min

уу.б — X

(П.26)

0Кв = Кв (гкв - Cквtфв) + Wcwtw1 - MвCмвtфв (П.27)

QкУБ = П^+^^Пп + Гп) + Wcwtw - VвCvвtв - ПRcпtп (П.28)

Qн = Vec-v^v! - tv) (П.29)

Qo = Wcw (tw - tw1) (П.30)

Бариант 2.5.

Ка = F^^^L (п.31)

Y — Y V 7

ХКА ХКБ

Кв = F - ^ (П.32)

П-

K ( xka - ' xma ) F ( xf xma )

хп хма

(П.33)

F + П - КA (П.34)

Мв - KВ

ХКВ XW (П.35)

XW xrn

W = Кв + Мв (П.36)

Q^ = КA(rкл - CклtфA) + П^т + FüFtF - МACмAtфA (П.37)

Qкв = КБ (rкв - Cквtфв) + WcWtWi - МвCмвtфв (П.38)

Осуб = П(R+I;(cmtп + rпл) + WcWtW - М^м^ - Ж^п (П.39)

ХМ z

м ахm а + мвхмв ма + мв

R . Уп"Уz

min

У - X

-z z

К - F XF XKB

ХКА " XKB

Ма - ка

KA П ХП " ХМА

(П.40)

(П.41)

Qol = WCw (tW - tWi) (П.42)

Qo2 = Псп (Ы - tm) (П.43)

Qн = М&ш (tMl - tM) (П.44)

Вариант 2.6.

(П.45)

Кв = F - ^ (П.46)

хул X Г

(П.47)

П = ^ + МA (П.48)

w = f(xmb - xf ) + kb (xkb - xmb ) (П-49)

xw - xmb

Mв= F + W - Кв (П.50)

QkA = KA(rKA - CкAtфA) + ПсПп1 - MACмлtфA (П.51 )

ОКв = ^(гкв - cквtфв) + Wcwtwi + FcFtF - MвCмвtфв (П.52)

Вариант 2.7.

Kä = F^^l (П.53)

XKÄ XKB

Kв = F - KA (П.54)

M, = K ä

XKA - XH (П.55)

Xn XMÄ

П = Ka + MA. (П.56)

mb = кв

xkb - xw (п.57)

XW XMB

W = ^ + Mв (П.58)

m m xmm+ fxf ^^

xv =-M--(П.59)

^min = У(П.60)

yv xv

qka = KA(rKA - CкAtфA) + nCпtпl - MACмлtфA (П.61 )

qk8 = Kв (гкв - cквtфв) + Wcwtwi - Mвcмвtфв (П.62)

qkYB = П^+1)(^П + гпл) + Wcwtw - Vcvtvi - ПЯОпЫ (П.63)

Qoi = Wcw (tw - twi) (П.64)

qo2 = Псп - ы (П.65)

qh = Vcv(tvi - tv) (П.66)

Таблица П.1. Теплофизические свойства компонентов смесей, используемых при анализе рассматриваемых процессов разделения [14, 148].

Свойство Размерность Вода Пропионовая кислота Бензол и-Ксилол Нафталин Дифенил

Молекулярная масса кг/моль 18.015 74.080 78.114 106 128.174 154.212

Температура плавления °С 0 -19.3 5.5 13.263 80.26 70.5

Температура кипения °С 100.0 141.4 80.1 138.351 217.7 253.3

Теплота кристаллизации кДж/кг 335.2 143 126.1 161.315 150.69 120.64

Теплота испарения кДж/кг 2243.7 567.7 394.4 340.228 339.96 311.65

Теплоемкость жидкой фазы кДж/кг°С 4.19 2.254 1.756 1.663 1.789 1.76

Теплоемкость кристаллической фазы кДж/кг°С 2.053 3.042 1.575 1.223 1.467 1.3

Плотность жидкой фазы кг/м3 1000 993 878.6 861 1140 995

Критическая температура К 647.3 612 562.1 616,05 748.4 789

Рис. П.1. Диаграмма равновесия фаз «жидкость - пар» смеси вода - пропионовая кислота [177].

0 -5 -10 -15

О

о

-20 -25

-30 -35

0 20 40 60 80 100

xF, % воды

0°С

tB= -19,3°С

V /

\/ tE

ХЕ

140

120

О

о

100

80

60

¿КВ— 138,35 1°С

¿ка= 80,1 °С

20

40 60

xF, % бензола (мол)

80

100

[177].

Рис. П.3. Диаграмма равновесия фаз «жидкость - пар» смеси бензол - и-ксилол

20

10

О

о

-10

-20

-30

tB— 13,263 °С

t \s

t

1Е

ХЕ

20

40 60

xF, % бензола

80

100

0

0

0

о

250

240

230

220

210

ш= 253,3 °С

20

/КА=218°С

40 60

л;% нафталина

80

100

Рис. П. 5. Диаграмма равновесия фаз «жидкость - пар» смеси нафталин - дифенил

[177].

О

90

80

70