Введение к работе
Актуальность темы
Процесс перекристаллизации веществ из растворов широко используется в химической и других отраслях промышленности для очистки веществ от примесей. Осуществление данного процесса обычно связано с высокими затратами тепловой энергии. Это особенно имеет место при перекристаллизации с регенерацией растворителей из маточных растворов. В условиях растущих цен на энергоносители возникает необходимость поиска возможных путей снижения энергоемкости технологических процессов. Одним из путей решения этой задачи является проведение таких процессов с использованием различных тепловых насосов. Поэтому актуальным является разработка возможных вариантов проведения процесса перекристаллизации веществ с применением тепловых насосов, а также оценка их энергетической эффективности.
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИР МИТХТ им. М.В. Ломоносова по направлению «Разработка энергоресурсосберегающих массообменных процессов» (НИР 1Б-3-336 от 01.01.2010).
Цель работы
Разработка и исследование процесса перекристаллизации веществ из растворов с использованием различных типов тепловых насосов. Поставленные цели потребовали решения следующих задач:
выявление возможных вариантов проведения рассматриваемого процесса;
- разработка методов расчёта такого разделения;
анализ влияния основных технологических параметров на энергетическую эффективность рассматриваемых процессов;
установление областей их возможного применения;
сопоставление между собой предлагаемых вариантов процесса перекристаллизации по затратам свежего растворителя, по коэффициентам извлечения целевых компонентов и удельным энергетическим затратам.
Методы исследования
При выполнении диссертационной работы были использованы фундаментальные закономерности, описывающие протекание процессов кристаллизации веществ из растворов; полученные методики расчёта рассматриваемых процессов, основанные на совместном рассмотрении уравнений материального и теплового балансов с учетом специфики
равновесия систем. Расчётно-вычислительные эксперименты выполнялись с использованием современных программных комплексов. Научная новизна работы
-
Разработан ряд вариантов проведения процесса перекристаллизации веществ из растворов с использованием тепловых насосов как открытого, так и закрытого типов.
-
Получены все необходимые зависимости для расчета состава и выхода продуктов разделения, расхода подводимых и отводимых тепловых потоков, а также зависимости для оценки энергетической эффективности применения тепловых насосов при проведении различных вариантов рассматриваемого процесса.
-
Используя полученные зависимости, выполнен анализ влияния различных технологических параметров на ход процесса очистки веществ от примесей путём их перекристаллизации.
-
В результате проведённых исследований установлены области рационального использования тепловых насосов в рассмотренных вариантах процесса перекристаллизации веществ и выявлены режимы проведения данного процесса с максимальной энергетической эффективностью.
Практическая значимость работы
Предложенные теоретические зависимости могут быть непосредственно применены для расчетов рассматриваемых процессов и установления их оптимальных технологических параметров. В работе даны рекомендации по областям возможного использования предлагаемых вариантов процесса очистки веществ от примесей путём их перекристаллизации из растворов с использованием тепловых насосов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на: XXI Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-2007" (Москва, 2007), 2 Молодёжной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии» (Москва, 2007), Международной научной конференции «Нестационарные, энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии (НЭРПО-2008)» (Москва, 2008), VI Минском международном форуме по тепло- и массообмену (Минск, 2008), V Международном молодежном конгрессе молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ—2009» (Москва, 2009), XIII Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии - 2010» (Иваново, 2010).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 10 печатных работах, в том числе в 4 статьях, опубликованных в рецензируемых научных журналах, а также в материалах 6 научных конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 171 страницах, включая приложения, содержит 65 рисунков, 3 таблицы и библиографию из 125 наименований.
