Введение к работе
Актуальность темы
Выпарная кристаллизация довольно широко используется для выделения неорганических солей из их водных растворов. Данный метод кристаллизации выгодно применять для веществ, растворимость которых мало зависит от температуры, а также для веществ, обладающих обратной растворимостью. При реализации такого процесса затрачивается довольно большое количество тепловой энергии, что существенно снижает его технико-экономические показатели. Необходимость экономии энергетических затрат, греющего пара стимулирует поиск и разработку вариантов утилизации теплоты при функционировании установок выпарной кристаллизации.
Данная диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами НИР МИТХТ им. М.В. Ломоносова по теме «Разработка энергоресурсосберегающих массообменных процессов» (НИР 1Б-3-336 от 01.01.2010).
Цель работы
Разработка и исследование энергосберегающих вариантов проведения процесса выпарной кристаллизации веществ из их водных растворов. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
выявление возможных вариантов организации процесса разделения;
разработка методов расчета рассматриваемых процессов;
анализ влияния основных технологических параметров на ход процессов разделения и их энергетическую эффективность;
сравнение энергетической эффективности предлагаемых вариантов между собой и с обычной выпарной кристаллизацией.
Методы исследования
При выполнении диссертационной работы были использованы фундаментальные закономерности протекания процессов выпаривания и выпарной кристаллизации. Теоретическое описание рассматриваемых процессов базируется на совместном рассмотрении уравнений материальных и тепловых балансов с учетом специфики равновесия фаз и теплофизических свойств используемых систем. Расчётно-вычислительные эксперименты выполнялись с использованием современных программных комплексов.
Научная новизна работы
1. Разработан ряд вариантов проведения процесса выпарной кристаллизации веществ из их водных растворов с различными способами организации потоков путем сочетания процессов выпаривания и выпарной кристаллизации с использованием и без использования тепловых насосов.
-
Проведен теоретический анализ рассматриваемых процессов разделения, в результате которого получены все необходимые зависимости для расчета материальных и тепловых потоков разделения, теплообменных поверхностей аппаратов, а также зависимости для оценки их энергетической эффективности.
-
Используя полученные теоретические модели, проведен анализ влияния различных технологических параметров (концентрации исходного раствора, его температуры, содержания кристаллической фазы в суспензии, давления, степени сжатия вторичных паров и др.) на рассматриваемые процессы разделения и их энергетическую эффективность.
-
В результате проведенных исследований установлены области наиболее рационального использования предлагаемых вариантов выпарной кристаллизации.
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 для выделения веществ из их водных растворов методом выпарной кристаллизации. Предложенные варианты выпарной кристаллизации позволяют существенно снизить затраты тепловой энергии на проведение данного процесса.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на: IV Молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2011» (Москва, 2011), Международной конференции по химической технологии «Химическая технология - XT'12» (Москва, 2012), XIV Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2012» (Тула, 2012), VII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения» (Иваново, 2012), 3-ей Международной научно-технической конференции «Нестационарные, энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии (НЭРПО-2013)» (Москва, 2013).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 8 печатных работах, в том числе в 3 статьях, опубликованных в рецензируемых журналах, а также в материалах 5 научно-технических конференций.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 163 страницах, включая
приложения, содержит 35 рисунков, 1 таблицу и библиографию из 102 наименований.
