Выпаривание с применением теплового насоса

Выпаривание с применением теплового насоса основано на возможности использования вторичного пара для испарения растворителя в том же аппарате, если температура вторичного пара будет ^ем или иным способом повышена до температуры греющего пара. Температуру вторичного пара можно повысить до температуры греющего пара путем сжатия его компрессором или паровым инжектором. В первом случае вторичный пар поступает из выпарного аппарата в турбокомпрессор, сжимается до давления, соответствующего температуре греющего пара, и вводится в греющую камеру выпарного аппарата.

Обозначив в дополнение к предыдущему, согласно (8.8), энтальпию вторичного пара после сжатия в компрессоре через H_в.п.сж (кДж/кг), напишем уравнение теплового баланса:

Отсюда может быть вычислен расход греющего пара:

Как следует из уравнения (8.42), расход пара на выпаривание с тепловым насосом значительно меньше, чем при простом выпаривании, так как резко уменьшается второе слагаемое правой части равенства. Однако наряду с этим необходимо расходовать механическую энергию на работу компрессора. Если компрессор приводится в действие электродвигателем, то его мощность в кВт равна где η_ад - адиабатический коэффициент полезного действия компрессора; η_мех - коэффициент полезного действия электродвигателя и привода.

Необходимость применения сложных машин (компрессоров), а также затрат дорогой механической энергии приводит к практической нецелесообразности теплового насоса с компрессорами.

Больший практический интерес представляют тепловые насосы с паровыми инжекторами. В этих установках (рис. 8.12) исходный греющий пар поступает предварительно в паровой инжектор 2. В инжекторе каждая единица массы свежего пара инжектирует т единиц массы вторичного пара. В результате получается рабочий греющий пар в количестве D(1 + m), с рабочим давлением, меньшим, чем давление исходного пара, и большим, чем давление вторичного пара.

Полученный в инжекторе пар поступает на нагревание выпарного аппарата; часть вторичного пара, равная W — Dm, не может быть инжектирована и поэтому в установке не используется.

Тепловой баланс рассматриваемого процесса выпаривания может быть представлен равенствами:

Сопоставление этих равенств с уравнениями баланса простого выпаривания показывает, что в рассматриваемом процессе выпаривания с тепловым насосом расход греющего пара уменьшается в (1+m) раз.

Паровой инжектор представляет собой сравнительно простое устройство, изготовление которого не требует больших затрат металла, поэтому установки с паровыми инжекторами в принципе должны быть признаны вполне рациональными.

Значение коэффициента инжекции m в выгодных для инжекци условиях работы выпарной установки составляет 0,5—1.

Выпарные установки в химической промышленности работают обычно в невыгодных для инжекции условиях. Вследствие высокой температурной депрессии растворов давление вторичного инжектируемого пара бывает низким. С уменьшением давления инжектируемого пара уменьшается коэффициент инжекции.

Рис. 8.12. Схема тепловых потоков при выпаривании с инжекторным тепловым насосом:

1- выпарной аппарат; 2— паровой инжектор

С уменьшением коэффициента инжекции расход свежего греющего пара увеличивается и применение выпарных установок с паровым инжектором становится невыгодным. Указанным обстоятельством объясняется ограниченное распространение. в химической промышленности выпарных установок с тепловым насосом; эти установки применяют для выпаривания растворов с малой температурной депрессией и в условиях, когда необходимо обеспечить минимальный расход греющего пара.