Дистилляция термокомпрессионная
Дистилляция термокомпрессионная — способ дистилляции (перегонки), использующий принцип теплового насоса.
История проблемы
Дистилляция любых жидкостей — это очень энергоёмкий процесс. Тепло конденсата может быть использовано для нагрева новых порций сырья, а вот энергия фазового перехода пропадает впустую. В то же время, для воды энергия парообразования-конденсации превышает энергию, нужную для нагрева воды от 20°C до 100°C (температуры кипения), в 6,75 раз. Эта проблема была решена использованием технологии теплового насоса.
Принцип действия
В термокомпрессионных дистилляторах рабочим телом теплового насоса является само дистиллируемое вещество (дистилляторы с паровым компрессором).
Жидкость первоначально нагревается до кипения, пар отсасывается насосом и нагнетается в теплообменник, где конденсируется и отдаёт энергию новым порциям испаряемой жидкости. В результате такой циркуляции тепла общие затраты энергии на перегонку снижаются во много раз.
Так, при температуре испарения 96 °C (полость низкого давления) и температуре конденсации 104 °C (полость повышенного давления), расход энергии на перегонку примерно в 50 раз меньше, чем при обычной перегонке. Увеличивая площадь теплопередачи и уменьшая толщину стенок теплообменника, можно снизить перепад температур и ещё увеличить экономичность работы дистиллятора.
После начала работы дистиллятор не нуждается в дополнительном нагреве и охлаждении. Всё устройство должно быть теплоизолированным. Результатом работы насоса является более тёплый по сравнению с сырьём дистиллят.
Применение
Данная технология принадлежит к энергосберегающим и у неё большое будущее. Возможные области применения:
- фракционная перегонка в химической промышленности (в нефтеперегонке затраты энергии составляют до 50 % стоимости конечного продукта),
- опреснение воды,
- кристаллизация солей из рассолов,
- разделение изотопов.
На сегодняшний день известны установки для дистилляции воды в фармацевтической промышленности. Они довольно сложны в эксплуатации, экономия энергии не является главным критерием их применения. Спокойное испарение жидкости, без бурного кипения, позволяет получить чистый дистиллят после однократной перегонки.
В то же время, дистилляторы фирмы Potomac, судя по характеристикам, обладают очень высокой экономичностью и приличной производительностью.
Есть также установки химической промышленности, где компрессор, сжимая пар лёгкой фракции, нагревает таким образом исходную смесь и компенсирует теплоту испарения.
Недостатки
Описанная технология требует насосного оборудования и использует электрическую энергию.
Этот недостаток может считаться несущественным, поскольку удается добиться значительной экономии энергии по сравнению с обычной дистилляцией. К тому же, альтернативная энергетика в основном направлена на получение из ветра, солнечного тепла, энергии волн электричества. Атомная энергетика тоже преимущественно даёт электроэнергию. Использование тепла ядерного реактора в химии представляется проблематичным.
Для крупных установок имеет смысл заменить компрессор поршневой или роторный на осевой лопаточный. Помимо упрощения обслуживания, лопаточные машины имеют большую производительность и могут оказаться достаточно экономичными. Приводом машины может быть любой тепловой двигатель, в том числе - сжигающий органическое топливо. И в этом случае термокомпрессионная дистилляция оказывается гораздо более выгодной, чем обычная.