Heat pump nhiệt và ứng dụng của nó

Heat pump nhiệt và ứng dụng của nó

Tóm tắt Nếu bạn đang khám phá các tùy chọn sưởi ấm và làm mát cho dòng chất lỏng hoặc khí công nghiệp hoặc tìm cách giảm hóa đơn năng lượng hoặc giảm thiểu tải cho các nguồn năng lượng không thể tái tạo và để bảo quản nó, bạn nên có khả năng thích ứng với các công nghệ mới như Bơm nhiệt. Hầu hết các nhà máy hóa chất liên quan đến việc làm nóng trước chất lỏng trước khi sử dụng trực tiếp trong các quy trình đơn vị hoặc vận hành đơn vị, do đó chúng ta có thể sử dụng bơm nhiệt để giảm công việc của nồi hơi bằng cách giảm tiêu thụ hơi và trực tiếp hỗ trợ tiết kiệm chi phí định kỳ. Nó không nên chỉ giới hạn trong khu vực trong nước. Chúng ta có thể sử dụng công nghệ này trong các hệ thống thu hồi nhiệt thải của tất cả các loại nhà máy hóa chất.
Một số ứng dụng được sử dụng là quy trình sấy, quy trình giặt, thanh trùng và một số ứng dụng khác. Chúng ta phải thực hiện các bước chủ động đối với công nghệ bơm nhiệt trong lĩnh vực công nghiệp do những lợi ích và lợi thế khác nhau của nó.
Từ khóa heat pump nhiệt siêu tốc, Nguồn năng lượng không tái tạo, Công nghiệp hóa chất.

I. GIỚI THIỆU
Bơm nhiệt là một thiết bị bơm nhiệt từ, một hoặc nhiều nguồn nhiệt độ thấp đến một hoặc nhiều bồn nhiệt độ cao đồng thời, với sự trợ giúp của nguồn năng lượng bên ngoài. Bơm nhiệt được thiết kế để di chuyển năng lượng nhiệt ngược với hướng của dòng nhiệt tự phát bằng cách hấp thụ nhiệt từ không gian lạnh và giải phóng nó sang nơi ấm hơn. Bơm nhiệt rất hiệu quả cho hệ thống sưởi ấm và làm mát và chúng có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng.
“Nhiệt” không được bảo toàn trong quá trình này vì nó đòi hỏi một lượng năng lượng bên ngoài, chẳng hạn như điện. Bơm nhiệt cũng hoạt động cực kỳ hiệu quả, bởi vì chúng chỉ đơn giản là truyền nhiệt, thay vì đốt nhiên liệu để tạo ra nó và cũng giúp giảm phát thải nhà kính trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau. Các ví dụ phổ biến nhất của heat pump nhiệt là điều hòa không khí và tủ đông, vv
Tất cả các bơm nhiệt sử dụng chất làm lạnh như một chất lỏng chuyển tiếp để hấp thụ nhiệt ở nơi nó bay hơi, trong thiết bị bay hơi, và sau đó giải phóng nhiệt nơi chất làm lạnh ngưng tụ, trong thiết bị ngưng tụ. Chất làm lạnh chảy qua các ống cách nhiệt giữa thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ, cho phép truyền năng lượng nhiệt hiệu quả.
Việc sử dụng heat pump nhiệt trong các ngành công nghiệp hóa chất ở Ấn Độ bị hạn chế thay vì những lợi thế to lớn của nó. Việc sử dụng heat pump nhiệt có thể tiết kiệm rất nhiều năng lượng và tiền bạc. Mặc dù heat pump nhiệt có thể có chi phí nhiên liệu thấp hơn so với hệ thống sưởi và làm mát thông thường, chúng đắt hơn để mua nhưng điều rất quan trọng là phải nhận ra rằng bơm nhiệt sẽ tiết kiệm nhất khi sử dụng quanh năm. Nói chung, các bơm nhiệt được sử dụng trong các ngành công nghiệp bắt đầu hoàn vốn sau 1,5-2 năm kể từ khi lắp đặt tùy thuộc vào việc sử dụng chúng.

II. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Bơm nhiệt sử dụng chất lỏng bay hơi và ngưng tụ dễ bay hơi được gọi là chất làm lạnh. Môi chất lạnh có điểm sôi thấp hơn tất cả các chất lỏng do đó chỉ có nguồn nhiệt cần thiết là chất lỏng ở nhiệt độ phòng. B.P có thể được thay đổi bằng cách thay đổi áp suất. Ban đầu chất làm lạnh là một chất lạnh và ở trạng thái khí lỏng ở nhiệt độ thấp chảy qua các ống.
Môi chất lạnh có trách nhiệm chuyển và vận chuyển nhiệt.
Tăng nhiệt thực tế từ môi trường hoặc chất lỏng nhiệt độ phòng diễn ra từ thiết bị bay hơi. Đây là nơi mà chất làm lạnh lỏng phát huy tác dụng làm sôi và bay hơi ngay cả ở nhiệt độ dưới 0. Hơi áp suất thấp được hình thành bằng cách hấp thụ nhiệt từ không khí hoặc chất lỏng ở nhiệt độ phòng khi chất làm lạnh lỏng chuyển thành khí.
Một khi nó đi qua thiết bị bay hơi, chất làm lạnh là một loại khí ấm. Vì chất làm lạnh không nóng đến mức làm ấm chất lỏng mục tiêu, nên máy nén khí đi vào hình ảnh.
Máy nén làm tăng nhiệt độ và áp suất của môi chất lạnh vì giảm thể tích và buộc nhiệt độ cao, khí áp suất cao đến bộ trao đổi nhiệt khác gọi là bình ngưng.

Bình ngưng lấy nhiệt từ khí nhiệt độ cao và truyền nó vào chất lỏng mục tiêu. Bằng một quá trình làm mát, chất làm lạnh một lần nữa trở lại ở dạng lỏng, truyền rất nhiều nhiệt vào chất lỏng và sau khi van giãn nở gây ra sự giảm nhiệt độ và áp suất, chu trình khéo léo lại bắt đầu.

III. PHÂN LOẠI BƠM NHIỆT
Không khí
• Cold Utility: điều hòa không khí thoải mái, vận hành kho lạnh
• Tiện ích nóng: làm nóng không khí để làm khô quần áo, sản phẩm nông nghiệp, tái sinh chất hút ẩm, v.v.
Không khí
• Cold Utility: điều hòa không khí thoải mái, vận hành kho lạnh
• Tiện ích nóng: đun nóng nước, đun nóng trực tiếp chất lỏng trong quá trình như dung dịch tẩy rửa trong máy giặt công nghiệp, sản phẩm sấy khô, tái sinh chất hút ẩm có thể được sử dụng để chăm sóc tải làm mát tiềm ẩn, v.v.
Nước thành nước
• Tiện ích lạnh: điều hòa không khí thoải mái, sơ chế trái cây tươi, rau hoặc hoa, làm lạnh trực tiếp quá trình làm mát trong ngành hóa chất, dược phẩm và chế biến thực phẩm
• Tiện ích nóng: đun nóng nước, đun nóng trực tiếp chất lỏng trong quá trình như dung dịch tẩy rửa trong máy giặt công nghiệp, sản phẩm nông khô, tái sinh chất hút ẩm có thể được sử dụng để chăm sóc tải làm mát tiềm ẩn, vv.4
Nước vào không khí
• Tiện ích lạnh: điều hòa không khí thoải mái, sơ chế trái cây tươi, rau hoặc hoa, làm lạnh trực tiếp quá trình làm mát trong ngành hóa chất, dược phẩm và chế biến thực phẩm
• Tiện ích nóng: sưởi ấm không gian, sưởi ấm không khí để sấy khô quần áo, các sản phẩm nông nghiệp, tái sinh chất hút ẩm, v.v.
Tương tác nhiệt trong thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ có thể với nhiều nguồn và bồn tương ứng. Điều này cho phép tạo ra nhiều tiện ích lạnh và / hoặc nóng cùng một lúc. Nó cũng mang lại sự linh hoạt cao hơn để khai thác triệt để những lợi ích của bơm nhiệt.

IV. ỨNG DỤNG VARIOUS CỦA BƠM NHIỆT
Bơm nhiệt tìm thấy ứng dụng của họ trong các phân khúc khác nhau của thị trường và ngành công nghiệp. Một số ứng dụng của nó được đề cập rõ ràng dưới đây:
Ứng dụng thị trường:
Nhà hàng, Khách sạn, Câu lạc bộ sức khỏe, Spa, Bệnh viện, vv Tiện ích lạnh: điều hòa không khí và nước uống làm mát Tiện ích nóng: nước nóng để tắm, vệ sinh, vv
Ứng dụng công nghiệp:
Sữa, dược phẩm, dệt may, chế biến thực phẩm và cửa hàng lạnh, ô tô, vv Tiện ích lạnh: điều hòa không khí, làm mát quá trình và làm mát nước uống được.
Tiện ích nóng: gia nhiệt quá trình, đun nóng nước cấp trước lò hơi, sấy khô, hút ẩm lỏng
V. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT BƠM NHIỆT
Mục tiêu tăng hiệu quả năng lượng và giảm chi phí vận hành cần phải đạt được đồng thời đảm bảo độ tin cậy cao, đơn giản trong vận hành và dễ bảo trì. Hệ thống nên có chi phí ban đầu thấp hoặc có thời gian hoàn vốn ngắn. Trong khóa đào tạo công nghiệp của chúng tôi tại Godrej Industries Limited, Valia, chúng tôi
chứng kiến ​​việc sử dụng nước để bơm nhiệt nước trong quy trình của họ. Các bơm nhiệt được sử dụng ở đó nhỏ gọn, dễ vận hành và thân thiện với người dùng. Tại Godrej, thời gian hoàn vốn là khoảng 1,5 năm và họ có thể tiết kiệm khoảng 2,70,000 đô la mỗi tháng nếu tất cả các bơm nhiệt được lắp đặt hoạt động thường xuyên.
Người ta phải xem xét các điểm sau trong khi cài đặt heat pump nhiệt:
1) Chiều dài của đường ống không được quá dài. Nó gây mất nhiệt qua đường ống.
2) Vận tốc nước.
3) Vận tốc môi chất lạnh.
4) Chất lượng nước.
5) Lựa chọn vật liệu ướt.
VI. ƯU ĐIỂM CỦA BƠM NHIỆT
• Bơm nhiệt giữ chi phí năng lượng càng thấp càng tốt, đó là điều quan trọng nhất đối với bất kỳ ngành công nghiệp nào.
• Bơm nhiệt yêu cầu bảo trì thường xuyên tối thiểu. Chúng có tuổi thọ theo kế hoạch lên tới 50 năm mà hầu như không mất hiệu quả, đặc biệt khi so sánh với các nồi hơi bị mất 2% hiệu quả mỗi năm với tuổi thọ có thể sử dụng là 12 năm.
• An toàn và rủi ro tai nạn thấp, xem xét sự nguy hiểm của các hệ thống sưởi thông thường đặc biệt là khi chúng có tuổi. Bơm nhiệt không có chất gây ô nhiễm có thể gây hại cho môi trường. Nó sẽ giúp loại bỏ công việc của lò hơi sản xuất carbon monoxide khi bị lỗi, có hại cho sức khỏe.
• Những ưu điểm chính cơ bản là hiệu quả chuyển đổi năng lượng thành nhiệt và khả năng cung cấp nhiệt và làm mát cùng một lúc.
• Cài đặt khá dễ dàng.
• Bơm nhiệt sạch, yên tĩnh và không mùi. Nó được cung cấp bởi điện.

VII. ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG TRONG CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT
Các ngành công nghiệp lọc hóa dầu và hóa dầu chưng cất các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu trong các quy trình như tách propan / propylene, butan / butylene và ethane / ethylene.
Ngành công nghiệp hóa chất
Sản xuất muối vô cơ bao gồm muối natri sunfat, axit boric, natri cacbonat có thể sử dụng bơm nhiệt trong dung dịch muối cô đặc.
Xử lý quá trình nước thải bằng cách tập trung các dòng chất thải để giảm các cơ sở xử lý chất thải thủy lực.
Thu hồi nhiệt.
Sản xuất dược phẩm có thể sử dụng trong quá trình đun nóng nước.
Sản phẩm gỗ
Sản xuất bột giấy có thể sử dụng trong quá trình như nồng độ rượu đen.
Sản xuất giấy trong quá trình như đun nóng nước và thu hồi hơi nước.
Sản xuất gỗ xẻ trong sấy sản phẩm. Thực phẩm và đồ uống
Hoạt động của các nhà sản xuất rượu như sản xuất bia, trong các quy trình như tập trung bia thải.
Các nhà sản xuất xi-rô ngô ướt / xi-rô ngô có thể sử dụng trong việc cô đặc nước và xi-rô dốc.
Trong các sản phẩm sữa hoặc Juice sản xuất trong việc tập trung các sản phẩm lỏng của họ.
Điều khoản khác
Trong các nhà máy điện hạt nhân, nó có thể được sử dụng để tập trung chất thải phóng xạ và tháp giải nhiệt.
Trong ngành công nghiệp dệt may, các quy trình như làm nóng nước rửa, sưởi ấm không gian và tập trung dòng pha loãng.
Công nghiệp mạ điện sử dụng trong các giải pháp xử lý nhiệt và tập trung nước thải.
Trong các hoạt động khác như thu hồi dung môi, sưởi ấm khu vực và thoát hơi nước của dòng quy trình và nước thải chúng được sử dụng nhiều.

VIII.CHALLENGES CHO BƠM NHIỆT
• Bơm nhiệt có chi phí khởi động rất cao. Thời gian hoàn vốn của nó thường là 1,5 hoặc 2 năm, điều này phụ thuộc nhiều vào mục đích mà nó đang phục vụ. Nó sẽ tiết kiệm tiền trong thời gian dài.
• Bơm nhiệt gặp sự cố khi vận hành ở vùng lạnh.
Phơi nhiễm kéo dài ở những khu vực này sẽ làm hỏng hệ thống và ngăn không cho nó chạy với hiệu quả tối đa.
• Khi họ chạy bằng điện, cần phải cung cấp đủ và liên tục.
• Cần có trình cài đặt và người có kỹ năng cho bất kỳ thiệt hại nào đối với bơm nhiệt.
IX. ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG CỦA BƠM NHIỆT
A. Cột chưng cất với bơm nhiệt
• Hình so sánh các lợi thế của nhà máy chưng cất với bơm nhiệt với một đơn vị thông thường.
• Trong nhà máy chưng cất có bơm nhiệt, nồi hơi và bình ngưng được liên kết với nhau.
• Bơm nhiệt làm tăng năng lượng hiện có trong đầu cột, thường bị tiêu tán và chuyển nó vào lò phản ứng nhiệt, nơi hơi nước được ngưng tụ.
• So với các đơn vị chưng cất thông thường, quá trình này chỉ cần một phần năng lượng nhiệt.
Hơn nữa, nó không cần bất kỳ hơi nước nóng hoặc một lượng lớn nước làm mát.
• Do đó bằng cách thêm bơm nhiệt, nhiệm vụ của reboiler và bình ngưng được giảm xuống, do đó tiết kiệm rất nhiều năng lượng

X.CONCLUSION
Năng lượng là điều cần thiết cho cuộc sống. Không có nó, nhiều tỷ người sẽ bị lạnh và đói. Nguồn năng lượng chính đến từ nhiên liệu hóa thạch và nhiên liệu hóa thạch chiếm ưu thế hiện nay được sử dụng bởi hầu hết các nước công nghiệp và đang phát triển là dầu mỏ, than đá và khí đốt tự nhiên. Dân số thế giới tiếp tục tăng và lượng nhiên liệu hóa thạch hạn chế bắt đầu giảm. có thể không thể cung cấp lượng năng lượng mà thế giới yêu cầu bằng cách chỉ sử dụng nhiên liệu hóa thạch để chuyển đổi năng lượng. Có rất nhiều cách để chuyển đổi năng lượng mà không cần nhiên liệu hóa thạch, và nhiều cách đang được sử dụng, nhưng gần như không phát huy hết tiềm năng của chúng. Một trong những cách để chuyển đổi năng lượng mà không cần nhiên liệu hóa thạch là sử dụng Bơm nhiệt. Việc sử dụng heat pump nhiệt trong các ngành công nghiệp hóa chất ở Ấn Độ còn hạn chế. Những năm gần đây đã cho thấy sự tăng trưởng mạnh mẽ trong thị trường bơm nhiệt quốc tế.
Các hạt nhưAustria, Phần Lan, Pháp, Ý, Đức, Na Uy, Thụy Điển, Thụy Sĩ và Vương quốc Anh bao gồm heat pump nhiệt trong khu dân cư và các ứng dụng khác.
Ví dụ, Hình 4 cho thấy tiềm năng của heat pump nhiệt quy mô lớn ở Đức. Từ hình vẽ có thể thấy rằng heat pump nhiệt quy mô lớn có khả năng cung cấp khoảng 19% tổng mức tiêu thụ năng lượng của Đức trong năm 2005 (EHPAb, 2010). Trong số các heat pump nhiệt quy mô lớn này, một tiềm năng lớn là trong các ngành công nghiệp hóa chất, giấy và bột giấy và thực phẩm. Điều này cho thấy bơm nhiệt công nghiệp có tiềm năng đáng kể.
Một nghiên cứu khảo sát về tiềm năng của công nghệ bơm nhiệt công nghiệp trong lĩnh vực thực phẩm và đồ uống cho thấy rằng tổng hiệu quả giảm CO2 40 triệu tấn CO2 / năm có thể được dự kiến ​​từ mười một quốc gia được khảo sát (HPTCJ, 2010). Hiệu ứng này xuất phát từ việc thay thế nồi hơi cho bơm nhiệt giữa các ứng dụng ở nhiệt độ cuối sử dụng dưới 100 0C. Đặc biệt, Trung Quốc (15 triệu tấn CO2 / năm) và Hoa Kỳ (14 triệu tấn
CO2 / năm) được khảo sát xác định là có tiềm năng giảm CO2 đáng kể (HPTCJ, 2010).
Hình 4: Tiềm năng của các ứng dụng quy mô lớn của bơm nhiệt. Các ứng dụng công nghiệp của bơm nhiệt trong hóa chất, giấy và bột giấy và các ngành công nghiệp thực phẩm chiếm một phần đáng kể của tiềm năng trong

NHÌN NHẬN
Trước hết chúng tôi xin cảm ơn tất cả các giảng viên của Khoa Kỹ thuật Hóa học của PDPU vì sự hỗ trợ liên tục của họ. Chúng tôi cũng rất biết ơn ông B.J. Prajapati và ôngRajesh Agrawal vì những đầu vào quý giá của họ và đã dành thời gian quý báu của họ để giúp chúng tôi tìm hiểu những điều cơ bản về bơm nhiệt trong quá trình đào tạo tại Godrej Industries Limited. Chúng tôi cũng muốn cảm ơn ông Manish Khodaskar vì đã cho chúng tôi cơ hội làm việc tại Godrej trong quá trình đào tạo công nghiệp.
Chúng tôi cũng rất biết ơn toàn bộ đội ngũ tại Godrej Industries Limited, Valia, người đã giúp chúng tôi rất nhiều để tìm hiểu và khám phá các khái niệm mới về bơm nhiệt và các khía cạnh tương lai của nó trong ngành hóa chất.