3.3.1.2.1 Материальный баланс

Материальный баланс составляется для определения расхода дистиллята и кубового остатка.

Массовый выход дистиллята (D, кг/ч) определяется по уравнению

(3.33)

выход кубового остатка (W, кг/ч)

(3.34)

где ; ; - концентрация i-го компонента соответственно в сырье, кубовом остатке и дистилляте, массовые доли.

При расчете процессов ректификации составы жидкостей могут быть заданы в массовых или мольных долях или процентах.

Перерасчет мольных долей в массовые проводится по уравнению

(3.35)

Здесь - мольная масса индивидуального компонента, кг/кмоль;

n – число компонентов смеси;

- концентрация i-го компонента, мольная доля.

Перерасчет состава смеси удобно выполнять в виде таблицы. Например, для перерасчета мольного состава сырья в массовый применима таблица 3.11.

Таблица 3.11 – Пересчет сырья

Номер компонента	Название компонента	Мольная масса компонента Mi	Состав сырья (мольные доли) x’i	Mi x’i	Состав сырья xi
1
2
3
Итого			1,000		1,000

Аналогичные таблицы составляются для дистиллята и остатка, определяются выходы D и W и заполняется таблица 3.12.

Таблица 3.12 – Материальный баланс ректификационной колонны

		Приход		Расход
Номер компонента	Название компонента	с сырьем		с дистиллятом		с остатком
		xiF	FxiF	yiD	D yiD	xiW	W xiW
1
2
3
Итого		1,000	F	1,000	D	1,000	W

3.3.1.2.2 Тепловой баланс

Тепловой баланс ректификационной колонны непрерывного действия составляется для определения расхода греющего пара и хладагента (например, охлаждающей воды) в процессе ректификации.

Удельная энтальпия индивидуальных компонентов (кДж/кг) рассчитывается по уравнениям [12, с.59]:

для жидкой фазы

h_i = C_it; (3.37)

для паровой фазы

H_i = C_it + λ. (3.38)

Для нефтепродуктов применимы выражения [12, с.95]

(3.39)

(3.40)

В приведенных выражениях С_i – удельная теплоемкость компонента в жидкой фазе при температуре t, кДж (кг ∙ град);

λ_i - теплота испарения компонента при данном давлении в колонне, (кДж/кг);

- относительная плотность компонента.

Пренебрегая теплотой растворения компонентов смеси друг в друге, удельная энтальпия смеси рассчитывается по выражениям

- для жидкой фазы

(3.41)

- для паровой фазы

(3.42)

где x_i, y_i – концентрация индивидуального компонента соответственно в жидкой и паровой фазах, масс, доли; п – число компонентов.

Количество тепла, вносимое сырьем при заданной доле отгона сырья при температуре t_F, определяется по уравнению

(3.43)

Расчет удельной энтальпии паровой (Н_С) и жидкой (h_C) фаз сырья удобно записывать в виде таблицы.

Таблица 3.13 – Удельная энтальпия жидкой и паровой фаз сырья

Номер компо-нента	Название компо-нента	Состав, массовая доля		Удельная энтальпия, кДж/кг		Произведение
		жидко-сти xiC	пара уiC	жидкости hi	пара Hi	hi∙xiC	Hi∙yiC
1
2
3
Итого		1,000	1,000			hC =	Hc =

Температуру ввода сырья t_F при известной доле отгона сырья е и состав равновесных потоков паровой (yi_C) и жидкой (xi_C) фаз при бинарной ректификации можно определить графически по изобарной диаграмме [6] либо аналитически [7].

Количество тепла, отводимое дистиллятом (Q_D) и кубовым остатком (Q_W), рассчитывается по уравнениям

Q_D = D ∙ H_D / 3600, кВт (3.44)

Q_w = W ∙ h_w / 3600, кВт, (3.45)

где H_D – удельная энтальпия дистиллята ( ), кДж/кг h_w – удельная энтальпия кубового остатка ( ), кДж/кг.

Для расчета удельной энтальпии дистиллята и кубового остатка составляется таблица, подобная таблице 3.13.

При установке на верху колонны парциального конденсатора (горячее острое орошение) количество тепла, отводимое сверху колонны, определяется по уравнению

к Вт, (3.46)

где H_D и h_D – удельная энтальпия соответственной паровой и жидкой фазы в парциальном конденсаторе (расчет H_D приведен выше, значение h_D необходимо рассчитать по составу жидкости, равновесной составу дистиллята yi_D);

R – флегмовое число при рабочем режиме колонны (расчет приведен далее в пункте 3.3.1.2.3.1).

При установке на верху колонны конденсатора либо конденсатора-холодильника (холодное острое орошение) Q_D определяется по выражению

, (3.47)

где h_x – удельная энтальпия холодного орошения или дистиллята, кДж/кг.

Количество тепла, подводимое к низу колонны через кипятильник

Q_B = Q_D + Q_W + Q_d – Q_F, кВт. (3.48)

Результаты расчета заносятся в таблицу 3.14.

Таблица 3.14 – Тепловой баланс колонны

Подводимое (отводимое) тепло	Температура, оС	Удельная энтальпия, кДж/кг	Массовый расход, кг/ч	Количество тепла, кВт
Приход - с сырьем (е=) - паровая фаза - жидкая фаза - в кипятильнике Итого
Расход - с дистиллятом - с остатком - в конденсаторе Итого