15.1.3.3 Тепловой баланс
Составим тепловой баланс для части установки непрерывной ректификации, изображенной на рисунке 15.22, состоящей из ректификационной колонны и кипятильника кубового остатка.
Рис. 15.22. Схема материальных и тепловых потоков для выделенной части установки непрерывной ректификации
Поскольку процесс непрерывной ректификации является стационарным, то в соответствии с уравнением (3.42) суммарные приход и расход тепла за единицу времени в выделенной части установки должны быть равны:
,
(15.45)
где
- приход тепла в кипятильник с греющим
паром;
- приход тепла с исходной смесью;
- приход тепла с флегмой;
- расход тепла с удаляющимся из колонны
паром;
- расход тепла с выводимым из колонны
кубовым остатком;
- расход тепла с образовавшимся в
кипятильнике конденсатом;
- расход тепла на потери в окружающую
среду.
Величины тепловых расходов можно выразить с использованием материальных расходов и соответствующих удельных энтальпий. Причем необходимо использовать либо мольные расходы (моль/с) и относительные мольные энтальпии (Дж/моль), либо массовые расходы (кг/с) и относительные массовые энтальпии (Дж/кг).
.
(15.46)
Выразим
расходы флегмы
и пара
через расход дистиллята
и флегмовое число R
(15.35), (15.36), сгруппируем слагаемые,
относящиеся к кипятильнику в левой
части уравнения, а остальные в правой,
отнимем и прибавим слагаемое
,
обозначим тепловую нагрузку кипятильника
(количество тепла, передаваемого от
греющего пара кипящей жидкости за
единицу времени)
,
тогда из (15.46) получим
(15.47)
Поскольку
разница удельных энтальпий уходящего
из колонны пара
и
возвращающейся в нее флегмы
равна удельной теплоте испарения флегмы
,
то уравнение (15.47) можно переписать
.
(15.48)
Алгебраическая
сумма второго, третьего и четвертого
слагаемых невелика. Нетрудно показать
с использованием (15.33), что она равна
нулю при допущении о возможности записи
удельной мольной энтальпии жидкой
смеси, находящейся в равновесии с паром,
через энтальпии чистых легколетучего
и труднолетучего
компонентов на линии насыщения при
фиксированном давлении в виде
.
(15.49)
Потери тепла в окружающую среду при наличии тепловой изоляции, обычно, невелики и составляют 3-5% от полезной нагрузки кипятильника
. (15.50)
С учетом выше сказанного тепловая нагрузка кипятильника может быть приближенно найдена
.
(15.51)
Таким
образом затраты тепла на испарение в
кипятильнике пропорциональны расходу
пара G,
а при фиксированном расходе дистиллята
(
=const)
- флегмовому числу R.
Суммарный расход тепла для проведения
процесса ректификации включает еще
тепло, необходимое для подогрева исходной
смеси в подогревателе 6 (рис. 15.19), однако
последняя величина не зависит от
флегмового числа и может быть найдена
из теплового баланса, составленного
для подогревателя. Кроме того, необходим
определенный расход охлаждающего
агента, обычно воды, используемого в
дефлегматоре и холодильниках дистиллята
и кубового остатка, который находится
из тепловых балансов, составленных для
соответствующих аппаратов. Экономия
тепловых затрат может быть достигнута
путем предварительного нагрева исходной
смеси за счет тепла, отводимого от
кипятильника, дефлегматора, холодильников
дистиллята и кубового остатка. Кроме
того это тепло может использоваться
для других производственных нужд.