14.1.3.3. Тепловой баланс

Составим тепловой баланс для части установки непрерывной ректификации, изображенной на рисунке 14.22, состоящей из ректификационной колонны и кипятильника кубового остатка. Поскольку процесс непрерывной ректификации является стационарным, то в соответствии с уравнением (3.42) суммарные приход и расход теплоты за единицу времени в выделенной части установки должны быть равны:

, (14.45)

где приход теплоты в кипятильник с греющим паром;приход теплоты с исходной смесью;приход теплоты с флегмой;расход теплоты с удаляющимся из колонны паром;расход теплоты с выводимым из колонны кубовым остатком;расход теплоты с образовавшимся в кипятильнике конденсатом;расход теплоты на потери в окружающую среду.

Рис. 14.22. Схема матери-альных и тепловых потоков для выделенной части установки непрерывной ректификации

Величины тепловых расходов можно выразить с использованием материаль-ных расходов и соответству-ющих удельных энтальпий. Причем предпочтительнее использовать мольные рас-ходы (моль/с) и относи-тельные мольные энтальпии, обозначенные с верхним значком «» (Дж/моль), либо массовые расходы (кг/с) и относительные массовые энтальпии (Дж/кг).

. (14.46)

Выразим расходы флегмы и парачерез расход дистиллятаи флегмовое числоR (14.35), (14.36), сгруппируем слагаемые, относящиеся к кипятильнику в левой части уравнения, а остальные в правой, отнимем и прибавим слагаемое , обозначим тепловую нагрузку кипятильника (количество теплоты, передаваемого от греющего пара кипящей жидкости за единицу времени), тогда из (14.46) получим

(14.47)

Поскольку разница удельных энтальпий уходящего из колонны пара и возвращающейся в нее флегмыравна удельной теплоте испарения флегмы, то уравнение (14.47) можно переписать

(14.48)

Алгебраическая сумма второго, третьего и четвертого слагаемых невелика. Нетрудно показать с использованием (14.33), что она равна нулю при допущении о возможности записи удельной мольной энтальпии жидкой смеси, находящейся в равновесии с паром, через энтальпии чистых легколетучего и труднолетучегокомпонентов на линии насыщения при фиксированном давлении в виде

. (14.49)

Потери теплоты в окружающую среду при наличии тепловой изоляции, обычно, невелики и составляют 35% от полезной нагрузки кипятильника

. (14.50)

С учетом выше сказанного тепловая нагрузка кипятильника может быть приближенно найдена

. (14.51)

Таким образом затраты теплоты на испарение в кипятильнике пропорциональны расходу пара G, а при фиксированном расходе дистиллята (=const) флегмовому числуR. Суммарный расход теплоты для проведения процесса ректификации включает еще теплоту, необходимую для подогрева исходной смеси в подогревателе 6 (рис. 14.19), 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 теплоты, отводимой от кипятильника, дефлегматора, холодильников дистиллята и кубового остатка. Кроме того это теплота может использоваться для других производственных нужд.