Тепловой баланс процесса

Проведение процесса ректификации связано с обменом тепловой энергией между контактирующими паровой и жидкой фазами. Без учета теплопотерь в окружающую среду все подведенное в колонну тепло – с сырьем (Q_F), и в низ колонны через кипятильник (Q_В) – отводится из колонны парами ректификата (Q_D), жидким остатком (Q_W) и потоком хладагента (Q_d) на верху колонны.

Уравнение теплового баланса:

Q_F + Q_B = Q_D + Q_W + Q_d. (1.32)

Определяем составляющие уравнения (1.32).

Тепло, поступающее с сырьем:

(1.33)

где F = кг/с – массовый расход сырья;

t_F = °С - температура ввода сырья;

- массовая доля отгона;

с_F – теплоемкость жидкой фазы сырья, кДж/кг;

q_F – теплота испарения сырья, кДж/кг.

Массовую долю отгона сырья определим по уравнению:

(1.34)

где е = 0, 5 – заданная мольная доля отгона сырья;

М_ср.F = кг/кмоль – средняя мольная масса исходной смеси;

кг/кмоль – средняя мольная масса паровой фазы сырья.

Удельную теплоемкость жидкой фазы сырья определим по формуле:

кДж/(кг× К), (1.35)

где с₁, с₂, с₃ кДж/(кг× °С)–удельные теплоемкости компонентов при температуре сырья.

Аналогично, теплота испарения смеси:

кДж/кг, (1.36)

где q₁, q₂, q₃ кДж/кг – удельные теплоты испарения компонентов.

Определяем тепло кипятильника по формуле:

, (1.37)

где S = рабочее паровое число;

W = кг/с – массовый выход остатка;

q_W – удельная теплота испарения остатка, кДж/кг.

Удельную теплоту испарения остатка определим по правилу смешения:

кДж/кг

где q₁, q₂, q₃ – удельные теплоты испарения компонентов при температуре остатка t_н.

Количество теплоты, отводимое с дистиллятом:

(1.38)

где D = кг/с – массовый выход дистиллята;

t_D = °C – температура дистиллята (верха колонны);

с_D – удельная теплоемкость дистиллята, кДж/(кг× °С).

Аналогично формуле (1.35):

кДж/(кг× °С)

где с₁, с₂, с₃ -удельные теплоемкости компонентов при t_в.

Количество теплоты, отводимое с остатком, по формуле:

(1.39)

где t_W = °C – температура остатка (низа колонны);

с_W – удельная теплоемкость остатка, кДж/(кг× °С).

По формуле (1.35):

кДж/(кг× °С)

где с₁, с₂, с₃ -удельные теплоемкости компонентов при t_W.

Количество теплоты, уносимое хладагентом на верху колонны, определим по формуле

(1.40)

где R = – рабочее флегмовое число;

q_D – теплота конденсации дистиллята, кДж/кг.

По формуле (1.35):

где q₁, q₂, q₃– удельные теплоты конденсации компонентов при температуре конденсации t_D.

Проверяем тепловой баланс процесса по уравнению (1.32):

Находим несходимость теплового баланса

Результаты расчета сводим в таблицу.