Примем обозначения:
Gj—количество начальной смеси, поступающей на разделение, в кгс\
Gp—количество получаемого дистиллята в кгс, Gw—количество кубового остатка в кгс; ГА и гв—скрытая теплота парообразования компонентов А и В в ккал/кгс,
С а и св—теплоемкость жидких компонентов А и В в ккал! кгс-°С\ сс р.—средняя теплоемкость жидкости в кубе в ккал/кгс -°С; tf—температура начальной смеси в °С; TK—температура кипения смеси в кубе в °С; tx—средняя температура пара, поднимающегося из колонны
В дефлегматор, в °С; Tw—температура кубового остатка в °С; Tp—температура дистиллята в °С; Af, ар, aw—содержание компонента А в начальной смеси, дистилляте и кубовом остатке в % вес.;
Дшп.—расход греюшего пара на кипячение жидкости в кгс’,
Amrp.—расход греющего пара на нагрев начальной смеси в кгс\ X—теплосодержание греющего пара в кшл! кгс\ 6—температура конденсата в °С; WA и Wx—расход охлаждающей воды в дефлегматоре и холодильнике — конденсаторе в кгс; н—начальная температура воды в °С; —конечная температура воды в °С; Qn—потери тепла в окружающую среду в ккал\ Gx—количество кг-мол флегмы, приходящееся на 1 кг-мол дистиллята (флегмовое число). Простая перегонка. На нагрев жидкости в кубе расходуется тепла
QHагр. = Онагр. (* ~ 6) = Gf + СВ ) ^ ~ </) + Qn (3-215)
На кипячение расходуется тепла:
( AD 100 — AD\ 1
(‘ГА Їоб + ГВ— )+ CCp — (h ~ *K)J + Qn (3-216)
Всего расходуется греющего пара при простой перегонке:
D = ^нагр. -Ф Окип. = ^ Q (3—217)
Поверхность нагрева куба определяется обычно для периода кипячения по общему уравнению теплопередачи.
Уравнение теплового баланса хододильника-конденсатора
~ I ав 100 — а„ \
& = ^х (-2к — kn) = + »в їоб J +
/ Av 100 — Ap\ + [CA Ж ♦ СВ~І00& ~ *P> (3-218>
Откуда находим расход охлаждающей воды
W% = T QxF (3-219)
*2к l2H
Ректификация. Так же как и при простой перегонке, в процессе ректификации тепло расходуется на подогрев начальной смеси до ее температуры кипения и на кипячение смеси в кубе колонны.
Расход тепла на подогрев смеси до ее температуры кипения определяется так же, как и при простой перегонке по уравнению (3—215).
Определяя расход тепла на парообразование в кубе колонны, необходимо учесть наличие флегмы GXGP кгс, причем в случае периодической ректификации следует брать среднее значение флегмового числа и среднее значение температуры паров, поднимающихся с верхней тарелки колонны tlcр.
В данном случае тепловой баланс будет складываться из следующих элементов:
Qf—теплосодержание смеси в кубе колонны после ее подогрева до температуры кипения tfK
Qf = Gf (сА + св 10°~Q/) TfK Ккал (3-220)
Qw—теплосодержание остатка в кубе при температуре tw
Qw = Gw ІСА ^ + Св 10°~Fl" ) Tw Ккал (3-221)
<3кия. = Асип. (X — 6) = Gp
^ <2Д—тепло, отдаваемое флегмой охлаждающей воде в дефлегматоре
QR = GxGp[Rk Fa + гвКкал (3-222)
QnK—тепло, уносимое парами дистиллята
Л Л Г а„ . 100 — AD . I ав. 100—А„ \ ,
|
Ккал (3—223) |
Qn*= QP [гА 1^0 + /в—ІЩ^- + (сА ^ + Св —Тоо-^) І
Qn—потери тепла в окружающую среду в ккал.
УРавнение теплового баланса ректифиКационной колонны можно написать в следующем виде: ‘
Qf + QKhh. = Qw + Qn + <2пд + Qn (3-224)
Расход тепла на кипячение смеси в кубе колонны:
<2к„п. — Асип. — 0) = Qw + Qa + Qnn + Qn — Qf Ккал (3-225) Расход греющего пара на нагревание смеси и на кипячение:
D = A, arp. + DKHn. = Q^ + Qkhh. кгс (3-226)
Уравнение теплового баланса дефлегматора имеет следующий вид: = — 4Н) ккал J (3-227)
Расход охлаждающей воды в дефлегматоре: |
WR = кгс / (3—228)
I
Уравнение теплового баланса холодильника-конденсатора имеет такой вид:
= U Ккал I ( (3—229)
Расход воды в холодильнике-конденсаторе:
. Q\ І і (3—230)
*2к *2н
Уравнения тепловых балансов дефлегматора ищ холодильника-конденсатора составлены для случая, когда в дефлегматоре происходит ■только частичная конденсация, т. е. когда пары дистиллята конденсируются в холодильнике-конденсаторе. В случае полной конденсации паров в дефлегматоре необходимо внести соответствующие поправки.