Тепловой расчет установки

Уравнение теплового баланса запишем по уравнению (5.32):

,

где Q_F – количество тепла, приходящее в колонну с сырьем, Вт, Q_к – количество недостающего тепла, приходящего в колонну из кипятильника, Вт; Q_Д – количество тепла, отводимого в дефлегматоре, Вт; Q_w – количество уходящего из колонны тепла с кубовым остатком, Вт; Q_D – количество уходящего тепла с дистиллятом, Вт; Q_пот – тепловые потери колонны в окружающую среду, Вт.

Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, рассчитывают в зависимости от условий процесса. Так как пары из верха колонны только конденсируются и покидают дефлегматор с той же температурой, то тепло рассчитываем по уравнению (5.35):

где R – флегмовое число; r_D – удельная теплота конденсации паров в дефлегматоре, Дж/кг.

,

где r_б и r_т – удельные теплоты конденсации бензола и толуола при температуре 82^оС [9].

Приход тепла с сырьем при t_F = 91,5 ^oC

, (5.51)

где x_i – массовая доля i – ого компонента в исходной смеси; С^о_Р – удельная теплоемкость i – компонента, Дж/(кг*К), t_F – соответствующая температура, К.

Данные по теплоемкостям взяты из справочной литературы [4, 5, рис. XI].

Найдем расход тепла с кубовой жидкостью при t_w = 109 ^оС.

,

где С^W_Р – теплоемкость кубовой жидкости при t_w = 109^оС.

Расход тепла с дистиллятом при t_D = 82^oC.

, (5.52)

где С^D_Р – теплоемкость дистиллята при t_D = 82^оС.

Расход теплоты в кубе-испарителе ректификационной колонны определяем из теплового баланса по уравнению (5.34):

Принимаем тепловые потери 3 % от полезно затрачиваемой теплоты, тогда

Удельные теплоемкости взяты соответственно при t_D = 82^oC, t_W = 109^oC и t_F = 91,5^оС; температура кипения исходной смеси t_F = 91,5^оС определена по рис. 5.10.

Рис. 5.10

Определив количество теплоты Q_к, подводимой в кипятильнике колонны, рассчитаем расход греющего пара G_г.п., составив тепловой баланс для контура К₂ (рис. 5.5). Обозначим: h_г.п. – энтальпия греющего пара, Т_к – его температура, К; С_Р^г.п. – теплоемкость конденсата, Дж/(кг*К). Тогда тепловой баланс запишется следующим образом:

,

где r_г.п.= h_г.п - С_Р^г.п. * Т_к – теплота конденсации греющего пара, Дж/кг. В заводских условиях обычно используется пар со следующими параметрами:Р=6 атм., Т=158^оС. Удельная теплота парообразования греющего водяного пара взята из справочных данных [5, табл. LVII].

Ориентировочную поверхность кипятильника F находим по основному уравнению теплопередачи:

, (5.53)

где К – коэффициент теплопередачи Вт/(м²*К); Dt_ср – средний температурный напор, К.

Применительно к кипятильнику ректификационной колонны примем коэффициент теплопередачи от конденсирующего водяного пара к органическим жидкостям равным 300 Вт/(м²*К) [1, табл. 2.1].

Поток охлаждающей воды G_В в дефлегматоре с начальной температурой t¢_в, конечной t¢¢_в и теплоемкостью С_в определяем из теплового баланса для контура К₃ (рис. 5.5):

, выразив количество охлаждающей воды, получим:

,

где С^В_Р – теплоемкость воды при средней температуре 32,5^оС; t^¢_в – начальная температура воды, ^оС; t^¢¢_в – температура нагретой воды, за счет тепла потока, ^оС.

Ориентировочную поверхность конденсатора F находим по основному уравнению теплопередачи:

,

где К – коэффициент теплопередачи Вт/(м²*К); Dt_ср – средний температурный напор, К.

Применительно к конденсатору ректификационной колонны примем коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара органических жидкостей к воде равным 500 Вт/(м²*К) [1, таблица 2.1].

Найдем среднюю разность температур:

82 82

40 25

Dt_м = 42 Dt_б = 57

Отношение Dt_б/Dt_м =57/42 = 1,357, следовательно, можно принять среднюю арифметическую разность температур Dt_ср = 0,5 (57+42) = 49,5.