Приход тепла Расход тепла

С теплоносителем в ки- С парами, поступающими

пятильнике…………… Q _кип из колонны в дефлег-

С исходной смесью…. Q_F = Fi_F.................. матор………….. Q_G = GI

С флегмой…………… Q_Ф=Фi_Ф С остатком……. Q _w =Wi _w

.............................................................................. Потери в окружающую

.............................................................................. Среду………….. Q _п

Кроме известных величин, в выражения для количеств тепла входят: I, i_F, i_ф и i_w – энтальпии соответственно паров, выходящих из колонны, исходной смеси, флегмы и остатка. Таким образом, уравнение теплового баланса:

Q_кип + Q_F + Q_Ф = Q_G + Q_w + Q _п (17)

Подставляя вместо Q их значения и учитывая, что

F = Р + W, G = Р (R + 1) и Ф = PR, получим

Q _кип + (P + W) i_F + РRi_F = P (R + 1) I + Wi_w + Q _п (18)

Решая уравнение (18) относительно Q _кип ,. находим расход тепла в кипятильнике

Q _кип = P (I – i_F) + PR (I – i_Ф) + W (i_w – I_f) + Q _п (18 а)

Из уравнения теплового баланса (18 а) видно, что тепло, подводимое в кипятильник, затрачивается на испарение дистиллята [ Р (I – i_F) ],испарение флегмы [ РR (I – i_Ф) ], нагревание остатка до температуры кипения [ W (i_w – i_F) ], а также на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Флегма из дефлегматора поступает в колонну при температуре ее кипения. Поэтому энтальпия выходящих из колонны паров I = i_ф + r_ф, где r_ф – теплота испарения флегмы. Потери тепла в окружающую среду обычно выражают в долях тепла, подводимого в кипятильник, т. е. принимают Q _п= a _п Q _кип, где при наличии хорошей тепловой изоляции коэффициент а _п = 0,03 – 0,05.

Делая соответствующие подстановки в уравнение (18 а), получим

. (19)

Энтальпии жидкостей, входящих в уравнение (18) и (19), равны произведениям их мольных теплоемкостей с на температуры t (в °С). Теплоемкости с и теплоты испарения для бинарных смесей вычисляют по правилу аддитивности, исходя из свойств чистых компонентов А и В:

с = с_А х + с_в (1 – х)

r = r_A x + r_B(1 – x)

где х — мольная доля компонента А в смеси.

Количество тепла Q _деф, отнимаемого охлаждающей водой в дефлегматоре, зависит от количества конденсирующихся в нем паров. При полной конденсации паров, выходящих из колонны, находим

. (20)

При конденсации части паров, соответствующей количеству возвращаемой в колонну флегмы, получим

. (20 а)

Из рис. 14 видно, что в установке осуществляется подвод тепла в кипятильнике и в подогревателе исходной смеси и одновременно отвод тепла в дефлегматоре и холодильниках для дистиллята и остатка. С этим связана принципиальная возможность рекуперации тепла. Тепло, необходимое для нагрева исходной смеси, может быть получено целиком или частично за счет использования тепла, отнимаемого при охлаждении дистиллята или остатка: либо за счет тепла конденсации паров в дефлегматоре. При этом достигается экономия как нагревающего агента (в подогревателе), так и охлаждающего агента (в соответствующих устройствах). Кроме того, подогрев исходной смеси возможен при использовании в качестве теплоносителя парового конденсата из кипятильника колонны.