Тепловой баланс процессов ректификации

Основной целью расчета теплового баланса ректификационной колонны является определение поверхности теплообменной аппаратуры (кипятильника) и расход теплоносителя.

Обозначим: Q₁ – тепло, поступающее в кипятильник ректификационного аппарата с теплоносителем (греющий пар), кДж/час; Q₂ – тепло, поступающее с разделяемой смесью, кДж/час; Q₃ – тепло, поступающее с флегмой, кДж/час; Q₄ – тепло, уходящее с парами, кДж/час; Q₅ – тепло, уходящее с остатком, кДж/час; Q₆ – тепло, теряемое в окружающую среду, кДж/час.

При принятых обозначениях тепловой баланс процесса может быть выражен равенством:

(5.45)

или

(5.46)

где , ,  – удельные теплоемкости соответственно исходной смеси, дистиллята и остатка, кДж/кг·град; t_f, t_p, t_w – температура исходной смеси, дистиллята и остатка, °С; r_p – теплота испарения дистиллята кДж/кг.

Из уравнения (5.45) находим расход тепла на проведение процесса ректификации:

(5.47)

или

.

(5.48)

Если нагревание в кипятильнике проводится водяным паром, расход его на проведение процесса составит:

,

(5.49)

где Н – энтальпия водяного пара, кДж/кг; Н_к – энтальпия конденсата, кДж/кг.

Поверхность теплообмена кипятильника можно найти по уравнению:

,

(5.50)

где К – коэффициент теплопередачи, кДж/м²·час·град; ∆Т – средняя разность температур между остатком и теплоносителем в кипятильнике; τ – время работы колонны, час.

Процессы экстракции.

Процессы экстракции широко используют для извлечения ценных продуктов из разбавленных растворов, а также для получения концентрационных растворов. Главное же то, что экстракцию следует рассматривать (наряду с ректификацией) как один из основных способов разделения жидких однородных смесей.

В большинстве случаев экстракцию применяют в сочетании с ректификацией. Пусть в растворителе L растворено распределяемое вещество m, и концентрация раствора (исходной смеси) незначительна. Можно подобрать второй растворитель G (экстрагент), которым можно экстрагировать распределяемое вещество m из исходного раствора и получить концентрированный раствор распределяемого вещества в растворителе G+m (экстракт) и очищенный от распределяемого вещества растворитель L (рафинат).

Поскольку расход тепла на ректификацию резко уменьшается с ростом концентрации исходного вещества в разделяемой смеси, предварительное экстрагирование позволяет значительно сократить затраты тепла на разделение исходной смеси. Принципиальная схема сочетания процессов экстракции и ректификации показана на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Принципиальная схема сочетания процессов экстракции и ректификации.