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; tf, tp, tw – температура исходной смеси, дистиллята и остатка, °С; rp – 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; Нк – 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.