1.2.7. Расчет теплового баланса колонны

Тепловой баланс составляется для того, чтобы определить расход греющего пара на процесс ректификации (на подогрев смеси в теплообменнике и на испарение в колонне).

По фазовой диаграмме находятся температуры кипения исходной смеси T_f, дистиллята t_d и кубового остатка t_w.

• Приход тепла:

– с исходной смесью

, кВт (ккал/ч);

(1.13)

– с греющим паром

, кВт (ккал/ч);

(1.14)

– с флегмой

, кВт (ккал/ч).

(1.15)

_{На подогрев исходной смеси от первоначальной температуры до температуры кипения t}ф

, кВт (ккал/ч).

(1.16)

В уравнениях (1.13–1.16) используются следующие обозначения:

G₁, G_ф, D – соответственно расходы исходной смеси, флегмы и греющего пара, кг/ч;

с₁, с_ф – удельные массовые теплоемкости соответственно исходной смеси и флегмы, кДж/(кг ^С) (ккал/(кг ^С));

i, i_к – соответственно энтальпии насыщенного пара и его конденсата, кДж/кг (ккал/кг);

t₁, t_д, t_нач – соответственно температуры кипения исходной смеси, дистиллята и начальная температура исходной смеси, ^С.

• Расход тепла:

– с парами, поднимающимися с верхней тарелки в дефлегматор

, кВт (ккал/ч);

(1.17)

– с кубовым остатком

, кВт (ккал/ч).

(1.18)

В уравнениях (1.17 – 1.18) приняты следующие обозначения:

с_п, с_ф – соответственно теплоемкость поднимающихся паров и кубового остатка.

• Расход охлаждающей воды в дефлегматоре

  , (кг/ч),

  (1.19)

• Расход охлаждающей воды в конденсаторе

, (кг/ч).

(1.20)

В уравнениях (1.19–1.20) используются следующие обозначения:

R_a, R_b – теплоты парообразования низкокипящего и высококипящего компонентов;

А_d, B_d – соответственно массовые концентрации низкокипящего и высококипящего компонентов в дистилляте;

c_а, с_b – удельные теплоемкости низкокипящего и высококипящего компонентов разгоняемой смеси;

с_воды – теплоемкость воды;

– температуры охлаждающей воды на входе и на выходе дефлегматора или конденсатора;

– соответственно температуры кипения и конденсации готового продукта (дистиллята).

1.3. Применение эвм при проектировании ректификационных установок

1.3.1. Общие сведения о программе

Язык программирования – Паскаль.

Назначение программы – тепловой и гидравлический расчет колонны, определение основных конструктивных размеров ректификационной колонны.

На рис. 1.8 показана блок-схема программы расчета ректификационной установки, реализующая изложенную выше методику расчета.

Для решения поставленной задачи необходимо выполнить большой объем вычислительной работы, используя в качестве исходных данных обширный объем информации. Для решения больших задач целесообразно использовать модульный принцип программирования.

Графо-аналитический метод расчета бинарной ректификационной установки можно представить в виде следующего алгоритма:

1. Рассчитать материальный баланс (расходные характеристики G_d, G_w).

2. Построить кривую равновесия разгоняемой смеси в диаграмме равновесия.

3. Построить процесс ректификации в диаграмме равновесия.

4. Определить теоретическое и действительное число тарелок.

5. Определить конструктивные характеристики колонны и ее элементов.

6. Рассчитать гидравлическое сопротивление колонны.

7. Свести тепловой баланс установки.

Применение ЭВМ при проектировании ректификационных колонн для различных исходных условий работы в значительной мере повышает производительность труда проектировщика, сокращает сроки проектирования.

При автоматизации проектирования ректификационной установки необходимо решить вопросы, связанные с подготовкой и вводом массивов сходной информации и формализацией графо-аналитического метода построения ректификационного процесса.

Рис. 6.8. Блок-схема программы «Расчет ректификационной установки»