Тепловой баланс процесса экстрактивной ректификации. В качестве критерия оптимизации традиционного варианта организации процесса экстрактивной ректификации мы использовали суммарные энергетические затраты в кипятильниках колонн , 6 где N - число колонн в технологической схеме. Причем, энергетические затраты в кубе каждой колонны рассчитываются, исходя из общего теплового баланса.
Для колонны экстрактивной ректификации традиционной схемы уравнение теплового баланса имеет вид , 7 где QF F CF TF - количество тепла, поступающее с потоком исходной смеси QЭА PЭА СЭА ТЭА - количество тепла, поступающее в колонну с потоком экстрактивного агента QD D CD TD - количество тепла, отводимое из колонны с потоком дистиллята QW W CW TW - количество тепла, отводимое из колонны с кубовым потоком Qконд D R 1 r - количество тепла, отводимое при конденсации потоков дистиллята и флегмы.
Откуда затраты тепла в кипятильнике Qкип QD QW Qконд - QF - QЭА 8 Qкип D CD TD W CW TW D R 1 r - F CF TF - PЭА СЭА ТЭА 9 При заданных количестве, составе питания и качестве продуктов поток дистиллята определяется из общего материального баланса колонны и является фиксированной величиной. Следовательно, теплосодержание верхнего продукта QD есть величина практически постоянная. Величина кубового потока также определяется из материального баланса и зависит от F ЭА. Следовательно, теплосодержание нижнего продукта QW зависит от расхода разделяющего агента.
Величина QF в уравнении 8 является постоянной, поскольку все расчеты мы проводили при фиксированном количестве исходной смеси заданного состава, поступающей в колонну при температуре кипения. Таким образом, величина энергетических затрат в кубе экстрактивной колонны в рассматриваемом случае зависит в основном от флегмового числа, температуры и расхода подаваемого в колонну экстрактивного агента.
Как известно, флегмовое число в колонне заданной эффективности определяется, с одной стороны, природой разделяемой смеси, а с другой - положением тарелки питания, поскольку в зависимости от точки подачи исходной смеси в колонне формируется определенный профиль концентраций компонентов траектория ректификации. В колонне ЭР на формирование профиля оказывает существенное влияние и уровень ввода ЭА. Температура подачи в колонну ЭА оказывает неоднозначное влияние на величину энергозатрат.
С одной стороны, как видно из уравнения 9 , чем выше температура ЭА, тем меньше на первый взгляд, Qкип. Однако поскольку ЭА подают в верхнее сечение колонны и при этом увеличивается его концентрация на верхних тарелках, то для получения дистиллята заданного качества потребуются более высокие значения флегмового числа, что в свою очередь приводит к росту Qкип. Для колонны регенерации ЭА уравнение теплового баланса имеет вид QF Qкип QD QW D R 1 r. 10 Откуда Qкип QD QW D R 1 r - QF 11 Обозначения те же, что и в уравнении 7 В данном случае количество и состав исходной смеси и продуктовых потоков определяется общим материальным балансом схемы.
Поэтому величина энергозатрат зависит в основном от флегмового числа, которое в свою очередь в колонне заданной эффективности определяется положением тарелки питания. Таким образом, основными параметрами, определяющими энергоемкость традиционной схемы экстрактивной ректификации, состоящей из двух колонн, при заданных количестве, составе и температуре исходной смеси и заданном качестве продуктовых потоков являются - для колонны экстрактивной ректификации взаиморасположение тарелок подачи в колонну исходной смеси и экстрактивного агента, температура и расход ЭА - для колонны регенерации экстрактивного агента уровень ввода исходной смеси.