Тепловой расчет установки
Целью тепловых расчетов является:
· Уточнение расхода острого пара, определенного в п.1.3 (с учетом тепловых потерь в окружающую среду);
· Определение расхода греющего пара в подогревателе исходной смеси, поступающей в колонну;
· Определение расходов охлаждающей воды в дефлегматоре и холодильниках дистиллята и кубового остатка.
Уточнение расхода острого пара 
, подаваемого под нижнюю тарелку колонны, осуществляется по уравнению теплового баланса колонны при подаче в нее острого пара:
где 
- массовые расходы исходной смеси, дистиллята и кубового остатка; 
– энтальпия острого пара при давлении рк в кубе колонны; cF, cD, cW – удельные теплоемкости исходной смеси, дистиллята и кубового остатка при соответствующих их температурах tF, tD и tW; tF – температура кипения исходной смеси, определенная по t – x,y при xF (линия кипения); tD – температура дистиллята, определенная по t – х,у диаграмме при xD (линия кипения); tW – температура кубового остатка в кубе колонны при давлении Рк (определяется по табл. XXXIX [2]); QД – расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре; Qпот – тепловые потери в окружающую среду.
при 
= 0,089
при 
= 0,64
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре, определяем из зависимости:
где 
– удельная теплота конденсации паровой смеси в дефлегматоре.
По правилу аддитивности:
rэ и rв – удельные теплоты конденсации этилового спирта и воды при температуре tD, которые определяем, применяя линейную интерполяцию:
по табл. ХLV [3] 
= 848 кДж/кг
по табл. LVI [3] 
= 2312 кДж/кг
Расход теплоты, отдаваемой охлаждающей воде в дефлегматоре
кВт
Принимаем тепловые потери 
= 5% от полезно затрачиваемой теплоты
= 0,03 – влажность пара в долях, ( 1- 
) – сухость пара.
С учётом, что сопротивление одной колпачковой тарелки Δ 
= 800 Па, давление в кубе колонны приблизительно равно:
где 
= 101300 Па (760 мм.рт.ст.),
n = 22 – число действительных тарелок (пункт 1.5.)
При 
по табл.LVII [2], применяя линейную интерполяцию находим:
= 2686,5 кДж/кг и 
Рассчитываем удельные теплоёмкости 
, 
и 
по правилу аддитивности:
где 
, 
и 
- удельные теплоемкости этилового спирта при температурах tD, tw и tF определяем по номограмме рис.XI [3], а 
, 
и 
- удельные теплоемкости воды при тех же температурах по табл.XXXIX [3]:
, 
, 
- массовые доли низкокипящего компонента в дистилляте, кубовом остатке и сходной смеси;
Уточнённый расход острого пара с учётом тепловых потерь 
:
Принимаем тепловые потери 
= 5% от полезно затрачиваемой теплоты
φ = 0,03 – влажность пара в долях, (1- φ) – сухость пара.
Расход теплоты в паровом подогревателе исходной смеси при нагреве её до температуры кипения 
составит:
где 
= 20 
- начальная температура исходной смеси (по заданию); c'F = – удельная теплоемкость исходной смеси, определенная по правилу аддитивности, при средней температуре:
При 
по номограмме рис.XI [3] определяем 
и по табл.XXXIX [2] определяем 
, тогда
Расход греющего пара в подогревателе исходной смеси (с давлением и влажностью острого пара) равен:
где rп – удельная теплота конденсации греющего пара при давлении 
, определяемая по табл.LVII [3]: 
= 2248,4 кДж/кг
Общий расход пара на установку:
При расчете расходов воды, подаваемой на дефлегматор и в холодильники для охлаждения дистиллята и кубового остатка, принимаем её начальную температуру 
= 15 .
Во всех трех теплообменных аппаратах поступающая в них вода нагревается до какой-то температуры 
.
Максимально вода в дефлегматоре может нагреться до 
, которая на 
°C меньше 
(температуры конденсации пара в дефлегматоре).
Движущая сила в аппарате на выходе из него составляет:
°C
Такая же 
и по тем же причинам (при противоточном движении теплоносителей) будет на выходе воды из холодильника дистиллята:
°C .
Температура воды 
на выходе холодильника кубового остатка (при противоточном движении теплоносителей) принимается на 
°C меньше 
(температуры кубовой жидкости):
°C
Температуры охлажденных дистиллята (при противотоке теплоносителей):
и кубового остатка : 
Расходы теплоты, которые вода принимает в холодильнике дистиллята:
и в холодильнике кубового остатка:
где 
и 
- теплоёмкости дистиллята и кубового остатка, рассчитываем по правилу аддитивности при средних температурах:
Рассчитаем расходы охлаждающей воды:
1) в дефлегматоре:
2) в холодильнике дистиллята:
3) в холодильнике кубового остатка:
где 
- теплоемкости воды при средней ее температуре в соответствующих аппаратах.
Составим уравнения материального и теплового балансов и определим, сколько всего воды и с какой температурой может быть направлено в систему горячего водоснабжения.
Уравнение материального баланса:
Уравнение теплового баланса:
Тогда температура смеси составит:
Исходя из выше полученных данных получаю, что в систему горячего водоснабжения можно направить 
кг/с воды с температурой t = 40.853 оС.