Тепловий (енергетичний) баланс

Енергетичний баланс складається на основі закону збереження енергії, відповідно до якого у замкненій системі сума всіх видів енергії є сталою. Звичайно для ХТП складають тепловий баланс, при цьому закон збереження енергії формулюють таким чином: прихід теплоти Q_ПР у даному апараті (процесі) повинен дорівнювати витраті теплоти Q _ВИТ У тому самому апараті (процесі). У даному розділі буде розглянуто принцип складання теплового балансу для окремого апарату. Складається тепловий баланс так само, як і матеріальний, на одиницю цільового продукту, одиницю вихідної сировини або на задану продуктивність (годинну або добову).

Обчислимо початкову температуру суміші, де відома кінцева температура 553.2 К і результати матеріального розрахунку зведені до таблиці 1.1. Середні теплоємності учасників реакції, кДж/ (кмоль^. К) при Т^К = 553.2 К приймаємо рівним:

C_{p H2O} = 33.81 кДж/ (кмоль^. К),

C_{p C2H4} = 68.25 кДж/ (кмоль^. К),

C_{p C2H5OH} = 65.89 кДж/ (кмоль^. К).

Як видно з таблиці 1.1, реакція відбувається із значним зменшенням об’єму, це означає, що розрахунок Т^о необхідно вести за рівнянням:

T = 273 + [n^к C^к_р · (757-273) - nN _Н2О ·X ·Q ]/(nC_p)

n = V ۫ ۫ /22.4 = 1133.15/22.4 = 50.59 кмоль,

n^к = V^к/22, 4 = 646, 22/22, 4 = 28.85 кмоль.

Теплоємність суміші C_P визначають за правилом адитивності:

^{`</sup>C<sub>P</sub> = <sup>`}Cp_A N_A + ^{`</sup>Cp<sub>B</sub> N<sub>B</sub> + <sup>`}Cp_R N_R + ^`Cp_S N_S

C_p = 33.81·0.448 + 68.25·0.552 = 52.82 кДж/ (кмоль^. К)

C_p^к = 33.81·0.032 + 68.25·0.2145 + 65.89·0.7535 = 65.37 кДж/ (кмоль^. К)

Початкова температура дорівнює:

T = 273 + [28.85 · 65.37 · (553.2-273) – 50.59 · 0.448 ·0.9592 ·46 ·10³]/(50.59 ·65.37) = 130.4 K

Результати розрахунків свідчать про неможливість проведення адіабатичного процесу синтеза етилену. В цьому випадку задаються початковою температурою суміші з технологічних міркувань і розраховують кількість теплоти, що відводиться з теплоносієм Q_т.н. за рівнянням:

, (1.6)

Так, у нашому випадку при Т = 550 К, із рівняння (1.6) отримуємо:

Q_т.н.=50, 59^.52, 82^.(550-273) + 50, 59^.0, 448^.0, 9592^.46^.10³-28, 85^.65, 37^.(553, 2-273) = 1211775 кДж

Таким чином, при отриманні 1000 кг С₂Н₅ОН необхідно відвести 1, 212 ГДж теплоти при допустимому розігріванні суміші від 550 до 553, 2 К.