Тепловой баланс

Цель: определение тепловой нагрузки аппарата и нахождение неизвестного расхода теплоносителя.

Для нахождения тепловой нагрузки аппарата составим уравнение теплового баланса процесса. Процесс идёт с изменением агрегатного состояния горячего теплоносителя, поэтому уравнение теплового баланса имеет вид:

ŋG^г r = G^х (I^х_к – I^х_н) (3)

где ŋ – величина тепловых потерь равная 5%,

G – расход горячего теплоносителя, кг/с,

r– удельная теплота фазового перехода, Дж/кг,

G – расход холодного теплоносителя, кг/с,

I – энтальпия вещества потока, Дж/кг,

Энтальпии веществ найдём по уравнению:

I = Cp t (4)

где Ср – теплоёмкость теплоносителя

при определяющей температуре, Дж/кг град,

t – температура теплоносителя, град.

Для нахождения температуры, при которой ведётся конденсация воспользуемся t x (y) диаграммой. В основе построения лежат законы Дальтона, Рауля и Рауля – Дальтона. Это рабочая диаграмма зависимости температуры кипения жидкости от состава и температуры конденсации пара в зависимости от его состава. Состав бинарной смеси всегда определяется по низкокипящему компоненту.

tнк = 86° (бензол) [ 1 ]

tвк = 117° (толуол) [ 1 ]

Таблица № 1

Рисунок №2

Температура конденсации равна 89°С

t^г_н 89є t^г_к

t^х_к=45є

t^х_н=15є

Рисунок №3 Температурная диаграмма.

По формуле (4) найдём энтальпии при заданных температурах:

Ср¹⁵= 4173,24 Дж/кг град.. [ 1 ]

Cp⁴⁵=4183,715 Дж/кг град. [ 1 ]

I¹⁵_вода= 4173,24 · 15 = 62598,6 Дж/кг,

I⁴⁵_вода = 4183,715 · 45 = 188267,1 Дж/кг,

Для нахождения удельной теплоты фазового перехода воспользуемся формулой:

Rсм = r₁ x₁ + r₂ x₂ (5)

x – массовая доля компонента в смеси кгком./кгсм.,

Ма · х

х = ──────

Мсм

78 · 0,92

Х = ───────── = 0,78 кмоль ком./кмоль см.,

х_бензол = 0,78; х_{толуола} = 1 – 0,78 = 0,22

r _{бензола} = 418203,9 Дж/кг, r_{толуола} =418455,3 Дж/кг [ 1 ]

r_cm = 418203.9 * 0.92 + 418455.3 * 0.08 = 418223.9 Дж/кг

Из формулы (3) найдём расход холодного теплоносителя:

0,95 · 418223,9 · 6500

G^x = ────────────────── = 5,7 кг/с

(188267,1 – 62598,6) · 3600

Зная расход холодного теплоносителя и энтальпии при заданных температурах найдем тепловую нагрузку аппарата по правой части уравнения (3).

Q = G^х (I^х_к - I^х_н )

Q = 5,7(188267,1-62598,6)=716310,45 Вт