9. Материальный баланс процесса.

ХТП и ХТС разрабатываются на основе опыта действующих пр-в и научных исследований с исп-ем соотв-щих закономерностей хим-ой технологии. При организации нового пр-ва необходимо произвести среди прочих ряд технологических расчетов, выполняемых инжинерами-технологами. К ним приступают после составления технологической схемы пр-ва и опр-ие осн-ых направлений потоков сырья, полупродуктов и готовой продукции.

В технологическом расчете комплексно решаются вопросы гидродинамики, тепло- и массопередачи и хим-ой кинетики для нахождения наиболее экономически рациональных параметров технологического пр-са (ТП) и аппаратов. Расчеты материальных потоков сочетаются с энергетическими расчетами, т.к. рациональное исп-ие энергии не редко оказ-ся решающим фактором при выборе способа пр-ва соотв-щего продукта.

Материальный баланс пр-са.

Матер-ый баланс по своей сущности явл-ся интерпретацией закона сохранения массы в-в на входе в систему и на выходе из нее применительно к матер-му балансу любого ТП. Это означает, что массы в-в, поступающие на технологическую операцию – ПРИХОД – равны массе в-в, получаемых в ходе операции – РАСХОД.

,

где - сумма масс всех реагентов (Т,Ж,Г) на входе в сист., причем число исх реагентов мен-ся от 1 до n;

- сумма масс прод-ов (Т,Ж,Г) на выходе из сист., причем число получ-ых продуктов изм-ся от 1 до m.

Матер-ный баланс составляют по ур-ию осн-ой суммарной р-ции с учетом парал-ых, послед-ых и побочных р-ций. Он имеет приближенный хар-р, т.к. учитывает не все происходящие р-ции, основные и побочные продукты, а лишь те, к-рые имеют существенное значение. В зав-ти от цели составления матер-ые балансы подразделяют на:

1. баланс элементарного объема реактора,

2. баланс реактора,

3. баланс отделения, цеха, пр-ва, завода,

4. баланс отрасли хим-ой пром-ти.

В первом случае при составлении баланса преследуется цель изучения распределения матер-ых потоков в объеме аппарата в зав-ти от гидродинамической обстановки в нем. Учет хар-ра распределения конц-ции в реакционном простр-ве важен для расчета скорости пр-са в реакторе. В кол-ом выражении ур-ие матер-ого баланса входит в математическую модель хим-ого реактора. Различают матер-ый баланс на ед. времени и на ед. продукции.

Матер-ый баланс реактора на ед. времени составляется с целью опр-ия его габаритов (H, D), а также для опр-ия входных и выходных значений конц-ций реагирующих компонентов.

Требуемый объем реакционной зоны опр-ся двумя величинами:

где υ_р – объем реактора, м³; V – объемный расход (м³/с) реагентов проходящих ч/з аппарат в ед. времени; τ - время пребывания реагентов в объеме реактора, с.

Требуемое время м. рассч-ть из ур-ия скорости пр-са, к-рое для р-ции типа: м.б. рассчитано по ф-ле:

Значения рассчитанных из матер-ого баланса конц-ций опр-ет пределы решения ур-ия (3.3).

Баланс на ед. продукции составляется с целью опр-ия теор-ого и практич-ого расходных коэф-тов (этот вопрос интересует экономистов цеха).

Баланс на ед. времени и на ед. продукции связаны м/д собой величиной производ-ти р-ции.

Матер-ые балансы цеха, произв-ва и завода рассчитывают с целью опр-ия габаритов складских помещений для сырья и готовой продукции, для расчетов трубопроводов, емкостей, сборников и др. аппаратуры. Одновременно эти балансы м.б. исп-ны для сравнения эф-ти работы аппаратов, отделений, цехов одинаковой мощности на разных заводах.

Баланс отрасли позволяет оценить возможности сырьевой базы для функционирования произв-ва и проанализировать структуру потребления получаемых продуктов.

Матер-ый баланс представляют в виде таблиц и диаграмм Санкея. Таблицы включают приходную и расходную части, в каждой из к-рых опр-ся массы реагентов, полученные объемы, величины конц-ций и ряд др. параметров.

Разница м/д приходом и расходом не д.б. < 1%.