§ 5 Материальный баланс и его характеристики (простые реакции).

Для любой закрытой системы, в которой отсутствуют взаимодействия с окружающей средой и изменения массы веществ, является только результатом химической реакции справедливо уравнение материального баланса, основанного на законе сохранения массы: . Левую часть уравнения (1) составляет масса всех входящих в аппарат (реактор) материальных потоков, а правую честь масса выходящих материальных потоков и материальные потери. В уравнении (1) количество веществ, участвующих в реакциях, выражают в граммах, килограммах или г/с, кг/мин, т/год. При химических реакциях вещества расходуются и образуются в мольных соотношениях и поэтому для материальных расчетов более удобно их количество выражать в молях, кмоль или моль/мин, кмоль/мин. Масса и количество молей связаны между собой следующим соотношением: n=Y/M (2); Y=nM (3). Где n – количество вещества, выраженное в молях (моль/ч, моль, кмоль); Y – количество вещества выраженное в кг, кг/ч; М – молекулярная масса вещества.

Для количества веществ выражаемых число молей, уравнение (1) написать нельзя, так как во многих случаях во время реакции, число молей применяется. Но для любой реакции, простой или сложной, можно ввести понятие полноты химической реакции m. Через которую можно легко рассчитать материальный баланс в молях или моль/ч.

Для простой реакции:

, справедливо следующее равенство: , n_A – количество молей реагента на выходе.

Полнота химической реакции m всегда положительна и неизменна в отношении участников реакции. Из уравнения (4) можно получить уравнение материального баланса в случае мольного выражения количества веществ. , n_i – конечная величина, n_{i ,0} – начальная величина, ν_im – соответствующий стехиометрический коэффициент. По уравнению (5) можно вычислить мольное количество всех веществ, записанных в стехиометрическом уравнении реакции, если известна полнота реакции.

§ 6 Тепловой баланс и хтп и его характеристика.

Тепловой баланс – это вещественное выражение с законом сохранения тепла, согласно которому, сумма q на входе будет равна сумме q на выходе.

Левую часть уравнения (1) составляет тепло всех входящих в аппарат (реактор) энергетических потоков, а правую тепло выходящих энергетических потоков и энергетических потерь.

Для реакторов, в которых на ряду с процессами теплообмена проходят химическое и фазовое превращение, сопровождается выделением или поглощением тепла.

Тогда уравнение теплового баланса принимает вид:

РИСУНОК

∑q_вх – тепло, что закачивают; ∑q_вых – тепло, что уходит; q_r – тепло, выделяющееся или поглощающееся в результате химической реакции; ∑q_ф – теплота фазовых переходов (тепло выделяющееся или поглощающееся в ходе испарения, кристаллизации и т.д.) если тип реакторов или веществ подаваемых в реактор больше Т₁, но меньше Т₂. Т₁ < Т_кип< Т_2.

q_F – тепло, отводимое от реактора или подводимое к нему путем теплообмена через его рубашку. Цель составления тепловых балансов сводится к расчету тепловой нагрузки на реактор q_F .