Практический материальный баланс

Практический материальный баланс учитывает состав исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из реагентов, степень превращения, потери сырья и целевого продукта и т. д.; т. е. составляя такой баланс, необходимо учитывать все отклонения от теоретически возможного выхода, возникающие по следующим причинам:

– термодинамическим – состояние равновесия обратимых реакций не позволяет проводить основные превращения до конца;

– кинетическим – не достигается теоретическая степень превра-

щения вследствие низких скоростей реакций, диффузионных торможений;

– обусловленным механизмом процесса – например, побочные реакции уменьшают выход основного продукта и т. д.

Технологические показатели, получаемые на основе практического материального баланса, называют балансовыми характеристиками.

На основании материального баланса можно рассчитать такие технологические показатели, как расходные коэффициенты сырья, вспомогательных материалов, выход целевых продуктов, побочных продуктов или отходов, степень использования сырья, селективность процесса.

Расходные коэффициенты сырья Рк₁ и вспомогательных материалов Рк₂ вычисляются исходя из (25) следующим образом:

Рк₁ = m ₁ / m ₃;

Рк₂ = m ₂ / m ₃.

Выход целевого продукта a₁, побочного продукта a₂ и отходов a₃ будет составлять

a₁ = m ₃ / m ₁;

a₂ = m ₄ / m ₁;

a₃ = m ₅ / m ₁.

Степень превращения сырья х равна

х = m ₁ - m ₆ / m ₁.

Селективность процесса j вычисляют в тех случаях, когда в системе протекает несколько реакций, одна из которых целевая, а остальные - побочные. В этом случае по величине расхода сырья (m ₁ - m ₆) и по стехиометрическому уравнению целевой реакции вычисляют стехиометрическое количество целевого продукта m , после чего находят

j = m ₃ / m .

Кроме определения технологических показателей, материальный баланс позволяет установить, на каких этапах процесса следует искать другие решения, которые обеспечили бы большую эффективность использования сырья. Для этого, кроме баланса всего процесса, составляют балансы отдельных его этапов, единичных элементов или частичные балансы по компонентам.

За основу материального баланса обычно принимается единица массы продукта (например, тонна) или масса продукта, получаемая в единицу времени (например, баланс составляется в расчете на час, сутки, год). Как правило, все материальные расчеты сводятся в таблицу, примером которой может являться табл. 3.

Таблица 3