Пример материального баланса химико-технологического процесса

Статьи	Количество, т/год
Приход:
Нефть Газ Вода и соли Всего
Расход:
Сухой газ Головка стабилизации Бензин Керосин Дизельное топливо 1-ая масляная фракция 2-ая масляная фракция Гудрон Вода и соли Потери Всего

На основе материального баланса рассчитываются расходные коэф­фи-циенты, определяются размеры аппаратов и рассчитываются оптимальные параметры технологического процесса.

В основе энергетического (теплового) баланса лежит закон сохранения энергии, согласно которому сумма энергий всех видов в замкнутой системе постоянна. Тепловой баланс, как частный случай энергетического, наиболее распространен в химической технологии и записывается так:

= . (3.11)

Статьями прихода и расхода в тепловом балансе являются тепловые эффекты реакций Н, теплоты фазовых переходов, теплосодержание ве­ществ, участвующих в химико-технологическом процессе, теплоты, подво­ди­мые к системе извне и выводимые из процесса и тепловые потери. В кон­кретном технологическом процессе тепловой баланс можно записать так

Н +Q₁ + Q₂ + Q₃ = H₁¹ + Q₂¹ + Q₃¹ + Q₄¹, (3.12)

где индекс (1) относится к статьям расхода.

Теплоты, входящие в тепловой баланс, рассчитываются по известным формулам:

Тепловой эффект химической реакции равен

Н_{реакции} = Н_{продукты реакции} – Н_{исходные вещества}. (3.13)

Теплосодержание веществ рассчитывается по формуле:

Q = m · c · t, (3.14)

где m – масса вещества;

c – теплоемкость вещества;

t – температура вщества.

Теплоту фазовых переходов рассчитывают по формуле

Q = m · q, (3.15)

где q – удельная теплота фазового перехода (испарения, конденсации, раство­рения, кристаллизации);

m – масса вещества.

Подвод и отвод теплоты в системе рассчитывают по формуле

Q = m · C(t_н – t_k), (3.16)

где: m – масса теплоносителя;

C – теплоемкость теплоносителя;

t_н и t_k – начальная и конечная температуры теплоносителя;

и по формуле теплопередачи через стенку

Q = K_т · F (t_т – t_пр) · , (3.17)

где: К_т – коэффициент теплопередачи;

F – коэффициент теплопередачи;

t_т – температура теплоносителя на входе в аппарат;

t_пр – температура продукта на входе в аппарат.

Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на единицу производимого продукта или в единицу времени. Данные тепло­вого баланса применяются для расчета расхода теплоносителя или хлад-агента, расчета площадей поверхностей теплообмена и расчета оптимального теплового режима работы аппаратов.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные технико-экономические показатели (ТЭП) химического производства и дайте им определения.

2. Сравните понятия производительность и интенсивность аппарата

3. Дайте определения понятиям основные и оборотные фонды предприятия, себестоимость продукции, производительность труда.

4. Что такое материальный поток и материально-потоковый граф?

5. Что такое материальный баланс процесса? Поясните на примере.

6. Что такое тепловой баланс? Как он рассчитывается? Приведите при­мер.

ТЕМА 4