И практических расходных коэффициентов

На материальных и тепловых расчетах основано определение практических расходных коэффициентов по сырью, материалам, энергоресурсам (природный газ, пар, электроэнергия), определение состава и массы отходов, выбор технологического оборудования.

В курсовой работе расчеты материальных балансов производятся для всех стадий процесса, где происходят качественные или количественные изменения в материальных потоках в результате химических или физических процессов (химическое взаимодействие, испарение, абсорбция, пылеунос и др.). Точность материальных расчетов проверяется по потокам и компонентам. Критерием правильности расчетов является равенство масс поступающих («приход») и уходящих («расход») потоков веществ. Допускается конечная «невязка» материального баланса до 2 %.

Количественные показатели должны быть представлены в массовых единицах (процентные и объемные показатели имеют вспомогательное значение). Следует помнить, что в случае газофазных процессов, идущих с изменением объема, в объемных единицах баланс может не сойтись.

Материальные балансы составляются на часовую или на суточную производительность (в килограммах или тоннах в час или сутки) или на одну тонну исходного сырья или готового продукта с дальнейшим пересчетом на заданную производительность. Не допускается вести технологические расчеты в таких единицах, как килограмм в секунду, тонна в секунду, моль в час, моль в сутки.

При непрерывном методе производства продукта составляется материальный расчет на часовую производительность, при периодическом – на суточную, месячную или годовую.

Балансы составляются в виде таблиц, в заголовке которых должны быть указаны название технологической стадии процесса и базис расчета (масса, на которую рассчитывали баланс).

Методы материальных расчетов в химической технологии подробно излагаются в учебных пособиях [1-7].

В курсовой работе по общей химической технологии рассчитывают материальные балансы не менее трех технологических стадий процесса. Кроме того, должен быть составлен общий (сводный) материальный баланс производства, равный сумме частных балансов с исключением потоков промежуточных полупродуктов.

Прежде всего определяют затраты сырья по стехиометрическим соотношениям. Затем учитывают степень использования сырья. Потери сырья должны быть учтены на всех стадиях переработки сырья и полупродуктов. Потери сырья и полупродуктов могут быть в основном связаны:

- с явлением обратимости химических процессов, что обусловливает неполноту выхода продукта в прямоточных открытых схемах;

- влиянием кинетических факторов;

- влиянием примесей в сырье и условий процесса на протекание побочных реакций;

- давлением выделяющихся газообразных веществ;

- пылеуносом, проливами, отходами производства.

Рассмотрим, например, процесс получения серной кислоты из элементарной серы, который состоит из нескольких основных технологических стадий:

- плавления и сжигания серы с образованием диоксида серы;

- промывки и осушки диоксида серы;

- окисления диоксида до триоксида серы;

- абсорбции триоксида серы с получением серной кислоты.

Суммарно процесс получения серной кислоты можно описать уравнением

S + 3/2 O₂ + H₂O = H₂SO₄

Для получения одной тонны серной кислоты концентрацией, например, 93 % мас., по стехиометрическим соотношениям требуется элементарной серы, содержащей 99,5 % S:

(1000 ´ 0,93 ´ 10³ ´ 32) / (98 ´ 10³ ´ 0,995) = 305,2 кг,

где 1000 - количество серной кислоты, кг;

0,93 - массовая доля H₂SO₄ в кислоте, доли единицы;

32 - молекулярная масса S, г/моль;

98 - молекулярная масса H₂SO₄ , г/моль;

0, 995 - массовая доля S в сырье, доли единицы.

Тогда теоретический расходный коэффициент по сере составляет 0, 305.

Практический расходный коэффициент будет выше, что обусловлено потерями серы на разных стадиях процесса. Предположим, что обоснованные потери серы составят по отношению к исходному сырью суммарно по стадиям 4,5 % мас. (цифра потерь приведена условно, в курсовой работе потери по стадиям процесса должны быть обоснованы или самим студентом, или задаются преподавателем). Тогда с учетом потерь в продукционную кислоту перейдет 95,5 % мас. серы от всей серы в исходном сырье. Тогда практический расход сырья на получение одной тонны серной кислоты концентрацией 93 % мас. H₂SO₄ составит 305,2/0,955 = 319,6 кг. Практический расходный коэффициент будет равен 0, 320.

Для оценки удельной доли потерь в общем потоке материалов они должны быть отнесены к затратам сырья в целом либо к единице готовой продукции. Если потери основного сырья представлены в виде доли или процентов к исходному сырью, то они пересчитываются на конкретную величину материального потока с учетом химического превращения вещества. Рассчитанные таким образом потери учитываются в материальном расчете следующей стадии.

По данным материальных балансов рассчитывают практические расходные коэффициенты, по уравнениям химических реакций с учетом массовой доли основного вещества в исходном сырье и конечном продукте рассчитывают теоретические расходные коэффициенты. Далее составляют таблицу расходных коэффициентов. Значения практических расходных коэффициентов являются основой для расчета на предприятии себестоимости продукции.

По данным общего материального баланса строят диаграмму материальных потоков Санкея в целом по производству.

Пример оформления таблицы материальных балансов дан в прил.3, таблицы расходных коэффициентов – в прил.4.