Материальный баланс химических процессов

Материальный баланс химических процессов – это расчет количеств загруженных и полученных веществ на каждой стадии технологического процесса с выводом расходных коэффициентов по сырью и определением составов и количеств отходов и сточных вод. Полученные данные служат исходными величинами для определения числа единиц необходимого оборудования, его размеров и производительности, а также для составления энергетических расчетов оборудования и определения расходов энергии на технологические нужды.

Материальные расчеты проводят, опираясь на вещественное выражение закона сохранения массы вещества, согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших в реакцию, равно массе веществ, образовавшихся в результате этой реакции:

.

(1.20)

  Слайд№11 до далее Слайд№12.

Материальные расчеты проводят по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и побочных реакций. Материальные расчеты составляют для отдельных стадий или для процесса в целом. При этом учет массы веществ производится отдельно для твердой, жидкой и газовой фаз, поэтому в общем виде материальные балансы, например, для реакции:

Или

можно записать в следующем виде:

.

(1.21)

В этом уравнении m_a и m_b – масса веществ А и В в начале процесса; m_r и m_s – масса веществ R и S образующихся в результате процесса;   и   – масса веществ А и В не вступившие в реакцию по различным причинам; m_пот – технологические потери.

В химической технологии различают теоретический и практический материальный баланс.

Теоретический материальный баланс составляется на основе стехиометрических уравнений реакций, протекающих в рассматриваемом процессе, и молярных масс компонентов этих реакций.

Практический материальный баланс отражает реальное положение дел в рассматриваемом процессе.

Степень отклонения его показателей от теоретически возможных величин с одной стороны, характеризует уровень реализуемой технологии, а с другой – является движущей силой на пути его совершенствования. При составлении материальных балансов сложных производств, связанных с рециркуляцией сырья, растворителей, промывных вод, целесообразно составлять схему материальных потоков, на которой в наглядной форме представлены направления потоков сырья и промежуточных продуктов (рис. 1.2) Материальный расчет может быть составлен в кг, кг/час.

Однако в действительности при химических реакциях вещества расходуются и образуются в мольных соотношениях и поэтому для материальных расчетов более удобно их количества выражать в молях (моль/час). Эти две величины, как известно, связаны между собой следующим соотношением:

(1.22)

где m – масса вещества в г или кг; М – солярная масса в г/моль или кг/кмоль; n – количество вещества в молях или кмолях.