Розрахункова робота
Тема 1. Розрахунок матеріального балансу технологічних процесів
Завдання № 1
Скласти матеріальний баланс першого та другого технологічних процесів одержання клінкеру шляхом випалювання вапняку, мергелю та вугілля при надходженні повітря; за результатами розрахунків обґрунтувати раціональний процес.
В процесах випалювання клінкеру одержують додаткову продукцію – кисень. Загальну кількість початкової сировини і матеріалів, інші дані прийняти по таблиці 1.1 згідно варіанту(за двома останніми цифрами залікової книжки).
Розрахунки представити у формі таблиць матеріального балансу технологічних процесів з розділенням сировини і матеріалів на тверду, рідку та газову складові. Додатково визначити витрати сировини на одиницю основної продукції (матеріалоємність).
1.1. Теоретичні основи розрахунку
Під технологічним балансом в промислових технологіях розуміють результати розрахунків, проведених у вигляді рівнянь або таблиць, що відображають кількість введених у технологічний процес та отриманих в результаті перетворення матеріалів та енергії. В основу складання технологічного балансу покладені природничі закони збереження матерії й енергії. У кожному матеріальному балансі будь-якого процесу має дотримуватись головна вимога: кількість введених у виробничий процес матеріалів і енергії повинна дорівнювати кількості одержаних основних й допоміжних продуктів й відходів виробництва. Невиконання цієї умови говорить про неточність розрахунків або наявність виробничих втрат матерії, які не враховані в розрахунках.
При складанні технологічного балансу процесу, в якому відбувається перетворення речовин та хімічна взаємодія (що є характерним для більшості промислових процесів) користуються стехіометричними та термохімічними розрахунками, в інших випадках - фізичними та фізико-хімічними закономірностями зміни початкового стану та будови речовин і матеріалів.
Технологічний баланс складається з матеріального і енергетичного балансів. Матеріальний та енергетичний баланси мають важливе значення для аналізу ефективності технологічних процесів. За їх допомогою встановлюють фактичний вихід продукції, коефіцієнти використання сировини матеріалів й енергії, витрати й втрати сировини, палива і інші матеріалів.
Складання технологічного балансу проводиться у дві стадії. Спочатку складають основний – матеріальний баланс, а потім, на його основі, - енергетичний або тепловий баланс.
Матеріальний баланс є кількісним виразом закону збереження маси і стосовно до окремих стадій виробничого процесу говорить про те, що маса речовин (сировини, матеріалів), які надійшли на технологічну операцію або процес , дорівнює масі одержаних речовин (продукції), що складає відповідно прихід на переробку і витрату.
Матеріальний баланс складають за рівнянням хімічної реакції з врахуванням паралельних та побічних реакцій, фізичних перетворень. В балансах необхідно співставляти маси основних компонентів та домішок первинної сировини і матеріалів з масою відходів виробництва, основних та побічних продуктів. Матеріальний баланс, в якому глибоко не аналізують хімічні, фізичні, фізико-хімічні перетворення має наближений характер і використовується для попередньої оцінки технологічного процесу.
В більшості випадків визначення мас речовин відбувається окремо для твердої, рідкої та газоподібної фаз. Тоді рівняння матеріального балансу набуває вигляду:
,
(1.1)
де: Мm,
Мр,
– відповідно
маси твердих, рідких та газоподібних
матеріалів, що надійшли на переробку;
- маси одержаних твердих, рідких та
газоподібних матеріалів;
- маса виробничих втрат матеріалів, що
розраховується за результатом балансу.
Рівняння матеріального балансу може
складатись не тільки для визначення
втрат матеріалів, а також для визначення
окремих складових вхідних матеріалів
або кількості одержаних матеріалів. В
практичних розрахунках необхідно
враховувати, що не завжди реагують усі
три фази речовин, окрім того, необхідно
враховувати, що частина матеріалів може
не брати участь у перетвореннях, частина
отримується у вигляді викидів, відходів
тощо.
Для складання матеріального балансу необхідно знати всі компоненти сировини, їх хімічний склад, фізичні та фізико-хімічні властивості, склад, властивості основної та побічної продукції.
Результати балансових розрахунків наводять у вигляді таблиці, що складається із двох частин: «сировина і матеріали» та «продукція і втрати». В кожній із частин таблиці всі статті балансу наводять у вагових або об’ємних одиницях та у відносних одиницях до загальної маси речовин. Це дозволяє наглядно відображати ступінь використання речовин та полегшує процес аналізу.
Балансовий метод аналізу технологічних процесів практично використовується у всіх галузях промислового виробництва: машинобудування, металургії, хімічної промисловості, агропромислового комплексу, будівництва тощо.