1 Принципы наилучшего использования сырья

В большинстве химических производств стоимость сырья составляет значительную часть стоимости производства. Поэтому при проектировании технологического процесса необходимо добиться максимального использования сырья.

1.1 Составление материального баланса

В материальном балансе учитываются все исходные вещества, участвующие в процессе и все продукты. Балансирование масс – первый этап разработки технологической концепции метода. В общем случае справедлива зависимость:

(Е + mс²) = const (1.1)

где: Е – энергия, с – скорость света в вакууме, m – масса.

Для химических превращений Е  mc ² , m – const , следовательно, Е можно опустить.

В отличие от материального баланса, составленного при исследовании химической концепции и основанного на стехиометрическом расчете, материальный баланс для технологической концепции более близок к действительным условиям проведения процесса.

Составляя такой баланс, необходимо учитывать все отклонения от теоретически возможного выхода, возникающие по следующим причинам:

1. термодинамическим (состояние равновесия обратимых реакций не позволяет проводить основное превращение до конца),

2. кинетическим (не достигается теоретическая степень превращения вследствие низких скоростей реакции),

3. обусловленным механизмом процесса (побочные реакции уменьшают выход основного продукта).

Значения коэффициентов выхода основаны на экспериментальных данных и результатах теоретических исследований.

Составленный таким образом баланс еще не будет балансом промышленного процесса, но он, однако, дает возможность оценить в какой степени рассматриваемая концепция нового метода позволит достичь наилучшего использования исходных материалов. Кроме того, такой баланс помогает установить, на каких этапах процесса следует искать других решений, обеспечивающих большую эффективность расходования сырья. Для этого, кроме баланса всего процесса, составляются балансы отдельных стадий процесса.

За основу материального баланса обычно принимают единицы массы продукта (например, тонна) или количество продукта, получаемое в единицу времени (например, баланс составляется в расчете на час, сутки, год). Очень удобной формой представления баланса являются диаграммы потоков (диаграммы Санкея).

Пример такой диаграммы, построенной для упрощенного материального баланса процесса получения фосфора из апатита в электрической печи, приведен на рис.1.

Рис 1. Поточная диаграмма материального баланса (Санкея).

Материальный баланс

Приход, кг		Расход , кг
Апатитовая руда	10250	Фосфор	1000
Песок	2370	Феррофосфор	282
Кокс	1330	Окись углерода	3668
		Шлак	9000
Итого:	13950	Итого:	13950

Ширина потоков на диаграмме Санкея пропорциональна массам материалов, участвующих в процессе.