Министерство образования Российской Федерации
Московская государственная академия тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова
Кафедра Химии и технологии композиционных и порошковых материалов
Г.М.Вольдман расчет балансов по ценному компоненту в технологических схемах
Учебно-методическое пособие
Москва, 2001
ББК
Вольдман Г.М. Расчет балансов по ценному компоненту в технологических схемах. – М.: МИТХТ, 40 с.
Рассматриваются методы расчета потоков ценного компонента в сложных технологических схемах. Описана последовательность расчета схем с различной структурой методом "от операции к операции" и универсальные методы расчета технологической схемы в целом с одновременным определением количества ценного компонента на всех операциях, ориентированные на применение компьютера.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению бакалавриата и магистратуры 551600 – Материаловедение и технология новых материалов и по направлению подготовки дипломированных специалистов 651700 – Материаловедение, технологии материалов и покрытий. Может быть полезно студентам других направлений подготовки.
Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ
в качестве учебно-методического пособия
ББК
© МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2001
Оглавление
Введение 4
1. Расчет методом "от операции к операции" 5
2. Расчет технологической схемы в целом 21
Рис. 7 22
3. Расчет с помощью программы на языке BASIC 26
4. Расчет с помощью табличного процессора EXCEL 27
5. Библиографический список 29
Приложения 30
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 30
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 33
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 36
Введение
Извлечение ценного компонента из исходного материала (сырья) в конечный продукт является одним из важнейших, а при высокой стоимости этого компонента часто решающим критерием выбора технологической схемы.
Исходными данными для расчета извлечения ценного компонента в схеме и распределения его между различными материалами служат пооперационные балансы (т.е. сведения о доле ценного компонента, переходящей в различные материалы, выходящие с данной операции, и в неучтенные потери) и производительность по ценному компоненту в исходном материале или конечном продукте. Возможны два метода расчета - "от операции к операции", при использовании которого количества ценного компонента на каждой из операций и в выходящих с нее материалах определяются последовательно, начиная от исходного материала (расчет "сверху вниз") или от конечного продукта (расчет "снизу вверх"), и метод расчета технологической схемы в целом с одновременным определением количества ценного компонента на всех операциях. Для расчета по первому методу достаточно использовать микрокалькулятор, второй метод ориентирован на применение компьютера. Ниже рассмотрены оба метода.
1. Расчет методом "от операции к операции"
Последовательность расчета распределения ценного компонента методом "от операции к операции" определяется структурой технологической схемы. Классификация схем и порядок их расчета методом "от операции к операции" подробно описаны в монографии [1].
Извлечение ценного компонента в конечный продукт и его распределение по операциям технологической схемы методом "от операции к операции" рассчитываются наиболее просто в случае схем, имеющих структуру, показанную на рис. 1 (подобные схемы называют линейными). Если пооперационные извлечения (т.е. доли ценного компонента от его общего количества, поступившего на соответствующую операцию, переходящие в целевой продукт операции - материал, переходящий на следующую операцию или - на последней операции схемы - конечный продукт технологии) равны 1; 2; 3; ...; n , то извлечение из исходного материала в конечный продукт 123... n ; количество ценного компонента на операции i, в зависимости от того, задана производительность по исходному сырью или по конечному продукту, определяется по формулам
или
Не вызывает затруднений расчет технологической схемы производства двух или более конечных продуктов из одного исходного материала (рис. 2); подобную схему можно рассматривать как сочетание нескольких линейных. Если производительность задана по исходному материалу, определяют количество ценного компонента на операции j, после которой схема разветвляется:
Рис.
1
Рис.
2
Рис.
2
а затем количества ценного компонента, поступающего в каждую из ветвей:
и в конечные продукты:
В целом для схемы получаем:
Если же производительность задана по конечным продуктам, то Gj и затем Gисх рассчитывают по формулам
,
Также к сочетанию линейных сводится технологическая схема, в которой для производства одного продукта используют два или более вида исходных материалов, содержащих один и тот же ценный компонент, причем эти материалы перерабатывают вначале по раздельным технологическим цепочкам, а далее полученные промежуточные продукты объединяют в заданном соотношении (рис. 3). Расчет возможен при заданной производительности как по конечному продукту, так и по одному из исходных материалов.
В первом случае вначале рассчитывают количество ценного компонента на операции, на которой объединяются промежуточные продукты переработки различных исходных материалов:
Рис.
3
Затем, зная соотношение количеств ценного компонента в промпродуктах, поступающих на эту операцию
,
находят эти количества
и определяют GA , GB и :
,
,
.
Во втором случае, если, например, производительность задана по исходному материалу А:
,
,
,
,
.
Несколько сложнее расчет технологической схемы с замкнутым разветвлением (рис. 4), на одной из операций которой образуются два или более промпродуктов, перерабатываемых раздельно с последующим объединением получаемых веществ.
Рис.
4
Затруднения не возникают, если производительность задана по исходному материалу: количества ценного компонента рассчитывают последовательно от первой до заключительной операции:
,
,
,
,
,
.
Однако обратная последовательность расчета невозможна, так как нельзя перейти от Gm к Gk+pk+p и Gl+ql+q . Поэтому, если задана производительность по конечному продукту, необходимо вначале определить Gисх с помощью соотношения
и далее выполнить расчет в прямой последовательности.
В случае схем с многочисленными и сложными замкнутыми разветвлениями более эффективным может оказаться расчет в два этапа, на первом из которых задаются условной производительностью по исходному компоненту Gисх усл и определяют количества ценного компонента Gi усл , а на втором - количества Gi , соответствующие реальной производительности по конечному продукту Gкон :
.
В отличие от технологических схем с замкнутыми разветвлениями, в схемах с возвратами, подобных показанной на рис. 5, количество ценного компонента на каждой операции можно рассчитать только начиная от конечного продукта:
Рис. 3
Рис. 5
Рис.
5
,
,
... ,
Для операции, с которой выходит оборотный продукт, рассчитывают количество ценного компонента в материале, поступающем на операцию, и в оборотном продукте:
,
а для операции, на которую поступает оборотный продукт, определяют суммарное количество ценного компонента и количество его в материале, поступающем с предыдущей операции:
,
.
Далее
,
,
... ,
и
.
Если производительность задана по исходному материалу, расчет количества ценного компонента на каждой операции приходится выполнять в два этапа: вначале задаться условной производительностью по конечному продукту и рассчитать количества ценного компонента на операциях и в исходном материале, соответствующие этой условной производительности, и суммарное извлечение по схеме, а затем рассчитать реальные количества ценного компонента по формуле
.
Наиболее сложен расчет разветвленных технологических схем (подобных показанной на рис. 6), чаще всего встречающихся в реальном производстве. Расчет таких схем выполняется по блокам операций с введением дополнительных неизвестных (потоков ценного компонента в отдельных узлах схемы), причем алгоритм расчета определяется структурой конкретной схемы. В подобных случаях более целесообразно использовать метод расчета технологической схемы в целом.
Рис.
6