3. Материальный баланс.

МБ составляется на основе закона сохранения массы: масса поступающих веществ равна массам всех получающихся в результате проведения процесса веществ, т.е. без учета потерь: ∑Gн = ∑Gк. Однако, в практических условиях неизбежны необратимые потери веществ: ∑Gн = ∑Gк + ∑Gп.

МБ составляется для процесса в целом или для отдельных его стадий. Он может быть составлен для системы в целом или по одному из входящих в нее компонентов. Так, МБ процесса сушки составляют как по всему влажному материалу, поступающему на сушку, так и по одному из его компонентов – массе абсолютно сухого вещества или массе влаги, содержащейся в высушиваемом веществе.

МБ составляется либо за единицу времени (за один час), либо в расчете на единицу массы исходных или конечных продуктов. На основе МБ определяется выход продукта, под которым понимают выраженное в % - ном отношении количество продукта к максимальному. Практический расход материалов обычно превышает теоретический в следствие того, что химические реакции не протекают до конца, происходят потери реагирующих веществ.

3. Энергетический баланс.

ЭБ составляется на основе закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс, равно количеству выделяющейся энергии, т.е. приход равен расходу энергии.

Проведение химико-технологических процессов обычно связано с затратами различных видов энергии: механической, электрической и др. Эти процессы часто сопровождаются изменением энтальпии системы вследствие изменения агрегатного состояния вещества. В химических процессах большое значение может иметь тепловой эффект протекания реакции. Частью ЭБ является тепловой баланс, который в общем виде выражается уравнением ∑Qн = ∑Qк + Qп. При этом вводимое тепло ∑Qн = Q₁ + Q₂ + Q₃, где Q₁ – тепло, вводимое с исходным веществом, Q₂ – тепло, вводимое извне, Q₃ – тепло, вводимое физическими или химическими превращениями (это 1-3 % от прихода тепла). Отводимое тепло складывается из тепла, удаляющегося с конечными продуктами и отводимого с теплоносителем. В ЭБ кроме тепла учитывается приход и расход всех видов энергий. Например, затраты механической энергии на перемещение жидкости или сжатие и перемещение газов. На основании теплового баланса находят расход водяного пара воды и др. теплоносителей, а по данным ЭБ – общий расход энергии на осуществление процесса.

4. Система единиц измерения

При расчетах технических процессов и оборудования приходится пользоваться химическими и физическими данными, которые имеют свои единицы измерения. Приходится пользоваться: М (1*10⁶), к (1*10³), д (1*10^-1), с (1*10^-2), м (1*10^-3), мк (1*10^-6). ГОСТ 6887-61 по СИ (м, кг, с); МКГСС (м, кгс, с); СГС (см, г, с).

4. Метод анализа размерности

Теорию подобия можно применять в том случае, если есть возможность составить дифференциальное уравнение, описывающее данный процесс, и задаться начальными условиями. Если нет такой возможности, то воспользуемся методом анализа размерности. Для этого проводят предварительные опыты и выявляют параметры, влияющие на проведение процесса, т.е. движущие силы.

ПРИМЕР: по трубе движется жидкость, движение описывается данным уравнением

ΔР = ƒ(d,ℓ,ρ,μ,ω) (1)

Пусть функция общего вида (1) приближенно может быть представлена в виде степенной зависимости ΔР,d,ℓ,ρ,μ,ω, т.е.

ΔР = А [d]^a [ℓ]^b [ρ]^c [μ]^b [ω]^k (2)

Единицы измерения:

[ΔР] = [кгс/м²] = [F/L²]

[d] = [м] = [L]

[ℓ] = [м] = [L]

[ρ] = [кгс*с²/м²] = [F*T² / L⁴]

[μ] = [кгс*с/м²] = [F*T / L²]

[ω] = [м/с] = [L / T ]

В основу положена П – теория Бэкингема, согласно которой общая функциональная зависимость, связывающая между собой n переменных величин при m – основной единице измерения, можно представить в виде зависимости между безразмерной зависимостью этих величин (n – m), а при наличии подобия – в виде связи между крит. подобия, т.е. если рассматриваемое явление вписывается в общем виде в соотношение (1), связывающее 6 физических величин, и эти величины выражаются посредством трех основных единиц измерения, т.е. n = 6, m = 3, n – m = 3.