1. АНАЛИЗ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Методы, оценки степени воздействия техногенных систем на окружающую среду

При изготовлении или использовании продуктов элементы и со- Сединения переводятся из одной физической или химической формы в другую, и нельзя создать что-то из ничего или превратить в ничто ка- кое-либо поддающееся измерению количество вещества. Этот факт, подтвержденный многочисленными измерениями, получил название закона сохранен я массы. Из этого закона следует, что материю унистичтожить невозможно все, что по нашим представлениям выброшено, в том ли ном в де остается с нами. Можно сделать окружающую среду ч ще, переводя некоторые вредные химические соединения в

менее вредные ли езвредные физические и химические формы [3]. Высокбй темп роста потре ления энергии, ограниченные возможно-

удовлетворен я спроса на энергоресурсы органического происхождения, резкое повышен е цен на энергоресурсы, а также сильное загрязнение окружающей среды при сжигании различных видов топлива– все это диктует необходимость максимальногоАсбережения энергии как в энергосистемах, так и в различных производствах.

Полное использование практической энергетической ценности вещества для совершения ра оты невозможно без взаимодействия с окружающей средой. Например,Ддля использования угля в качестве источника тепла необходимо задействовать определенное количество кислорода из окружающей среды.

Системы, рассматриваемые в анализе, могут быть простые (рабочая среда в замкнутом объеме) и сложные (отрасль промышленности), а также закрытые (без обмена веществомИс внешней средой), открытые (обменивающиеся с внешней средой веществом) и изолированные (нет обмена ни веществом, ни энергией). ля анализа с помощью предлагаемых методов рассматриваемую техническую систему мысленно выделяют из окружающей среды, используя контрольную балансовую поверхность. В зависимости от цели анализа этой поверхностью считают весь объект или только его часть. Например, при анализе распылительной сушильной установки можно выделить всю установку либо только сушильную камеру. Необходимо однако, чтобы эта поверхность не изменялась во время анализа.

В анализе могут участвовать и другие объекты, с которыми данный объект взаимодействует так же, как и с окружающей средой.

4

Схематически этот процесс представлен на рис. 1.

энергии.

Материальные и энергетические балансы имеют большое значение для анализа и оценки правильности и целесообразности осуществления производственного процесса в условиях промышленности. С их помощью устанавливаютДудельное значение выходов про-

дукции, расходов и потерь сырья: топлива и других материалов, коэффициентов полезного действия энергии. Балансы используют для определения мощности и производительности аппаратуры, интенсив-

ности процессов, а также отражают условия эксплуатации и степень совершенства соответствующих процессов (размеры потерь и количе-

ство используемых материалов и энергии) и других технических и экономических показателей с целью максимального использования

Сначала составляют материальный, а затем на его основе энергетический баланс. Показатели материального и энергетического балансов во многих случаях выражают в денежных эквивалентах, на основе которых с добавлением ряда других показателей могут быть составлены экономические балансы производства.

5

Расчет материального баланса

Для составления уравнений материального баланса системы необходимо предварительно обработать имеющиеся данные. Один из возможных вариантов такой обработки включает следующие этапы :

1) построение диаграммы или технологической схемы к поставленной задаче с указанием всех известных потоков и количественных параметров (такие параметры, как давление, температура и др., на данном этапе можно не указывать);

массыизменяясьсправедл в как для всей системы в целом, так и для любого ее участка, то можно вы рать такой участок, через который проходит

При составлениибматериального баланса для любого технического объекта учитывают состав перерабатываемого сырья, готового продукта, избыток одного (или нескольких) компонентов, определяемый условиями реакции в реальных условиях, степень превращения

только од н не звестный поток [5].

сырья и возможные потери.

По данным материальногоАбаланса можно найти:

– выход продукта и объем реакционнойДзоны аппарата;

– расход материалов при заданной мощности технологического

аппарата (линии, цеха, предприятия);

– число аппаратов и производственные потери;

– количество отходов, переходящих в окружающую среду. Результаты балансовых расчетов могут быть представлены в

простой последовательности расчетных этапов, в табличной или диаграммной форме.

И

6

1.1. Составление материального баланса без учета химических превращений

Для оценки функционирования системы независимо от уровня

ее сложности целесообразно воспользоваться моделью «черного ящика» с сосредоточенными входами и выходами потоков вещества и Сэнергии. Уравнения материального баланса в этом случае будут сле-

дующие [5]:

1) [масса поступ вшего вещества] + [масса имевшегося вещества] =

= [масса выведенного вещества] + [масса оставшегося вещества]

2)и[масса поступ вшего вещества] - [масса выведенного вещества] = = [масса накапл ваемого вещества]

3) [масса поступ вшего вещества] - [масса накапливаемого вещества] = [масса выведенногобвещества]

На основе анал за потоков можно составить уравнения материального баланса:

[массовый расход на входе] - [массовый расход на выходе] = = [скорость накопленияАмассы]

Если в блоке протекает химическая реакция в течение времени,

то уравнение материального аланса имеет вид [поступление вещества] - [удаление вещества] + [образование веще-

ства] - [разрушение вещества] = [прирост количества вещества]

Баланс системы (подсистемы, блока) представляется в формализованном, системном виде. Каждая из статей прихода и расхода вы-

числяется на основе строгих закономерностей и моделей.

Аналогично вся масса вещества, поступающего в замкнутую систему, либо накапливается в ней, либо покидает ее. Если в результате химических преобразований одно вещество не переходит в другое, то вся масса вещества, поступающего в замкнутую систему, либо накап-

7