2.3. Практический материальный баланс

Практический материальный баланс учитывает состав исходного сырья и готовой продукции, избыток одного из реагентов, степень превращения, потери сырья и целевого продукта и т. д.; т. е. составляя такой баланс, необходимо учитывать все отклонения от теоретически возможного выхода, возникающие по следующим причинам:

• термодинамическим – состояние равновесия обратимых реакций не позволяет проводить основные превращения до конца;

• кинетическим – не достигается теоретическая степень превра-

щения вследствие низких скоростей реакций, диффузионных торможений;

• обусловленным механизмом процесса – например, побочные реакции уменьшают выход основного продукта и т. д.

Технологические показатели, получаемые на основе практического материального баланса, называют балансовыми характеристиками.

На основании материального баланса можно рассчитать такие технологические показатели, как расходные коэффициенты сырья, вспомогательных материалов, выход целевых продуктов, побочных продуктов или отходов, степень использования сырья, селективность процесса.

Расходные коэффициенты сырья Рк₁и вспомогательных материалов Рк₂вычисляются исходя из (25) следующим образом:

Рк₁=m₁/m₃;

Рк₂=m₂/m₃.

Выход целевого продукта ₁, побочного продукта₂и отходов₃ будет составлять

₁=m₃/m₁;

₂=m₄/m₁;

₃=m₅/m₁.

Степень превращениясырьяхравна

х=m₁m₆/m₁.

Селективность процесса вычисляют в тех случаях, когда в системе протекает несколько реакций, одна из которых целевая, а остальныепобочные. В этом случае по величине расхода сырья (m₁  m₆) и по стехиометрическому уравнению целевой реакции вычисляют стехиометрическое количество целевого продуктаm, после чего находят

 = m₃/m.

Кроме определения технологических показателей, материальный баланс позволяет установить, на каких этапах процесса следует искать другие решения, которые обеспечили бы большую эффективность использования сырья. Для этого, кроме баланса всего процесса, составляют балансы отдельных его этапов, единичных элементов или частичные балансы по компонентам.

За основу материального баланса обычно принимается единица массы продукта (например, тонна) или масса продукта, получаемая в единицу времени (например, баланс составляется в расчете на час, сутки, год). Как правило, все материальные расчеты сводятся в таблицу, примером которой может являться табл. 3.

Таблица 3

Материальный баланс процесса получения фосфора из апатитовой руды

Статьи прихода	Единицы измерения			Статьи расхода	Единицы измерения
	кмоль	кг	м3		кмоль	кг	м3
Апатитовая руда		10 250		Фосфор		1000
Песок		2 370		Феррофос-фор		282
Кокс		1 330		Оксид углерода		3 668
				Шлак		9 000
Итого		13 950		Итого		13 950