2. Матеріальний баланс в хімічному виробництві

Під технологічним (матеріальним) балансом приймають результати розрахунків, наведені у вигляді таблиці, що відображає кількість введених і отриманих у виробничому процесі матеріалів. У основі складання матеріального балансу лежить закон збереження маси: маса введених у виробничий процес речовин рівна кількості отриманих цільових продуктів, проміжних сполук і відходів реакції.

Матеріальний баланс – це кількісне співвідношення між масами речовин, що входять в хіміко-технологічну систему, і що виходять з неї. Специфіка виробництв галузі обумовлює відмінності між вхідними та вихідними потоками не тільки по кількісному, але і по якісному складу. Тому найважливішим елементом матеріальних розрахунків в хімічній технології є сумарне рівняння реакції, на якій заснований даний хіміко-технологічний процес.

Матеріальний баланс має велике значення для:

– аналізу ефективності виробничих процесів;

– встановлення фактичного виходу продуктів і витратних коефіцієнтів;

– ухвалення організаційних і технічних рішень з удосконалень роботи устаткування;

– встановлення оптимальних потужностей і продуктивності устаткування;

– проектування нових підприємств і поліпшення роботи вже існуючих.

Величини вхідного потоку (витрата речовин в одиницю часу) можуть бути надані в мольних (моль/годину), об’ємних (м³/годину) та масових (кг/годину) одиницях.

Витрата потоку – це швидкість проходження речовин через трубу заданого діаметра в одиницю часу. Іншими словами – це кількість (або маса, або об'єм) речовин, що поступають через заданий трубопровід у реактор в одиницю часу.

Матеріальний баланс хіміко-технологічного процесу можні уявити у вигляді діаграми (рис. 1.). Дані діаграми відбивають, що маси речовин перерозподіляються між сполуками А, В, D, С, але сума мас залишається величиною не змінною.

Речовина А Речовина В

Хімічна реакція

А Речовина D Речовина С В

Рис.1. Діаграма матеріального балансу

Матеріальний баланс складають за рівнянням основної сумарної реакції з урахуванням паралельних і побічних реакцій. На практиці доводиться мати справу не з чистими речовинами, а з сировиною складного хімічного і механічного складу, тому для складання матеріального балансу доводиться враховувати масу всіх компонентів. Матеріальний баланс відбиває всі кількісні зміни маси речовини, що відбуваються в перебігу процесу. Складати його можна у вигляді таблиць.

Припустимо, що протікає реакція А + В = D + С, і хай у момент рівноваги (закінчення процесу) кількість її учасників відповідно ν '_А, ν '_В, ν _D, ν _С; представимо матеріальний баланс процесу в загальному вигляді (табл. 5.):

Таблиця 5

Загальний вид матеріального балансу

Речовина	Мi, кг/гмоль	Прибуткова частина				Хіміч. реакція, моль	Витратна частина
		vi = ni	ν I, моль	mi, кг	gi		N i, моль	mi, кг	gi
А В D С	МА МВ МD МС	vА vВ – –	ν А ν В – –	mА mВ – –	gА gВ – –	ν'А ν 'В ν D ν С	ν А- ν 'А ν В- ν 'В ν D ν С	mА- m'А mВ- m'В mD mС	gА gВ gD gС
∑		1	ν заг.	mзаг.	1		ν ' заг.	mзаг.	1