10

Министерство образования и науки России

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

МАТЕРИАЛЬНЫЙ и ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

по технологии неорганических

веществ и материалов

Методические указания

к практическим занятиям

Казань 2012

УДК 661.2

БК 81.2

Сост.: доц. Р.Х.Хузиахметов, Н.В.Лыжина

Материальный и тепловой баланс по технологии неорганических веществ и материалов: Метод. указания к практическим занятиям. / Казан. нац. иссл. технол. ун-т; Сост.: Р.Х.Хузиахметов, Н.В.Лыжина –Казань, 2011. –40с.

Описаны основы методики составления материальных и тепловых балансов наиболее крупнотоннажных неорганических веществ и материалов с использованием ППП EXCEL.

Предназначены для студентов, обучающихся на кафедре «Технология неорганических веществ и материалов» по специальности «Экономика на предприятии (по отраслям)» по программам подготовки бакалавров, специалистов и магистров.

Могут быть полезны студентам, обучающихся на кафедре по специальностям «Химическая технология неорганических веществ», «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов», специализирующихся в области производства неорганических веществ и материалов при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ.

Подготовлены на кафедре технологии неорганических веществ и материалов.

Печатаются по решению методической комиссии факультета химических технологий института нефти, химии и нанотехнологии.

Рецензенты:

проф. каф. экономики КГТУ,д. экон. наук В.В.Авилова

доц. каф. химической кибернетики,

канд.хим. наук Н.Н.Нпюююю;

	Содержание	3
	ВВЕДЕНИЕ	4
	Общие замечания	5
	Раздел 1 Состав технических материалов	6
1.1	Газовые смеси	7
1.2	Растворы	9
1.3	Твердые вещества	13
1.4	Расчеты по химическим формулам и уравнениям	14
	Раздел 2 Расчеты в ППП ЕXCEL	19
2.1	Общие операции с таблицами	25
2.2	Материальный баланс	29
	2.2.1.Материальный баланс отдельной стадии производства	31
	2.2.2.Материальный баланс производства	42
2.3	Тепловой баланс	44
	2.3.1.Тепловой баланс отдельной стадии производства	46
	2.3.2.Тепловой баланс производства в целом	57
2.4	Примеры материального и теплового балансов неорганических веществ
2.5	Примеры материального и теплового балансов неорганических материалов
	Раздел 3 Примеры материальных и тепловых балансов
	Литература	22
	Приложение А	23
	Приложение Б	24
	Приложение В	29
	Приложение Г	22
	Приложение Д	22
	Приложение Е

Введение

Технологические расчеты базируются на физико-химических принципах осуществления процессов и сводятся к их количественной интерпретации.

Они включают вычисления следующего характера:

– выход реакций и скоростей процессов;

– расчеты материальных и тепловых потоков;

– оптимизация производственных режимов;

– определение размеров и числа аппаратов;

– расчет расхода сырья и энергии;

– расчет материалов и других производственных затрат.

Студенты, обучающиеся по направлению «Экономика на предприятии», должны иметь наиболее общие представления об основных методах получения веществ или материалов и они должны уметь:

– составлять химические реакции в каждом из методов;

– выбрать вид сырья для каждого метода;

– рассчитать расходные коэффициенты по сырью и энергии;

– составлять материальный и тепловой балансы;

– определить долю финансовых затрат на приобретение сырья, материалов и энергоносителей (газ, угол, пар, горячая вода и т.д.).

Основное содержание данных методических указаний – материальные и тепловые расчеты (балансы) отдельных стадий производственных процессов и всего производства в целом. Это необходимо для ориентировочного определения доли финансовых затрат на сырье и материалы в себестоимости готовой продукции.

Проведение любых видов расчетов в настоящее время невозможно представить без использования ЭВМ.

На практике реальные расчеты учитывают все тонкости и особенности существующих производств и занимают значительное время. Состав исходного сырья постоянно меняется, с изменением температуры окружающей среды постоянно меняются и значения составляющих теплового баланса. Поэтому использование ЭВМ позволяет делать перерасчет материальных и тепловых потоков с изменением исходных данных (состава сырья, расходных коэффициентов, температуры исходных компонентов и конечных продуктов и т.д.) и тем самым оптимизировать производство.

Общие замечания

1. В первой части методических указаний приводятся общие принципы расчетов по химическим формулам и уравнениям, а также основные принципы расчетов в среде ЕХСEL.

2. Во второй части рассматриваются примеры расчета материального и теплового балансов в среде ЕХСEL.

3. Для упрощения расчетов принято, что количество примесей в сырье равно всего 1 (реально их значительно больше).

4. Предлагаются 2 варианта составления материального баланса (прямая и обратная задачи).

5. Сущность прямой задачи:

Дано: 1000 кг реального сырья (с примесью Х %);

Найти: выход реального целевого продукта (с примесями);

6. Сущность обратной задачи:

Дано: 1000 кг чистого целевого продукта

(масса реального целевого продукта будет больше);

Найти: количество реального сырья (с примесями);

7. Тепловой баланс составляется на основе материального баланса.

8. С целью упрощения зрительного восприятия чисел в большом массиве данных принято следующее цветовое оформление таблиц:

1. Исходные данные, КОНСТАНТЫ	1000	(шрифт – красный)
2. Экспериментальные данные	5	(шрифт – синий)
3. Предварительные расчеты (ячейки с формулами)	=C3*D2/C2	(ячейки – зеленые)
4. Предварительные расчеты в процентах (ячейки с формулами, %)	=C3*D2/C2*100	(ячейки – розовые)
5. Итоговые расчеты (ячейки с формулами)	=cумм(D2:D6)+ cумм(R2:R6)	(шрифт красный, ячейки – желтые)
6. Итоговые расчеты в процентах, (ячейки с формулами, %)	= (cумм(D2:D6)+ cумм(R2:R6))*100	(ячейки – оранжевые)

9.Состав любого сложного вещества принимается за единицу

(или 100 %):

А + В = 1	или	А + В = 100 %
А + В + С = 1	или	А + В + С = 100 %

Тогда массовая доля компонента А (или Б) W(A) [или W(Б)] равна:

[ m(A) – масса компонента А, г; m – масса всей системы, г].

W(A) =	m(A)	или	W(A) =	m(A)	·100, % (масс.)
	m			m