1.1 Розрахунок витратних коефіцієнтів

Витратний коефіцієнт β – фактор, який визначає досконалість і економічну ефективність хіміко-технологічного процесу, характеризує витрати різних видів сировини, води, електроенергії на одиницю продукції, що виробляється по основній реакції з ступенем перетворення χ.

Визначення витратного коефіцієнта по сировині:

, (1.1)

де В – витрати сировини , т , м³ ;

χ – ступінь перетворення сировини у цільовий продукт

Теоретичний витратний коефіцієнт β_Т. розраховують за рівнянням хімічної реакції, яке є в основі одержання цільового продукту. Практичний витратний β_пр коефіцієнт розраховується з урахуванням витрат на побічні реакції і відходи виробництва, на механічні втрати

, (1.2)

де В_вт. – виробничі втрати

Ступінь перетворення розраховують через зміну кількості молів або маси компонента, як відношення кількості речовини, що прореагувала до її початкової кількості. Для реакції:

аА + bB + ... → rR + sS

; (1.3)

; (1.4)

; (1.5)

де , n_А – кількість молів речовини А (початкова і поточна) ;

, m_А – маса речовини А (початкова і поточна) ;

, С_А – концентрація речовини А (початкова і поточна) ;

a , b , r , s – стехіометричні коефіцієнти

Якщо змінюється об’єм в процесі реакції, то враховують коефіцієнт зміни об’єму ε :

, (1.6)

де V₁ – початковий об’єм реагуючої суміші ;

V₂ – об’єм суміші в кінці реакції

Якщо процес перебігає не до кінця, враховують ступінь перетворення χ:

, (1.7)

де – поточне значення коефіцієнта зміни об’єму.

Ступінь перетворення з урахуванням коефіцієнта зміни об’єму:

. (1.8)

Витратний коефіцієнт для стехіометричної суміші вихідних реагентів β_ст:

; (1.9)

, (1.10)

де – кількість молей вихідної речовини;

b , a – стехіометричні коефіцієнти.

; (1.11)

; (1.12)

. (1.13)

1.2 Приклади розв’язку задач

Задача № 1

Визначити витратний коефіцієнт по кисню при одержанні 1000м³ триоксиду сірки, якщо склад вихідної суміші, в %: SO₂ – 7.6; О₂ – 20.0; N₂ –72.4; в кінцевій суміші вміст кисню О₂ – 3%.

Розв’язок :

2 SO₂ + О₂ = 2 SO₃

Маємо за умовою нестехіометричну суміш. Ступінь перетворення знаходимо за формулою (1.13):

.

Розраховуємо β_ст за рівнянням (1.10):

;

Із залежності (1.6) знаходимо :

Таким чином:

Визначаємо витрати кисню, необхідного для одержання 1000 м³ SO₃ :

х 1000

2 SO₂ + О₂ = 2 SO₃

22,4 2∙22,4

З урахуванням ступеня перетворення:

Відповідь: Витратний коефіцієнт по кисню = 570,8 м³ .

Задача № 2

Визначити витрати 20%-ного олеума для підвищення концентрації 75%-ної сульфатної кислоти до концентрації 90% .

Розв’язок :

Витрати олеуму розраховують за формулою:

,

де С₁ , С₂ – концентрація моногідрату відповідно в олеумі, і в кислоті ,% ;

С₃ – кількість вільного SO₃ в олеумі, %;

G – маса кислоти , кг

Відповідь: Витрати олеума за даних умов G = 0,5085 кг/кг .

Задача № 3

Розрахувати витратні коефіцієнти у виробництві карбіду кальцію, склад якого ( в % мас.): СаС₂ – 78; СаО – 15; С – 3; домішки – 4. Вапно має склад: СаО – 96,5%; кокс: зола – 4 %; леткі домішки – 4; волога – 3%.

Розрахунок вести на 1 т продукту.

Розв’язок :

Хімічна схема процесу:

СаО + 3С = СаС₂ + СО

У 1 т продукту вміщується 0,78 т СаС₂ .

Витрати вапна :

– за стехіометричним співвідношенням : т ;

• непрореагувало : т ;

• сумарні втрати : т .

Витрати вуглецю :

– на утворення СаС₂ : т ;

• непрореагував : т ;

• сумарні витрати : т .

Вміст вуглецю в коксі складає : .

Витрати коксу : т .

Відповідь : Витрати вапна : 0,833 т/т ;

Витрати коксу : 0,527 т/т .