Тема 3 Матеріальні розрахунки хіміко-технологічних процесів. Складання матеріальних балансів

Складання матеріальних і енергетичних балансів – основна ланка в оцінці техніко-економічної ефективності діючих підприємств та тих, що проектуються, при проведенні конструкційних розрахунків виробничого обладнання і комунікацій. На основі даних матеріальних і енергетичних балансів визначають вихід продукту, витратні коефіцієнти за сировиною та енергією, ведуть облік матеріалів і планують постачання сировинних та енергетичних ресурсів отримуваної продукції, виявляють передумови і напрямок оптимізації процесу.

Матеріальний баланс хіміко-технологічного процесу – вираз закону збереження маси речовини, згідно якому маса всіх видів сировини та матеріалів, що надходять на переробку в даний технологічний процес (надходження), рівна масі отриманих продуктів плюс виробничі втрати (витрати).

Матеріальні баланси несуть наближений характер, так як зазвичай складаються за рівнянням основної реакції процесу з урахуванням побічних реакцій, що мають найбільше значення. Для хімічної системи матеріальний баланс може бути представлений рівняннями, ліва частина яких виражає надходження, а права – витрати:

(3.1)

або

(3.2)

де – маса введеної сировини, що містить перероблені компоненти і

допоміжні матеріали;

- степінь перетворення в основній і побічних реакціях (1, 2, 3, …, m)

і-го вихідного компонента (від І-го до k-го);

- маса перетворених компонентів у відповідний цільовий,

побічні продукти, відходи виробництва;

- маса надлишкових і вихідних компонентів, що не

прореагували;

- маса втрачених (проливи, не поглинання і т.д) продуктів в

перерахунку на вихідні компоненти.

Розрізняють теоретичний (стехіометричний) матеріальний баланс, який розраховується на основі стехіометричної реакції, і практичний – враховується склад вихідної сировини і готової продукції, надлишок одного із компонентів сировини, степінь перетворення, втрати сировини і готового продукту.

Матеріальний баланс складається (в залежності від умов або завдання) на одиницю (1 кг, 1 т, 1 м³), на 100 одиниць (100 кг і т.д.) або на 1000 одиниць (1000 кг і т.д.) маси основного виду сировини чи продукту. Дуже часто цей баланс складається на масовий потік в одиницю часу (кг/год, т/добу).

Для планування постачання сировини і вивантаження цільового продукту, а також для розрахунків основного і допоміжного обладнання технологічного процесу необхідне складання матеріального балансу з урахуванням запланованої потужності.

Результати розрахунків зводять в таблиці матеріальних балансів як за масою вихідних речовин і продуктів реакції в цілому, так і за окремими хімічними елементами або речовинами. Наочно розрахунки можна зобразити у вигляді діаграм.