4.2. Аналіз хтс

4.2.1 Задачі аналізу ХТС. Вони полягають в одержанні відомостей про функціонування системи в залежності від прийнятої хімічної схеми, структури технологічних зв'язків між елементами і підсистемами, а так само від конструкційних і технологічних параметрів, виходячи з заданих властивостей і показників функціонування, що мають оптимальне значення

Для цього необхідні: 1. технологічний аналіз ХТС – одержання технологічних показників: температури, тиску, розмірів потоків, виходу продукту, селективності, кількості відходів і т.ін.;

2. техніко-економічний аналіз ХТС – одержання економічних критеріїв оцінки ефективності системи: – витратних коефіцієнтів на виробництво продуктів і т.ін. і , в кінцевому рахунку, одержання відомостей про собівартість продукції; 3. аналіз функціонування системи – стійкість, надійність, безпека роботи та ін. При цьому необхідно враховувати, що ХТС має властивості, не характерні для окремих її елементів, це обумовлено взаємозалежністю режимів елементів.

Аналіз ХТС здійснюється при розробці проектування системи для визначення її ефективності, а також для порівняння різних варіантів реалізації процесу з метою вибору з них оптимального. Аналіз використовується і за модернізації і реконструкції діючих ХТС. Наведені вище показники роботи ХТС визначаються в резуль-таті рішення систем рівнянь матеріальних і теплових балансів.

5. Матеріальні і теплові баланси хіміко-технологічних систем

Баланси ХТС передають закони збереження маси - матеріальні баланси й енергії - енергетичні баланси, зокрема теплові баланси. Баланси ХТС складаються, як правило, для стаціонарних процесів або для ХТС у цілому, або для окремих елементів обо груп елементів. В останніх випадках зі схеми “вирізається” елемент чи сукупність елементів (рис.5.1.).

Подібне виділення окремих елементів чи групи елементів ХТС надає інформацію не тільки про ефективність ХТС у цілому, але і її складових, що дозволяє виявити "вузькі місця", варіювати параметри елементів чи їх сукупність і направлено здійснювати інтенсифікацію ХТС.

Матеріальний баланс ґрунтується на тому, що у всякій замкненій системі маса речовин, що вступили в реакцію, дорівнює масі речовин, що утворилися в результаті взаємодії.

Наприклад , у реактор надходять речовини, маси яких m _1, m_2, m₃ ,. m_S. В результаті взаємодії одержують R продуктів з масою. m_{R ,} m_R , m_R ,. . . m_{R .} Рівняння балансу такої системи буде:

m₁ + m₂ + m₃ . +. m_S = m_R + m_R + m_R . . +. m_R

І ІІ

ІІ

І

Рис. 5.1. Порядок розрахунку ХТС: І - один елемент,

ІІ – група елементів; ІІІ – ХТС у цілому

(5.1)

або (5.2)

Тепловий баланс заснований на тому, що прихід теплоти в даному процесі дорівнює витраті її в тому же процесі. Якщо прийняти, наприклад, що в адіабатичному реакторі перебігає екзотермічна реакція, то рівняння теплового балансу буде:

Q_p +m₁H_І+m₂H₂ +m_sH_s = m΄₁H΄₁+m΄₂H΄₂+m_rH΄_r

Q_p+ = (5.3)

Q_p + = = 0, (5.4)

де Н_J і Н΄_і- ентальпії речовин, що надійшли в реактор і продуктів реакції відповідно;

Q_p- теплота хімічної реакції.

Рівняння (5.1-5.4) справедливі для розімкнутих систем. Для замкнених систем при складанні балансів враховується наявність рециркуляції технологічних потоків. Тоді відповідно до рис.4.1 рівняння балансу буде:

m_n = m₀+m_R

Співвідношення потоків у системах з рециклом, як указувалося, враховує коефіцієнт рециркуляції - K_R і відношення рециркуляції -R.

Тоді, оскільки:

K_R=m_R/m₀ і R = m_{R /}m_n

рівняння балансу приймає вигляд:

m_n = m₀+Rm_n=m₀/(1-R) або (5.5)

m_R=K_R∙m₀ (5.6)