С какой целью составляется уравнение материального баланса (5 видео)

Составление материального баланса

Материальные расчеты производственных процессов по собственному существу должны быть материальными балансами каждой стадии производства и всего производства в целом, основанными на законах стехиометрии и на законе сохранения вещества. В следствии материального баланса определяются вес, состав и объём исходных материалов, готовой продукции, потерь и отходов по всем стадиям производства; это, со своей стороны, является основанием для всех остальных технологических и энергетических расчетов аппаратуры. Результаты материального баланса, вскрывая всецело всю сущность материальных превращений по каждой стадии производства, наглядно показывают все недочеты производственного процесса и тем самым намечают пути, по которым должно идти предстоящее совершенствование производства. Отсутствие четко составленного материального баланса в том либо другом производстве есть показателем его несовершенства и, наоборот, множество действующих производств достиг большого уровня технического совершенства благодаря наличию шепетильно проработанных материальных балансов.

Материальный баланс химического процесса составляется следующим образом: пишется уравнение химической реакции и по стехиометрическим отношениям определяется теоретический выход продукта. После этого выявляются утраты продукта в следствии побочных потери и реакций механического характера, и устанавливается практический выход, на основании которого и подсчитывается количество приобретаемого продукта. Весовые количества конечного продукта, приобретаемого в следствии какого-либо химического процесса, кроме того при самых благоприятных условиях постоянно бывают ниже того количества, которое следовало ожидать в соответствии с теории. Чем ближе выход продукта к теоретически вероятному, тем идеальнее и экономически более удачен этот метод производства. В тех случаях, в то время, когда производственный процесс не представляется вероятным изобразить химическим уравнением, выход выражают в весовых частях приобретаемой продукции на 1 весовую часть исходного сырья. Исходя из того, что как правило химические реакции обратимы, т.е. не идут до конца, студент обязан подобрать давление и температуру (особенно для реакций, идущих в газовой фазе) так, для получения максимального выхода продукта.

Для производственных операций, в которых преобладают физические процессы (фильтрация, перекристаллизация и т.п.), нужно расчетом установить, какое количество продукта при данной температуре остается в растворе (согласно данным растворимости), какое количество его опять возвращается в производство при применении промышленных вод и т.п. направляться учитывать и механические потери: утечку газов и паров через неплотности, утрату твёрдых материалов и растворов при перегрузках, транспортировке, хранении.

В случае если производственный процесс имеет несколько стадий и каждой из них соответствует определенный выход, то неспециализированный выход готового продукта по всему процессу определяется произведением всех выходов по отдельным стадиям, т.е.

где ? – неспециализированный выход по всему производству;

?1, ?2, ?3, … ?n – выходы по отдельным стадиям.

Материальный баланс есть функцией принятого режима стадий производства и зависит от совершенства работы аппаратуры и от организации производства в целом.

Форма материального баланса зависит от характера производства. При постоянной схеме производства материальный баланс относят к одному часу либо дням (производство окисленных битумов, гидроочистка нефтяных фракций, адсорбционное выделение парафинов и т.д.). Довольно часто ведут расчет на тонну, килограмм либо на кубометр готовой продукции (либо исходного сырья) независимо от конструкции и размеров аппаратов, в которых осуществляется процесс. В случае если рассматриваются газовые реакции, то количество веществ целесообразно высказывать числом молей. При периодическом ходе производства (производство пластмасс, полупродуктов) материальный баланс направляться составлять на одну производственную операцию либо относить его к дням. Наряду с этим материальный баланс составляется по отдельным стадиям производства: для стремительнейшего обнаружения расходных коэффициентов комфортно вести расчет на тонну сырья либо готовой продукции, но это не исключает составления операционного либо дневного материального баланса. В последнем случае до составления материального баланса необходимо осуществить ёмкости и выбор типа главной аппаратуры по заводским и каталогам данным, что разрешает установить величину загрузки (партии) в реакционный аппарат. Материальный баланс время от времени корректируется данными тепловых расчетов (особенно при периодически действующей аппаратуре), исходя из этого окончательный вид следует ему давать только по окончании составления теплового баланса. При сложных материальных расчетах в целях большей наглядности полезно материальный баланс воображать кроме этого в виде диаграмм либо графиков.

Для упрощения всех последующих технологических расчетов аппаратуры более выгодно иметь материальный баланс, отнесенный к дневной мощности производства; для обнаружения же не сильный мест производства независимо от заданной мощности более целесообразным есть материальный баланс, отнесенный к одной тонне готовой продукции. При составлении материального баланса, отнесенного к дневной производительности, нужно иметь заданную мощность производства. Мощность производства определяется числом весовых единиц (т либо кг) готового продукта, подлежащего выпуску производством в единицу времени (год, месяц, дни). В большинстве случаев мощность производства высказывают в тоннах 100%-го продукта либо технического товарного продукта в год, причем во многих случаях принимается круглосуточная работа производства в течение 330 дней в году (35 дней резервируется на капремонт цехов).

Материальный баланс любого технологического процесса либо части его составляется на основании закона сохранения вещества, другими словами закона, в соответствии с которому количество (масса) всех исходных продуктов данного производственного цикла должно быть равняется количеству (массе) всех конечных продуктов его:

где ?Gисх – масса исходных продуктов;

?Gкон – масса конечных продуктов (в однообразных единицах измерения).

Так, в случае если в какой-либо аппарат поступает GA кг продукта A, GB кг продукта B и т.д., в следствии химической либо физической переработки выходит из аппарата GC кг продукта C, GD кг продукта D и т.д., и в случае если в конечных продуктах остается часть начальных продуктов A (G’A кг), B (G’B кг) и т.д., то наряду с этим должно иметь место равенство:

GA + GB + … = G’A + G’B + GC + GD + … + ?G.

Результаты подсчетов материального баланса сводят в таблицу 1.

Количество массы, взятой в следствии химического процесса, берется из умелых данных, поскольку количество смеси взятых продуктов не есть аддитивное свойство количества компонентов, составляющих смесь и, следовательно, величина его не всегда возможно выяснена методом вычисления.

Содержание

Прототип совокупности расчета материального баланса
Материальный баланс
Что входит в понятие материального баланса
Материальный и тепловой балансы химико-технологических процессов
💡 Видео

Прототип совокупности расчета материального баланса

Видео:ОВР и Метод Электронного Баланса — Быстрая Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Материальный баланс

Составление баланса обычно ассоциируется с бухгалтерской отчетностью и непосредственно бухгалтерским балансом, в котором обеспечено равенство актива и пассива в силу двойной записи. Однако существуют и другие виды баланса, которые могут быть составлены в организации. Это материальный баланс, трудовой баланс, баланс денежных средств и прочие. Они не относятся напрямую к бухгалтерской отчетности, хотя также касаются определенных аспектов деятельности организации.

Видео:Процессы и аппараты. Материальный балансСкачать

Что входит в понятие материального баланса

Этот вид баланса обычно составляют в производственных целях, и к бухгалтерской отчетности он никак не относится. Сам по себе материальный баланс служит подтверждением закона сохранения масс: он характеризует соотношение между количеством исходного материала, используемого на производстве, числом готовой продукции, полученных отходов, а также материальных потерь.

В виде формулы этот баланс обычно представляют как равенство между количеством выделенного для использования исходного материала и суммы всех остальных перечисленных факторов.

Показатели могут быть выражены в натуральных мерах измерения, например – килограммы или литры, так и в виде количества денежных средств. В каких-то ситуациях показатели, входящие в число составляющих материального баланса, могут отсутствовать. Тогда формула будет короче. Например, если в нее не включены материальные потери, которых не произошло в процессе производства.

Формула может быть расширена, если в число показателей вошел какой-то дополнительный признак, который тоже необходимо указать. Например, выпускать на фабрике могут не только основную продукцию, но и побочную или полуфабрикаты. Тогда их тоже включают в общую формулу в качестве отдельного пункта.

Таким образом, можно выделить несколько наиболее часто используемых в составлении материального баланса позиций:

исходный материал – выступает обязательной составляющей формулы;
готовая продукция – также входит в число обязательных пунктов;
количество отходов;
возможные материальные потери;
возможная дополнительная продукция.

Формула может изменяться в зависимости от особенностей анализируемого производства. Как правило, такие расчеты составляют для рассмотрения чисто производственной деятельности и повышения эффективность управления материальными ресурсами в рамках организации.

Видео:Разделение жидких систем. Материальный баланс процессов разделенияСкачать

Материальный и тепловой балансы химико-технологических процессов

Материальный и тепловой балансы составляют для анализа работы существующего аппарата, установки, производства или при проектировании нового. Материальный баланс технологического процесса или части его составляют на основании закона сохранения массы вещества, и это означает, что масса веществ, поступающих на технологическую операцию, равна массе полученных веществ.

Расчеты балансов основываются на технико-экономических показателях, рассмотренных в разделе 1. Для процессов, которые можно описать суммарной химической реакцией, материальный баланс складывается их двух частей: левая часть уравнения – приход, правая часть уравнения – расход. Материальный баланс рассчитывается или только по уравнению основной суммарной реакции (упрощенный) или с учетом всех параллельных, побочных реакций и продуктов (полный). Уравнение материального баланса:

где Σm_прих – суммарная масса исходных веществ процесса цикла;
Σm_расх – суммарная масса конечных продуктов процесса.

Материальный баланс обычно рассчитывается на единицу полученного продукта (кг, т, м 3 ) или в % на основе данных производства.. Результаты сводят в таблицу. Материальный баланс служит основой для составления теплового и экономического балансов и поэтому составляется первым. В результате составления материального баланса можно вычислять практические расходные коэффициенты на сырье.

Тепловой (энергетический) баланс технологического процесса или части его составляют на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна, т.е. приход теплоты должен быть равен расходу его в данном процессе, аппарате, операции. Уравнение теплового баланса:

где Q_прих – сумма теплот Q_1,Q₂, Q_3,; Q₁ – теплота, приносимая входящими в аппарат веществами; Q₂,- теплота экзотермических реакций, протекающих в данном аппарате; Q₃ – теплота, вносимая извне за счет подогрева; ΣQ_расх – сумма теплот Q_4,Q₅, Q_6,; Q₄ – теплота, уносимая выходящими из аппарата продуктами; Q₅ – теплота эндотермических реакций,протекающих в аппарате; Q₆ – потери теплоты в окружающую среду и отвод ее через холодильники, помещенные внутри аппарата Уравнение теплового баланса:

Q₁ и Q₄ в технологии называют теплосодержанием материалов и рассчитывают для каждого вещества, поступающего в аппарат и выходящего из него:

где m – масса вещества (кг, моль) (берут из данных материального баланса); с – средняя теплоемкость этого вещества (берут из справочника); t – температура, отсчитанная от какой-либо точки (обычно 273К).

Тепловые эффекты химических реакций Q₂ и Q₅ могут быть рассчитаны на основе изобарных теплот образования из элементов различных веществ q 0 _обр, или теплот сгорания, или энтальпии образования веществ ΔН₂₉₈ в стандартных условиях (для массы 1 моль, давление 1.01 –10 5 Па, температуры 298К). Изменение энтальпии реакции ΔН численно равно тепловому эффекту реакции, взятому с обратным знаком:

Изменение энтальпии реакции находим как разность энтальпии продуктов реакции и исходных веществ:

Значение ΔН_обр приведено в справочниках термохимических и термодинамических величин.

Подвод теплоты Q₃ можно рассчитать по потере ее теплоносителем. Потери теплоты Q₆ можно рассчитать по изменению теплоты хладоагента или в процентах к массе внесенной теплоты.