Как и для чего составляется общее балансовое соотношение

В чем состоят цели и задачи курса «Явления переноса импульса».

Предмет и задачи курса

Абсолютно все вещества, получаемые в химической промышленности, производятся в результате проведения тех или иных технологических процессов. Технологическим процессом называется процесс переработки сырья в предмет потребления или средства производства путём физико-химических изменений данного вещества.

В химической технологии существует большое разнообразие технологических процессов, которые можно определить в определённые группы и рассмотреть общее начало, лежащее в основе процессов каждой группы. Их можно назвать одинаковыми или типовыми для различных производств. Таким образом, изучение закономерностей протекания данных процессов и составляет основную задачу курса ПАХП, которая лежит в основе расчётов и конструирования аппаратов, в которых эти процессы происходят.

Так, как многие процессы можно обобщить, т.е. назвать основными, аналогично, машины и аппараты, обслуживающие протекание процесса, можно назвать основными (типовыми), в основе методики расчёта которых лежат основные фундаментальные законы физики, химии, термодинамики и др. наук. Т.е. аппарат - это устройство, служащее для осуществления конкретного технологического процесса.

Управляющие потоки

Аппарат

Выходные потоки

Входные потоки

Управляющие потоки - катализаторы, подвод тепла и др. которые значительно интенсифицируют ТХ процесс.

Основным параметром работы аппарата является производительность Q по исходному (перерабатываемому) сырью или по готовому (полученному) продукту.

Q_m = m/t, (кг/ч) - массовая

Q_v = V\t, (м³/ч) – объёмная

Расчеты процессов и аппаратов обычно имеют следующие основные цели: а) определение условий предельного, или равновесного, состояния системы; б) вычисление расходов исходных материалов и количеств полу­чаемых продуктов, а также количеств потребной энергии (тепла) и расхода теплоносителей; в) определение оптимальных режимов работы и соот­ветствующей им рабочей поверхности или рабочего объема аппаратов; г) вычисление основных размеров аппаратов.

Эти задачи определяют содержание и последовательность расчетов. Исходным этапом являются расчет и анализ статики процесса, т. е. рассмотрение данных о равновесии, на основе которых определяют н а -правление протекания и возможные пределы осуществления процесса. Пользуясь этими данными, находят предельные значения параметров процесса, необходимые для вычисления его движу­щей силы. Затем составляются материальные и энергетические балансы исходя из законов сохранения массы и энергии. Последующий этап пред­ставляет собой расчет кинетики процесса, определяющей скорость его протекания. По данным о скорости и величине движущей силы при выбранном оптимальном режиме работы аппарата находят его рабочую поверхность или объем. Зная величину поверхности или объема, опреде­ляют основные размеры аппарата.

Материальный баланс. По закону сохранения массы количество посту­пающих веществ 2G_H должно быть равно количеству веществ ΣG_K, полу­чаемых в результате проведения процесса, т. е. без учета потерь

ΣG_H = ΣG_K

Однако в практических условиях неизбежны необратимые потери ве­ществ, обозначая которые через ΣG_n, находим следующее общее выражение материального баланса:

ΣG_H = ΣG_K + ΣG_n (1.1)

Материальный баланс составляют для процесса в целом или для от­дельных его стадий. Баланс может быть составлен для всех веществ, участ­вующих в процессе, и лишь для одного из веществ, если обрабатываемые материалы представляют собой двух- или многокомпонентные смеси. Так, материальный баланс процесса сушки составляют как по всему влажному материалу, поступающему на сушку, так и по одному из его компонен­тов — количеству абсолютно сухого вещества или количеству влаги, со­держащейся в высушиваемом материале. Баланс составляют за единицу времени, например за 1 ч либо сутки (или за одну операцию в периоди­ческом процессе) в расчете на единицу количества исходных или конечных продуктов.

На основе материального баланса определяют выход продукта, под которым понимают выраженное в процентах отношение полученного количества продукта к максимальному, т. е. теоретически возможному. Выход продукта обычно рассчитывают на единицу затраченного сырья. При наличии нескольких видов сырья выход выражают по отношению к какому-либо одному из них. Практический расход исходных материалов обычно превышает теоретический вследствие того, что химические реак­ции не протекают до конца, происходят потери реагирующих веществ (через неплотности аппаратуры и т. д.)

Энергетический баланс. Этот баланс составляют на основе закона сохра­нения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в про­цесс, равно количеству выделившейся энергии, т. е. приход энергии равен ее расходу. Проведение химико-технологических процессов обычно связано с затратой различных видов энергии — механической, электри­ческой и др. Эти процессы часто сопровождаются изменением энтальпии системы, в частности, вследствие изменения агрегатного состояния ве­ществ (испарения, конденсации, плавления и т. д.). В химических про­цессах очень большое значение может иметь тепловой эффект протекаю­щих реакций.

Частью энергетического баланса является тепловой баланс, который в общем виде выражается уравнением

ΣQ_H = ΣQ_K + ΣQ_П (1,2)

При этом количество вводимого тепла

ΣQ_H = Q₁ + Q₂ + Q₃

где Q₁ — тепло, вводимое с исходными веществами; Q₂ — количество тепла, подво­димого извне, например с теплоносителем, обогревающим аппарат; Q₃ — тепловой эффект физических или химических превращений (если тепло в ходе процесса погло­щается, то этот член входит с отрицательным знаком).

Количество отводимого тепла Σ Q_K складывается из тепла, удаляющего­ся с конечными продуктами, и отводимого с теплоносителем (например, с охлаждающим агентом).

В энергетическом балансе, кроме тепла, учитываются приход и расход всех видов энергии, например затраты механической энергии на переме­щение жидкостей или сжатие и транспортирование газов.

На основании теплового баланса находят расход водяного пара, воды и других теплоносителей, а по данным энергетического баланса — общий расход энергии на осуществление процесса.

Дата добавления: 2015-05-09