Хіміко-технологічні розрахунки. Матеріальні та енергетичні баланси

У хімічному виробництві передбачено складання техніко-економічної доповіді, в якій зазначені всі показники виробництва. При цьому всі вихідні дані для кількісних розрахунків базуються на матеріальному та енергетичному балансах. Ці баланси складаються з використанням матеріально-потокових графіків, що відбивають переміщення і трансформацію всіх матеріальних і енергетичних учасників потоків.

Матеріальним потоком називається графічне зображення руху і змін речовин, що беруть участь в хіміко-технологічному процесі (рис.2.4).

Матеріальний потік виражається у вигляді матеріально-потокового графа (МПГ) процесу, тобто графічної схеми, в якій відображено природу речовин, напрямок переміщення, зміни агрегатного стану та хімічного складу. В МПГ розрізняють “ вузли ”, тобто апарати і машини і “ ребра ” – речовини, що переміщуються.

 

Сировина 1 Відходи (шлаки)

(FeS₂)

Цільовий продукт

(Fe₂O₃)

Сировина 2

(вугілля, повітря) Побічний продукт

(SO₂)

Рис.2.4. Матеріально-потоковий граф

На основі аналізу матеріально-потокового графа складається матеріальний баланс даного процесу, що слугує основою для подальших розрахунків.

Матеріальний баланс

На основі матеріального розрахунку, що здійснюється в основному за стехіометричними рівняннями реакцій, складається матеріальний баланс процесу, що здійснюється.

Всякий матеріальний баланс базується на законі збереження маси: маси речовин, що введені у виробничий процес рівні масі продуктів реакції, напівпродуктів і відходів. Матеріальний баланс виражається у вигляді рівняння і таблиці, що складається із двох частин приходної – для речовин, що вводяться і витратної – для одержаних речовин і втрат. Для наочності баланси зображують часто у вигляді діаграм.

Рис.2.5. Діаграма матеріального балансу виробництва фосфору

(на 1 тонну продукту)

Тепловий баланс

За аналогією складається енергетичний баланс (головним чином тепловий і електроенергетичний), що базується на законі збереження енергії.

У приходні статті теплового балансу, як правило, входять:

1) теплота, що сповіщається екзотермічними хімічними реакціями;

2) фізична теплота, що приноситься нагрітими речовинами, що реагують;

3) теплота, сповіщена у процес зовні.

У витратні статті входять:

1) теплота, що поглинається ендотермічними реакціями;

2) фізична теплота, що виводиться продуктами реакції;

3) втрати тепла в оточуюче середовище.

Рис.2.6. Діаграма теплового балансу виробництва фосфору

(на 1 тонну продукту)