ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Материальный и энергетический балансы из "Общая химическая технология" Далее выбирают т и п ы основных аппаратов и конструкционные материалы, рассчитывают материальные и энергетические балансы, а затем на основе расчетов определяют размеры аппаратов и количество каждого типа аппаратов, параллельно работающих в технологической схеме. Задача технолога усложняется тем, что все вышеперечисленные разделы проектирования взаимосвязаны и взаимообусловлены. Например, сравнительная эффективность различных процессов точно определяется только на основе материальных и энергетических расчетов. Таким образом, нередко приходится проводить по нескольку раз все стадии технологического проектирования. [c.53] Особенно трудоемки материальные и энергетические расчеты, базирующиеся на основных законах химии. [c.53] Составление материального и энергетического балансов производится как при проектировании, так и при анализе работы существующего производства. [c.53] Материальный баланс чаще всего составляют из расчета расхода сырья и получения побочных продуктов на единицу (кг, т) основного продукта иногда балансы относят к единице массы сырья или к единице времени (час, сутки, месяц). [c.54] Фактически, в производственных процессах даже основные компоненты сырья часто реагируют между собой, кроме главной реакции, еще и по другим реакциям кроме того, побочные реакции возникают за счет примесей. Обычно учитывают не все ттроисходящне реакции и получаемые побочные продукты, а лищь имеющие наиболее существенное значение, т. е. материальный баланс имеет приближенный характер. Допускается, что приход материалов не точно равен расходу. [c.54] Энергетический баланс составляют на основе закона сохранения энергии. Обычно составляют тепловой баланс, реже — электроэнергетический. [c.54] Тепловой баланс составляют обычно для каждого рассчитываемого аппарата, по данным материального баланса и тепловых эффектов производственных процессов, проходящих в аппарате с учетом подвода тепла для поддержания процессов и отвода тепла из аппарата. Выщеизложенные рассуждения по поводу составления и применения материального баланса также относятся и к тепловому. Тенлозой баланс также может быть выражен в виде формулы, таблицы и диаграммы. [c.54] Для твердых веществ в большинстве случаев справедливы правила, согласно которым атомные теплоемкости элементов одинаковы и близки к 27 дж грамм-атом, град , а молекулярные теплоемкости равны сумме атомных теплоемкостей, входящих в молекулу элементов. В теплосодержание жидкости включают также теплоту плавления, а для газов еще и теплоту парообразования, если эти процессы происходят в рассчитываемых аппаратах. Однако тепло процессов кристаллизации или плавления, конденсации или парообразования можно учитывать и в следующей статье. [c.55] В качестве стандартных условий приняты температура 25 °С, цавление 1 атм и для растворенных веществ концентрация 1 моль на 1 кг растворителя. Газы и растворы предполагаются идеальными. [c.56] Стандартные таблицы можно использовать и для определения теплоты перехода из одного агрегатного состояния в другое, т. е. для определения теплоты плавления и парообразования. [c.56] Эту статью расхода тепла часто вычисляют по изменению теплосодержания хладоагента, например, охлаждающего воздуха или воды. [c.57] Фазовое состояние обрабатываемых веществ определяет способы технологической переработки их и конструкции аппаратов, поэтому при изучении общих закономерностей технологии целесообразна основная классификация процессов по фазовому состоянию реагентов, хотя возможно применение и другой классификации . [c.57] Все системы взаимодействующих веществ и соответствующие им технологические процессы делятся на однородные (в отношении фаз) или гомогенные и неоднородные или гетерогенные. Гомогенными системами называются такие системы, в которых все взаимодействующие вещества находятся в одной фазе газовой (Г), жидкой (Ж), твердой (Т). [c.57] В гомогенных системах взаимодействующих веществ реакции происходят обычно быстрее, чем в гетерогенных, механизм всего технологического процесса проще и соответственно управление процессом легче, поэтому технологи часто стремятся к гомо- генным процессам. Особенно быстро идут процессы в жидкой фазе, а также на границе жидкой фазы с твердой или газообразной, поэтому обычно тpe . ят я перевести твердые реагирующие вещества или, по крайней мере, одно из них в жидкое состояние путем плавления или растворения с той же целью производят абсорбцию газов или конденсацию их. [c.58] Твердыми в химической технологии называются все материалы, частицы которых (атомы, ионы, молекулы) постоянно зафиксированы относительно друг друга, в том числе и аморфные тела (например, стекло), которые- согласно физико-химическому определению являются переохлажденными жидкостями. [c.58] С целью определения оптимальных условий проведения хи- мико-технологических процессов они делятся в каждой системе на экзотермические (проходящие с выделением тепла) и эндотермические. С той же целью процессы в гетерогенных системах рассматриваются по элементарным стадиям, составляющим их, причем по характеру лимитирующей стадии процессы относятся к кинетической или диффузионной области. [c.58] Основными объектами изучения в химической технологии являются равновесие и скорости химико-технологических процессов. Закономерности, управляющие равновесием и скоростью процессов, сильно различаются в гомогенных и различных видах гетерогенных систем, поэтому после общего рассмотрения закономерностей в настоящей главе они будут подробнее рассмотрены и уточнены применительно к виду системы в последующих главах. [c.58] Равновесие химико-технологических процессов характеризуется тем, что скорость прямого и обратного процесса уравнивается, в результате чего соотношение компонентов во взаимодействующей системе остается неизменным, пока не изменятся внешние условия. При изменении же температуры, давления или концентрации,одного из компонентов (или молярного объема обратного концентрации) равновесие нарушается и в системе самопроизвольно происходят диффузионные и химические процессы, ведущие к восстановлению равновесия в новых условиях. К химическому равновесию применим второй закон термодинамики в его общем виде, т. е. одним из условий химического равновесия в изолированной системе является максимум энтропии 5. Дальнейшее приращение энтропии, обязательное для всех самопроизвольных процессов, в состоянии равновесия не происходит 5 = 0. [c.59] Принцип Ле-Шателье. Влияние основных технологических параметров на равновесие в гомогенных и гетерогенных системах определяется качественно принципом Ле-Шателье, согласно которому в системе, выведенной из состояния равновесия, происходят изменения, направленные к ослаблению воздействий, выводящих систему из равновесия. [c.59] Основные, влияющие на равновесие условия температура—1, давление — р и концентрации (соотношения в реакционном объеме) реагирующих веществ С а, Св и Св. Для сдвига равновесия вправо, т. е. увеличения количества продукта (повышения равновесного выхода) согласно принципу Ле-Шателье, необходимо понижать температуру t и концентрацию продукта Св, т. е. выводить продукт из реакционной зоны, а также увеличивать давление р и количества исходных веществ С а и Сб. в реакционной зоне. Причем повышение Сл будет способствовать увеличению выхода продукта по отношению к В и обратно повышение Св способствует росту выхода продукта по отношению К А. [c.59] Вернуться к основной статье