Материальный и тепловой балансы химического процесса

Расчёт производится на основе математического описания, включающего дифференциальные уравнения превращения вещества в слое катализатора, уравнения материальных и тепловых балансов, уравнение кинетики химической реакции, уравнение баланса энтропии и уравнения изменения энтропии из-за явлений переноса и превращения тепла и вещества, имеющих место при контактном окислении диоксида серы в контактном аппарате. Отдельно анализируется влияние состава реакционной смеси на производство энтропии вследствие превращения вещества в результате химической реакции на производство энтропии из-за процессов переноса тепла и вещества, а также на производство энтропии из-за [c.142]

Такое математическое описание представляет собой систему уравнений, выражающих для выбранных процесса и аппарата законы сохранения массы и энергии — материальные балансы по отдельным химическим веществам, балансы тепла и кинетической [c.77]

Уже отмечено, что математическое описание физико-химических процессов представляет собой систему уравнений балансов масс компонентов, тепла и кинетической энергии для объема аппарата, который характеризуется истинными функциями (С, Г, Р). Обычно в химической технологии уравнения материального баланса используют для расчета полей масс компонентов, уравнение баланса тепловой энергии — для расчета температурного поля, уравнение баланса кинетической энергии — для расчета поля давления. [c.59]

При расчете геометрических параметров реактора на промышленную производительность чаще мы имеем информацию о лабораторных работах, позволяющих подобрать наиболее оптимальные параметры протекания реакции температуру, давление, катализатор, соотношение концентраций при определенной степени преврашения и времени протекания процесса. Лабораторные опыты в основном ведутся в периодическом режиме. Результатом этих работ является также и экспериментальная кривая распределения продуктов реакции в зависимости от времени, позволяющая сделать некоторые выводы об области, где протекает рассматриваемый процесс. Лишь после того, как будет выбрано уравнение скорости реакции, проинтегрировано и это уравнение будет хорошо аппроксимировать кривые распределения продуктов реакции, мы можем окончательно определить область протекания данной реакции. Выбранное уравнение скорости реакции и полученная на базе его интегрирования кривая распределения продуктов реакции используются затем при расчете реактора. Почти всегда область протекания реакции для рассматриваемого типа реакций не меняется при масштабном переходе. Влияние диффузионных процессов может стать более значительным при изменении гидродинамической обстановки с изменением масштабов аппарата. Но определяющей, как и прежде, остается сама химическая реакция, которая протекает медленнее диффузионных процессов. Таким образом,после того как мы определили область протекания химической реакции, рассчитали характеристический размер аппарата, его реакционный объем или длину в зависимости от гидродинамического режима, который необходимо создать в реакторе, можно перейти к составлению материального и теплового баланса. Поскольку процесс протекает в установившемся изотермическом режиме, уравнения материального и теплового баланса рассчитываются для аппаратов, для которых известны входные и выходные параметры и количество тепла, выделяющееся в нем- в единицу времени. Таким образом, имеющаяся информация для статических условий протекания процесса достаточна для того, чтобы с помощью физического метода моделирования на базе теории подобия рассчи- [c.89]

Технология большинства химических производств основывается на тепло- и массообменных процессах. Точность расчетов и выдерживание заданных и взаимосвязанных между собой материальных и тепловых балансов являются решающими условиями в обеспечении взрывобезопасности многих процессов химических производств. Ошибки в расчетах или допускаемые нарушения материальных и тепловых потоков в различных условиях могут вызывать образование в аппаратуре взрывоопасных сред, перегрев и инициирование взрыва этих сред, перегрев и разрушение аппаратуры, образование побочных агрессивных веществ, усиливающих коррозию материала, и т. д. [c.205]

Уравнения материального и теплового баланса с эмпирическими коэффициентами массо- и теплопередачи повсеместно применяются при расчете гетерогенно-каталитических процессов, скорость которых лимитируется диффузией реагентов к поверхности частицы катализатора и теплообменом между потоком и активной поверхностью. Строго говоря, использование эффективных коэффициентов обосновано только когда поверхность катализатора равнодоступна (см. п. 2). Более тонкие эффекты могут определяться явлениями термодиффузии и диффузионной теплопроводности, возникающими при наложении и взаимном влиянии процессов тепло- и массопереноса, а также изменением физических свойств пограничного слоя, а следовательно и значений коэффициентов диффузии и температуропроводности в результате химических превращений. Ошибка, допускаемая в результате пренебрежения этими явлениями, в условиях большинства химических реакций мала. В некоторых процессах значительную роль играет так называемый стефановский поток, возникающий вследствие неравной скорости диффузии исходных веществ и продуктов реакции или изменения объема в ходе химических превращений. Влияние стефановского потока на скорость химической реакции рассматривается в п. 2. [c.116]

Конструктивный расчет большинства аппаратов, в которых протекают химические или физико-химические процессы, не может быть произведен без предварительного расчета теплового баланса, а этот последний может быть сделан только на основе данных материального баланса аппарата. Так, например, для того чтобы приступить к конструированию такого простого аппарата, как теплообменник, необходимо знать его размеры. Последние могут быть определены лишь после того, как произведен подсчет количества тепла, которое должно быть отдано в теплообменнике одним продуктом другому, т. е. должны быть составлены материальный и тепловой балансы. [c.12]

Существуют два метода составления математической модели. Аналитический метод основан на изучении процессов тепло- и массообмена и физико-химических закономерностей процесса. В этом случае математическая модель состоит из кинетических уравнений, уравнений материального и теплового балансов, уравнений процессов тепло- и массопередачи. Аналитическая модель процесса может быть весьма точной, но получение ее связано с длительной теоретической и экспериментальной работой. Существенное достоинство аналитических моделей заключается в пригодности их при проектировании новых процессов. [c.347]

Совмещенные реакционно-массообменные процессы очень сложны и строгих методик их расчета пока не предложено. Большинство работ посвящено расчету хемосорбционных процессов, теория которых достаточно разработана. Для более сложных процессов, как реакционно-ректификационные, реакционно-десорбционные, используют [45] итерационные методы, подобные методу расчета ректификации Сореля. К сожалению, учет химической реакции в жидкой фазе путем введения в уравнения материального и теплового балансов дополнительных членов, соответствующих изменению количества вещества и тепла за счет реакции, не отражает влияния отвода продуктов реакции в момент их образования на скорость химического процесса. [c.30]

Применение стратегии системного анализа для расчета сложных процессов позволяет использовать блочный прин-пип. Так, при рассмотрении химического процесса, протекающего в реакторе, можно выделить пять блоков (рис. В-3). Вначале исследуют гидродинамику процесса и структуру потоков, далее изучают влияние переноса тепла и вещества и, наконец, химическую кинетику и составляют материальные и тепловые балансы. [c.11]

Вторым уровнем для реактора с неподвижным слоем является модель процесса на одном пористом зерне катализатора. Составные части указанной модели представляют собой стадии переноса вещества и тепла внутри зерен катализатора и химического превращения на активной поверхности. Связи между стадиями описываются уравнениями материального и теплового балансов. Третьим уровнем служит модель в элементе неподвижного слоя с учетом процессов [c.464]

Вторым этапом является создание модели процесса на одном пористом зерне катализатора. В этой модели учитывается перенос вещества и тепла внутри зерен катализатора во время протекания химической реакции. Связь с первым уровнем описываются уравнениями материального и теплового балансов. [c.175]

Из других способов определения теплового эффекта процессов химического превращения нефтяного сырья следует остановиться на составлении тепловых балансов промышленных реакторов. Если известен материальный баланс реактора и его точные режимные данные, можно, составив тепловой баланс аппарата, определить тепловой эффект по алгебраической разности между приходом и расходом тепла. Для получения более точных результатов необходимо учитывать потери тепла в окружающую среду. [c.20]

Второй уровень - это модель процессов на одном зерне. Составляющими элементами этого уровня являются модели процессов переноса тепла и вещества внутри зерна и скорости химических превращений. Уравнениями связи здесь являются уравнения материального и теплового баланса процессов в зерне. [c.30]

Материальный баланс процесса и распределение химического тепла сланца в продуктах его разложения [c.63]

Теплопотреблением сырьевых материалов называют величину численно равную количеству тепла, усваиваемого единицей массы шихты (или концентрата) в период протекания технологического процесса, составной частью которого, помимо нагрева материала, служат идущие с эндотермическим эффектом физико-химические и фазовые превращения, завершающиеся при температуре соответствующей оптимальным условиям разделения продуктов плавки. В печах для плавки на штейн ее, как правило, принимают равной 1250 °С. Количество потребляемого шихтой тепла обычно рассчитывают при составлении материального и теплового балансов плавки. Однако когда нет исчерпывающих данных о минеральном составе сырья и не ясны все детали механизма протекающих в печи тепловых процессов, его теплопотребление [c.454]

Очевидно, что при составлении материальных и теплового балансов необходимо учитывать все материальные и тепловые потоки, поступающие и уходящие из системы, в том числе материальные и тепловые потери. Кроме того, необходимо учитывать теплоту реакций всех химических процессов, происходящих в системе теплота, выделяющаяся при реакциях, учитывается как приход тепла в систему, а теплота, поглощаемая—как расход тепла из системы. Если какой-либо материальный или тепловой поток поступает в систему и в таком же количестве выходит из системы, то этот поток может быть исключен из уравнения балансов, так как одинаковые члены, находящиеся в левой и гфавой частях уравнения баланса, сокращаются. [c.79]

Типичные кривые гранулирования представлены на рис. 1-14, [3, с. 93]. С увеличением Тот значения опт уменьшаются и диапазон допустимой влажности шихты становится меньше. Тем не менее выгоднее вести процесс при повышенных температурах, поскольку выход товарной фракции при этом увеличивается (рис. 1-15) [36]. Предлагается вестй процесс в так называемой точке гранулирования , находящейся на диаграмме 1 опт—7 опт на кривой материально-теплового баланса вблизи ее пересечения с кривой грануляции [35]. Точка гранулирования не обязательно соответствует максимально возможной температуре гранулирования и обусловлена конкретными условиями тепло-мас-сообмена, складывающимися в системе в зависимости от производительности технологической линии, климатических условий и физико-химических свойств компонентов шихты и гранулированного продукта. Следует, однако, учитывать и возможности искусственного повышения температуры шихты, путем использования тепла химических реакций в смеси, введения в гранулятор острого пара или топочных газов, предварительного подогрева компонентов и др. [c.34]

Совмещенные реакционно-ректификационные процессы очень сложны, и строгий расчет их пока не создан. Однако имеются расчеты для некоторых упрощенных случаев [47—50], Так, Марек [51] предложил общий метод расчета ректификации при наличии химической реакции, взяв за основу итерационный расчет ректификации по Сорелю и Мак-Кэбу и Тиле. При этом наличие химической реакции в жидкой фазе учитывается введением в уравнения материального и теплового балансов дополнительных членов, соответствующих изменению количества вещества и тепла за счет реакции. Общность метода состоит в том, что он не ограничен числом компонентов, типом реакции и т, д, В общем случае, для расчета необходимы исходные данные в полном объеме (для концентрационного симплекса я-ко.мпонентной смеси в целом) о скорости реакции, тепловом эффекте, фазовом равновесии жидкость — пар, Мареком учтены возможные упрощения метода, связанные с рациональными допущениями, которые встречаются при обычном расчете ректификации, В итерациях, наряду с предположением определенных концентрации, предполагается также общее прореагировавшее количество вещества и учитывается в связи с этим задержка жидкости на каж- [c.208]

Такое математическое описание представляет собой систему уравнений, выражающих для выбранных процесса и аппарата законы сохранения массы и энергии — материальные балансы по отдельным химическим веществам, балансы тепла и кинетической. энергии потока. Эти балансы записывают для элементарных объемов аппарата, поэтому полученные математические описания представляют собой систему дифференциальных уравнений в частных или полных Ароизводных и лишь иногда — систему алгебраических уравнений. [c.53]

Алгоритмизация этого этана состоит в разработке математических моделей типовых процессов химической технологии. Необходимо не только качественное, но и количественное описание явлений, определяющих процесс. К настоящему времени известно большое количество алгоритмов расчета типовых процессов, отличающихся степейью детализации отдельных составляющих модели, но, по сути, предназначенных для решения систем уравнений материального и теплового балансов, нельнейность которых зависит от точности описания равновесия, химической кинетики, кинетики тепло- и массопереноса, гидродинамики потоков. Объем входной информации зависит от точности модели, однако выходная информация подавляющего большинства алгоритмов практически одинакова профили концентраций, потоков и температур по длине (высоте) аппарата, составы конечных продуктов. Правда, соответствие результатов расчета реальным данным будет определяться тем, насколько точно в модели воспроизведены реальные условия. И все же, несмотря на обилие алгоритмов, нельзя сказать, что проблема разработки моделей (и соответственно расчета) решена — по мере углубления знаний об объекте модели непрерывно совершенствуются. Тем более что до сих пор в определенном классе процессов отсутствуют алгоритмы, обеспечивающие получение решения в любой постановке задачи и обладающие абсолютной сходимостью. Надо учесть еще, что задача в проектной постановке часто решается как задача оптимизации с использованием алгоритмов в проверочной постановке. [c.120]

Приведены примеры топологического описания отдельных фрагментов гетерофазных ФХС, гидравлических систем и некоторых моделей механики сплошной среды. Описаны два подхода к построению связных диаграмм гидравлических систем. В основе первого подхода лежит аналогия между законами движения твердого тела и деформируемого материального континуума. При этом конечный объем деформируемой сплошной среды рассматривается как единое целое, для которого справедливы те же законы динамики, что и для твердого недеформируемого тела. Второй подход основан на использовании понятия псевдоэнергетических переменных, инфинитезимальных операторных элементов и обобщенных диаграмм связи баланса субстанции произвольного вида. Основное достоинство этого подхода состоит в наглядности представления структуры физико-химических явлений, происходящих в элементарном объеме сплошной среды. Последнее особенно важно при описании сложных ФХС, к которым относятся многофазные многокомпонентные системы, где протекают процессы тепло- и массопереноса совместно с химическими реакциями и явлениями электрической и магнитной природы. [c.182]

Аналитический (лаборатор ый) контроль. Пробы, отбираемые в процессе технологического контроля, направляют в цеховую лабораторию, где исследуют зико-химические свойства осадка, по-ступамцего на сушку, устанавливают показатели качества высушенного осадка, а также проводят лабораторные опыты ло определению первого и второго периода сушки, минимального срока идругие показатели, которые необходимы ддя разработки экономичных режимов сушки. Сотрудники лаборатории систематически из разных пест по высоте сушилки должны отбирать пробы для определения скорости уменьшения влажности, для составления материального и теплового балансов и т.д. Обычными способами иалеряют расход тепла на I кг испаренной влаги, определяют и регистрируют относительную влажность теплоносителя и др. Контролируемые показатели, места отбора проб, а также другие приведены в табл. 6. [c.76]

Алгоритм технологического расчета АПЕ абсорбера (АБ) базируется на математической модели АБ, с состав которой входят уравнения физико-химического равновесия системы рассол — парогазовая смесь NHg—СО2—Н2О, уравнения кинетики тепло- й массопере-дачи, гидродинамические характеристики, уравнения общего теплового баланса, общего и покомпонентных материальных балансов процесса абсорбции. Элементарным звеном математической модели АБ является г-я тарелка (отдельный контактный элемент). Расчет проводится от тарелки к тарелке методом итераций, начиная с нижней (первой) тарелки. При этом в уравнениях теплового и материального балансов используются значения составов и температур потоков на входе и выходе тарелки, а при вычислении равновесных концентраций компонентов в парогазовом потоке — средние арифметические значения концентраций компонен1 ов в жидкости на входе и выходе тарелки. Расчет тарелки заканчивается, если полученные в некотором -S-M и предыдущем (s—1)-м приближениях значения содержания аммиака в жидкости отличаются на величину, по абсолютному значению не превышающую заданную погрешность вычислений. Расчет последующей (г+1)-й тарелки начинается после завер- [c.115]

Поверхностные аппараты являются наиболее широко распространенными типами испарителей, применяющимися в химической промышленности. Главной особенностью поверхностных аппаратов является то, что основным лимитирующим фактором, определяющим скорость перехода испаряемого вещества из жидкой фазы в газообразную, является передача тепла от тешюносителя к продукту через стенку аппарата. Поэтому определение площади поверхности теплообмена и других основных геометрических параметров вьшар-ного аппарата является очень важной инженерной задачей и производится в результате выполнения теплового расчета. Для правильного выполнения теплового расчета необходимо знать материальный и тепловой балансы процесса и определить ряд параметров, вытекающих из гидродинамического расчета. Гидродинамический и тешювой расчеты а1шаратов часто бывают настолько взаимосвязаны между собой, что отделить один от другого невозможно. [c.180]

При разработке химико-технологических процессов проводятся разнообразные расчеты для количественной оценки протекающих операций, а также для определения оптимальных значений параметров технологического процесса. Во всех случаях при расчетах учитываются законы гидродинамики, тепло- и массопередачи и химической кинетики, поэтому расчеты материальных дотоков обычно сочетаются с энергетическими расчетами, для этого составляют материальный и энергетический балансы. [c.26]

В аппаратах непрерывного действ1ия при установившемся процессе все условия остаются неизменными, и поэтому расчет материальных и тепловых балансов ведется на единицу времени, например на одни сутки или на один час. Однако более целесообразно в качестве единицы времени выбрать секунду, так как при этом упрощаются некоторые расчеты оборудования. Так, массовые рас-,ходы (в кг/с) могут быть взяты прямо из таблиц материального баланса (для нахождения средней линейной скорости нужно лишь разделить объемный расход среды на площадь поперечного сечения потока) все тепловые расчеты при этом выражаются в единицах мощности, поэтому, например, при определении нагрузки на теплообменную поверхность аппарата, снабженного мешалкой, количество тепла, выделяющегося при химической реакции (в Дж/с), можно непосредственно складывать с мощностью мешалки (в Вт). [c.46]

Совмещенные реакционно-ректификационные процессы очень сложны, и строгий расчет их пока не создан. Однако имеются расчеты для некоторых упрощенных случаев. Так, Марек предложил метод расчета ректификации при наличии химической реакции, взяв за основу итерационный расчет ректификации по Сорелю и Мак-Кэбу и Тиле. При этом наличие химической реакции в жидкой фазе учитывается введением в уравнения материального и теплового балансов дополнительных членов, соответствующих изменению количества вещества и тепла за счет реакции. [c.356]