Тепловой баланс химического процесса

Помимо составления тепловых балансов химических процессов, термохимические характеристики очень полезны как для понимания некоторых важных особенностей протекания реакции, так и для более глубокого изучения структуры вещества. Так, если эндотермические процессы нуждаются в непрерывном подводе энергии извне, то температурные условия, нужные для экзотермического процесса, нередко создаются за счет тепла, выделяемого во время реакции. [c.22]

Тепловой баланс служит основой прп расчете тепловых, диффузионных н химических процессов. Для составления о] о необходимо определить количество тепла, вносимого в аппарат и выходящего из аппарата, причем согласно закону сохранения энергии приход и расход тепла должны быть равны [c.22]

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]

Предположим, что составлено математическое описание реального физико-химического процесса, учитывающее элементарные балансы массы, тепла и движения, в виде системы дифференциальных уравнений [c.152]

Изучение процессов па зерне катализатора необходимо для создания эффективных каталитических систем. Расчеты химического нроцесса на зерне катализатора проводят на основе решения уравнений балансов масс компонентов и тепла. Поскольку, однако, ряд коэффициентов, входящих в уравнения балансов, определить одновременно крайне сложно, рассмотрим методы расчета для таких случаев, когда на основной химический процесс влияет ограниченное число физических явлений например, только внешний или только внутренний транспорт. Далее приведем универсальный итерационный метод расчета процессов в неоднородно-пористом зерне сложного катализатора и проиллюстрируем его применение для определения оптимальной структуры и состава катализаторов крекинга и гидрокрекинга. [c.267]

Уравнением теплового баланса для общего количества тепла д р, поглощаемого химическими процессами, будет - [c.197]

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]

На другом химическом заводе во время экстрагирования чистого фос- фора в нарушение регламента была удвоена загрузка технического желтого фосфора и азотной кислоты в аппарат. Предварительно тепловой баланс не был рассчитан, т. е. не была проверена возможность отвода тепла, выделяющегося в процессе экстракции, теплообменным устройством. При ведении процесса вследствие недостаточного теплоотвода резко повысилась температура среды, что привело к развитию неуправляемых экзотермических реакций и взрыву в аппарате. [c.207]

Конечно, балансы тепла и масс для сложного химического процесса (в установившемся состоянии) описываются большой системой нелинейных алгебраических уравнений, причем эти уравнения выражаются неявно, когда имеются петли рециркуляции. Каждый блок объ- [c.82]

В приходной части теплового баланса более 173 составляет теплота сгорания примесей сточной воды. С ее повышением расход топлива сокращается и при некоторой теплоте сгорания в принципе осуществим автотермичный процесс. В рассматриваемом случае сточная вода превращается в обводненный жидкий горючий отход (топливо). Расходная часть теплового баланса на 90% состоит из затрат тепла на испарение сточной воды и физического тепла продуктов горения топлива и примесей сточной воды. Потери тепла от химического недожога связаны с очень грубым распылом сточной воды — средний медианный диаметр капель составлял около 1500 мкм. При проектировании промышленных установок потери тепла от химического недожога следует принимать равными нулю, так как при нормальной работе циклонных реакторов химический недожог практически отсутствует. [c.153]

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]

Отходы обогащения — промпродукт, хвосты, шлак и пыль — направляются для сжигания в котельных. В рассматриваемом примерном балансе завода процесс обогащения не изображен. Коксохимический цех получает, помимо угля, доменный газ для отопления коксовых печей (10,2%), пар (3,3%) и электроэнергию (0,96%). Электроэнергия и пар, как уже сказано, даны в пересчете иа первичное топливо, т. е. топливо, затраченное на их производство. Химическая теплота кокса составляет 47,7% от всего тепла, израсходованного заводом, химическая теплота коксового газа 16,1% и химическая теплота коксовой мелочи 12,2%. Потери тепла составляют 14,5%. [c.223]

Рассмотрим тепловой баланс экзотермического гетерогенного химического процесса, согласно уравнению (П-1), причем примем, что тепловой эффект реакции настолько велик, что не требуется ввода дополнительного тепла извне. [c.88]

Тепловому эффекту процессов и тепловому балансу аппаратов мы придаем большое значение, так как в большинстве случаев для протекания химических процессов можно создать такие условия, при которых скорость проведения их определяется скоростью подвода или отвода тепла, и, следовательно, определение количества тепла, подводимого или отводимого от аппарата, служит основой расчета. [c.12]

Тепловой баланс служит основой при расчете тепловых и химических процессов. Для составления его необходимо определить количество тепла, вносимое в аппарат и уносимое из аппарата. Согласно закону сохранения энергии приход и расход тепла должны быть равны [c.152]

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]

Химические процессы совершаются с поглощением или выделением тепла в соответствии с законом сохранения энергии составляются также и тепловые балансы. [c.14]

Нормы расхода тепла и энергии устанавливаются на основании тепловых и энергетических балансов. При этом в приходной части теплового баланса находят отражение теплота, развиваемая экзотермическими химическими реакциями физическая теплота, приносимая нагретыми реагирующими веществами теплота, вносимая в процесс извне. В расходную часть входят теплота, поглощаемая в эндотермических процессах физическая теплота, уносимая продуктами реакции потери теплоты в окружающую среду. [c.99]

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]

Трудности при моделировании такого рода ФХС обусловлены не только их сложностью, но и тем, что до недавнего времени были недостаточно разработаны соответствующие разделы теоретической механики неоднородных сред. Так, отсутствовали общие уравнения движения многофазных сред, которые учитывали бы многокомпонентный массо- и теплоперенос, фазовые превращения, химические реакции, неравномерность распределения частиц дисперсной фазы по размерам. Поэтому моделирование процессов массовой кристаллизации из растворов сводилось либо к решению уравнения баланса размеров кристаллов вне связи с силовыми и энергетическими взаимодействиями фаз, либо к оперированию алгебраическими (при анализе установившихся режимов) уравнениями баланса массы и тепла для аппарата в целом как для объекта с сосредоточенными параметрами. [c.4]

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]

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]

При составлении энергетического (теплового) баланса надо учитывать возможность перехода в рассматриваемом процессе одного вида энергии в другой, а также иметь в виду возможное выделение или поглощение тепла в результате химических реакций и изменения агрегатного состояния (теплоты испарения, плавления, адсорбции, абсорбции и т. д.). [c.10]

Если теплообмен протекает при изменении агрегатного состояния теплоносителя (конденсация пара, испарение жидкости и др.) или в процессе теплообмена протекают химические реакции, сопровождаемые тепловыми эффектами, то в тепловом балансе должно быть учтено тепло, выделяющееся при физическом или химическом превращении. Так, прн конденсации насыщенного пара, являющегося греющим агентом, величина /1 в уравнении (VII,1) представляет собой энтальпию поступающего в аппарат пара, а — энтальпию удаляемого парового конденсата. [c.262]

В середине прошлого века М. Бертло на основании большого числа определений тепловых эффектов химических реакций выдвинул принцип, согласно которому химическое сродство определяется количеством тепла, выделяющегося при реакции. Из принципа Бертло следует, что самопроизвольно могут протекать только экзотермические реакции. Легко видеть, что этот принцип неправилен хотя бы потому, что существуют самопроизвольные процессы, протекающие с поглощением тепла, например растворение многих солей в воде. Казалось бы, принцип Бертло оправдывается для реакций образования многих соединений из элементов, которые происходят с выделением тепла и идут практически до конца. Однако в действительности это справедливо лишь при относительно низких температурах. При достаточно высоких температурах эти же реакции самопроизвольно протекают в обратном направлении, т. е. происходит диссоциация соединений, сопровождающаяся поглощением тепла. Мы уже видели, что полнота завершения реакций зависит от температуры и концентраций. По существу принцип Бертло находится в противоречии с самим фактом существования химического равновесия. Это обусловлено тем, что М. Бертло основывался лишь на величинах ДЯ, т. е. на представлениях первого закона термодинамики, который, как отмечалось, дает лишь балансы тепловых явлений. Поэтому величина изменения энтальпии при реакции ДЯ не может служить мерой химического сродства. Такой мерой является величина ДО, определяемая уравнением [c.53]

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]

КАЛОРИМЕТРИЯ (лат. alor — тепло + meireo — измеряю) — совокупность методов измерения количества теплоты, выделяемого или поглощаемого в результате различных физических или химических процессов. Методы К. применяют для определения теплоемкости, тепловых эффектов химических реакций, растворения, смачивания, абсорбции, радиоактивного распада, теплотворной способности топлива и др. Данные К. имеют большое практическое значение для составления тепловых балансов, их широко используют в химии, химической технологии, металлургии, теплотехнике и т. п. Количество теплоты, выделяемое или поглощаемое в том или ином процессе, измеряют специальным прибором — калориметром. [c.116]

Создание нового производства или процесса получения нового вещества прежде всего требует выяснения возможности протекания химических реакций, которые при этом предполагается осуществлять. Первый закон термодинамики оказывается недостаточным для решения подобных задач, В пределах этого закона возможно составление энергетических балансов тепловых процессов, но не рассмотрение вопроса о направлении, в котором они могут проходить, В некоторых случаях первый закон термодинамики позволяет предвидеть возможность тех или иных процессов. Например, температура изолированного тела не может сама собой увеличиваться. Невозможен вечный двигатель, т. е. машина, производящая работу без затраты энергии (вечный двигатель первого рода), что также является примером процессов, запрещаемых первым законом. Однако в природе есть такие процессы, которые, хотя и не противоречат первому закону, все же в действительности не осуществляются, Так, тело не может приобрести поступательного движения за счет убыли своей внутренней энергии (охлаждения), хотя при этом соблюдался бы энергетический баланс, Не было бы противоречия с первым законом и в том случае, если бы тепло самопроизвольно переходило от холодного тела к горячему. Однако факты показывают, что все действительно происходящие в природе процессы отличаются определенной направленностью. Они совершаются сами собой только в одном направлении, хотя первый закон не запрещает их протекания в обратном направлении. Например, в нагретом с одного конца металлическом стержне происходит выравнивание температуры и установление теплового равновесия. Чтобы понять общность этого закона, достаточно вспомнить о таких процессах, как взрывы, взаимная диффузия двух газов или жидкостей с образованием раствора. После окончания таких процессов изолированная система уже не может сама собой вернуться в какое-либо из своих предыдущих состояний. Образовавшийся раствор не может сам разделиться на составляющие его компоненты, а продукты взрыва не могут сами вновь образовать исходные вещества. Можно сделать общий вывод в -иптемах, предоставленных самим себе, все процессы текут односторонне, т, е, в одном направлении, и достигают [c.36]

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]

Существуют химические процессы и физические превращения, при которых тепловой эффект очень незначителен. Это, например, имеет. место при растворении некоторых газов и твердых те.1, при смешении не реагирующих между собой растворов, прн сорбции некоторых газов, при разбавлении многих растворов и т. п. Величина теплового эффекта в подобного рода процессах обычно Н . пмхочпг за пределы точности выч1 слений при составле П1и теплит, X балансов, вследствие чего теплоту этих процессов практически не учитывают. [c.104]

Химические процессы характеризуются глубоким изменением свойст взаимодействующих веществ, происходящим в результате реакции, и связанными с этим энергетическими превращениями, почти всегда проявляющимися в виде выделенного или же поглощенного тепла. Чтобы знать химическую реакцию, уметь вести ее в наилучших условиях, ум ть рас читать тепловой баланс, необходимо знать законы, определя ощив превращения энергии при химическом процессе. Законы эти относятся к области химической термодинамики, рассматривающей соотношения между химической энергией, с одной стороны, и теплотой и мехаличе-ской энергией, с другой стороны. [c.5]

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]

И. Дорохов с сотр., используя методы механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики и учитывая баланс массы, импульса и энергии для двухфазной многокомпонентной среды, в которой протекают химические реа1сции, процессы тепло- и массообмена и фазового перехода, получили кинетические уравнения переноса субстанций как в пределах фазы, так и через фаницу раздела фаз, В этом случае рассматривается так называемая двухтемпературная модель, а влияние поверхностно- [c.142]