Пример решения материальный баланс. Задача 1 Исходные данные Варианты 1 2 3 4
 Скачать 448.52 Kb.
|
|
Итак, наша цель заполнить таблицу. 4. Обратите внимание, без выполнения каких-либо расчетов, мы уже можем заполнить одну ячейку таблицы. А именно, по условиям задачи пропан является инертной примесью (в составе сырья), то есть не принимает участия в химических реакциях. Соответственно, расход/накопление этого компонента в результате химических превращений равен 0.
Очевидно, что в случае, когда в нашей системе присутствуют несколько инертных компонентов, тот же 0 ставим для каждого из них. Поскольку по условиям изопропанола на Входе у нас нет, в соответствующую ячейку также ставим 0.
5. На данном шаге (при решении учебных задач), исходя из условия, рассчитываем: - в том случае, если задана пропускная способность установки, то считаем массовый поток реагента (исходного вещества, принимающего участие в химической реакции) на входе в систему; - в том случае, если задана производительность установки, то считаем массовый поток целевого продукта химического превращения на выходе из системы. В данной задаче задана производительность установки
50 тонн в сутки пересчитываем в килограммы в час. Массовый поток изопропанола на выходе:  Обратите внимание: при расчете в размерности кг/ч учитываем один десятичный знак! 2083,3 Теперь надо занести результат расчета в таблицу.
Почему мы занесли величину производительности по изопропанолу именно в эту ячейку? Приведу три формулировки, относящиеся к показателю «производительность» из разных учебников: а) Производительность определяет количество продукта, вырабатываемого в единицу времени; б) Производительность измеряется количеством продукта, произведенным в единицу времени; в) Производительность – это количество продукта, производимого в единицу времени. Любую из этих формулировок можно интерпретировать двояко – относя или ко всему количеству продукта, полученного в результате химической реакции или к тому количеству продукта, которое я назвал «товарным продуктом». Мы принимаем, что понятие «товарный продукт» и, соответственно, понятие «производительность», относятся к тому количеству продукта химического превращения, которое может быть выделено (сконцентрировано) и использовано для дальнейшей переработки. 
6. Исходя из принятой формулировки «производительности» теперь мы должны рассчитать, сколько всего образовалось изопропанола в результате химической реакции. Очевидно, что производительность (2083,3 кг/ч) мы принимаем за 100 %, и 1 % от производительности это потери. 2083,3 кг/ч - 100 % х - 1 % х = 20,8 кг/ч Заносим эту величину в таблицу материального баланса:
Рассчитываем, сколько всего образовалось изопропанола: 2083,3 + 20,8 = 2104,1 кг/ч И заносим это значение в таблицу материального баланса. В столбец «Выход»
И в столбец «расход/накопление в результате химической реакции»
7. На данном этапе решения мы узнали массу (массовый поток) продукта химической реакции, что позволяет нам, используя стехиометрическое массовое соотношение (см. пункт 1), рассчитать массу (массовые потоки) затраченных реагентов. Для реакции 
Составляем две пропорции: С3Н6 42 кг - С3Н7ОН 60 кг С3Н6 х1 кг/ч - С3Н7ОН 2104,1 кг/ч х1 = 1472,9 кг/час Н2О 18 кг - С3Н7ОН 60 кг Н2О х2 кг/ч - С3Н7ОН 2104,1 кг/ч х2 = 631,2 кг/час Заносим результаты расчета в таблицу материального баланса в столбец «расход/накопление в результате химической реакции». Знак «-», так как это реагенты, которые расходуются в ходе реакции.
8. Далее, зная, что по условиям задачи степень превращения пропилена С3Н6 равняется 0,22, находим массовый поток пропилена (чистого пропилена, без примесей) на Входе. Степень превращения (обозначаем α) характеризует ту часть (долю) исходного вещества (реагента), которая вступила в химические реакции. Если все вещество химически превращается – степень превращения равна 1, если вообще не вступает в химические реакции – тогда степень превращения равна 0. Все другие возможные варианты – между 0 и 1. Конверсия, та же степень превращения, но выраженная не в долях 1, а в %. Составляем пропорцию: Степень превращения пропилена 0,22 - соответствует 1472,9 кг/час Количество исходного пропилена 1 - х, кг/час х = 6695,0 кг/час Или через формулу:  Заносим полученное значение в таблицу материального баланса
9. Далее, исходя из заданного по условиям задачи состава технического пропилена, можем рассчитать количество пропана. Или, исходя из заданного по условиям задачи молярного соотношения пропилен : вода на входе в систему, рассчитать количество воды на входе. Рассчитаем количество пропана. Состав технического пропилена задан в %-объемных, во всех задачах, если Вы встречаете такую размерность для состава, то это газовая смесь. Расчеты ведем исходя из того, что для газовых смесей (находящихся при любых условиях) %-объемный равен %-молярному (вспомните, что при данной температуре и давлении объем 1 моль газа одинаков для любого газа, для нормальных условий это 22,4 литра/моль). У нас технический пропилен – это бинарная смесь пропилен + пропан, задаемся количество смеси 100 моль: 100 моль смеси пропилен + пропан 99,8 моль пропилена 0,2 моль пропана молярная масса пропилена МС3Н6 = 42 г/моль пропана МС3Н8 = 44 г/моль масса 99,8 моль пропилена mС3Н6 = 99,842 = 4191,6 г масса 0,2 моль пропана mС3Н8 = 0,244 = 8,8 г массовый поток пропилена на входе 6695,0 кг/час массовый поток пропана на входе х кг/час Итого, имеем пропорцию: mС3Н6 4191,6 г mС3Н8 8,8 г 6695,0 кг/час х кг/час х = 14,1 кг/час Заносим полученное число в таблицу материального баланса в столбец «Вход»
И в столбец «Выход»
10. Исходя из заданного по условиям задачи молярного соотношения пропилен : вода, рассчитываем массовый поток воды на Входе. По условиям задано молярное соотношение «вода-пропилен». К какой «точке» системы это соотношение относится? Очевидно, что к «Входу», поэтому данное условие можно переформулировать как: молярное соотношение «вода-пропилен» на входе в систему составляет 10 моль воды на 1 моль пропилена. Или на вход в систему подается на каждый моль пропилена 10 моль воды. Вариантов решения несколько, но мне представляется удобным сделать переход от молярного соотношения к массовому, объединяя все действия в одну формулу:  Заносим полученное число в таблицу материального баланса.
11. Осталось рассчитать массовые потоки пропилена и воды на Выходе. По ходу решения задачи понятно, что эти потоки рассчитываются как разница входных потоков этих веществ и количества этих веществ, израсходованного в химической реакции. На данном этапе решения задачи все необходимые значения уже занесены в таблицу материального баланса:
Соответственно массовые потоки пропилена и воды на Выходе:   Заносим полученные значения в таблицу материального баланса
Проверяем правильность расчета исходя из того, что: А. Сумма массовых потоков на «Входе» и «Выходе» должна быть одинаковой Б. Сумма чисел в столбце «Расход/накопление в результате химической реакции» с УЧЕТОМ ЗНАКОВ должна равняться 0.
Синим выделил числа, которые суммировал в каждом столбце. Итого: Имеем расхождение в материальном балансе между Входом и Выходом на уровне 1,0 кг/час при потоке 35 тысяч кг/час. Это порядка 0,003 %. Такая погрешность нас вполне устроит. Тот раздел задачи, который касается составления материального баланса, выполнен. Переходим к разделу: «Рассчитать технологические и технико – экономические показатели». | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||