Пример решения материальный баланс. Задача 1 Исходные данные Варианты 1 2 3 4
 Скачать 448.52 Kb.
|
|
Вам требуется, используя таблицу материального баланса рассчитать несколько показателей, какие будет оговорено ниже по ходу решения задач, приводимых Вам в качестве образца. Что мы можем рассчитать? Перечислю: А. Конверсию реагентов. Б. Фактический расходный коэффициент по сырью. (и сравнить с теоретическим расходным коэффициентом). В. Выход целевого продукта. А. Конверсия. Степень превращения пропилена  Степень превращения воды  Б. Фактический расходный коэффициент по сырью. Отражает расход реагента (кг) на 1 кг продукта (пусть целевого, в данном примере продукт реакции всего один, он же и целевой, там, где несколько продуктов реакции разберитесь, какой именно является целевым). Отмечу, что иногда фактический расходный коэффициент предлагают считать не на чистое вещество (реагент), а на сырье, в составе которого данный реагент подаётся в систему. Поскольку материальный баланс всегда отражает «движение» чистого вещества, мне кажется более правильным, считать фактический расходный коэффициент на чистое вещество, а не на сырье!!!. Рассчитываем расходный коэффициент по пропилену так:  По воде так:  Обратите внимание на то, что масса израсходованного реагента при расчете расходного коэффициента включает не только химические превращения, но и любые потери вещества. То же самое касается и продукта реакции, для которого рассчитывается расходный коэффициент. С РАСЧЕТОМ ТЕОРЕТИЧЕСКИИХ РАСХОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАЗБЕРИТЕСЬ САМИ (ПЕРВАЯ ЛЕКЦИЯ). В. Выход целевого продукта. Выход это отношение всего (!!! без учета потерь) фактически полученного количества продукта к максимально возможному количеству этого продукта, которое можно получить по целевой химической реакции. КАК СЧИТАТЬ, РАЗБЕРИТЕСЬ САМИ (ПЕРВАЯ ЛЕКЦИЯ). Пример решения задачи 2. Задача № 2
1. Стехиометрическое массовое соотношение между реагирующими веществами и продуктами для химической реакции  мы рассчитали при решении задачи 1 (см. таблицу ниже).
2. Схематично показываем материальные потоки на входе в систему и на выходе из системы. Выход, кг/ч Вход, кг/ч пропан пропилен вода возвратный пропилен пропилен потери пропан технический пропилен азот азот вода изопропанол По условиям этой задачи у нас потери не продукта реакции, а реагента, что и отражено на схеме. Почему не превращенный пропилен обозначаем как «возвратный»? Полагаю, сумеете ответить сами. 3. Преобразуем схему в таблицу материального баланса. Таблица 1. Материальный баланс
4. Начинаем заполнять таблицу материального баланса. По условиям задачи: - изопропанола на входе в систему нет; - пропан и азот являются инертными примесями ставим значение 0 в соответствующие ячейки
5. По условиям задачи задана пропускная способность установки по пропилену, соответственно рассчитываем массовый поток пропилена на входе в систему в размерности кг/час. 30 тонн в сутки пересчитываем в килограммы в час. Массовый поток пропилена на входе:  Заносим в таблицу материального баланса
6. Потери пропилена составляют 0,5 %-масс. от пропускной способности, или 1250,0 кг/час пропилена – 100 % х кг/час пропилена – 0,5 % х = 6,25 кг/час Заносим в таблицу материального баланса
7. По заданному объемному составу технического пропилена рассчитываем массовый состав технического пропилена. Напоминаю, что расчеты ведем исходя из того, что для газовых смесей (находящихся при любых условиях) %-объемный равен %-молярному (смотри решение задачи 1). У нас технический пропилен – это трехкомпонентная смесь пропилен + пропан + азот, задаемся количество смеси 100 моль: 100 моль смеси пропилен + пропан + азот 98,0 моль пропилена 1,0 моль пропана молярная масса пропилена МС3Н6 = 42 г/моль молярная масса пропана МС3Н8 = 44 г/моль масса 98,0 моль пропилена mС3Н6 = 9842 = 4116 г масса 1,0 моль пропана mС3Н8 = 144 = 44 г массовый поток пропилена на входе 1250,0 кг/час массовый поток пропана на входе х1 кг/час 1,0 моль азота молярная масса азота MN2 = 28 г/моль масса 1,0 моль азота mN2 = 128 = 28 г массовый поток азота на входе х2 кг/час Итого, имеем 2 пропорции: первая mС3Н6 4116,0 г mС3Н8 44,0 г 1250,0 кг/час х1 кг/час х1 = 13,4 кг/час вторая mС3Н6 4116,0 г mN2 = 28,0 г 1250,0 кг/час х2 кг/час х2 = 8,5 кг/час Заносим в таблицу материального баланса
8. В задаче оговаривается молярное соотношение вода : пропилен (напоминаю, что это условие относится ко «Входу» в систему) как 15 моль воды на 1 моль пропилена. Как и при решении задачи 1 выводим общую формулу:  Заносим в таблицу материального баланса
9. По условиям задачи нам дана степень превращения воды, которая позволяет нам рассчитать количество воды вступившей в химическую реакцию.  Как видно, масса превращенной воды составляет  Заносим в таблицу материального баланса
Рассчитываем массовый поток воды на выходе  И заносим полученное значение в таблицу материального баланса
10. На данном этапе решения мы узнали массу (массовый поток) реагента (воды), вступившего в химическую реакцию, что позволяет нам, используя стехиометрическое массовое соотношение, рассчитать массу (массовые потоки) затраченного пропилена и образовавшегося изопропанола. Для реакции 
Составляем две пропорции: Н2О 18 кг - С3Н6 42 кг Н2О 401,8 кг/ч - С3Н6 х1 кг/ч х1 = 937,5 кг/час Н2О 18 кг - С3Н7ОН 60 кг Н2О 401,8 кг/ч - С3Н7ОН х2 кг/ч х2 = 1339,3 кг/час Заносим полученные значения в таблицу материального баланса
11. Рассчитываем количество непревращенного (не вступившего в химическую реакцию) пропилена как  И количество возвратного пропилена как  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 0,0 кг/час. Тот раздел задачи, который касается составления материального баланса, выполнен. Переходим к разделу: «Рассчитать технологические и технико – экономические показатели». Вам требуется, используя таблицу материального баланса рассчитать несколько показателей, какие будет оговорено ниже по ходу решения задач, приводимых Вам в качестве образца. Что мы можем рассчитать? Перечислю: А. Конверсию реагентов. Б. Фактический расходный коэффициент по сырью. (и сравнить с теоретическим расходным коэффициентом). В. Выход целевого продукта. А. Конверсия. Степень превращения пропилена Степень превращения воды Б. Фактический расходный коэффициент по сырью. Отражает расход реагента (кг) на 1 кг продукта (пусть целевого, в данном примере продукт реакции всего один, он же и целевой, там, где несколько продуктов реакции разберитесь, какой именно является целевым). Отмечу, что иногда фактический расходный коэффициент предлагают считать не чистое вещество (реагент), а на сырье, в составе которого данный реагент подаётся в систему. Поскольку материальный баланс всегда отражает «движение» чистого вещества, мне кажется более правильным, считать фактический расходный коэффициент на чистое вещество, а не на сырье!!!. Рассчитываем расходный коэффициент по пропилену так: По воде так: Обратите внимание на то, что масса израсходованного реагента при расчете расходного коэффициента включает не только химические превращения, но и любые потери вещества. То же самое касается и продукта реакции, для которого рассчитывается расходный коэффициент. С РАСЧЕТОМ ТЕОРЕТИЧЕСКИИХ РАСХОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАЗБЕРИТЕСЬ САМИ (ПЕРВАЯ ЛЕКЦИЯ). В. Выход целевого продукта. Выход это отношение всего (!!! без учета потерь) фактически полученного количества продукта к максимально возможному количеству этого продукта, которое можно получить по целевой химической реакции. КАК СЧИТАТЬ, РАЗБЕРИТЕСЬ САМИ (ПЕРВАЯ ЛЕКЦИЯ). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||