3.5. Выражение энергетического баланса в поточной системе

В случае адиабатического режима, то есть в отсутствии теплообмена с окружающей средой, то есть в закрытой системе, закон сохранения энергии записывается в таком выражении.

В левой части – сумма теплоты на входе

В правой части – сумма теплоты на выходе

Точка «●» - отнесено к единице времени.

В поточной системе в случае подвода теплоты из вне и совершения работы, уравнение энергетического баланса примет другой вид.

Q

Q

ΣN_Zh_z

ΣN_ah_a

ΣΔН

Q: «+» - приводится теплота

«-» - отводится теплота

L: «+» - над системой совершается работа

«-» - системой совершается работа

Закон сохранения энергии в конечном итоге выглядит так:

- уравнение энергетического баланса в поточной системе ( и теплового баланса так как учтены все источники тепла)

ΣΔН_i – суммарная теплота химических реакций.

Классификация систем и процессов по продолжительности операций

1. характеристика периодических процессов

2. характеристика непрерывных процессов

3. характеристика стационарных процессов

4. характеристика нестационарных процессов

5. характеристика открытых и закрытых систем или процессов

1. Периодический процесс – процесс, в котором порции сырья единовременно загружаются в реактор, проходят в нем все стадии обработки до заданной степени превращения, затем выгружаются все образовавшиеся продукты и непрореагировавшее исходное сырье.

Свойства периодических процессов

1) технологическая переменная Г (температура, давление, концентрация) являются функцией времени и не являются функцией пространства.

Г

Г

Г = f () ≠ Ф(х,y,z)

I – загрузка сырья в реактор

II – химическое превращение сырья конечный продукт

III – разгрузка, удаление конечных продуктов и непрореагировавшего сырья из         реактора.

Периодический процесс является частным случаем нестационарного процесса.

1. Периодический процесс является циклическим

IV – простой оборудования, связанный с чисткой, ремонтом и подготовкой реактора к следующему циклу.

II – основная стадия

I,III,IV – вспомогательные операции. Продолжительность стадий ≈ одинакова – особенность периодических процессов.

Химические предприятия, работающие в периодическом режиме:

- малотоннажные производства (органических и неорганических химических реактивов, производство лекарственных препаратов, катализаторов, пигментов)

- коксование

- мартеновский способ выплавки стали

2. Непрерывный процесс – процесс, в котором поступление сырья в реактор и выпуск продукции происходит непрерывным потоком в течение длительного времени.

Основные свойства

1) Технологическая переменная является функцией пространства и не является функцией времени.

Г = f(L) = f (x,y,z)

Определение непрерывного процесса совпадает с определением стационарного процесса, но понятие непрерывного процесса шире, чем понятие стационарного, поскольку может быть непрерывным и нестационарный процесс. В непрерывном процессе стационарным является только установившийся режим. Если говорить о реальных непрерывных процессах в промышленных условиях от различных факторов (изменение состава сырья, изменение атмосферных условий, изменение активности катализатора) непрерывный процесс не всегда является установившимся стационарным процессом.

I – пуск установки или процесса

II – установившийся режим – стационарный режим

III – остановка процесса

В зависимости от производства I – стадия может проходить в течение 1-3ч.

Особенность: II – стадия протекает в десятки или сотни раз дольше, чем суммарно I,II и IV.

2) Отсутствие цикличности. Особенность непрерывного процесса является то, что для него характерен как стационарный, так и нестационарный процесс (периоды пуска, остановок, отклонений от установившегося режима за счет изменения внешних факторов).

Примеры непрерывных производств: Хлорирование углеводородов, хлорирование неорганических веществ в печах КИПЯЩЕГО СЛОЯ, крекинг нефтепродуктов, производства кислот, солей, удобрений.

В ряде случаев может быть специально задан непрерывный режим с изменяющимся потоком сырья во времени. Такой процесс является и нестационарным. Существуют полунепрерывные или полупериодические процессы. Это такие процессы, в которых одна из операций осуществляется непрерывно, а другая периодически. Такие процессы являются нестационарными.

Пример: доменный процесс, производство алюминия, магния и так далее.