2. Материальный баланс

В общем виде его можно записать так:

/1/

где – количество веществ, поступающих на переработку;

–количество веществ, полученных в результате переработки

Современные технологии должны предусматривать, что потерь и отходов не должно быть /безотходные технологии/. Но пока они есть.

Отходы в пищевой промышленности обычно используются для откорма животных /дополнительный цех/.

Потери химической промышленности довольно часто отравляют окружающую среду, в том числе и население. Например, Ярославский НПЗ /Славнефть/ ежегодно "теряет" в атмосферу 100 тыс. т углеводородов. В 1999 году выбросы загрязняющих веществ /не только от химической промышленности/ в атмосферу города Ярославля составили 270 тыс. т.

Из Западной Европы с попутным ветром в Россию ежегодно поступает 2 млн. т сернистого газа и 10 млн. т сульфатов.

3. Энергетический /тепловой/ баланс

В общем виде записывается так:

/2/

где – тепло, поступающее с исходными веществами,

–тепловой эффект процесса,

–тепло, уходящее с конечными продуктами,

–потери тепла в окружающую среду.

Потери тепла неизбежны; но они должны быть сведены к минимуму /подбор тепловой изоляции/ или утилизированы /тепловые потери аппаратов учитываются в системе отопления цеха/. Одним из лучших теплоизоляторов считается стекловолокно /маты/, плотность 120-200 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,04 Вт/м.°С, которое к тому же явля­ется надежной защитой от грызунов.

Потери тепла в виде "дымовой завесы" от печей, котельных и тепловых электростанций /ТЭС/ связаны с загрязнением окружающей среды. Так, ТЭС, работающие на каменном угле, на 1 млн. кВт-ч выра­батываемой электроэнергии выбрасывают в атмосферу: 15 т сернистого газа, 10 т золы и 3 т оксидов азота.

Дисциплина ПАПП имеет обширный арсенал аппаратуры для очистки /до ПДК – предельно допустимая концентрация/ дымовых газов от пыли и вредных газовых компонентов, а также для утилизации из них тепла: аппараты пылегазоочистки, контактные теплообменники, абсорберы, адсорберы и др.

4. Кинетика процессов

Кинетика рассматривает процессы в их развитии, в их стремлении к состоянию равновесия.

– Степень отклонения системы от состояния равновесия выражает движущую силу процесса.

Для процессов дисциплины ПАПП применима основная кинетическая закономерность:

– Скорость процесса прямо пропорциональна движущей силе и обратно пропорциональна сопротивлению.

Для механических и химических процессов эта закономерность не применяется. Но эти процессы подчас находятся на производстве в одной технологической линии с основными процессами, например, сахарную свеклу перед выщелачиванием измельчают или шинкуют. Поэтому в некоторых вузах указанные процессы вводят в дисциплину ПАПП.

Для гидромеханических процессов основная кинетическая законо­мерность принимает вид:

/3/

где V – объем протекающей жидкости, м³,

S – сечение аппарата, м²,

τ – время, с,

ρ – плотность жидкости, кг/м³,

g = 9,81 м/с²,

R_Г – гидравлическое сопротивление, кг/м².с,

K_Г– коэффициент скорости, м².с/кг,

ΔH_d – разность полных гидродинамических напоров, м.

Последняя величина определяется по уравнению Бернулли:

/4/

В учебной и технической литературе за гидравлическое сопротив­ление часто ошибочно принимаются потери напора в аппарате /Δp_n или h_n /.

Для тепловых процессов кинетическое уравнение записывается:

/5/

где Q – количество переданного тепла, Дж,

F – поверхность теплопередачи, м²,

Δt – разность температур между теплоносителями, К или °С,

R – термическое сопротивление, м² .К/Вт,

K – коэффициент теплопередачи, Вт/м² .К.

Для массообменных процессов:

/6/

где М – количество вещества, перенесенного из одной фазы в другую, кг или кмоль,

F – поверхность контакта фаз /массопередачи/, м²,

K_Y – коэффициент массопередачи, кг/м².c. ,

R_Y – диффузионное сопротивление, м².с. /кг,

ΔY – разность между равновесной и рабочей /или наоборот/ концент­рациями для одной из фаз, кг А/кг В – относительные массовые доли, или кмоль А/кмоль В – относительные мольные доли.

Например, если для растворения сахара при 100 °С принимается чистая вода /Y=0/, то в начальный момент времени движущая сила процесса растворения составит:

ΔY = Y_нас. – Y = 487/100 – 0 = 4,87 отн. мас. долей.