Материальный баланс химико-технологической системы
Химическое производство как химико-технологическая системаХимическое производство представляет собой химико-технологическую систему (ХТС) - совокупность элементов (аппаратов), соединенных между собой связями (потоками).
Постановка задачи расчета материального баланса ХТС. Заданы исходные вещества, поступающие на переработку в химическое производство, их количество и все воздействия на них, осуществляемые в аппаратах. Определение количества и состава всех потоков в технологической схеме ХТС называется расчетом материального баланса ХТС, а результаты этого расчета называют материальным балансом ХТС.
Подготовка к расчету материального баланса с использованием пк spt_xtc Расчетная схема хтс
Задана технологическая схема химического производства, например на рис. 1:
Рис. 1. Технологическая схема процесса. Р - реактор; Ф - фильтр; РК - ректификационная колонна; АБС - абсорбер; АДС - адсорбер; ТО - теплообменник; Н - насос; I1, I2 - потоки, входящие в ХТС; Р1, Р2, Р3, Р4 - продукты, выводимые из ХТС; Х – хладагент
Для расчета материального баланса ХТС надо привести технологическую схему производства к расчетной схеме. Это делается в два этапа.
1) Исключаем элементы, которые не изменяют состав потока и его величину, например, теплообменники, и получаеми сокращенный вариант ХТС - рис. 2,
Рис. 2. Сокращенная схема ХТС, полученная из технологической схемы рис. 1 путем исключения теплообменников и насоса. Обозначения те же, что на рис. 1
2) Технологические аппараты представим в виде расчетных элементов ХТС.
Четыре типа расчетных элементов позволяют воспроизвести работу всех технологических аппаратов
Рис. 3. Расчетные элементы ХТС: а - смеситель потоков СМ; б - простой делитель потока ДП; в - линейный делитель потока ДЛ; г - химический реактор Р. Вх, Вх1, Вх2 - входные потоки; Вых, Вых1, Вых2 - выходные потоки; G, G1, G2 - массовые величины потоков; ci, ci1, ci2 - концентрации веществ в потоках
Смесительсмешивает два потока, имеет два входа и один выход (рис. V.3,а).
Делитель простой ДП (рис. 3,б) производит разветвление потока на два, при этом составы потоков не изменяются. Один из выходящих из делителя потоков составляет долюот входного потока, другой, соответственно, - долю (1-).
Делитель линейный ДЛ(рис. 3,в) делит поток на два, но для него определен коэффициент разделения каждого компонентаi- доля количестваi-го вещества, выходящего с одним из потоков.
Реакторизменяет химический состав потока за счет протекания химической реакции. Элемент - реактор - имеет один вход и один выход (рис. V.3,г). Для реактора задаются стехиометрическое уравнение реакции и степень превращения ключевого (которое в недостатке) вещества.
Расчетная схема ХТСпоказана на рис. 5.
Рис. 5. Расчетная схема ХТС, полученная из сокращенной схемы рис. 2 и расчетных элементов рис. 3. Пунктиром выделены технологические аппараты схемы на рис. 2
Расчетную схему ХТС (рис. 5) записываем в табличном виде (табл. 1).
Таблица 1. Табличный вид расчетной схемы ХТС из рис. 5
№ |
Расчетный элемент ХТС |
Вх1 |
Вх2 |
Вых1 |
Вых2 |
1 |
Смеситель |
0 |
5 |
2 |
|
2 |
Реактор |
1 |
|
3 |
|
3 |
Делитель линейный |
2 |
|
4 |
0 |
4 |
Делитель линейный |
3 |
|
5 |
6 |
5 |
Делитель простой |
4 |
|
1 |
0 |
6 |
Смеситель |
4 |
9 |
7 |
|
7 |
Делитель линейный |
6 |
|
10 |
8 |
8 |
Делитель линейный |
7 |
|
0 |
0 |
9 |
Смеситель |
10 |
0 |
6 |
|
10 |
Делитель простой |
7 |
|
9 |
0 |
Для каждого расчетного указан его номер и потоки: входящие представлены номером элемента, из которого поток поступает; выходящий поток - номером элемента, в который он направляется. Потоки, входящие в ХТС из вне, и выходящие из ХТС, имеют номер 0 (ноль).
Примечание. Аппараты (элементы) нумеровать по порядку прохождения через них технологического потока.