Химического производства

Все количественные расчеты, выявляющие эффективность производства базируются на материальном и энергетическом балансах. Они составляются на основе материально-потоковых графов, отражающих перемещение и трансформацию всех материальных участников технологического процесса. В ходе химического процесса происходит непрерывное движение и изменение природы принимающих в нем участие веществ. Поэтому любое химическое производство можно рассматривать как совокупность материальных потоков участвующих в нем компонентов сырья, промежуточных и побочных продуктов, целевого продукта и отходов производства.

Материальный поток – это графическое изображение движения и изменения веществ, участвующих в химико-технологическом процессе. Материальный поток выражают в виде материально-потокового графа (МПГ) процесса, то есть графической схемы, в котором отражены природа вещества, направление его движения, изменение агрегатного состояния. В МПГ различают «узлы» (аппараты и машины) и «ребра», перемещающиеся в процессе вещества. Фрагмент такого материально-потокового графа, изображенного на примере процесса обжига железного колчедана, протекающего в избытке воздуха по реакции (3.12) показан на рисунке 3.1 (буквой «П» обозначены примеси).

4FeS₂ +11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂. (3.12)

Рис. 3.1. Материально-потоковый граф процесса обжига

железного колчедана

Материальные потоки могут быть трех видов:

– расходящиеся, где число продуктов в результате процесса возрастает;

– сходящиеся, где число продуктов в результате процесса уменьшается;

– перекрещивающиеся, когда число продуктов в процессе не меняется.

На основе анализа материально-потокового графа составляется материальный баланс процесса, являющийся базой для дальнейших расчетов.

Материальный баланс – это выражение закона сохранения массы, применительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступивших в процесс, равна массе веществ, получившихся в результате процесса. Статьями прихода и расхода в материальном балансе являются компоненты сырья, возвратное (циркулирующее) сырье, примеси в сырье, целевой продукт, побочные продукты, отходы производства и потери.

Материальный баланс составляется на отдельный аппарат или на установку в целом в единицах массы, отнесенных к единице времени. Результаты расчетов обычно оформляются в виде таблицы.

На основе материального баланса рассчитываются расходные коэффициенты, определяются размеры аппаратов и оптимальные параметры технологического процесса.

В основе энергетического (теплового) баланса лежит закон сохранения энергии, согласно которому сумма энергий всех видов в замкнутой системе постоянна. Тепловой баланс, как частный случай энергетического, наиболее распространен в химической технологии.

Статьями прихода и расхода в тепловом балансе являются тепловые эффекты реакций, теплоты фазовых переходов, теплосодержание веществ, участвующих в химико-технологическом процессе, теплоты, подводимые к системе извне и выводимые из процесса, и тепловые потери.

Теплоты, входящие в тепловой баланс, рассчитываются по известным формулам.

Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на единицу производимого продукта или в единицу времени. Данные теплового баланса применяются для расчета расхода теплоносителя или хладагента, расчета площадей поверхностей теплообмена и расчета оптимального теплового режима работы аппаратов.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные технические показатели химического производства и дайте им определения.

2. Сравните понятия «производительность» и «интенсивность процесса».

3. Дайте определения понятиям «основные и оборотные фонды предприятия», «себестоимость продукции», «производительность труда».

4. Дайте определения эксплуатационным показателям.

5. Что определяют социальные показатели?

6. Что такое материальный поток и материально-потоковый граф?

7. Что такое материальный баланс процесса?

8. Что такое тепловой баланс?