Материальный баланс

Составление материального баланса необходимо при проектировании новых производств, а также для анализа работы существующих. Основой материального баланса являются законы сохранения массы вещества и стехиометрических соотношений. Применительно к материальному балансу любого технологического процесса это означает, что масса вещества, поступившего на технологическую операцию – приход, равна массе всех веществ, полученных в результате операции – расход.

Материальный баланс составляют на единицу массы основного продукта (кг, т) или на производительность установки (кг/ч, т/ч). Определение массы вводимых компонентов и полученных продуктов производят отдельно для твердой, жидкой и газообразной фаз.

Материальный баланс составляют по уравнению основной суммарной реакции с учетом параллельных и последовательных реакций. При расчете практического материального баланса учитывают полный состав исходного сырья и готовой продукции, избыток компонентов, степень превращения, селективность, потери сырья и готового продукта и т. д. Результаты расчета сводят в таблицу материального баланса.

Материальный баланс является основой для составления теплового баланса.

Пример. Составить материальный баланс процесса окисления аммиака на платиновом катализаторе. Исходные данные: производительность по 100 %-ной азотной кислоте 1000 кг/ч; концентрация аммиака в аммиачно-воздушной смеси – 10,5 об.%; степень контактирования – 97,0 %; степень окисления оксида азота – 100 %; степень абсорбции – 98 %.

Решение. Производство азотной кислоты из аммиака состоит из следующих стадий:

– контактное окисление аммиака на платиновом катализаторе:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O; (1)

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O; (2)

– окисление NO до NO₂ по реакции

2NH + O₂ = 2NO₂; (3)

– абсорбция диоксида азота водой с образованием разбавленной азотной кислоты:

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO (4)

или, суммируя уравнения, получим

NH₃ + 2O₂ = HNO₃ + H₂O. (5)