Теоретические сведения

Составление материального баланса базируется на законе сохранения массы вещества, который заключается в том, что во всякой замкнутой системе масса веществ остается постоянной независимо оттого, какие изменения претерпевают вещества в этой системе. Применительно к расчету материального баланса какого-либо процесса производства этот закон принимает следующую простую формулировку: масса исходных продуктов процесса должна быть равна массе его конечных продуктов. Следовательно, когда производится материальный расчет процесса, необходимо учитывать массу каждого компонента, поступающего в аппарат (приход), и массу каждого, выходящего из аппарата (расход). Сумма прихода компонентов должна быть равна сумме расхода независимо от состава продуктов на входе и выходе, т. е. независимо от того, каким изменениям они подвергались в данном аппарате.

Материальный баланс составляется (в зависимости от условий или задания) на единицу (1 кг), 100 единиц (100 кг) или на 1000 единиц (1000 кг) массы сырья или готового продукта. Он может составляться на часовую, суточную, годовую производительность, а также на один цикл работы аппарата периодического действия.

 

Задание. Составить материальный баланс процесса гашения извести в молоко с влажностью 60%. Известь содержит 81% СаО, 2% MgO (активных), 9% неразложившегося СаСО₃ и 8% негидратирующихся примесей. При гашении испаряется 30% воды от массы, необходимой на химическую реакцию.

 

Решение. Составляем материальный баланс на 1000 кг исходного продукта (негашеной извести). Гашение идет по следующим уравнениям:

CaO+H2O=Ca(ОН)₂;

MgO+H2O=Mg(ОН)₂.

m (Са(ОН)₂) = 1070,4 кг;

m (Mg(ОН)₂) = 29 кг;

m (Н₂О) = 269,4 кг.

Масса испарившейся при гашении воды равна

269,4 · 0,3 = 80,8 кг.

Масса сухой загашенной извести равна

1070,4 + 29 + 90 + 80 = 1269,4 кг.

Масса воды, необходимая для получения известкового молока с влажностью 60%

 

Общая масса воды (с учетом испаряющейся при гашении) равна

269,4 + 1904,1 + 80,8 = 2254,3 кг.

 

Таблица 1.Материальный баланс процесса гашения на 1000 кг негашеной извести

Приход	кг	Расход	кг
1. Известь В том числе: СаО MgO CaCO3 примеси   2. Вода	810 20 90 80   2254,3	1. Известковое молоко В том числе: Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 CaCO3 примеси вода 2.  Испарившаяся вода	1070,4 29 90 80 1904,1 80,8
Итого	3254,3	Итого	3254,3

Пересчитаем материальный баланс на 1000 кг готового продукта (известкового молока). При прежнем расчете масса известкового молока составляет 3173,5 кг.

Определяем коэффициент пересчета:

 

Перемножаем каждое значение в таблице на коэффициент пересчета и составляем таблицу 2 материального баланса на 1000 кг известкового молока.

 

Таблица 2. Материальный баланс процесса гашения на 1000 кг известкового молока

Приход	кг	Расход	кг
1. Известь В том числе: СаО MgO CaCO3 примеси   2. Вода	255,2 6,3 28,4 25,2   710,3	1. Известковое молоко В том числе: Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 CaCO3 примеси вода 2.  Испарившаяся вода Невязка баланса	337,3 9,1 28,4 25,2 600 25,5 -0,1
Итого	1025,4	Итого	2015,4

Рассчитываем невязку баланса:

 

Для того чтобы пересчитать материальный баланс на 1 ч работы (на 1 сут, 1 г.), необходимо каждое значение таблицы (в тоннах) умножить на производительность аппарата (т/ч, т/сут, т/г.).

Исходные данные.

Исходные данные	Вариант
	1	2	3	4	5
m (Са(ОН)2)	1055,5	1061,4	1035,6	1042,1	1044,9
m (Mg(ОН)2)	27	28	27,5	28,3	27,5
m (Н2О)	271,5	268,4	262,4	272,3	269,8
% испар. воды	30	29	28	28,5	31