№ | Слайд | Текст |
1 |
 |
Материальный балансЦелью функционирования любой производственной системы является получение продуктов в нужном количестве и требуемого качества при оптимальном использовании ресурсов. Для решения этих задач применяются расчетные методы в основе которых лежит материальный баланс, связывающий расход сырья с количеством продукта. Лесина Ю.А. 1 |
2 |
 |
Расчет состава исходной смесиКачественный состав – перечень компонентов в смеси Количественный состав – точные значения количеств отдельных компонентов смеси. Выражается в абсолютных (кг, м3, кмоль) и относительных (% мас., % об., % моль) единицах. Лесина Ю.А. 2 |
3 |
 |
Расчет состава исходной смесиМерой относительного состава является концентрация (содержание). В технических расчетах состав выражают в массовых, мольных и объемных единицах. Расчет состава производят в следующей последовательности: Определение Качественного состава смеси Расчет абсолютного состава смеси (кг, м3, кмоль) Расчет относительного состава смеси (% мас., % об., % моль) Лесина Ю.А. 3 |
4 |
 |
Расчет массового состава смесиЕдиницей измерения массового состава смеси является массовая доля, которая может быть выражена в процентах. Где G – масса компонентов, кг Лесина Ю.А. 4 |
5 |
 |
Расчет мольного и объемного составов смесиВ некоторых расчетах используют объемно-мольную (кмоль/м3) или массово-объемную (г/л) концентрации. ВАЖНО! В расчетах смесей, состав которых задан в различных единицах привести составы к одним единицам!!! где М – количество моль компонентов, кмоль Где V – объем компонентов, м3 Лесина Ю.А. 5 |
6 |
 |
Расчет состава исходной смесиСтехиометрическое соотношение – это мольное соотношение, численно равное коэффициентам в стехиометрическом уравнении химической реакции. Например, запись бензол:хлор=1:2 (моль) читается «Бензол и хлор подают в мольном соотношении один к двум», т.е. на каждый киломоль бензола в смеси приходится 2 кмоль хлора. Массовое соотношение – это количество килограмм реагента, взятое на 1 кг вещества. Например, запись бензол:хлор=1:2 (мас.) читается «Бензол и хлор подают в массовом соотношении один к двум», т.е. на каждый килограмм бензола в смеси приходится 2 кг хлора. Лесина Ю.А. 6 |
7 |
 |
Пример: рассчитать массовый, мольный и объемный состав смеси бензола итолуола, взятых в мольном соотношении 1:2. M=n х M M=v х p Бензол: молярная масса 78 кг/кмоль, плотность 879 кг/м3 Толуол: молярная масса 92 кг/кмоль, плотность 867 кг/м3 Компо- нент Компо- нент Расчет состава жидких смесей Расчет состава жидких смесей Расчет состава жидких смесей Расчет состава жидких смесей Расчет состава жидких смесей Расчет состава жидких смесей Кмоль % Моль Кг % Масс. М3 % Об. Толуол Бензол Итого: 184/867= 0,212 2 184/262 х100=70,23 0,212/0,301 х100=70,43 66,67 2х92=184 78/262 х100=29,77 78/879= 0,089 0,089/0,301 х100=29,57 1 33,33 1х78=78 100 0,301 100 3 262 100 Лесина Ю.А. 7 |
8 |
 |
Расчет состава реакционной массыРасчет состава реакционной массы начинают с определения ее качественного состава (продукты реакции), затем переходят к расчету количеств. Выход продукта (?) – это отношение практически полученной массы продукта Gпр. к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при полном превращении основного реагента в целевой продукт в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции, Gтеор. (в %): Лесина Ю.А. 8 |
9 |
 |
Роль материального баланса в проектировании системНа основании МБ рассчитывают: потребность предприятия в сырье и вспомогательных материалах; производственные потери; состав и количество отходов; количество единиц и объем оборудования; технологические и экономические показатели эффективности функционирования системы; тепловой и эксергетический балансы. Лесина Ю.А. 9 |
10 |
 |
Целью проведения материальных расчетов в КП является определениеколичества сырья и материалов, необходимые для обеспечения заданной мощности производства и для получения единицы готового продукта; количества и состава потерь и побочных продуктов производства, сточных вод и выбросов в атмосферу. Лесина Ю.А. 10 |
11 |
 |
Виды материального балансаI. Теоретический МБ (по уравнению реакции, исходя из стехиометрии процесса). Фактический МБ ( состав сырья и размер производственных потерь) II. Общий МБ (по всем компонентам сырьевого и продуктового потоков) Частный МБ (по одному из компонентов сырья) Элементный МБ (по углероду, азоту и т.п.) III. МБ стадии (для определения расхода сырья и оборудования стадии) МБ производства (для определения экономических показателей) Лесина Ю.А. 11 |
12 |
 |
Расчет МБМатериальный баланс технологического процесса – это масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход), равная массе веществ, полученных в её результате, включая потери (расход): Лесина Ю.А. 12 |
13 |
 |
Расчет МБИсходными данными для МБ являются: технологическая и химическая схемы производства; годовая производительность по данному продукту (мощность производства), производственная рецептура загрузки всех компонентов по каждой технологической стадии; потери (выходы) по всем технологическим стадиям в процентах, По сырью: содержание основного вещества, молярная масса, плотность (для жидких веществ) Усредненные данные по величине потерь для различных процессов: Фильтрация 1-2 %; Сушка 1-10 %; Размол, дробление, смешение 0,5 % Выпарка, дистилляция, ректификация 5-15 %; Упаковка 0,5 % Лесина Ю.А. 13 |
14 |
 |
Алгоритм расчета МБВыбор метода расчета МБ зависит от типа принятой технологической схемы (периодическая или непрерывная, прямая или циркуляционная) и технологического класса реакций (простая или сложная (параллельные, консекутивные (последовательные), смешанного типа), обратимая и необратимая). РЕКОМЕНДУЮ: Кузнецова И.М., Харлпмпиди Х.Э., Батыршин Н.Н. Общая химическая технология: материальный баланс химико-технологического процесса: Учебное пособие для вузов. – М.: Логос, 2007. – 264с. Лесина Ю.А. 14 |
15 |
 |
Расчет МБПри периодическом методе производства материальный баланс составляется на суточное количество целевого продукта (для расчета хранилищ, сборников, заказа сырья и материалов) на одну операцию (для расчета объема реакторов, мерников, теплообменников, теплового баланса) на единицу (1 т, 1 кг) готовой продукции (для расчета себестоимости и др. экономических показателей). Материальные балансы непрерывных процессов составляются на 1 час работы производства при установившемся режиме работы оборудования. Лесина Ю.А. 15 |
16 |
 |
Важно!Перед началом расчета уравняйте химические реакции, лежащие в основе получения вашего продукта; точно определите малярные массы веществ (из справочников или расчетным путем с точностью до сотых); составьте характеристику исходных и синтезируемого веществ (Фармакопея (ГФ 10), ГОСТы, ТУ, исходные данные). Лесина Ю.А. 16 |
17 |
 |
Алгоритм расчета МБ периодического процессаОпределение числа рабочих дней цеха в году. Определение суточной (часовой) производительности цеха или производства единицы целевого продукта. Определение суточного (часового) количества основного сырья. Определение суточного расхода каждого вида сырья с учетом потерь, исходя из рецептуры загрузки реагентов (расчет по стадиям). Расчет расходных коэффициентов на килограмм (тонну) готового продукта. Лесина Ю.А. 17 |
18 |
 |
Форма представления МБТаблица 1.1 Израсходовано на операции (название операции) № П/п № П/п № П/п Наименование промежуточных продуктов и сырья Наименование промежуточных продуктов и сырья Наименование промежуточных продуктов и сырья Содержание основного вещества, % (доли) Содержание основного вещества, % (доли) Содержание основного вещества, % (доли) Загружено Загружено Загружено Загружено По массе, кг По массе, кг По объему, м3 По объему, м3 Плотность, кг/м3 Плотность, кг/м3 Техничес-кого В 100%-ном исчисле-нии основного вещества А) Промежуточные продукты: Б) Сырье: Итого?: Лесина Ю.А. 18 |
19 |
 |
Форма представления материального балансаЛесина Ю.А. 19 |
20 |
 |
Форма представления МБТаблица 1.2 Получено на операции (название операции) Итого?: № П/п № П/п № П/п Наименование продуктов, отходов, потерь Наименование продуктов, отходов, потерь Наименование продуктов, отходов, потерь Относительное содержание вещества в реакцион-ной массе, % Относительное содержание вещества в реакцион-ной массе, % Относительное содержание вещества в реакцион-ной массе, % Получено Получено Получено Получено По массе, кг По массе, кг По объему, м3 По объему, м3 Плотность, кг/м3 Плотность, кг/м3 Техничес-кого (для итоговой реакцион-ной массы, маточника и т.П. ) В 100%-ном исчислении основного вещества (перечис-ляются вещества, составля-ющие реакцион-ную массу) Лесина Ю.А. 20 |
21 |
 |
Важно!Суммировать количество загружаемых промежуточных продуктов, сырья и его ингредиентов, а также получаемых веществ можно лишь в том случае, если они идентичны по составу и качественным показателям и составляют индивидуальный материальный поток. Лесина Ю.А. 21 |
22 |
 |
При несовпадении приходной и расходной части МБ рассчитываетсяотносительная погрешность (невязка баланса) как отношение разности между приходной и расходной частями материального баланса к абсолютной величине приходной части (в %): В зависимости от мощности производства величина относительной погрешности расчетов должна быть в пределах 0,01-0,05%. Лесина Ю.А. 22 |
23 |
 |
Расходные коэффициенты по сырью (Fрi) характеризуют количество каждоговида сырья, израсходованного на получение 1 т (кг целевого продукта) Теоретические расходные коэффициенты (используют молекулярные массы и стехиометрические коэффициенты по уравнению реакции для сырья и продукта). Фактические расходные коэффициенты (по фактически используемому техническому сырью и получаемому продукту). Лесина Ю.А. 23 |
24 |
 |
Таблица расходных коэффициентовЧем совершеннее производство, тем ближе теоретические и фактические расходные коэффициенты Наименование сырья Наименование сырья Масса 100%-ного сырья, кг (т) Масса 100%-ного сырья, кг (т) Масса технического сырья, кг (т) Масса технического сырья, кг (т) Расходные коэффициенты, кг/кг (т/т) Расходные коэффициенты, кг/кг (т/т) Теоретический Фактический Лесина Ю.А. 24 |
«Материальный баланс» |