На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


реферат Материальный баланс

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 20.11.2012. Сдан: 2012. Страниц: 33. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание
ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................. 4
1 РАСЧЕТ  КОЛИЧЕСТВА И СОСТАВА ТЕХНИЧЕСКИХ  ПРОДУКТОВ ... 5
2 СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТЫ.............................................................. 6
3 УРАВНЕНИЕ  МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ............................................. 7
4 ПРИМЕРЫ  РАСЧЕТОВ ..................................................................................... 9
4.1 Расчет  расходных коэффициентов.................................................................. 9
4.2 Составление  материальных балансов необратимых  химико-
технологических процессов................................................................................ 11
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ............................................................................. 14
ВВЕДЕНИЕ
Прежде  чем приступить к конструированию  какого-либо аппарата,
необходимо  произвести подробный технохимический  расчет всего процесса
производства  или той его части, которая  непосредственно связана с
конструируемым  аппаратом. В основу любого технохимического расчета
положены  два основных закона: 1)закон сохранения массы вещества и 2) закон
сохранения  энергии. На первом из этих законов  базируется всякий
материальный  расчет.
Закон сохранения масс веществ заключается в том, что во всякой
замкнутой системе масса вещества остается постоянной, независимо от того,
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 данный аппарат (приход) и массу
каждого компонента, уходящего из аппарата (расход). Сумма приходов
компонентов должна быть равна сумме расхода, независимо от состава
продукта  при поступлении и выходе, т.е. независимо от того, каким
изменениям они подверглись в данном аппарате.
Основная  задача данного пособия ознакомить студентов с основами
расчета материального баланса.
1 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА  И СОСТАВА ТЕХНИЧЕСКИХ  ПРОДУКТОВ
В промышленной практике довольно часто приходится иметь дело с
вычислениями количественных соотношений между компонентами начальных
и конечных продуктов производства, в основе которого лежат физические
процессы. При этих процессах не образуется новых компонентов, а только
происходят  изменения состава продуктов, которые  подвергаются обработке или
хранению  при определенных условиях. Поэтому, составляя материальный
баланс  этих процессов, следует иметь в  виду, что в приходной и расходной  его
частях  участвуют одни и те же компоненты, но только в различных
количественных  соотношениях.
Пример 1.
Влажность 125 т каменного угля при его  хранении на складе изменилась
с 6.5% до 4.2%. Определить, насколько изменился  вес угля.
Решение.
Вес влаги  в первоначальном количестве угля равен 125 * 0.065 = 8.125т.
Вес сухого угля 125 – 8.125 =116.875 т. Вес угля при содержании в нем 4.2%
влаги, составит 116.875/(1.0 –0.042) =122.0 т.
Таким образом, 125 т угля за счет уменьшения влажности потеряли в весе
125 –112 –3 т.
Пример 2.
На кристаллизацию поступает 10 т насыщенного водного  раствора
хлористого  калия при 1000С. Во время кристаллизации раствор охлаждается до
200С.  Определить выход кристаллов  хлористого калия, если растворимость  его
при 1000С  составляет 56.7 г, а при 200С –34 г  на 100 г воды.
Решение.
Обозначим вес кристаллов КСl через G. Начальная  концентрация
раствора  хлористого калия
С нач. = 56.7 * 100/56.7 + 100 = 36.2%,
конечная  концентрация его
С кон = 34.0 * 100/34.0 + 100 = 25.4%.
Приход:
Вес КСl в 10 т начального раствора при 1000С  …………0.362*10 =3.62 т
Расход:
Вес кристаллов хлористого калия……………………….. Gm.
Вес маточного  раствора………………………………..…(10 – Gm)
Вес КСl в маточном растворе при 200С ………………….0.254 *(10 – Gm)
Отсюда  имеем 3.62 = G + 0.254 * (10 – Gm)
Решая это уравнение, получим
G = 1.45 т.
Пример 3.
Свежедобытый  торф имел состав (в %): влага…85.2, кокс…5.2,
летучие…8.8, зола…0.8. Подсчитать состав торфа после  сушки.
Решение.
В 100 кг свежедобытого торфа содержалось 8ю8 +5.2 +0.8 =14.8 кг
летучих, кокса и золы. Отсюда состав безводного торфа следующий (в %):
Летучие….8.8 /*100 /14.8 = 59.5
Кокс……...5.2 * 100/14.8 = 35.1
Зола………0.8 *100 /14.8 = 5.4
В пересчете  на воздушно-сухой торф (с 10% влаги) это  составит:
Летучие….(100 –10) *0.595 = 53.5 кг или 53.5%
Кокс……...(100 –10)) –0.351 = 31.6 кг или 31.6%
Зола………(100 –10) * 0.054 = 4.9 кг или 4.9%
Влага……...10 кг или 10% . всего 100 кг или 100%
2 СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ  РАСЧЕТЫ
Расчеты технологических процессов, в результате которых происходит
химическое  изменение вещества, основаны на стехиометрических  законах:
законе  постоянства состава  и законе кратных отношений, которые выражают
собой взаимное отношение атомов и молекул  при их химическом
взаимодействии  друг с другом.
Согласно  закону постоянства состава, любое вещество, какими бы
способами его не получали, имеет вполне определенный состав.
Закон кратных отношений состоит в том, что при образовании какого-
либо  простого или сложного вещества элементы в молекулу последнего входят
в количествах, равных или кратных их атомному весу. Если же отнести этот
закон к объемам, вступающих в реакцию  веществ, то он примет следующую
формулировку: если вещества вступают в химическую реакцию в газообразном
состоянии, то они при одинаковых условиях (Р  и Т) могут соединяться только в
объемах, которые соотносятся между собой  как целые числа.
Пример 3.
Химический  анализ природного известняка показал следующее. Из
навески известняка 1.0312 г путем ее растворения, последующего осаждения
иона  Са+2 щавелевокислым аммонием и прокаливанием  осадка СаС2О4
получено 0.5384 г СаО, а из навески 0.3220 г путем  разложения кислотой
получено 68.5 см3 СО2 (приведенных к нормальным условиям). Подсчитать
содержание  углекислого кальция и магния в известняке, если весь кальций  в
нем находится  только в виде СаСО3, а угольная кислота  – в виде карбонатов
кальция и магния.
Решение.
Мол. в. СаО равен 56.08, СО2 – 44, СаСО3 – 100.1, МgСО3 –84.32. Мол.
объем СО2 равен 22.26 л/моль (22260см3/моль). По данным анализа из 100 г
природного  известняка получено:
7
7
0.5384 * 100/1.0312 * 56.08 = 0.931 мол СаО;
68.5 * 100/0.3220 * 22260 = 0.956 мол СО2.
Отсюда  следует, что в 100 г известняка содержится 0.931 мол, или
0.931*100.1 = 93.2 г СаСО3. На это количество  СаСО3 выделится при
разложении 0.931 мол СО2.. Остальные (0.956 – 0.931) = 0.025 моль СО2.
связаны в известняке в виде МgСО3. Следовательно, в 100 г известняка
содержится 0.025*24.32 = 2.1 г МgСО3.
Таким образом, природный известняк содержит: 93.2% СаСО3, 2.1%
МgСО3 и 4.7% пустой породы.
3 УРАВНЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНОГО  БАЛАНСА
Материальный  баланс любого технологического процесса или части его
составляется  на основании закона сохранения веса (массы) вещества:
?Gисх = ?Gкон, (3.1)
где ?Gисх  – сумма весов (масс) исходных продуктов  процесса; ?Gкон –
сумма весов (масс) конечных продуктов процесса в тех же единицах измерения.
Таким образом, если в какой-либо аппарат  или технологический узел
поступает GА кг продукта А, GВ кг продукта В  и т.д., а в результате переработки
их получается GС кг продукта С, GД кг продукта Д  и т.д., а также если в
конечных  продуктах остается часть начальных  продуктов А (GА кг), В (GВ кг) и
т.д., то при этом должно сохраниться равенство
GА + GВ +….= GА' + GВ' + GС + GД +….+?G, (3.1а)
где ?G –производственные потери продукта.
Определение массы вводимых компонентов и  полученных продуктов
производится  отдельно для твердой, жидкой и газообразных фаз согласно
уравнению
Gг + Gж + Gт.= Gг
' + Gж
' + G'
т (3.1б)
В процессе не всегда присутствуют все фазы, в  одной фазе может
содержаться несколько веществ, что приводит к упрощению или усложнению
уравнения (3.1).
При составлении  полного баланса обычно решают систему уравнений
(3.1) с  несколькими неизвестными. При этом  могут быть использованы
соответствующие формулы для определения равновесного и фактического
выхода  продукта, скорости процесса и т. д.
Теоретический материальный баланс рассчитывается на основе
стехиометрического  уравнения реакции и молекулярной массы компонентов.
Практический  материальный баланс учитывает состав исходного сырья и
готовой продукции, избыток одного из компонентов  сырья, степень
превращения, потери сырья и готового продукта и т. п.
8
8
Из данных материального баланса можно  найти расход сырья и
вспомогательных материалов на заданную мощность аппарата, цеха,
себестоимость продукта, выходы продукта, объем реакционной  зоны, число
реакторов, производственные потери.
На основе материального баланса составляют тепловой баланс,
позволяющий определить потребность в топливе, величину теплообменных
поверхностей, расход теплоты или хладоагентов.
Результаты  этих подсчетов обычно сводят в таблицу  материального
баланса.
Типовая таблица материального баланса
Приход  Расход
Статья  прихода Количество, кг Статья расхода  Количество, кг
Продукт А
Продукт В


Продукт А
(остаток)
Продукт В
(остаток)
Продукт С
Продукт Д
Производственные
потери




?G
Итого G Итого G
Расчеты выполняю обычно в единицах массы (кг, т), можно расчет вести
в молях. Только для газовых реакций, идущих без изменения объема, в
некоторых случаях возможно ограничиться составления  баланса в м3.
Материальный  баланс составляется (в зависимости  от условий и задания) на
единицу (1 кг , 1 кмоль и т. п.) или на 100 единиц (100 кг) или на 1000 единиц
(1000 кг) массы основного сырья или  продукта. Очень часто баланс
составляется  на массовый поток в единицу времени (кг/сек), а иногда на поток,
поступающий в аппарат в целом.
Расходные коэффициенты – величины, характеризующие расход
различных видов сырья, воды, топлива, электроэнергии, пара на единицу
вырабатываемой  продукции. При конструировании  аппаратов и определении
параметров  технологического режима задаются также  условия, при которых
рационально сочетаются высокая интенсивность  и производительность
процесса  с высоким качеством продукции  и возможно более низкой
себестоимостью.
Себестоимостью  называется денежное выражение затрат данного
предприятия на изготовления и сбыт продукции. Для  составления калькуляции
себестоимости, т. е. расчета затрат на единицу продукции  – определяют статьи
расхода и в том числе расходные  коэффициенты по сырью, материалам,
топливу, энергии и с учетом цен на них  рассчитывают калькуляцию. На
практике  обычно, чем меньше расходные коэффициенты, тем экономичнее
процесс и соответственно тем меньше себестоимость  продукции. Особенно
большое значение имеют расходные коэффициенты по сырью, поскольку для
9
9
большинства химических производств 60–70% себестоимости  приходится на
эту статью.
Для расчета  расходных коэффициентов необходимо знать все стадии
технологического  процесса, в результате осуществления  которых происходит
превращение исходного сырья в готовый  продукт.
Теоретические расходные коэффициенты Ат учитывают
стехиометрические соотношения, по которым происходит превращение
исходных  веществ в целевой продукт. Практические расходные коэффициенты
Апр, кроме  этого, учитывают производственные потери на всех стадиях
процесса, а также побочные реакции, если они  имеют место.
Расходные коэффициенты для одного и того же продукта зависят от
состава исходных материалов и могут значительно  отличаться друг от друга.
4 ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
4.1 Расчет расходных  коэффициентов
Пример 1.
Определить  теоретические расходные коэффициенты для следующих
железных  руд в процессе выплавки чугуна, содержащего 92% Fе, при условии,
что руды не содержат пустой породы и примесей:
М
Шпатовый  железняк FеСО3 ……………………………115.8
Лимонит 2 Fе2О3 *3Н2О………………………………...373
Гетит 2 Fе2О3 *2Н2О…………………………………….355
Красный железняк Fе2О3………………………………..159.7
Магнитный железняк Fе3О4…………………………….231.5
М –  молекулярная масса.
Решение.
FеСО3
Из 1 кмоль FеСО3 можно получить 1 кмоль Fе или  из 115.8 кг FеСО3 –
55.9 кг Fе.  Отсюда для получения 1 т чугуна  с содержанием Fе= 92% (масс)
необходимо
1 * 0.92 * 115.8/ 4 * 55.9 = 1.9 т
Аналогично  находим значения теоретических  расходных коэффициентов
для других руд:
2 Fе2О3*3Н2О
1*0.92*355/4* 55.9 = 1.45 т
2 Fе2О3*2Н2О
1*0.92*159.7 /255.9 = 1.33 т
Fе3О4
1*0.92*231.5 /3 *55.9 = 1.28 т.
10
10
Пример 2.
Определить  количество аммиака, требуемое для  производства 100000 т в
год азотной  кислоты и расход воздуха на окисление  аммиака (м3/ч), если цех
работает 355 дней в году, выход оксида азотах х1 = 0.97, степень абсорбции
х2 = 0.92, а содержание аммиака в сухой аммиачно-воздушной смеси – 7.13%.
Решение.
Окисление аммиака является первой стадией  получения азотной кислоты
из аммиака. По этому методу аммиака окисляется кислородом воздуха в
присутствии платинового катализатора при 800-9000С  до оксидов азота. Затем,
полученный  оксид азота окисляется до диоксида азота, а последний
поглощается водой с образованием азотной  кислоты. Схематично процесс
можно изобразить следующим уравнением
4NН3 + 5О2 = 4NО + 6Н2О
2NО + О2 = 2NО2
2NО2 + Н2О  = 2НNО3 + NО
Для материальных расчетов можно в первом приближении записать
суммарное уравнение этих трех стадий в виде
NН3 + 2О2 = НNО3 + Н2О
Мол. масса NН3 – 17, НNО3 – 63.
Необходимое количество аммиака для получения 100000 т НNО3 с учетом
степени окисления и степени абсорбции составит
100000 * 17/63 * 0.97 * 0.92 = 30300 т
Расход  аммиака составит
1000 * 30300/355 * 24 = 3560 кг/ч
Объем аммиака составит
3560 * 22.4/17 = 4680м3
Расход  воздуха (м3/ч), требуемый для окисления (в составе аммиачно-
воздушной смеси) будет равен
4680·(100 – 11.5)/11.5 = 36000м3
где 11.5 – содержание аммиака в смеси (%об.), т. е.
(7.13/17) * 100/(7.13/17) + (92.87/29) = 11.5
11
11
4.2 Составление материальных  балансов необратимых  химико-
технологических процессов
Пример 3.
Составит  материальный баланс печи для сжигания серы
производительностью 60 т/сутки. Степень окисления серы 0.95 (остальная сера
возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент  избытка воздуха ? = 1.5. Расчет
следует вести на производительность печи по сжигаемой сере в кг/ч.
Решение.
Процесс горения серы описывается уравнением реакции
S +О2 =SО2
производительность  печи
60/24 = 2.5 т/ч = 2500 кг/ч серы
Количество  окисленной до SО2 серы
2500 * 0.95 = 2375 кг
Осталось  в виде паров неокисленной серы
2500 –  2375 = 125 кг
Израсходовано кислорода на окисление
VО2 = 2375 * 22.4/32 = 1670 м3
С учетом коэффициента избытка ?
1670 * 1.5 = 2500 м3 или 2500 * 32/22.4 = 3560 кг О2
С кислородом поступает азота
VN2 = 2500 * 79/21 = 9450 м3 или 9450 * 28/22.4 = 11800 кг
Образовалось  в результате реакции диоксида серы
2375 * 64/32 = 475 кг
или VSО2 = (4750/64) * 22.4 = 1675 кг
Осталось  неизрасходованного кислорода
1670 * 0.5 = 835 м3 или (835/22.4) * 32 = 1185 кг
Полученные  данные сводим в таблицу
12
12
Материальный  баланс печи для сжигания серы
Приход  Расход
Исходное
вещество
кг м3 продукт кг м3
S 2500 S 125
О2 3560 2500 SО2
4750 1670
N2 11800 9450 О2 1185 835
N2 11800 9450
Итого: 17860 11950 Итого: 17860 11955
Пример 4.
При электрокрекинге  природного газа, содержащего 98%(об) СН4 и 2%
(об) N2, в газе, выходящем из аппарата содержится 15% ацетилена. Рассчитать
материальный  баланс процесса на 1000м3 исходного природного газа без учета
побочных  реакций.
Решение.
Получение ацетилена из газообразных углеводородов  осуществляется при
1200-16000С:
СН4 -  С2Н2 + 3Н2 – 380Кдж
Процесс происходит в электродуговых печах  при 16000С и линейной
скорости  газа 1000 м/с.
В 1000 м3 природного газа содержится: СН4 – 980 м3, N2 – 20 м3. Процесс
идет  с изменением объема; при полном превращении метана в ацетилен и  в
продукционной смеси должно содержаться 25% ацетилена. Так как по условию
в продуктах  реакции содержится 15% ацетилена, значит имеет место неполное
разложение  метана.
Обозначим количество превращенного метана (м3) через х. Тогда состав
смеси, выходящей из печи, можно представить следующим образом:
СН4………………………………..980 –х
С2Н2 ………………………………х/2
Н2………………………………….3/2х
N2…………………………………..20
Итого: ……………………………(1000 +х) м3
По условию  количество ацетилена в газе, выходящем  из печи, составляет
15%, т.  е.
х2…………………………………..15%
(1000 +х)…………………………..100%
Решая уравнение, получим
(х/2) * 100/(1000 + х) = 15 , т.е. х = 450 м3 и состав  газа после крекинга
будет следующим:
С2Н2………х/2 = 215 м3; СН4……980 – х 550 м3;
Н2 …...3/2х = 645 м3; N2………20 м3
Результаты  расчетов сведены в таблицу
13
13
Материальный баланс печи крекинга (на 1000 м3 природного газа)
Приход  Расход
Исходное
вещество
м3 кг %(об) продукт м3 кг %(об)
СН4 980 695 98 С2Н2 215 248 15.0
N2 20 25 2 СН4 550 388 38.5
Н2 645 58 45
N2 20 25 1.5
Итого: 1000 720 100 Итого: 1430 719 100
Пример  5.
На кристаллизацию поступает 5000 кг 96%-го раствора (плава)
аммиачной селитры. Готовый продукт (аммиачная  селитра) содержит 99.8%
NН4NО3. Составить  материальный баланс процесса  кристаллизации.
Решение.
Количество  безводной селитры NН4NО3 в первоначальном растворе
5000 * 0.96 = 4800 кг;
Количество  влаги в этом продукте
5000 –  4800 = 200 кг;
Количество  готового продукта, полученного после  кристаллизации
4800 * 0.998 = 4810 кг
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.