Головна

Практичний матеріальний баланс

  1.  III. Баланс активів і пасивів.
  2.  А) бухгалтерського балансу;
  3.  А. Балансовий метод
  4.  Антропогенний матеріальний баланс
  5.  Б) Практичний метод виробничого навчання
  6.  Баланс АТ «Самсон» на 1.01.1994 р
  7.  Баланс білого

Практичний матеріальний баланс враховує склади вихідної сировини і готової продукції, надлишок одного з компонентів сировини, ступінь перетворення реагентів, втрати сировини і готового продукту і т. Д.

Вихідними даними для складання такого балансу є:

- Технологічна схема, що відображає вид і послідовність стадій виробництва;

- Річна продуктивність по даному продукту або даного спектру продуктів;

- Виробнича рецептура завантаження компонентів на кожній технологічній стадії;

- Втрати сировини і готового продукту на кожній технологічній стадії виробництва.

Всі ці величини визначаються за даними науково-дослідних розробок, за результатами розрахунків теоретичного матеріального балансу або ж за даними, отриманими при обстеженні аналогічних виробництв під час виробничої практики.

Залежно від характеру вимог матеріальний баланс періодичнихпроцесів може складатися в трьох варіантах: по-перше, виходячи з добової продуктивності речовини; по-друге, на одиницю маси готового продукту (найчастіше на 1 тонну); по-третє, на кількість готового продукту, отриманого за один цикл роботи. У цьому випадку найбільш доцільний добовий матеріальний баланс.

для безперервних процесів матеріальний баланс складається з урахуванням вироблення в одиницю часу (т / рік, т / добу, т / год, кг / год, кг / хв, кг / с і т. д.).

У будь-якому випадку баланс ділиться на дві основні частини - це загальний і операційний (постадійний) матеріальний баланси.

при загальному балансі матеріальні розрахунки пов'язані з визначенням витрат всіх видів сировини. У більшості випадків такі розрахунки завершуються визначенням видаткових коефіцієнтів всіх компонентів процесу на одиницю маси готового продукту (наприклад, на 1 тонну) і порівнянням їх з витратними коефіцієнтами аналогічного існуючого виробництва (за матеріалами виробничої практики).

Першим етапом буде визначення робочого часу в цеху. Його величина залежить від характеру виробництва. Для періодичних процесів

де Д - Кількість робочих днів у році;

Р - Кількість днів в році, відведених на всі види ремонту;

В- Кількість святкових і вихідних днів в році.

Для безперервних процесів

У цьому випадку величина Р включає в себе і час на всі види ремонтів, і час періодичних зупинок на чистку обладнання, заміну каталізатора і т. п.

Далі необхідно визначити продуктивність готового продукту. Спочатку розраховується його продуктивність без урахування втрат

де Псб- Добова продуктивність готового продукту без урахування втрат, т / добу;

N - Річний вихід готового продукту, т.

Продуктивність з урахуванням втрат продукту за стадіями

де a- Загальна частка втрат продукту на всіх стадіях процесу.

Загальна величина втрат за всіма стадіями

де П- загальна кількість втрат по всіх стадіях.

Визначаючи частки втрат за стадіями як ai, Можемо знайти їх кількість зі співвідношення

При цьому

Далі визначається витрата кожного виду сировини з урахуванням втрат, виходячи з рецептури завантаження компонентів реакційної суміші. При цьому попередньо розраховується рецептура у відсотках на утримання кожного компонента, вважаючи за 100% всю реакційну суміш. Втрати реакційної суміші на кожній стадії в рівній мірі відносяться до кожного з компонентів, якщо немає відгону одного з продуктів, виділення його в осад і ін.

До отриманих витрат сировинних компонентів додаються їхні можливі втрати до отримання реакційної суміші при транспортуванні, завантаженні і т. Д.

Остаточно виробляють розрахунок видаткових коефіцієнтів сировинних компонентів на тонну готового продукту. Крім видаткових коефіцієнтів сировини розраховуються аналогічні величини, що характеризують витрата води, пара, палива, електроенергії і т. Д. Природно, чим менше витратні коефіцієнти, тим економічніше технологічний процес.

Особливе значення мають витратні коефіцієнти по сировині, так як для більшості хімічних виробництв левова частка собівартості продуктів припадає на цю статтю.

Результати розрахунку видаткових коефіцієнтів оформляються у вигляді табл. 7.1.

Таблиця 7.1. Приклад подання видаткових коефіцієнтів

 № п / п  Найменування сировини  Витрата, т / добу (т / рік)  Витратні коефіцієнти, т / т готового продукту
 сировина А А1 (А1· Д) А1/ Псб
 сировина В В1 (В1· Д) В1/ Псб
 . . . . . . . .  . . . . . . . .  . . . . .

Постадійний матеріальний баланс складається у вигляді таблиць на кожній стадії, виходячи з результатів розрахунку загального матеріального балансу. Розглянемо складання такого балансу на прикладі.

Приклад 7.4. Скласти матеріальний баланс реактора каталітичного окислення метанолу в формальдегід. Продуктивність реактора по формальдегіду 10000 т / рік. Ступінь перетворення метанолу в формальдегід - 0,7; загальна ступінь перетворення метанолу (з урахуванням побічних реакцій) - 0,8. Зміст метанолу в спирто-повітряної суміші - 40% за обсягом. Молярний співвідношення побічних продуктів на виході з реактора

HCOOH: CO2: CO: CH4= 1,8: 1,6: 0,1: 0,3.

Апарат працює 341 день в році з урахуванням часу ППР (планово-попереджувальних ремонтів) і простоїв.

Рішення: Формальдегід виходить в результаті окислення парів метанолу киснем повітря при температурі 550-600 °З на срібному каталізаторі, де протікають наступні реакції:

CH3OH + 1 / 2O2= CH2O + H2O, (1)
 CH3OH = CH2O + H2, (2)
 CH3OH = CO + 2H2, (3)
 CH3OH + H2= CH4+ H2O, (4)
 CH3OH + O2= HCOOH + H2O, (5)
 CH3OH + 1,5O2= CO2+ 2H2O. 6)

Можлива реакція H2+ 1 / 2O2= H2Oстехіометріческі залежна, так як вона в сумі з реакцією (2) дає реакцію (1), тому її потрібно з балансових розрахунків виключити.

На реакцію подається лише близько 80% повітря від мольної співвідношення метанол: кисень = 2: 1 і процес проводиться з неповним згорянням водню, що утворюється по реакції (3). Відходять гази містять
 20-21% формальдегіду, 36-38% азоту і домішки у вигляді СО, CO2, CH4, CH3OH, HCOOH і ін. Вся ця суміш після охолодження в котлі-утилізатори і холодильнику до 60 ° С подається в поглинальну вежу, орошаемую водою. Отриманий розчин формаліну містить 10-12% метанолу, який в даному випадку є бажаною домішкою, тому що перешкоджає полімеризації формальдегіду. Молекулярні маси: формаліну - 30; метанолу - 32; кисню - 16.

Продуктивність реактора по формальдегіду

10000 · 1000/341/24 = 1220 кг / год або 1220/30 = 40,7 кмоль / год.

Так як по реакціях (1) і (2) на освіту 1 благаючи формальдегіду витрачається 1 моль метанолу, то, при 70% ступеня перетворення метанолу в формальдегід, маємо витрата метанолу в цьому випадку

40,7 / 0,7 = 58,12 кмоль / год або 58,12 · 32 = 1860 кг / год.

Визначимо об'ємні витрати вихідних речовин при нормальних умовах.

Метанол - 58,12 · 22,4 = 1300 м3/ Ч.

Спирто-повітряна суміш - 1300 / 0,4 = 3250 м3/ Ч.

Повітря - 3250-1300 = 1950 м3/ Ч, в ньому:

кисню - 1950 · 0,21 = 410 м3/ Ч або 410 · 32 / 22,4 = 586 кг / год;

азоту - 1950 · 0,79 = 1540 м3/ Ч або 1540 · 28 / 22,4 = 1920 кг / год.

Визначимо витрата метанолу, який пішов на освіту побічних продуктів по реакціях (3) - (6). При загальній ступеня перетворення метанолу 80% маємо витрата метанолу по побічних реакцій

58,12 · (0,8-0,7) = 5,81 кмоль / год.

Чи не прореагував метанолу 58,12 · 0,2 = 11,6 кмоль / год або 11,6 · 32 = 372 кг / год.

Сума часток побічних продуктів 1,8 + 1,6 + 0,1 + 0,3 = 3,8.

Тоді витрати побічних продуктів в газах дорівнюватимуть:

Оцтова кислота (HCOOH) - 5,8 · 1,8 / 3,8 = 2,75 кмоль / год або 2,75 · 46 = 126,5 кг / год.

Діоксид вуглецю (СО2) - 5,8 · 1,6 / 3,8 = 2,45 кмоль / год або 2,45 · 44 = 108,0 кг / год.

Оксид вуглецю (СО) - 5,8 · 0,1 / 3,8 = 0,158 кмоль / год або 0,158 · 28 = 4,3 кг / год.

Метан (СН4) - 5,8 · 0,3 / 3,8 = 0,459 кмоль / год або 0,459 · 16 = 7,3 кг / год.

Для визначення витрат водяної пари і водню складемо баланс по кисню і водню. У реактор надходить кисню:

з повітрям - 586 кг / год;

в складі метанолу - 1860 · 16/32 = 930 кг / год. Всього: 586 + 930 = 1516 кг / год.

Витрачається кисню:

на освіту формальдегіду - 1220 · 16/30 = 650 кг / год;

на освіту НСООН - 126,5 · 32/46 = 88 кг / год;

на освіту СО2 - 108 · 32/44 = 78,6 кг / год;

на освіту СО - 4,3 · 16/28 = 2,45 кг / год;

в складі не прореагувала метанолу - 372 · 16/32 = 186 кг / год.

Всього - 1005 кг / год.

Інша кількість кисню, що дорівнює 1516-1005 = 509 кг / год, пішло на освіту води по реакціях (1), (4), (5) і (6). В результаті витрата води дорівнює - 509 · 18/16 = 572 кг / год.

Таблиця 7.2. Матеріальний баланс процесу отримання формальдегіду

 прихід  витрата
 статті  кг / год  % (По масі)  статті  кг / год  % (По масі)
 Спирто-повітряна суміш: метанолкіслородазот    42,613,444,0  ФормальдегідМетанолВодяной парНСООНСО2СОМетанВодородАзотОшібкіокругленія  1220,0372,0572,0126,5108,04,37,334,11920,0 1,8  27,898,5813,122,902,470,090,160,7843,97 0,04
 Разом:  100,0  Разом:  4366,0  100,00

У реактор надходить водню - 1860 · 4/32 = 233 кг / год.

Водень витрачається:

на освіту СН2Про - 1220 · 22/30 = 81,5 кг / год;

на освіту НСООН - 126,5 · 2/46 = 5,5 кг / год;

на освіту СН4 - 7,3 · 4/16 = 1,82 кг / год;

на освіту Н2Про - 572 · 2/18 = 63,6 кг / год;

в складі не прореагувала газу - 372 · 4/32 = 46,5 кг / год.

Всього - 198,9 кг / год.

Кількість водню в вільному стані - 233-198,9 = 34,1 кг / год.

Результати розрахунку зведені в табл. 7.2 матеріального балансу.




 реакції розщеплення |  реакції полімеризації |  паралельні реакції |  Комбінація реактора змішування з реактором витіснення |  Ескізна конструктивна розробка основної хімічної апаратури |  реактори |  Оптимізація процесів хімічної технології |  стехіометричні розрахунки |  Рівновага хімічної реакції |  Розрахунок складу рівноважної суміші |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати