Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

численные величины, получаем следующие балансовые ха­ рактеристики:

= Pi/Çv', r3 = P3/9p,

где Pi и P3 — средняя массовая производительность произ­ водственной системы по сырью и продукции; Рц — средняя массовая производительность системы по суммарному пото­ ку; <7s — сумма_ приходной или расходной части материаль­ ного баланса; т — среднее время пребывания реактантов, среднее время контакта реактантов; Гі и г3 — интенсивность процесса по сырью и продукции.

Кроме перечисленных, важное значение имеют следующие •балансовые характеристики производства: расходные коэф­ фициенты сырья или вспомогательных материалов и долевые выходы целевых продуктов, побочных веществ или отходов, степень использования сырья, селективность процесса. Рас­ ходные коэффициенты сырья р\ и вспомогательных материа­ лов р-2 вычисляем следующим образом:

Рі = Qi/Язі Р2 = Яг/Яз-

Долевые выходы продукции Ъ%, побочных продуктов Ь 4 и отходов і>5 следующие:

из которых главная, а остальные — побочные. В таком слу­ чае по заданной величине расхода сырья (^і —q 6 ) и по стехиометрическому уравнению главной реакции вычисляем сте-

24

§ 11.3. Компонентный состав технологических потоков

Различают качественный и количественный компонентный состав потоков или физико-химических систем. Качественный состав системы выражают перечислением всех ее компонен­ тов. В дальнейшем компоненты системы обозначаем Aj (/=1,2, ...,s).

Различают два способа описания количественного состава систем, или технологических потоков — через абсолютные и относительные содержания компонентов.

Абсолютными содержаниями компонентов Л,- конкретной физико-химической системы M называют количества дім> указанных компонентов. Как правило, Çj являются аддитив­ ными функциями количества вещества и экстенсивными ве­

ных системах, содержащих несколько компонентов, одно­ значное определение значений Ѵ<.М) затруднительно, и тогда для выражения состава системы вместо Ѵім) берут Vffi — начальные объемы компонентов А,, которые последние име­ ли бы перед их изобарным изотермическим смешением при получении системы М.

Для выражения состава одной конкретной системы Мг содержащей s веществ, требуется s абсолютных содержаний компонентов q^ или Ѵ^.

Относительные содержания, или концентрации (если речь идет о гомогенных системах, или растворах), получают как отношения абсолютных содержаний компонентов. Широкое применение концентраций в химии и химической технологии обусловлено тем, что при определенных способах выражения они являются интенсивными величинами, входят в число па­

25

выражения относительных содержаний компонентов их мож­ но сгруппировать по следующим классам.

и объемные долевые содержания и соответствующие им про­ центные содержания.

2. Условно-долевые содержания (индексы).

В случае систем с большим числом неравноценных ком­ понентов несколько компонентов, в каком-то смысле наибо­ лее существенных, объединяют вместе. Это объединение ком­ понентов называют объединенным компонентом, входящие в него компоненты — простыми, а не входящие в их число — особыми компонентами.

воду или компоненты растворителя. Обычно используют ве­ совые, мольные или эквимольные (ион-эквивалентные) индек­ сы, причем нередко для удобства вместо величин х/ исполь­ зуют им кратные (100 х/ или 1000 х/).

Общим свойством относительных содержаний первого и второго класса является наличие уравнений связи, полу­ чаемых суммированием уравнений (11.11) по s компонентам

26

или суммированием (11.12) по первым k компонентам (по простым компонентам) :

/=і /=і

Наличие уравнений (11.14) означает, что если известны (s—1) величин Xj или (k—1) величин х/, то s-e или k-e значение может быть вычислено следующим образом:

физически безразмерны. Наряду с ними существуют и отно­ сительные содержания, являющиеся отношениями величин,,

объемными концентрациями), добавляя перед словом «объ­

27

§ 11.4. Материальный баланс квазиинертной системы с разветвленными потоками

Материальный баланс производства составляют для про­ верки правильности технологических расчетов и согласован­ ности технологических потоков по составу. Последнее обус­ ловлено тем, что данные о составе технологических потоков, являющиеся основой для технологических расчетов, обычно имеют погрешность, вызванную различными причинами, и

Если невязка материального баланса превышает допустимую величину, то говорят, что технологические потоки несогласованы по составу. Основными причинами этой несогласован­ ности являются неточность химического анализа потоков и погрешности вследствие нестационарности процессов, обу­ словливающие несоответствие состава выходящего входяще­ му в аппарат потоку.

Неточность химического анализа устраняется либо выбо­ ром более точного метода анализа, либо исключением недо­

в определении которых наименьшая. Несогласованность по­ токов из-за нестационарности процесса устраняют (или су­

применения математической статистики, для чего требуется, если это технически возможно, иметь данные о полном сос­ таве каждого технологического потока, т. е. данные о содер­ жании всех компонентов в каждом потоке. Кроме того, же­ лательны данные о величинах потоков во всех коммуникациях рассматриваемого производства. Эту информацию получают с помощью расходомеров.

На основе одного (например, суммарного) уравнения ма­ териального баланса, имеющего значительную невязку, нель­ зя ни выявить недостоверные данные, ни получить наиболее вероятные данные о величинах потоков или их компонентном составе. Поэтому необходимо использовать условия покомпо­ нентного баланса, преобразуя реальную систему в квази­ инертную. В таком случае производственные аппараты прев­ ращаются либо в накопители, либо в смесители, либо в раз­ делители. В дальнейшем остановимся на уравнениях матери­ ального баланса разделителя, поскольку остальные варианты (накопитель, смеситель) могут быть рассмотрены на основе

28