Разновидности уравнений материальных балансов ВТП. Материальные расчеты идеальных ВТП

1.

ЛЕКЦИЯ № 3
Материальный баланс (МБ) – аналитическое,
табличное или графическое выражение
закона сохранения массы в ВТП.
Разновидности МБ ВТП:
1) МБ компонентов;
2) МБ веществ;
3) МБ химических элементов.
Размерность – обычно кг (компонентов, веществ, элементов) на кг технологического
продукта (технологического сырья).
1

2.

I. УМБ компонентов
Доменная
печь
mим+mт+mок+mв+mоб=1+mшо+mун+mго
mв – удельный расход восстановителя
mоб - удельный расход обмуровки ТТР
(3.1)
mоб = mун = 0
В общем случае ВТП состоит
из топочного и
технологического процессов.
топ
топ
топ
топ
1 mок
mг.о
mш.о
mун
;
тех
mи.м mок
(или mв ) mоб
=
(3.2)
тех
тех
тех
1 mг.о
mш.о
mун
;
(3.3)
топ
Термическое разложение: mв = 0; mок mок – только окислитель для топочного
процесса.
топ
тех
Окислительные процессы: mв = 0; mок mок mок .
топ
Восстановительные процессы: mв > 0; mок mок .
2

3.

II. УМБ по вещ-вам, присутствующим в компонентах
Общее УМБ:
Nп
Nи
m j mi ,
j 1
(3.4)
i 1
m j – удельный выход j-го вещества с продуктами топочного и технологического
процессов, кг/кг тп;
mi – удельный расход i-го вещества, вводимого в топочный и технологический
процессы, кг/кг тп;
N п – число веществ, присутствующих в продуктах;
N и – число веществ, присутствующих в исходных (вводимых) компонентах.
УМБ по веществам,
технологического процессов:
входящим в состав компонентов топочного
для технологического процесса
N птех
j 1
для топочного процесса
m тех
j
N птоп
N итех
i 1
miтех ,
(3.5)
кг/кг (м3) топлива
(3.6)
N итоп
топ
m
m топ
j
i ,
j 1
кг/кг т.п.
и
i 1
В (3.6) величина mт 1.
3

4.

III. УМБ по отдельным химическим элементам
Для k-го химического элемента составляем УМБ по технологическому процессу
N птех
j 1
mkтех
,j
mkтех
,j
m тех
j
N итех
i 1
mkтех
,i ,
кг к − го элемента
кг тп
(3.7)
Mk
ak , j ,
Mj
(3.8)
M k – атомная масса (масса 1 кг-атома) k-го элемента, кг;
M j – молярная масса (масса 1 кмоля) j-го вещества, кг/кмоль;
ak , j – количество атомов k-го элемента в молекуле j-го вещества.
Замечание 1. Выражение
Mk
ak , j – это массовая доля k-го химического элемента
Mj
в j-м веществе. Это соображение помогает лучше понять формулу (3.8).
тех
Замечание 2. Отметим, что m j
M j – количество молей j-го вещества, поэтому
тех
для газообразных веществ удобнее использовать V j
22,4 , где V jтех – удельный
расход j-го газа, м3/кг т.п. В этом случае
mkтех
,j
ПРИМЕР.
V jтех
22,4
M k ak , j .
В УМБ по кислороду
тех
тех
mО,
m
СО2
СО2
16
2.
44
4

5.

Задачи материального расчета ВТП
Две характерные постановки задач материальных расчетов:
- первая постановка: задан состав только исходных
материалов;
- вторая постановка: и исходных материалов, и продуктов
процесса.
Выделяют материальные расчеты:
- идеальных ВТП;
- неравновесных ВТП;
- равновесных ВТП.
5

6.

I. Материальные расчеты идеальных ВТП (МР_ИВТП)
Исходные данные:
1) состав исходных компонентов;
2) перечень химических реакций.
Искомые величины:
1) удельные расходы исходных компонентов;
2) удельный выход продуктов ВТП;
3) состав продуктов ВТП.
Пример 3.1. Термическое разложение известняка
Исходные данные:
1) состав исходных компонентов: CaCO 3 100 %
2) перечень химических реакций:
CaCO3 CaO CO2
40 12 48
100
40 16
56
12 32
44
Решение:
1) удельный расход исходного материала (на кг технологического продукта):
mCaCO3
100 кг CaCO3
56 кг CaO
2) удельный выход углекислого газа:
mCO2
44 кг CO2
56 кг CaO
или
VCO2
22,4 м3 CO2
56 кг CaO
6