Материальный баланс реактора
Основные понятия Для расчета материального баланса необходимо повторить ряд фундаментальных понятий. Количество вещества (N)определяется совокупностью структурных элементов (атомов молекул, ионов и т.п.). Количество вещества измеряют в молях. Молемназывает такое количество вещества, в котором содержится столько же структурных элементов (или их групп), сколько в 12 граммах (точно) изотопа углерода С12. Это число называют постоянной Авагадро.Постоянная Авагадро равна приблизительно 6,02252∙1023 моль-1 (или 6,02252 ∙1026 киломоль-1) структурных элементов. В промышленных крупнотоннажных производствах количество вещества часто предпочитают измерять не в молях, а в киломолях.Киломоль в тысячу раз больше, чем моль. Молярной массой (М)называют отношение массы вещества к количеству вещества. Иначе говоря, молярная масса — это масса одного моля или киломоля и ее несложно рассчитать с помощью таблицы Д.И.Менделеева. Молярная масса измеряется в г/моль или кг/кмоль. Молярный объем (Vm)- это отношение объема вещества к количеству вещества. Иначе говоря, молярный объем - это объем одного моля или киломоля газообразного вещества, взятый при нормальных условиях. Для идеального газа при н. у. молярный объем составляет 22,4 л/моль или м3/кмоль. Используя молярную массу и молярный объем можно пересчитать количество молей соответственно в массу или объем вещества по формулам: Gi = Mi ∙Ni (4.1.1) Vi = Vm∙Ni, (4.1.2) где Gi – масса i-го вещества (кг), Vi – объем (м3), Mi - молярная масса (кг/кмоль), Vm -молярный объем (м3/кмоль). В химико-технологических расчетах используют различные способы выражения концентрации веществ, перечислим наиболее распространенные из них. Мольная доля (Zмольн.) – это отношение количества молей одного из компонентов смеси ( Ni) к общему количеству молей всей смеси (∑Ni): Zмольн. = Ni/∑Ni . (4.1.3) Объемная доля (Zоб.) – это отношение объема одного из компонентов смеси (Vi) к общему объему всей смеси (∑Vi): Zоб. = Vi /∑Vi. (4.1.4) Для идеальных газов при нормальных условиях мольные и объемные доли численно совпадают. Массовая доля (Zмасс.) – это отношение массы одного из компонентов смеси (Gi) к общей массе всей смеси (∑Gi): Zмасс. = Gi /∑Gi. (4.1.5) Численно мольные, объемные и массовые доли выражаются в долях единицы, при умножении их на 100% можно получитьмольные, объемные и массовые проценты, соответственно. Алгоритм расчета материального баланса реактора Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы вещества: ∑Gприх = ∑Gрасх. (4.1.6) Материальный баланс может быть представлен в виде уравнений или таблицы (табл. 4.1.1), левую часть которой называют приходной и записывают в нее все сырьевые потоки, поступающие в ХТС или реактор. Правая часть именуется расходной, в нее записывают все потоки, покидающие ХТС или реактор, в том числе потоки продуктов (целевых и побочных), непрореагировавшего сырья и потери. Чаще всего материальный баланс рассчитывают в единицах массы (кг или т), однако в качестве промежуточной единицы расчета лучше использовать киломоли. Для модельной реакции (3.2) , где А, В – исходные реагенты; C, D – продукты реакции, a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты, а в скобках записано присутствующее в смесях инертное вещество I, схему движения потоков можно представить в следующем виде:
Рисунок 4.1.1 – Схема движения потоков через реактор Таблица 4.1.1 - Обобщенная форма таблицы материального баланса реактора
Парциальные мольные потоки веществ (кмоль в единицу времени) обозначим буквой N, массовые (килограмм в единицу времени)– буквой G. Потоки снабдим индексами. Первый индекс обозначит вещество. Ноль будет обозначать смесь. Второй индекс будет соответствовать номеру потока (смеси). Например, NA1 обозначает мольный поток вещества A в составе первой (начальной) смеси, GC2 – массовый поток вещества C во второй (конечной) смеси. G01,– массовый поток первой смеси, а N02 – мольный поток второй смеси. Учтем, что материальный баланс проточного реактора рассчитывают почти всегда при стационарном режиме, когда все параметры процесса во времени не изменяются (поэтому в условии задачи о стационарном режиме обычно вообще не упоминают). Таким образом, можно составить уравнения по каждому веществу, описывающие изменение его количества в ходе реакции: NA1 – ΔNA= NA2; (4.1.7) NB1 – ΔNВ = NB2; (4.1.8) NC1 + ΔNС = NC2; (4.1.9) ND1 + ΔND = ND2; (4.1.10) NI1 = NI2, (4.1.11) где NA1, NB1, NC1, ND1, NI1 – мольные потоки веществ в начальной смеси; NA2, NB2, NC2, ND2, NI2 – мольные потоки веществ в конечной смеси; ΔNA, ΔNB, ΔNC, ΔND – изменения количества молей веществ в результате реакции (приращения), которые связаны между собой следующим соотношением: , (4.1.12) т. е. через приращение одного вещества, обычно ключевого компонента, можно выразить изменение количества остальных веществ, участвующих в реакции (количество инертного вещества остается неизменным), например: ; ; . (4.1.13) Суммарные мольные потоки на входе и на выходе из реактора рассчитываются по уравнениям: N01 = NA1 + NB1 + NC1 + ND1 + NI1, (4.1.14) N02 = NA2 + NB2 + NC2 + ND2 + NI2. (4.1.15) Массовые потоки по каждому веществу определяются с учетом молярной массы по формуле (4.1.1). Суммарные массовые потоки на входе и на выходе из реактора рассчитываются по уравнениям: G01 =MА∙NA1 + MB∙NB1 + MC∙NC1 + MD∙ND1 + MI∙NI1, (4.1.16) G02 = MА∙NA2 + MB∙NB2 + MC∙NC2 + MD∙ND1 + MI∙NI2. (4.1.17) При необходимости рассчитываются объемные потоки (в случае протекания газовых реакций) и концентрации веществ (мольные, объемные или массовые доли). По результатам материального баланса можно определить значение критериев эффективности протекания химико-технологического процесса и рассчитать тепловой баланс реактора.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (2581)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |