Расчет материального баланса ХТП
Украинский государственный химико-технологический университет
КАФЕДРА общей химической технологии
Расчеты в курсе
Общей химической технологии
Днепропетровск
2004 год
УДК 669.01.010(075.8)
Расчеты процессов и реакторов в курсе общей химической технологии.- Украинский государственный химико - технологический университет. - Днепропетровск, 2004. - 104 с.
Учебное пособие содержит пояснения и примеры решения задач в курсе общей химической технологии.
Предназначено для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения.
Авторы: д.т.н. В.Д. Барский, д.х.н. Л.А. Снежко, к.т.н. А.А. Чернышев.
Рекомендовано Ученым Советом
Украинского государственного
химико-технологического университета
как учебное пособие
Днепропетровск 2004
Введение.. 6
1. Расчет материального баланса ХТП.. 7
1.1. Расчет приходной части баланса. 8
1.1.1. Расчет состава и расхода потока. 8
1.1.2. Газы и их смеси. 10
1.1.3.Способы выражения концентрации растворов. 11
1.1.4.Степень превращения и выход продуктов. 12
1.2. Расчет по уравнению химической реакции. 14
1.4. Расчет расходной части баланса. 15
1.5. Сводная таблица материального баланса. 15
1.6. Примеры решения задач. 16
1.6.1. Простейшие упражнения. 16
1.6.2.Расчет состава равновесной смеси и степени превращения. 18
1.6.3. Расчет материального баланса обратимых реакций. 19
1.6.4.Расчет материального баланса обратимых реакций, протекающих при смешении газовых потоков 24
1.6.5. Расчет материального баланса обратимых реакций при заданной производительности реактора 26
1.6.6. Расчет материального баланса при одновременном протекании нескольких реакций. 30
2. РАСЧЕТ теплового баланса хТП.. 36
2.1. Основные расчетные соотношения. 36
2.2. Примеры решения задач. 39
3. Расчет химических реакторов.. 45
3.1. Основные расчетные соотношения. 45
3.2. Примеры решения задач. 52
4. Расчеты на персональных компьютерах.. 57
4.1. Расчет Кр 57
4.2. Расчет равновесной степени превращения ХА*. 58
4.3. Расчет реактора с использованием эмпирических зависимостей. 61
4.3.1. Программа расчета реактора средствами Mathcad. 62
Литература.. 67
Приложения.. 68
Приложение 1. Термодинамические свойства веществ. 68
Приложение 2. Средняя мольная теплоемкость веществ. 70
Приложение 3. Соотношения размерностей физических величин. 70
Контрольные вопросы... 72
Раздел 1. 72
Раздел 2. 73
Раздел 3. 74
Раздел 4. 76
Раздел 5. 77
Раздел 6. 78
Задачи.. 80
Задание 1. 80
Задание 2. 80
Задание 3. 82
Задание 4. 82
Задание 5. 84
Задание 6. 86
Задание 7. 89
Задание 8. 93
Задание 9. 96
Задание 10. 98
Задание 11. 100
Задание 12. 101
Задание 13. 102
Задание 14. 104
Введение
Курс общей химической технологии обобщает знания, полученные студентами по физике, общей, аналитической и физической химии. Расчетный практикум призван дать навыки вычислений основных показателей химико-технологического процесса (ХТП) – степени превращения сырья, выхода продуктов, селективности. Успешное выполнение контрольных заданий зависит также от умения определять концентрации взаимодействующих веществ, выполнять вычисления по стехиометрическим уравнениям, свободно владеть пересчетами из одних размерностей в другие, понимать и применять основные принципы составления балансовых уравнений.
Исходя из этих соображений, авторы включили в предлагаемое пособие задачи нарастающей сложности, призванные, с одной стороны, закрепить основные элементы расчетов из общих химических курсов, а с другой – дать представления об алгоритме расчета реакторов, основанном на решении уравнений гидродинамики, термодинамики, кинетики, материального и теплового балансов. В данном пособии сделана попытка последовательного подведения студента к выполнению расчета реактора в целом после овладения отдельными элементарными этапами вычислений.
В настоящем пособии впервые предлагается унифицированная форма составления балансовых задач, облегчающая их компьютерное решение. Даны подробные комментарии и примеры решения задач, в том числе с применением ПЭВМ в программах Excel и Mathcad.
Приведены контрольные вопросы по программе курса ОХТ и варианты заданий для расчетных и лабораторных занятий, а также для выполнения контрольных работ студентами заочного отделения.
Расчет материального баланса ХТП
Материальный баланс устанавливает связь между вещественными потоками на входе и выходе ХТП. В основе материального баланса лежат расчеты по стехиометрическим уравнениям химических реакций. Критерием правильного решения задачи является схождение приходной и расходной частей баланса по массам исходных веществ и продуктов:
Smi,0 = Smi, (1.1)
где mi,0 и mi, - массовый расход i -го индивидуального компонента смеси, кг/ч.
Некоторые компоненты исходной смеси, например, вещество И, могут не участвовать в химических превращениях, однако их присутствие обязательно следует учитывать в балансе массы.
Схема составления материального баланса химико-технологического процесса представлена на рис.1.
А,В, R, S,И химические превращения А,В, R, S,И
nаА+nвВ = nrR+nsS