Общие принципы расчета процессов и аппаратов

Расчет процессов и аппаратов состоит из следующих этапов:

  • - определение условий равновесного состояния системы;
  • - расчет расхода товарного продукта, а также потребной энергии (тепла) и расхода теплоносителей;
  • - определение оптимальных режимов работы и рабочей поверхности или объема аппаратов;
  • - вычисление основных размеров аппаратов.

Пользуясь данными равновесного состояния процесса, находят предельные значения параметров процесса, необходимые для вычисления его движущей силы. Затем составляются материальные и энергетические балансы исходя из законов сохранения массы и энергии. Последующий этап представляет собой расчет кинетики процесса (скорости его протекания). По Данным о скорости и величине движущей силы при выбранном оптимальном режиме работы аппарата находят его рабочую поверхность или объем. Зная величину поверхности или объема, определяют основные размеры аппарата.

Материальный баланс.

По закону сохранения массы количество поступающих веществ ^GH должно быть равно количеству веществ GK , получаемых после завершения процесса, т.е. без учета потерь:

Однако в практических условиях неизбежны потери веществ (?Gn), поэтому

Материальный баланс составляют как для отдельного процесса, так и для всей технологической системы. Баланс может быть составлен как для всех компонентов, участвующих в процессе, так и для одного из компонентов, если рассматриваются двух- или многокомпонентные смеси. Так, материальный баланс процесса сушки составляют как по всему влажному материалу, поступающему на сушку, так и по одному из его компонентов - количеству абсолютно сухого вещества или количеству влаги, содержащейся в высушиваемом материале. Баланс составляют за единицу времени.

На основе материального баланса определяют выход продукта. Выход продукта обычно рассчитывают на единицу затраченного сырья. При наличии нескольких видов сырья выход выражают по отношению к какому-либо одному из них. Расход исходных материалов обычно превышает теоретический из-за потерь реагирующих веществ (через неплотности аппаратуры).

Энергетический баланс составляют на основе закона сохранения энергии, согласно которому количество энергии, введенной в процесс, равно количеству выделившейся энергии, т.е. приход энергии равен ее расходу. Проведение химико-технологических процессов обычно связано с затратой различных видов энергии - механической, электрической и др. Эти процессы часто сопровождаются изменением энтальпии системы, в частности, вследствие изменения агрегатного состояния веществ (испарения, конденсации, плавления и т.д.). В химических процессах очень большое значение может иметь тепловой эффект протекающих реакций.

Составной частью энергетического баланса является тепловой баланс, который в общем виде выражается уравнением

При этом количество подводимого тепла

где Q| - тепло, подводимое с исходными веществам; Q2 - тепло, подводимое извне, (например, с теплоносителем, обогревающим аппарат); Q3 - тепловой эффект физических или химических превращений (если тепло в ходе процесса поглощается, то этот член входит с отрицательным знаком); - потери тепла.

Количество отводимого тепла ^??к складывается из тепла, удаляющегося с конечными продуктами, и отводимого с теплоносителем (например, с охлаждающим агентом).

В энергетическом балансе, кроме тепла, учитывается приход и расход всех видов энергии (например, затраты механической энергии на перемещение или сжатие жидкостей или транспортирование газов).

На основании теплового баланса находят расход водяного пара, воды и других теплоносителей, а по данным энергетического баланса - общий расход энергии на осуществление процесса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >