Материальный баланс (МБ)

Рис.1.1. Распределение фаз в многофазной системе

Г

P_I

P_II
) Продукты процесса – сложная многофазная среда.
Уравнения МБ и
уравнения равновесия между фазами.
– Закон Генри – уравнение равновесия
между Г и P_I:
, где Г – константа Генри;
– уравнение Рауля (при испарении) : ,
где – мольная концентрация i-го элемента в газовой смеси;
– давление насыщения i-го элемента в газовой смеси;
– уравнение распределения на границе раздела фаз P_I – P_II : ,
где L – коэффициент пропорциональности, константа распределения (справ.).


Пример: паровая конверсия метана.
C H₄ + H₂O CO+ 3 H₂ – Q
C O + H₂O CO₂+ H₂ + Q
1–4. 4 уравнения МБ по элементам (C, O, H, N). Азот используется для промывки (балластный газ);
5. ;
6. ;
7. – уравнение нормировки.

3. 
   МБ для неравновесных процессов.
   

П родукты реакции имеют неравновесный состав, и реакция идет только в прямом направлении : А+В C+D
Расчет МБ ведется в зависимости от постановки задачи (Группа IV).

1. 
   Первая постановка.
   

ИД: 1) состав исходных компонентов и их соотношение;

2. 
   перечень химических реакций (как в идеальных процессах пп.1, 2);
   
3. 
   степень завершения каждой реакции _i.
   

Степень завершения =0, если исходные компоненты переходят в конечный продукт без химической реакции, например при сжигании топлива в среде воздуха, где азот является балластом.
ИВ: удельные расходы исходных компонентов и удельные выходы продуктов реакции с учетом заданной степени их завершения.
Решение по уравнениям типа (1.6) и (1.7), т.е. МБ по элементам.
Пример: обжиг известняка.
Исходные данные:

1. 
   % состав известняка: CaCO₃, MgCO₃, неразлагаемые компоненты (НК) – Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂ и т.д. (в реакции не участвуют); H₂O.
   

100 56 44 84 40 44

2. 
   CaCO₃  CaO + CO₂; MgCO₃  MgO + CO₂
   
3. 
   0 < ₁ <1; ₂ = 1 – зависят от температуры обжига.
   

Искомые величины: удельные расходы компонентов известняка и удельные выходы продуктов обжига.
Расчет ведется в относительных величинах (относительного исходного материала).
кг/кг исх. мат.

; ;
; m_НК=0,01НК;
;
– объемный выход газовых отходов, м³/кг _ИМ;

2. 
   Вторая постановка.
   

ИД: 1) состав исходных компонентов и их соотношение;
2) состав продуктов процесса;
3) может быть задан тип реакции.
ИВ: удельные расходы исходных компонентов и удельные выходы продуктов реакции.
Решение по уравнениям типа (1.6) и (1.7), т.е. МБ по элементам.
Пример: кислородная газификация углерода (тв. топлива).