Материальный баланс

Пример расчета.Определить расход воздуха для осуществления процесса горения 1 кг топлива, содержащего Ср/100 углерода, Sp/100 серы и Нр/100 водорода.

Решение. Расход кислорода определяется из стехиометрических уравнений горения топлива:

- для углерода

- для водорода

- для серы

Объем кислорода (м³), необходимый для полного сгорания 1 кг топлива составляет:

Практически потребность в воздухе несколько больше, что связано с составом топлива, конструкцией топочного устройства и горелки, и определяется коэффициентом избытка воздуха α:

Далее записывается в виде таблицы материальный баланс процесса горения топлива

Пример 1.Составить материальный баланс (кг/ч) печи для сжигания серы производительностью W= 60 т/сут. Степень окисления серы 0,95 (остальная сера возгоняется и сгорает вне печи). Коэффициент избытка воздуха α = 1,5.

Составить материальный баланс.

Составляется уравнение окисления серы кислородом:

S + O₂ = SO₂.

Находится содержание кислорода потребляемого для горения

W= 60 т/сут 0,95

Находится содержание азота в воздухе, истраченном на горение серы

Находится содержание воздуха с учетом горения и избытка в 50 %. (общее количество воздуха)

Определяются потери серы на возгонку.

Составление таблицы материального баланса

Пример 2. Составить материальный баланс производства криолита (на 1 кг), если процесс описывается суммарным уравнением:

2А1(ОН)₃ + 12НF + 3Nа₂СО₃ = 2Nа₃ А1F₆ + 3СО₂ + 9Н₂О.

Плавиковая кислота вводится в процесс в виде 15 %-го раствора НF в воде. Сода берется с 4%-ми недостачи от стехиометрии (для обеспечения необходимой остаточной кислотности).

Пример 3. Определить расход технического карбида кальция, со­держащего 85 % СаС₂, для получения 1000л ацетилена, если степень разложения СаС₂ составляет 0,92:

СаС₂ + Н₂О = СаО + С₂Н₂.

Составить материальный баланс.

Пример 4. Рассчитать расход сульфата натрия, содержащего

95 % Na₂SO₄ и электролитического водорода с содержанием 97 % (масс.) Н₂ на 1 т технического сульфида натрия (96 % Na₂S):

Na₂SO₄ + 4 Н₂ = Na₂S + 4 Н₂О

На побочные реакции расходуется 2 % сульфата натрия и технического водорода от теоретически необходимого для полу­чения 1 т технического продукта.

Составить материальный баланс.

Пример 5. Определить расходный коэффициент для технического карбида кальция в производстве ацетилена (на 1000 кг ацетиле­на). Содержание СаС₂ в техническом продукте 83%, а степень использования СаС₂ в производстве 0,88. Составить материальный баланс.

Тепловой баланс

Пример 6Рассчитать теоретическую темпера­туру горения природного газа метана (теплота сго­рания 890 31 кДж/моль ) при избытке воздуха 25 %

(а = 1,25).

Решение. Реакция горения метана:

При начальной температуре метана и воздуха 0 ^оС, заданной температуре горения тепловой баланс выражается уравнением:

Пример 7

В реакторе вода в количестве 5000 кг нагрева­ется острым паром под давлением 2 атм. Определить время, необходимое для нагрева воды от t_o — 15°С до t — 90°С, ес­ли расход пара G — 0,50 ^кг/с. Потери тепла в окружающую среду Q_n = 15/кВт. Найти закон изменения температуры во времени.

Решение. Острый пар конденсируется в воде, поэтому в момент τколиче­ство воды равно М + G_τ .

Уравнение теплового баланса имеет вид:

После подстановки в это уравнение числовых значений найдем закон изменения температуры от времени:

Лекция 12