6.1 Закон збереження – застосування для розрахунку матеріальних потоків (матеріальний баланс)

Кожна технологiя будується та функцiонує за певними засадами, законами та правилам, деякi з котрих є спiльними для великої кiлькостi технологiчних систем. До загальних законiв вiдносяться фундаментальнi закони природи, фiлософськi, фiзичнi, хiмiчнi тощо. Такими, що найбiльше приймаються до уваги при аналiзуваннi чи розробцi технологiй, є закон збереження, закон кiнетики протiкання процесiв та закони перетворення.

Закон збереження застосовується у виглядi матерiальних чи теплових балансiв при аналiзуваннi матерiальних енергетичних потокiв у технологiчних системах. Матеріальний баланс є розділом технологічного регламенту та може бути складений на одиницю продукції, що виготовляється або основної сировини. Він складається стосовно одного виробничого потоку або на річну продуктивність виробництва в цілому. Баланс може бути представлений у вигляді схеми з зазначенням усіх вхідних потоків, з нанесенням на неї всіх стадій та переробок, що змінюють кількісні або якісні показники технологічних потоків. Для малостадійних виробництв баланс може бути представлений у вигляді таблиць з характеристиками якісних і кількісних показників усіх потоків. Широко вживаним є визначення за допомогою балансу продуктивності процесів та необхідних витрат енергоносіїв.

Наприклад, для процесу випарювання складається розрахункова схема (рис. 5.1)

Рисунок 1 – Схема для складання енергетичного балансу випарного апарату

та балансові рівняння –

матеріальний баланс по речовинах, що надходять та виходять з апарату, кг/с:

G = G_уп + W

матеріальний баланс по сухих речовинах, що надходять та виходять з апарату, кг/с:

G В_п = G_уп В_уп

енергетичний баланс:

ΣQ_i = 0 , або Q + Q_т – Q_вт – Q_уп – Q_кд = 0;

у розгорнутому вигляді:

G c t₁ + D h – Wh_вт – G_уп c_уп t_уп – D_кд c_кд t_кд = 0 ,

де G, G_уп–продуктивність апарату по вихідному та упареному розчину, кг/с;

W – витрата вторинної пари, кг/с;

D – витрата гріючої пари, кг/с;

В_п , В_уп - концентрація сухих речовин у вихідному та випареному

розчині, кг/кг;

ΣQ_i – сума теплової потужності, що надходить до апарату з вихідним розчином (Q =G c t₁) та теплоносієм ­– гріючою парою (Q_т = Dh) а також теплової потужності, що виходить з апарату з вторинною парою (Q_вт=Wh_вт), упареним розчином (Q_уп =G_уп c_уп t_уп) та конденсатом гріючої пари (Q_кд =D_кд c_кд t_кд) , Вт;

h, h_вт – ентальпія (енерговміст) гріючої та вторинної пари, Дж / кг;

t₁ , t_уп , t_кд – температура вихідного, упареного розчину та конденсату гріючої пари, °С.

З наведених рівнянь визначають G_уп , W та D при заданих з технологічних умов G, В_п , В_уп та температурах, а також визначених з довідкових джерел величин ентальпій та теплоємностей.