где AF,- — изменение молярного потока вещества, кмоль/ч.
При этом принимается, что стехиометрические коэффициенты для расходуемых веществ берутся со знаком «минус» (-), а для получающихся — со знаком «плюс» (+).
Используя (1.7) и (1.33), получим уравнения материального баланса:
Зная начальные условия реакций и щ или /} для одного из ее компонентов, можно по этим формулам найти η и F, а затем по формуле (1.34) — молярные количества или молярные потоки для других компонентов.
Пример 1.1. Рассмотрим реакцию этерификации фталевой кислоты
Составим материальный баланс реакции по заданным исходным данным (табл. 1.1).
Найдем я,д, «,· для всех компонентов.
Зная, что «до - 1 моль и пА- 0,4 моль, находим
Используя формулу (1.34), находим количество всех компонентов в реакционной смеси:
В результате реакции по стехиометрии число молей не изменяется. Проверим:
Пример 1.2. В реакции не всегда исходные вещества берутся в стехио- метрических отношениях. Одно из исходных веществ может бьггь взято в избытке для увеличения степени превращения другого или для ускорения реакции. Для рассмотренной в примере 1.1 реакции предположим:
Найдем η и я, для всех компонентов:
Как и в предыдущем примере, проверим:
Материальный баланс — основа технологических расчетов. Он служит для расчета объемов, схем разделения продуктов, характеристик процесса, кинетических закономерностей, оценки эффективности действующего и проектируемого производства, расходных коэффициентов.
Материальный баланс процесса представляется уравнением, левую часть которого составляет масса всех видов сырья и материалов , поступающих в реактор, правую — масса получаемых
продуктов плюс производственные потери Gnm:
Основой материального баланса являются законы стехиомет- рических соотношений и сохранения массы вещества. Материальный баланс составляется по уравнению суммарной реакции с учетом побочных реакций.
Баланс составляется на массу (кг, т), количество (моль, кмоль) или единицу массы (1 кг) либо единицу количества (1 моль), а при непрерывном производстве — на производительность по основному продукту (кг/ч, т/ч, кмоль/ч).
Для рассматриваемой реакции (1.35)
Исходя из количества (кмоль) и молекулярных масс веществ (см. табл. 1.1) можно записать:
Так как мы составляем теоретический баланс, то Gnm = 0.
Массовые и мольные доли соединений рассчитываются соответственно по уравнениям (1.37) и (1.38):
Следует иметь в виду, что суммарное количество вещества (молей) исходных соединений и суммарное количество (число молей) продуктов реакции могут совпадать или не совпадать в зависимости от стехиометрии реакции, что сумма массовых и мольных долей всех исходных соединений и продуктов реакции равны 1, или 100% (табл. 1.2).
|