Главная
Задачи по химии на материальный баланс: 1.6. Примеры решения задач

Задачи по химии на материальный баланс: 1.6. Примеры решения задач

Содержание

Задачи, включаемые в задание 33 тестов ЕГЭ

Задачи,
включаемые
в задание 33
тестов ЕГЭ

2. Общие принципы решения расчетных задач по химии

• 1 этап: составить уравнение реакций тех
превращений, которые упоминаются в
условии задачи.
• 2 этап: рассчитать количества и массы «чистых
веществ».
• 3 этап: установить причинно-следственные
связи между реагирующими веществами, т.е.
определить – количество какого вещества
требуется найти и по какому из реагирующих
веществ будет производиться расчет.

3. Общие принципы решения расчетных задач по химии

• 4 этап: произвести расчеты по уравнению (ям) реакций, т.е. рассчитать количество
искомого вещества, после чего найти его
массу (или объем газа).
• 5 этап: ответить на дополнительные
вопросы, сформулированные в условии.

4. Задачи, включаемые в задание части С4 тестов ЕГЭ, можно условно разделить на пять групп

Расчеты по уравнениям
реакций
Задачи на смеси
веществ
Нахождение массовой доли
одного из продуктов реакции
в растворе по уравнению
материального баланса
Определение состава
продукта
(задачи на «тип соли»)
Нахождение массы одного из
исходных веществ по уравнению
материального баланса

5.

Расчеты по уравнениям реакций• К раствору, образовавшемуся в результате
взаимодействия 18,2г фосфида кальция и
400мл 5%-ного раствора соляной кислоты
(ρ=1,1г\мл), добавили 193,2г 5%-ного
раствора карбоната калия. Определите
массу образовавшегося осадка и объем
выделившегося газа (н.у.).

1) Уравнения реакций:
Ca3P2 + 6HCl = 3CaCl2 +2Ph4
(1)
CaCl2 + K2CO3 =CaCO3↓ +2KCl (2).
2)Количества реагирующих веществ (количества «чистых» реагирующих веществ):
n =mв-ва /Mв-ва; mв-ва=W ∙ mр-ра; mр-ра=ρ∙V
а) количество HCl:
mр-ра (HCl) = 1,1∙400=440г
m (HCl) =0,05 ∙440=22г
n(HCl) =22/36,5≈0,603≈0,6 моль
n(HCl) = W∙ ρ∙V\ Mв-ва =0,05∙1,1∙400∕36,5=0,6 моль
б) количество K2CO3
m (K2CO3) =0,05∙193,5=9,675г
n (K2CO3)=9,675 ∕138≈0,07 моль
в) количество Ca3P2
n (Ca3P2)=18,2∕ 182= 0,1 моль
3)По уравнению (1) (количество CaCl2 и Ph4 можно найти либо по Ca3P2, либо по HCl, следовательно, необходимо будет
провести проверку на «избыток – недостаток» и производить расчет по «недостатку»)
а) n (Ca3P2) : n(HCl) : n(CaCl2) : n (Ph4)=1:6:3:2, следовательно: Ca3P2 и HCl взяты в количествах, соответствующих уравнению
реакции (эквимолярные количества) , и прореагируют полностью.
б) n (CaCl2) =3n(Ca3P2)=0,1∙3=0,3 моль
в) n (Ph4)= 2n (Ca3P2)=0,1∙2=).2 моль
V(Ph4)= n∙Vм =0,2∙22,4=4,48л
4)По уравнению (2)
n (CaCl2): n (K2CO3): n (CaCO3) =1:1:1, следовательно:
а) в избытке CaCl2 в количестве (0,3-0,07) =0,23 моль и
б) n (CaCO3) = n (K2CO3)= 0,07 моль
m(CaCO3)= n∙ Mв-ва=0,07 ∙100=7г.

7. Задачи на смеси веществ

• На нейтрализацию 7,6 г смеси муравьиной
и уксусной кислот израсходовано 35 мл
20%-ного раствора гидроксида калия (ρ=
1,20 г\мл). Рассчитайте массу уксусной
кислоты и ее массовую долю в исходной
смеси.

1) Уравнения реакций:
НСООН + КОН=НСООК + Н2О
(1)
СН3СООН + КОН = СН3СООК + Н2О
(2).
2) Количество КОН:
n =mв-ва /Mв-ва; mв-ва=W ∙ mр-ра; mр-ра=ρ∙V
mр-ра =1,20∙35=42г;
mв-ва =0,2∙42=8,4г;
n (КОН) =8,4∕56=0,15 моль.
3) Пусть в смеси
n (НСООН) =X моль, n (СН3СООН) =У моль, тогда
а) m (НСООН) =X 46г, m(СН3СООН) =У 60г
б) по уравнению (1) n (КОН) = n (НСООН) =X моль
в) по уравнению (2) n (КОН) = n (СН3СООН) =У моль
г) Составляем и решаем систему уравнений
X 46г + У60 =7,6
X =0,1 моль НСООН
X + У =0,15
У =0,05 моль СН3СООН
4) Массовая доля СН3СООН в смеси:
m(СН3СООН) =0,05 ∙ 60 =3г
W(СН3СООН) = m(СН3СООН)∕ m (смеси) = 3∕7,6=0,947≈39,5%

9.

Определение состава продукта реакции (задачи на «тип соли»)• Аммиак, объемом 4,48л (н.у.) пропустили
через 200г 4,9% -ного раствора
ортофосфорной кислоты. Назовите соль,
образующуюся в результате реакции,
определите ее массу.

1) Количество вещества аммиака:
n (Nh4) =V∕VM =4,48∕22,4=0,2 моль
2) Масса и количество вещества Н3РО4:
mв-ва=W ∙ mр-ра; m (Н3РО4)=0,049∙200=9,8г
n =mв-ва /Mв-ва; n(Н3РО4)=9,8∕98=0,1 моль
3) а) Nh4+Н3РО4=Nh5h3PO4
По уравнению реакции
n (Nh4): n(Н3РО4): n(Nh5h3PO4) =1:1:1, следовательно,
в избытке Nh4 в количестве (0,2-0,1)= 0,1 моль.
n(Nh5h3PO4) = n(Н3РО4) =0,1 моль
б) Nh4+Nh5h3PO4 = (Nh5)2 HPO4
По уравнению реакции
n (Nh4): n(Nh5h3PO4): n((Nh5)2 HPO4)=1:1:1, следовательно,
Nh4 и Nh5h3PO4 прореагируют полностью
n((Nh5)2 HPO4)= n (Nh4)=0,1 моль
4) Масса гидрофосфата аммония Nh5h3PO4
mв-ва =n∙ Mв-ва
m (Nh5h3PO4) =0,1 ∙132=13,2г.

11. Нахождение массовой доли одного из продуктов реакции в растворе по уравнению материального баланса

• Оксид, образовавшийся при
сжиганиии18,6г фосфора в 44,8л (н. у.)
кислорода, растворили в 100мл
дистиллированной воды. Рассчитайте
массовую долю ортофосфорной кислоты в
полученном растворе.

1) Уравнения реакций:
4Р +5О2 = 2Р2О5
Р2О5 + 3Н2О = 2 Н3РО4
2) Количества и массы реагирующих веществ:
mр-ра=ρ∙V; n =mв-ва /Mв-ва; n =V∕VM
а) количество воды
m (Н2О)=1∙100=100г
n (Н2О)= 100∕18=5,56 моль
б) количество фосфора
n (Р) =18,6∕31 = 0,6 моль
в) количество кислорода
n (О2) =44,8∕22,4=2 моль
3) По уравнению (1)
n (Р) : n (О2) : n (Р2О5) =4:5:2, следовательно,
а) в избытке кислород в количестве (2-0,6∙5∕4) =1.25 моль
б) n (Р2О5) = 0,5 n (Р) = 0,6∕2 = 0,3 моль
m(Р2О5) = 0,3∙142=42,6г.
4) По уравнению (2)
n (Р2О5): n (Н3РО4) =1:2
n (Н3РО4) =2 n (Р2О5)=2 ∙0,3 = 0,6 моль,
m(Н3РО4) = 0,6 ∙98=58,8 г.
5) Рассчитываем массовую долю Н3РО4:
W(Н3РО4) = mв-ва(Н3РО4)∕ mр-ра(Н3РО4)
mр-ра(Н3РО4) = m(Р2О5)+ m (Н2О)=42,6+100=142,6г.
W(Н3РО4)=58,8∕142,6=0,4123, или 41,23%

13.

Нахождение массы одного из исходных веществ по уравнению материального баланса• Какую массу гидрида лития нужно
растворить в 200 мл воды, чтобы получить
раствор с массовой долей гидроксида 10%?
Какой цвет приобретет метилоранж при
добавлении его в полученный раствор?
Запишите уравнения реакций и результаты
промежуточных вычислений.
• 1) Уравнение реакции:
• LiH + h3O = LiOH +h3↑
(1)
• Так как образуется раствор щелочи LiOH, то индикатор
метилоранж окрасится в желтый цвет.
• 2) Формула для расчета массовой доли
W(LiOH) =
=
3) По уравнению реакции
n (LiH): n (h3O): n (LiOH): n (h3) =1:1:1:1;
Пусть прореагировало Х моль LiH, тогда m(LiH)= Х∙8г
n (LiOH)= n (LiH)= Х моль, m(LiОH)=Х∙24г
n (h3) = n (LiH) =Х моль, m(h3) =Х∙2г
m(h3)= ρ∙V=1∙200=200г.
4) По формуле (2)
0,1=24Х∕(8Х+200-2Х) → Х≈0,85 моль LiH
m(LiH)=0,85∙8=6,8г.
(2)

15. Литература

Серия «Готовимся к ЕГЭ», Химия.
Тематические тесты для подготовки к ЕГЭ.
Задания высокого уровня сложности (С1С5).
В.Н. Доронькин, А.Г. Бережная,
Т.В. Сажнева, В.А. Февралева;
Легион, Ростов-на-Дону, 2011г.

Задачи по химии на тему “Расчет по уравнению химических реакций”

1.      Определите массу фосфора в 46,5 г Ca3(PO4)2.

A) 4,65      B) 13,95     C) 13,25     D) 9,3     E) 0,15

  

2.      Рассчитайте массу образующегося HBr согласно уравнению реакции приведенной ниже, если масса прореагировавшего водорода равна 5 г

H2(г) + Br2(г) → 2HBr(г)

A) 202,5       B) 125       C) 300       D) 450     E) 405

 

3.      Рассчитайте, какую массу CaO можно получить при взаимодействии 2 г кальция с избытком кислорода?

2Ca(тв) + O2(г)→ 2CaO(тв)

A) 5,6        B) 1,4         C) 4,2         D) 11,2         E) 2,8

 

4.      Рассчитайте объем кислорода необходимый для сжигания 5,6 л водорода при н. у.

2H2(г) + O2(г) → 2H

2O(ж)

A) 2,8      B) 5,6        C) 11,2        D) 22,4        E) 16,8  

 

5.      Какое количество хлорида цинка образуется при взаимодействии 39 г цинка с избытком соляной кислоты?

Zn(тв) + 2HCl(р-р) → ZnCl2(р-р) + h3(г)

A) 136        B) 68        C) 39        D) 81,6        E) 40,8

 

6.      Сколько литров угарного газа СО образуется при сгорании 240 г углерода  в избытке кислорода согласно уравнению реакции?

2C + O2 → 2CO

A) 224       B) 896       C) 336       D) 448       E) 560

 

7.      Определите, какой объем углекислого газа (н.у.) выделится при взаимодействии 25,2 г пищевой соды NaHCO3 с избытком соляной кислоты HCl.

NaHCO3+ HCl→ NaCl + CO2↑+ H2O

A) 1,12     B) 6,72     C) 2,24     D) 13,44     E) 3,36  

 

8.       Какой объем кислорода при н.у. необходимо взять для получения 61,2 г оксида алюминия Al2O3 при сжигании металлического алюминия?

4Al + 3O2 2Al2O3

A) 5,6     B) 20,16     C) 11,2     D) 13,44     E) 15,68

 

9.      Сколько грамм фосфорной кислоты H3PO4 необходимо для нейтрализации 16,8 г гидроксида калия KOH?

3KOH + H3PO4 → K3PO4 + 3H2O

A) 9,8        B) 19,6        C) 29,4        D) 3,3        E) 4,2

 

10.  Сколько литров аммиака NH3 образуется при обработке 50 г Mg3N2 избытком воды при температуре 50оС и давлении 1,4 атм?

Mg3N2 + 6H2O → 3Mg(OH)2 + 2NH3

A) 9,9      B) 12,5       C) 24,6       D) 18,9       E) 25,0

 

11.  Неизвестный металл массой 14 г растворили в избытке раствора соляной кислоты.

Полученный в результате реакции газ имел объем 5,6 л измеренный при нормальных условиях. Определите неизвестный металл.

X(тв) + 2HCl(р-р) → XCl2(р-р) + H2(г)↑

A) Zn         B) Ca           C) Mn           D) Ni           E) Fe

 

12.  Рассчитайте сумму всех коэффициентов, если сбалансировать следующую реакцию.

__C2H6 + __O2 → __CO2 + __H2O

A)17           B) 18          C) 19          D) 20          E) 21

 

13.  Сжигание 19,2 г металла Х в атмосфере кислорода приводит к образованию оксида ХО массой 24 г. Установите молярную массу элемента Х.

2X(тв) + O2(г) → 2XO(тв)

A) 64          B) 40          C) 65          D) 52          E) 24

 

14.  Неизвестный газ имеет плотность 2,28 г/л при температуре 27оС и давлении 2 атм. Что за газ это может быть?

A) NO          B) CO2       C) CO       D) NH3         E) HCl

 

15.   Сколько грамм аммиака образуется из 13,44 л водорода (н.у.)?

N2 + 3H2 → 2NH3

A) 6,8         B) 3,4         C) 8,5         D) 5,1        E) 10,2  

 

16.  Разложение 8 г соединения XHCO3 согласно приведенному уравнению реакции приводит к образованию 0,23 л углекислого газа СО2 при температуре 77ос и давлении 5атм. Исходя из приведенных данных рассчитайте атомную массу элемента Х.

2XHCO3 X2CO3 + CO2 + H2O

A) 39           B) 7           C) 23           D) 18           E) 87

 

17.  Определите формулу соединения содержащего 39,5% калия, 28,2% железа и кислород.

A) KFeO2                     B) K2FeO3                    C) KFeO3

D) K3FeO4                           

E) K2FeO4  

 

18.  При нагревании 92,8 г карбоната неизвестного металла XCO3 образуется 17,92 л углекислого газа CO2 при н. у. Определите металла X.  

XCO3 XO + CO2

A) Fe          B) Ca          C) Zn          D) Mg          E) Mn

 

19.  Сколько литров кислорода образуется при разложении 18 г воды при н.у?

A) 5,6      B) 11,2      C) 22,4      D) 8,96      E) 13,44

 

20.  Рассчитайте массовую долю кислорода в соединении Х.

4Zn + 10HNO

3 → 4Zn(NO3)2 + X + 3H2O

A) 50%     B) 56%     C) 64%     D) 72%     E) 80%

 

21.  Рассчитайте сколько грамм гидроксида натрия необходимо для нейтрализации 80 мл 73%-ного раствора соляной кислоты с плотностью 1,5 г/мл.

NaOH + HCl → NaCl + H2O

A) 40         B) 74        C) 96         D) 108          E) 134

 

22.  При полной нейтрализации 51 г оксида Х2О3 образовалась соль XCl3 массой 133,5 г. Установите молярную массу элемента Х.

X2O3(тв) + 6HCl(р-р) → 2XCl3(р-р) + 3H2

O

A) 56          B) 27          C) 52          D) 48          E) 59

 

23.   Смесь, состоящая из 0,3 моль X2S и 0,5 моль X2O содержит 85,33% по массе элемента Х. Определите неизвестный металл Х.

A) Na          B) Cs          C) K           D) Cu             E) Rb

 

24.  Газовая смесь, состоящая из N2O и NO2 массой 31,7 г занимает объем 15,68 л при н.у. Определите массовую долю NO2 в смеси.

A) 65,3%                     B) 84,1%                    C) 52,7%

D) 44,4%                     E) 35,9%

 

25.  Сколько литров газов при н.у. образуется при разложении 4,1 г нитрата кальция Ca(NO3)2

Ca(NO3)2 CaO + 2NO2 + 1/2O2

A) 0,56      B) 1,12      C) 2,24      D) 3,36      E) 1,4  

 

26.  Определите Х в уравнении реакции.

3Cu + 8HNO3 → 3X + 2NO + 4H2O

A) CuNO3                             B) CuN                  C) Cu(NO3)2

D) Cu(NO3)3                     E) Cu(NO2)2

 

27.

  Сжиганием 3,9 г неизвестного металла был получен оксид ХО массой 4,86 г. Определите неизвестный металл.

2X + O2 2XO

A) 24          B) 65          C) 40          D) 56          E) 52

  

28.  Полное разложение оксалата кальция CaC2O4 приводит к образованию смеси газов объемом 1,23 л измеренных при 27ос и давлении 1,6 атм. Определите массу разложившегося оксалата кальция CaC2O4.

CaC2O4(тв)  CaO(тв) + CO2(г) + CO(г)

A) 5,18     B) 2,64     C) 3,48     D) 10,36     E) 20,72

 

29.  Рассчитайте массу вещества Х которую можно получить из 9,3 г фосфора.

3P + 5HNO3 + 2H2O → 3X + 5NO

A) 6,2      B) 42,6      C) 24,6      D) 25,4      E) 29,4

 

30.  Взаимодействие 44,4 г соединения X(OH)2 с избытком H3YO4 приводит к образованию 62 г соли X3(YO4)2 и 21,6 г воды. Используя приведенные данные рассчитайте атомые массы элементов X и Y.

3X(OH)2 + 2H3YO4 → X3(YO4)2 + 6H2O

A) 40 и 75                 B) 40 и 31               C) 65 и 31

D) 24 и 75                 E) 40 и 55

 

Реактор внутри и снаружи – Деятельность

(0 оценок)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 10 (9-11)

Необходимое время: 1 час

Расходные материалы Стоимость/группа: 2,00 долл. США

Размер группы: 2

Деятельность Зависимость:

8 Нет

предметных областей: Химия, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:

HS-PS1-7

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Студенты узнают о материальных балансах, фундаментальной концепции химической технологии. Они используют стехиометрию, чтобы предсказать массу углекислого газа, который выделяется после реакции измеренных количеств бикарбоната натрия с разбавленной уксусной кислотой. Затем учащиеся производят реакции химических веществ в небольшом реакторе, сделанном из пластиковой бутылки с водой и воздушного шара.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры-химики и биологические инженеры применяют основные принципы сохранения массы и энергии для проектирования и управления химическими и биологическими системами. Инженеры-химики рассчитывают энергетические балансы, чтобы помочь им разработать оборудование, используемое для разделения сырой нефти на полезные компоненты. Инженеры-химики используют материальные балансы, чтобы предсказать, сколько продукта будет произведено в результате химических реакций. Биоинженер использует материальные балансы для расчета эффективности клеточного метаболизма или для прогнозирования того, как быстро лекарства рассеиваются в организме. Инженеры используют эти концепции для производства новых материалов и повторного анализа старых производственных процессов, чтобы сделать их более безопасными, эффективными и менее вредными для окружающей среды.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Объясните, как закон сохранения массы можно использовать для предсказания продуктов химической реакции.
  • Вычисление преобразования молярной массы.
  • Приведите примеры проектов и продуктов химического машиностроения.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по сортам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS

ГС-ПС1-7. Используйте математические представления, чтобы поддержать утверждение о том, что атомы и, следовательно, масса сохраняются во время химической реакции. (9 класс- 12)

Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
Используйте математические представления явлений для подтверждения утверждений.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

 Тот факт, что атомы сохраняются, вместе со знанием химических свойств участвующих элементов можно использовать для описания и предсказания химических реакций.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

 Общее количество энергии и вещества в закрытых системах сохраняется.

Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!

Наука предполагает, что Вселенная представляет собой огромную единую систему, в которой непротиворечивы основные законы.

Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Подписывайся

Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!

PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.

Список материалов

Каждой группе нужно:

  • пластиковая бутылка для воды, 16 унций (480 мл), хороший размер (ополосните одну из мусорной корзины; без крышки)
  • баллон
  • ложка
  • стакан
  • Чтение материальных балансов, по одному на учащегося
  • Рабочий лист баланса массы тяжелого воздушного шара, по одному на группу
  • Рабочий лист оценки и усовершенствования, по одному на каждого учащегося

Для всего класса:

  • воронки (несколько)
  • измерительная шкала
  • пищевая сода, достаточно 1 коробки по 16 унций (454 г)
  • белый уксус, полгаллона (1,9 литра)

Рабочие листы и вложения

Материальные балансы Чтение (doc)

Показания материального баланса (pdf)

Рабочий лист баланса массы тяжелого воздушного шара (doc)

Таблица баланса массы тяжелого воздушного шара (pdf)

Ответы на рабочий лист тяжелого воздушного шара и баланса массы (doc)

Ответы на рабочий лист тяжелого воздушного шара и баланса массы (pdf)

Рабочий лист оценки и усовершенствования (doc)

Рабочий лист оценки и усовершенствования

(pdf)

Ответы на рабочий лист оценки и усовершенствования (doc)

Ответы на рабочий лист оценки и усовершенствования (pdf)

Посетите [www. teachengineering.org/activities/view/cub_massba_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше учебных программ, подобных этому

Урок средней школы

Теплопередача: от горячего к негорячему

Студенты изучают основные понятия теплопередачи и теплоты реакции. Сюда входят такие понятия, как физическая химия, уравнение теплопередачи и базовое понимание энергии и теплопередачи.

Теплопередача: от горячего к не

Урок средней школы

Близкие контакты полимерного типа

Учащиеся изучают основные характеристики полимеров, знакомя их с двумя категориями полимеров: термопласты и реактопласты. Во время демонстрации для учителей учащиеся наблюдают за уникальным поведением термопластов.

Близкие контакты полимерного типа

Предварительные знания

Базовая математика, алгебра, химия (стехиометрия и перевод единиц измерения)

Введение/Мотивация

Что общего у человека, двигателя и химического завода? Каждый тип химического реактора! Химический реактор – это сосуд, предназначенный для проведения химических реакций. Поступают материалы и энергия, создаются полезные продукты, а отходы уходят. Это основная концепция химической технологии.

Инженеры используют этот процесс для моделирования медицины у человека, газа в двигателе и углеводорода на химическом заводе. То, что входит в систему, должно либо остаться там, либо выйти наружу. То же самое относится и к энергии. В водонагреватель поступает вода определенной температуры; тепловая энергия поступает в воду, а выходит при более высокой температуре. Для этой деятельности мы сосредоточимся на материальных балансах.

(Раздайте учащимся «Материальные балансы для чтения» перед тем, как приступить к выполнению упражнений.)

Процедура

Фон

Ниже приводится информация, представленная в чтении материального баланса:

Что такое материальный баланс? Идея о том, что «то, что входит, должно выйти наружу» (если только оно не осталось в системе) кажется довольно простой, но она может быстро усложниться. Нужно ли сохранять объем входящего и исходящего объема? Или это масса? Могли ли это быть моли вещества? Что происходит, когда происходит химическая реакция или когда один из компонентов претерпевает фазовое изменение при кипячении или замерзании? В самом общем смысле материальный баланс относится к массе. При фазовых переходах и некоторых химических реакциях объем существенно изменяется и может меняться в зависимости от температуры и давления. В некоторых системах мы можем сбалансировать количество молей соединения, но в химических реакциях меняется и количество молей. Однако масса всегда сохраняется в химических и физических системах. Это означает, что масса не может быть ни создана, ни уничтожена. Его можно только переставить. На основе этого принципа, названного сохранение массы, инженеры используют следующее уравнение, на котором основывают свои расчеты материального баланса (запишите его на доске).

Вход – Выход + Генерация – Потребление = Накопление

В этом уравнении В относится ко всему, что находится в системе или течет в нее. Out относится ко всему, что удаляется или вытекает из системы. Поколение учитывает все, что генерируется в системе в результате химической реакции, а Потребление относится к тому, что используется в качестве топлива или меняет форму. Наконец, Накопление — это то, что остается в системе. Важно понимать, что это относится к конкретному виду или части системы.

Представьте себе костер. Деревянные бревна горят, образуя дым и пепел. Теперь давайте представим, что мы тоже раз в час подбрасываем поленья в огонь. Материальный баланс вокруг дерева будет выглядеть так:

Древесина в – Дрова сожжены = Древесина накоплена

Вход — это количество дров, подкладываемых в огонь каждый час, а потребление — это количество дров, сожженных или израсходованных в огне. Накопление — это то, что осталось утром в виде обугленных кусков дерева. Баланс по дыму выглядит иначе:

– Дым + Генерация дыма = 0

Поскольку весь дым улетает, он не скапливается. В огонь не добавляется дым, и огонь не подпитывается дымом, поэтому нет условий входа или потребления. Есть только дым генерирует при горении, а дым вылетает из системы. Балансы дров и дыма называются видовыми массовыми балансами, потому что они являются балансом определенной части системы.

Измерив массу дерева, которое мы поместили в систему, сколько осталось и сколько превратилось в пепел, мы можем рассчитать массу дыма, образующегося при пожаре. Это называется общим массовым балансом. Помните, что масса не может быть создана или уничтожена, поэтому в общем балансе масс есть только вход и выход.

В этом упражнении мы будем проводить массовый баланс видов и общий массовый баланс для реакции пищевой соды и уксуса, чтобы предсказать, сколько образуется углекислого газа. Затем мы прореагируем два химических вещества и уловим углекислый газ в воздушном шаре. Наконец, мы взвесим воздушный шар и сравним массу углекислого газа с предсказанной массой.

Перед занятием

  • Соберите материалы и сделайте копии Чтения материального баланса, Рабочего листа баланса массы тяжелого воздушного шара, Рабочего листа оценки и улучшения.
  • Перед началом эксперимента раздайте учащимся пособие по материальным балансам и дайте ему прочитать.

Со студентами

1. После того, как учащиеся закончат чтение материала «Материальные балансы», разделите класс на группы по два-три ученика в каждой.

Рис. 1. В ходе реакции баллон надувается, а раствор в бутылке с водой начинает пузыриться.

авторское право

Авторское право © Джеймс Прагер, программа ITL, Инженерный колледж, Колорадский университет в Боулдере

2. Дайте каждой группе рабочий лист «Баланс массы тяжелого воздушного шара». Процедура следующая:

  • Выполните вычисления на листе.
  • Получите пустую бутылку из-под воды, воздушный шар и воронку. Взвесьте баллон и бутылку и запишите их массу в таблицу данных.
  • Отмерьте 0,1 моль (8,4 грамма) пищевой соды и положите ее в бутылку с водой.
  • Налейте 0,1 моль (~120 мл уксуса) уксусной кислоты в химический стакан.
  • Когда один человек будет готов поставить воздушный шар на горлышко бутылки, используйте воронку, чтобы налить уксус в бутылку. Быстро накройте горлышко бутылки воздушным шаром (см. рисунок 1).
  • Аккуратно взболтайте раствор, чтобы убедиться, что он реагирует.
  • Когда раствор перестанет пузыриться и реакция завершится, найдите массу всего аппарата и запишите ее в свою таблицу данных.
  • Осторожно извлеките баллон из бутылки, следя за тем, чтобы из баллона не вышел газ. Завяжите его, чтобы убедиться, что никто не сбежит.
  • Взвесьте воздушный шар и запишите результаты.

3. Всем классом просмотрите рабочий лист «Тяжелый воздушный шар — баланс массы».

4. Пусть каждый учащийся заполнит свой собственный рабочий лист оценки и улучшения.

5. Завершите обсуждение в классе, которое помещает эксперимент в контекст реального мира, например, в химическую технологию, которая может быть выполнена на нефтеперерабатывающем заводе. Задайте учащимся вопросы из раздела «Исследующие вопросы».

Словарь/Определения

баланс массы: тип материального баланса, при котором мы уравновешиваем массу материала, поступающего в систему и покидающего ее.

материальный баланс: Учет всего материала в системе в молях или массе.

баланс молей: Тип материального баланса, при котором мы уравновешиваем моли материала, поступающего в систему и покидающего ее.

баланс видов: тип материального баланса, при котором мы уравновешиваем количество одного конкретного компонента, входящего и выходящего из системы.

стехиометрия: расчет количества химических элементов или соединений, участвующих в химических реакциях.

Оценка

Предварительная оценка

Обсуждение: Запрашивать, объединять и обобщать ответы учащихся

  • Что такое сохранение массы? (Ответ: Масса не может ни создаваться, ни разрушаться в этих условиях, она может только менять формы.)
  • Что такое сохранение энергии? (Ответ: Первый закон термодинамики: Энергия [и масса] не может быть ни создана, ни уничтожена, она может только менять форму. )
  • Они родственники? (Ответ: они связаны соотношением E=mc 2 , что подразумевает, что масса является формой энергии. Это важно в ядерных и квантовых приложениях.)
  • Можете ли вы придумать применение этим знаниям? (Ответ: производство, химические процессы, приготовление пищи и т. д.)

Встроенная оценка деятельности

Рабочий лист: Предложите группам учащихся заполнить Рабочий лист тяжелого воздушного шара и баланса массы. Просмотрите их ответы всем классом, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Оценка после активности

Рабочий лист: Предложите учащимся индивидуально заполнить Рабочий лист оценки и усовершенствования по завершении лабораторного эксперимента. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их мастерство в предмете.

Заключительное обсуждение: Кратко повторите эксперимент, поместив его в контекст реального мира: Этот тип дистилляции похож на химическую технологию, которая превращает сырую нефть во многие продукты в нашей жизни. Задайте учащимся вопросы из раздела «Исследующие вопросы».

Исследовательские вопросы

Как процесс дистилляции, который мы провели в сегодняшнем эксперименте, соотносится с реальным миром? (Ответ: Этот тип дистилляции дает вам представление о том, как сырая нефть становится многими продуктами в нашей жизни. После того, как сырая нефть извлечена из-под земли, ее отправляют на нефтеперерабатывающий завод по трубопроводу, на корабле или на барже. На нефтеперерабатывающем заводе различные части сырой нефти разделяются на пригодные для использования нефтепродукты с помощью процессов, разработанных инженерами-химиками.)

Как вы думаете, как перерабатывается сырая нефть? (Ответ: в нефтепереработке используются химические процессы для разложения сырой нефти на ее различные нефтехимические компоненты, которые затем перерабатываются в новые продукты. Компоненты направляются в горячие печи, а полученные жидкости и пары сбрасываются в дистилляционные колонны, где самые легкие фракции [ по весу] испаряются и поднимаются на вершину колонны, где они улавливаются по мере того, как они снова конденсируются в жидкости. Аналогичным образом отделяются и улавливаются другие весовые компоненты. Дальнейшее нагревание, давление и химические катализаторы преобразуют и перестраивают молекулы. Наконец, они обрабатываются и в сочетании для производства продуктов с определенными характеристиками, такими как топливо с определенным октановым числом, номинальным давлением паров или пригодностью для горения на большой высоте.)

Что происходит внутри завода по перегонке нефти? (Ответ: В дистилляционных колоннах на перегонных заводах нефть разделяется на все ее различные углеводородные компоненты. Инженеры используют молярные весы, чтобы лучше проектировать и контролировать эти сложные части оборудования. Покажите учащимся фотографию перегонной установки и хорошую диаграмму, показывающую, что происходит внутри дистилляционной башни по адресу http://www.eia.doe.gov/kids/energy.cfm?page=oil_home-basics.)

Можете ли вы назвать какие-либо продукты, произведенные с помощью химической технологии нефти? (Возможные ответы: топливо, конечно [например, бензин, пропан, дизельное топливо и топливо для реактивных двигателей], а также чернила, мелки, жевательная резинка, жидкости для мытья посуды, дезодорант, очки, компакт-диски, DVD-диски, шины, аммиак, сердечные клапаны, пластмассы. — удивительное количество предметов, которые мы используем каждый день.) Источник: Управление энергетической информации США, http://www.eia.doe.gov/kids/energy.cfm?page=oil_home-basics

Вопросы безопасности

Не употребляйте химические вещества, использованные в этом эксперименте.

Советы по устранению неполадок

Не забудьте быстро надеть шарик на бутылку.

Убедитесь, что баллон надежно опущен, закрывая верхнюю часть горлышка бутылки и не допуская утечки газа.

Расширения деятельности

Предложите учащимся исследовать некоторые области применения материального и энергетического балансов и написать краткий отчет по этой теме.

Масштабирование активности

  • Для младших классов предоставьте таблицу в конце рабочего листа «Тяжелый воздушный шар — баланс массы».
  • В старших классах попросите учеников сжимать шарик во время реакции, чтобы наблюдать, как повышение давления в системе влияет на реакцию.

использованная литература

Нефть (нефть) Основы. EIA Energy Kids, Управление энергетической информации США. По состоянию на 28 июля 2010 г. (Хорошее обсуждение процесса нефтехимической дистилляции под заголовками «Сепарация и конверсия», а также отличная диаграмма под заголовком «Процесс переработки», показывающая, что происходит внутри перегонных колонн) http://www.eia.doe. gov/kids/energy.cfm?page=oil_home-basics

“стехиометрия”. Dictionary.com без сокращений. Random House, Inc. Dictionary.com. По состоянию на 28 июля 2010 г. http://dictionary.reference.com/browse/stoichiometry

Авторские права

© 2009 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Джеймс Прагер; Меган Шредер; Стефани Ривейл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы электронной библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и гранта ГК-12 Национального научного фонда № 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политики Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны полагаться на одобрение федерального правительства.

Последнее изменение: 22 апреля 2019 г.

Планирование материального баланса – Проекты химического машиностроения

РУЧНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
В этом разделе дается общее обсуждение методов, используемых для подготовки технологических схем на основе ручных расчетов. Расходы и составы потоков рассчитываются по материальным балансам; в сочетании с расчетными уравнениями, возникающими из проектных ограничений процесса и оборудования. Будет два вида проектных ограничений:

Внешние ограничения: не находятся под непосредственным контролем проектировщика и обычно не могут быть ослаблены. Примерами такого рода ограничений являются:
(i) Спецификации продукта, возможно, установленные требованиями заказчика.
(ii) Основные соображения безопасности, такие как пределы воспламеняемости.
(iii) Спецификации сточных вод, установленные государственными органами.
Внутренние ограничения: определяются характером процесса и функциями оборудования. К ним относятся:
(i) Стехиометрия процесса, конверсия в реакторе и выходы.
(ii) Химические равновесия.
(iii) Физические равновесия, связанные с разделением жидкость-жидкость и газ/пар-жидкость.
(iv) Азеотропы и другие фиксированные составы.
(v) Ограничения энергетического баланса. Где энергетический и материальный баланс взаимодействуют, как, например, при мгновенной перегонке.
(vi) Любые общие ограничения на конструкцию оборудования.

Технологическая схема обычно составляется на ранней стадии разработки проекта. Предварительная технологическая схема поможет прояснить концепцию процесса дизайнера; и служат основой для обсуждений с другими членами проектной группы.

Степень, в которой технологическая схема может быть составлена ​​до того, как будет выполнена какая-либо работа по детальному проектированию оборудования, будет зависеть от сложности процесса и доступной информации. Если проект в значительной степени является дублированием существующего процесса, хотя, возможно, и для другой производительности, производительность оборудования будет известна, и можно будет легко рассчитать потоковые потоки и составы. Для новых процессов и для крупных модификаций существующих процессов можно будет рассчитать только некоторые потоки независимо от конструктивных соображений оборудования; другие потоки и составы будут зависеть от конструкции и производительности оборудования. Чтобы составить технологическую схему, проектировщик должен использовать свое суждение, чтобы решить, какие потоки могут быть рассчитаны
напрямую; которые слабо зависят от конструкции оборудования; и которые определяются конструкцией оборудования.

Под слабозависимыми понимаются потоки, связанные с оборудованием, производительность которого можно предположить или приблизить без внесения существенных ошибок в технологическую схему. Детальное проектирование этих элементов может быть выполнено позже, чтобы соответствовать характеристикам, указанным в технологической схеме. Это будут предметы, которые, по оценке проектировщика, не влекут за собой каких-либо серьезных затрат, если они не рассчитаны на их оптимальные характеристики.0467 производительность. Например, в фазовом сепараторе, таком как декантер, если предполагается равновесие между фазами, состав выходящего потока часто можно рассчитать напрямую, независимо от конструкции сепаратора. Сепаратор будет спроектирован позже, чтобы обеспечить достаточное время пребывания потоков для приближения к условию равновесия, принятому в расчете технологической схемы.

Сильное взаимодействие будет происходить там, где потоки и состав потоков в основном определяются конструкцией и характеристиками оборудования. Например, оптимальная конверсия в реакторной системе с рециклом непрореагировавших реагентов будет определяться производительностью ступени разделения, и материальный баланс реактора не может быть составлен
без учета конструкции сепарационного оборудования. Для определения потоков и составов необходимо построить математическую модель системы реактор-сепаратор, включая калькуляцию.

Для выполнения ручных расчетов, связанных со сложными процессами, с сильным взаимодействием между расчетами материального баланса и конструкцией оборудования, а также там, где присутствуют физические потоки рециркуляции, необходимо разделить процесс на управляемые подсистемы. При наличии суждения проектировщик может изолировать эти системы с сильным взаимодействием или переработать и рассчитать потоки последовательно, от подсистемы к подсистеме, делая приближения по мере необходимости.

При необходимости каждую подсистему можно рассматривать отдельно, а расчеты многократно пересматривать, пока не будет получена удовлетворительная технологическая схема для всего процесса. Попытка смоделировать сложный процесс без разделения и аппроксимации потребовала бы слишком большого количества переменных и расчетных уравнений, чтобы их можно было обрабатывать вручную. При наличии следует использовать компьютерные программы составления технологических карт.

При разделении процесса и приблизительной производительности оборудования для создания технологической схемы проектировщик должен учитывать, что результирующий проект для всего процесса, как определено технологической схемой, будет аппроксимацией оптимального проекта. Он должен постоянно осознавать и проверять влияние своих приближений на выполнение всего процесса.

Масштабный коэффициент
Обычно проще всего выполнить последовательность расчетов схемы в том же порядке, что и этапы процесса; начиная с подачи сырья и продвигаясь поэтапно, где это возможно, через процесс к потоку конечного продукта. Требуемая производительность обычно указывается в пересчете на продукт, а не на исходное сырье, поэтому необходимо будет выбрать произвольную основу для расчетов, скажем, 100 кмоль/ч основного сырья. Требуемые фактические потоки затем могут быть рассчитаны путем умножения каждого потока на масштабный коэффициент, определяемый исходя из требуемой фактической производительности.

Масштабный коэффициент = количество молей продукта в час/количество молей продукта на 100 кмоль основного сырья

Вот так:

Нравится Загрузка…

Опубликовано Рубрики Технологические схемыТеги Инженер-химик, Химический процесс, Химическая реакция, Планирование материального баланса, Проектирование процесса, ПотокОставить комментарий к записи РУЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

Поскольку технологическая схема является окончательным документом по процесса, презентация должна быть ясной, всеобъемлющей, точной и полной. Различные типы технологических схем обсуждаются ниже.

Блок-схемы

Блок-схема — это простейшая форма представления. Каждый блок может представлять собой отдельную единицу оборудования или полную стадию процесса.
В случае сложных процессов их использование ограничивается отображением процесса в целом.
Блок-схемы полезны для представления процесса в упрощенной форме в отчетах и ​​учебниках, но их использование в качестве инженерной документации ограничено.
Расходы и составы рек могут быть показаны на диаграмме рядом с линиями рек, когда необходимо показать лишь небольшой объем информации, или отдельно занесены в таблицу. Блоки могут быть любой формы, но обычно удобно использовать смесь квадратов и кругов, нарисованных по шаблону.

Графическое представление

На подробных технологических схемах, используемых для проектирования и эксплуатации, оборудование обычно изображается в стилизованной графической форме. Для тендерной документации или брошюр компании иногда используются чертежи оборудования в реальном масштабе, но чаще используется упрощенное изображение. Рекомендуются символы, приведенные в Британском стандарте BS 1553 (1977) «Графические символы для общего машиностроения», часть 1, «Трубопроводные системы и оборудование»; хотя большинство конструкторских бюро используют свои собственные стандартные символы. Американский национальный институт стандартов (ANSI) также опубликовал набор символов для использования в технологических схемах. Остин (1979) сравнил Британский стандарт, ANSI и некоторые проприетарные символы технологических схем.
В Европе немецкая организация по стандартизации опубликовала набор руководящих правил и символов для представления технологических карт, DIN 28004 (1988). Это доступно в английском переводе от Британского института стандартов.

Представление расхода потока

Данные о расходе каждого отдельного компонента, общем расходе потока и процентном составе могут быть представлены на технологической схеме различными способами. . Самый простой метод, подходящий для простых процессов с небольшим количеством единиц оборудования, заключается в табулировании данных в блоках рядом с линиями потока процесса. Таким образом можно отобразить только ограниченный объем информации, и трудно внести аккуратные изменения или добавить дополнительные данные.
В другом методе каждая линия потока нумеруется, а данные заносятся в таблицу внизу листа. Изменения и дополнения могут быть легко сделаны. Этот метод обычно используется профессиональными конструкторскими бюро.

Включаемая информация

Количество информации, отображаемой в технологической карте, зависит от обычаев и практики конкретного конструкторского бюро. Таким образом, приведенный ниже список разделен на основные элементы и дополнительные элементы. Основные элементы всегда должны быть показаны, необязательные элементы делают блок-схему более полезной, но не всегда включаются в нее.
1. Состав потока: либо:
(i) расход каждого отдельного компонента, кг/ч, что предпочтительнее, либо
(ii) состав потока в виде массовой доли.
2. Суммарный расход потока, кг/ч.
3. Температура потока, предпочтительно градусы Цельсия.
4. Номинальное рабочее давление (требуемое рабочее давление).

Дополнительная информация
1. Состав в молярных процентах.
2. Данные о физических свойствах, средние значения для потока, такие как:
(i) плотность, кг/м3,
(ii) вязкость, мН с/м2.
3. Название потока, краткое, одно- или двухсловное, описание характера потока, например «АЦЕТОНОВАЯ КОЛОННА ДНО».
4. Энтальпия потока, кДж/ч.


Физические свойства потока лучше всего оцениваются инженером-технологом, ответственным за технологическую схему. Если они затем отображаются на технологической схеме, они доступны для использования группами специалистов по проектированию, ответственными за последующее детальное проектирование. Лучше, чтобы каждая группа использовала одни и те же оценки, а не определяла свои значения.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Опубликовано Рубрики Блок-схемыТеги Блок-схемы, Расчет, химический процесс, Планирование материального баланса, ПотокОставить комментарий к БЛОК-СХЕМА ПРЕЗЕНТАЦИИ – I

Многоступенчатые компрессоры
Одноступенчатые компрессоры могут коэффициенты давления. При высоких перепадах давления повышение температуры будет слишком большим для эффективной работы.
Чтобы удовлетворить потребность в создании высокого давления, сжатие разделено на несколько отдельных ступеней с промежуточными охладителями между каждой ступенью. Давление между ступенями обычно выбирают таким образом, чтобы обеспечить одинаковую работу на каждой ступени.
Для двухступенчатого компрессора межступенчатое давление определяется по формуле:

, где Pi — давление промежуточной ступени.

Электрические приводы
Электрическая мощность, необходимая для привода компрессора (или насоса), может быть рассчитана исходя из КПД двигателя:

где W = работа сжатия на единицу массы
Ee = КПД электродвигателя.
Эффективность приводного двигателя зависит от типа, скорости и размера. Эти значения можно использовать для приблизительной оценки требуемой мощности.

НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ БАЛАНСЫ
Все рассмотренные ранее примеры энергетических балансов относились к стационарным процессам; где скорость производства или потребления энергии не менялась во времени, а член накопления в общем уравнении баланса энергии принимался равным нулю.
Если рассматривается периодический процесс или если скорость производства или удаления энергии меняется со временем, необходимо установить дифференциальный энергетический баланс, аналогичный дифференциальному материальному балансу. Для периодических процессов общие потребности в энергии обычно можно оценить, взяв за основу расчетов время 1 партии; но максимальная скорость тепловыделения также должна быть оценена величиной любых
требуется теплообменное оборудование.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Опубликовано Рубрики Основы энергетического балансаТеги Инженер-химик, Дизайн химической технологии, Энергия, Скрытая теплота, Планирование материального баланса, Дизайн процесса, Стационарное состояниеДобавить комментарий к записи Многоступенчатые компрессоры и нестационарное состояние Энергетический баланс 

ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Наилучший способ решения проблемы будет зависеть от предоставленной информации; информация, требуемая из баланса; и ограничения, вытекающие из характера проблемы. Невозможно дать всеобъемлющий, наилучший метод решения для охвата всех возможных проблем. Следующая пошаговая процедура дается как помощь в эффективном решении задач материального баланса. Тот же общий подход можно с пользой использовать для организации решения энергетического баланса и других задач проектирования.
Процедура
Шаг 1. Нарисуйте блок-схему процесса. Покажите каждый значительный шаг в виде блока, связанного линиями и стрелками, чтобы показать 90 467 соединений потока и направление потока.
Шаг 2. Перечислите все доступные данные. Покажите на блок-диаграмме известные потоки (или количества) и составы потоков.
Шаг 3. Перечислите всю необходимую информацию о весах.
Шаг 4. Определите границы системы.
Шаг 5. Запишите все химические реакции основных и побочных продуктов.
Шаг 6. Обратите внимание на любые другие ограничения, такие как: заданные составы потоков, азеотропы, фазовые равновесия, связующие вещества.
Использование соотношений фазового равновесия и других ограничений при определении составов потоков и потоков обсуждается позже.
Шаг 7. Отметьте любые составы и потоки потоков, которые можно приблизительно определить.
Шаг 8. Проверьте количество уравнений сохранения (и других), которые можно записать, и сравните с количеством неизвестных. Решите, какие переменные должны быть переменными проекта; Этот шаг будет использоваться только для сложных задач.
Шаг 9. Определите основу расчета; Порядок, в котором выполняются шаги, может варьироваться в зависимости от проблемы.

  • Материальный баланс (этапы 1,2,3) (chemicalprojects.wordpress.com)
  • Материальный баланс (этапы 4,5,6) (chemicalprojects.wordpress.com)
  • Материальный баланс (этапы 7,8,9) (chemicalprojects.wordpress.com)
  • Материальный баланс (этапы 10, 11, 12) (chemicalprojects.wordpress.com)

Нравится:

Нравится Загрузка…

Опубликовано Рубрики Основы материального балансаМетки Нарушение баланса, Блок-схема, Инженер-химик, Химическая реакция, Планирование материального баланса, Решение, Поток, ТехнологияДобавить комментарий к записи ОБЩАЯ ПРОЦЕДУРА МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

13 – ПРОЦЕССЫ РЕЦИКЛИРОВАНИЯ

Часто используются процессы, в которых поток потока возвращается (рециркулируется) на более раннюю стадию последовательности обработки. Если конверсия ценного реагента в реакционном процессе значительно меньше 100%, непрореагировавший материал обычно отделяют и возвращают в оборот. Возврат флегмы в верхнюю часть дистилляционной колонны является примером процесса рециркуляции, в котором не происходит реакции. В расчетах баланса массы наличие рециркуляционных потоков усложняет расчеты.
Без рецикла материальные балансы по ряду стадий обработки могут выполняться последовательно, принимая каждую единицу по очереди; рассчитанные потоки из одного блока становятся потоками для следующего. Если рециркуляционный поток присутствует, то в точке, где рецикл
возвращается, поток не будет известен, поскольку он будет зависеть от еще не рассчитанных нисходящих потоков. Не зная рециркуляционного потока, последовательность вычислений не может быть продолжена до точки, где можно определить рециркуляционный поток.
Возможны два подхода к решению проблем рециркуляции:
1. Метод проб и ошибок. Потоки рециркуляционного потока могут быть оценены, и расчеты продолжаются до точки, где рассчитывается рециркуляция. Оцененные потоки затем сравниваются с расчетными и делается более точная оценка. Процедура продолжается до тех пор, пока разница между расчетным и расчетным расходом не окажется в допустимых пределах.
2. Формальный алгебраический метод. Наличие рецикла означает, что часть уравнений баланса масс придется решать одновременно. Уравнения задаются с рециркуляционными потоками в качестве неизвестных и решаются с использованием стандартных методов решения одновременных уравнений. В простых задачах с одним или двумя циклами рециркуляции расчет часто можно упростить за счет тщательного выбора основы расчета и границ системы.

14 – ПРОМЫВКА

Обычно необходимо стравливать часть рециркуляционного потока, чтобы предотвратить накопление нежелательных материалов. Например, если исходное сырье для реактора содержит инертные компоненты, которые не отделены от рециркулирующего потока в разделительных установках, эти инертные вещества будут накапливаться в рецикловом потоке до тех пор, пока поток в конечном итоге полностью не будет состоять из инертных веществ. Некоторая часть потока должна быть очищена, чтобы поддерживать уровень инертности в допустимых пределах. Обычно используется непрерывная продувка. В стационарных условиях:

Потери инертного газа при продувке = скорость подачи инертных материалов в систему

Концентрация любого компонента в продувочном потоке будет такой же, как и в рецикловом потоке в точке, где продувка отключена. Таким образом, требуемая скорость продувки может быть определена из следующего соотношения:

[Расход исходного потока] x [Концентрация инертных материалов в исходном потоке] =
[Расход продувочного потока] x [Заданная (желаемая) концентрация инертных материалов в рецикле ]

15 – БАЙПАС

Поток может разделяться и часть потока отводиться (обходиться) вокруг некоторых агрегатов. Эта процедура часто используется для контроля состава или температуры потока. Расчеты материального баланса для процессов с обходными потоками аналогичны расчетам
, включающим рециркуляцию, за исключением того, что поток подается вперед, а не назад. Это обычно делает расчеты проще, чем с переработкой.

16 – НЕСТАЦИОНАРНЫЕ РАСЧЕТЫ

Все предыдущие примеры материального баланса были стационарными балансами. Срок накопления принимался равным нулю, а расходы и состав рек не менялись во времени. Если эти условия не выполняются, расчеты усложняются. Расчетов в установившемся режиме обычно достаточно для расчетов технологической схемы. Нестационарное поведение процесса важно при рассмотрении запуска и остановки процесса, а также реакции на нарушения процесса.
Пакетные процессы также являются примерами нестационарной работы; хотя общие потребности в материалах можно рассчитать, взяв за основу одну партию. Процедура решения нестационарных балансов заключается в составлении балансов за
с малым шагом времени, что даст ряд дифференциальных уравнений, описывающих процесс. Для простых задач эти уравнения могут быть решены аналитически. Для более сложных задач будут использоваться компьютерные методы.
Поведение процессов в нестационарных условиях является сложной и специализированной темой, выходящей за рамки этой книги. Это может быть важно при проектировании процесса при оценке поведения процесса с точки зрения безопасности и контроля.
Использование материальных балансов при моделировании сложных нестационарных процессов обсуждается в книгах Майерса и Зайдера (1976) и Хенли и Розена (1969).

  • Материальный баланс (этапы 1,2,3) (chemicalprojects.wordpress.com)
  • Материальный баланс (этапы 4,5,6) (chemicalprojects.wordpress.com)
  • Материальный баланс (этапы 7,8,9) (chemicalprojects.wordpress.com)
  • Материальный баланс (этапы 10, 11, 12) (chemicalprojects.wordpress.com)

Нравится:

Нравится Загрузка…

Опубликовано Категории Основы материального балансаТеги Расчет, Химическая реакция, Баланс массы, Планирование материального баланса, Проектирование процесса, Переработка, Устойчивое состояние, Поток6 Комментарии к материальному балансу (этапы 13,14, 15,16)

ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ МАССЫ И ЭНЕРГИИ
Эйнштейн показал, что масса и энергия эквивалентны. Энергия может быть преобразована в массу, а масса в энергию. Они связаны уравнением Эйнштейна:

Е = mc2

где E = энергия, Дж,
m = масса, кг,
c = скорость света в вакууме, 300000000 м/с.
Потеря массы, связанная с производством энергии, существенна только в ядерных реакциях. Энергия и материя всегда считаются раздельно сохраняющимися в химических реакциях.

 СОХРАНЕНИЕ МАССЫ
Общее уравнение сохранения для любой технологической системы может быть записано как: Выход материала D Материал в C Создание Потребление Накопление
Для стационарного процесса срок накопления будет равен нулю. За исключением ядерных процессов, масса не образуется и не расходуется; но если происходит химическая реакция, в процессе могут образовываться или потребляться определенные химические вещества. Если нет химической реакции, стационарный баланс уменьшается до

Материал на выходе = Материал на входе

Уравнение баланса может быть написано для каждого отдельно идентифицируемого присутствующего вида, элемента, соединения или радикала; и за весь материал.

ЕДИНИЦЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА
При указании состава в процентах важно четко указать основу: вес, моль или объем. Сокращения w/w и v/v используются для обозначения веса и объема.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Опубликовано Рубрики Основы материального балансаТеги Альберт Эйнштейн, Химическая реакция, Сохранение массы, Уравнения поля Эйнштейна, Энергия, Массово-энергетическая эквивалентность, Планирование материального баланса, Технологии5 Комментарии к материальному балансу ( Шаг 1,2,3)

ВВЕДЕНИЕ

Материальные балансы являются основой проектирования процессов. Материальный баланс, составленный по всему процессу, определит количество необходимого сырья и произведенной продукции. Балансы по отдельным технологическим установкам определяют потоки и составы технологических потоков.
Хорошее понимание расчетов материального баланса имеет важное значение при проектировании технологического процесса. Практика необходима для развития навыков работы с тем, что часто может стать очень сложным расчетом. Дополнительные примеры и более подробное обсуждение предмета можно найти в многочисленных специализированных книгах, написанных по расчетам материального и энергетического баланса. Несколько подходящих текстов перечислены под заголовком «Дополнительные
Чтение» в конце этой категории.
Применение материальных балансов к более сложным задачам обсуждается в разделе «Технологические схемы». Материальные балансы также являются полезными инструментами для изучения работы предприятия и устранения неполадок. Их можно использовать для проверки производительности на соответствие дизайну; расширить часто ограниченные данные, доступные от контрольно-измерительных приборов станции; проверить калибровку приборов; и определить источники материальных потерь.

Нравится:

Нравится Загрузка.

Оставить комментарий