Основы проектирования технологических комплексов для производства ДСМ

Анализ процесса, происходящего в аппарате, и расчет его параметров начинаются с определения условий равновесия сис­темы с учетом известных законов массообмена, гидро- и термо­динамики. Чаще всего для этих целей составляют энергетиче­ский и материальный баланс процесса.

Энергетический баланс составляют на основе закона со­хранения энергии, согласно которому в изолированной среде (аппарате) сумма всех видов энергии является постоянной вели­чиной, энергия не создается и не уничтожается, она переходит из одного вида в другой.

Одной из разновидностей энергетического баланса процес­са, происходящего в аппарате, является, например, тепловой баланс, который в общем виде можно описать

уравнением:

- теплота, вносимая в аппарат и отводимая с

готовым продуктом; Q_p - теплота, выделяемая в ходе реализа­ции процесса; Q_r - потери теплоты в окружающую среду.

По полученным данным определяют конструктивные и энергетические параметры аппарата.

Материальный баланс основан на использовании закона сохранения массы, согласно которому количество                                                                                        мате­

риала, поступающего в аппарат, равно количеству М_г гото­вого продукта, выходящего из аппарата в ходе реализации в нем процесса и возможных потерь сумМ_п.

В основе организации рабочих процессов многокомпонент­ных систем, которые имеют физико-химическую природу, ле­жит принцип Ле Шателъе. В ходе реализации сложного процес­са любая многокомпонентная система с течением времени пере­ходит в состояние равновесия, которое само в ней устанавлива­ется и не изменяется во времени. При этом в системе не проис­ходят никакие процессы. Если внешним воздействием вывести систему из состояния равновесия, в ней самопроизвольно нач­нутся процессы, которые возвратят систему в новое состояние равновесия с учетом прошедших внешних изменений.

Например, в процессе варки стекла используется много­компонентная шихта, в результате чего реализуется равновес­ный процесс, обеспечивающий получение стекла с заданными технологическими свойствами. Если изменить количество од­ного из компонентов шихты, процесс выйдет из равновесия. За­тем он стабилизируется, вступит в качественно новое равнове­сие пропорционально измененному компоненту, что в целом приведет к получению стекла уже с другими свойствами.

Наибольшее число параметров в многокомпонентной мно­гофазной системе, которые можно изменять, не нарушая равно­весия, определяют с помощью правила фаз Гиббса для различ­ных систем:

где Ф - число фаз (количество физически однородных веществ в системе); К - число компонентов в системе; С - число незави­симых переменных, значение которых можно произвольно из­менять без нарушения состава и числа фаз в системе.