9. Материальные балансы

Материальные балансы являются важнейшей частью магистерской диссертации. По их данным устанавливаются расходные коэффициенты по сырью, вспомогательным реагентам, выполняются технологические и механические расчеты. При выполнении магистерской диссертации магистр должен рассчитать материальные балансы (в программе MathCad или ChemCad либо в любой другой программе установленной учебным процессом) каждой производственной операции: химической реакции, ректификации, абсорбции, сепарации и т.д. Следует помнить, что при составлении материальных балансов магистранту необходимо быть особенно внимательным, так как допущенные в материальном балансе ошибки затем перейдут в другие разделы проекта.

Материальные балансы химических реакций рассчитываются по стехиометрическим уравнениям основной и побочной реакций. При этом устанавливается теоретический выход основного и побочных продуктов, после чего определяется (с учетом потерь) практический выход основного продукта на единицу взятого сырья. При расчете материальных балансов производственных операций, в которых преобладают физические явления, такие как ректификация, абсорбция, сепарация, экстракция и другие, следует использовать уравнения материального баланса и термодинамического равновесия. Совместным решением двух названных уравнений и рассчитываются материальные балансы этих процессов.

Следует предостеречь тех магистров, которые составляют материальные балансы только по заводским данным (расходным коэффициентам), не используя законов химической термодинамики и термодинамического равновесия. Механически переписывая и пересчитывая материальные балансы на заданную производительность, они не постигают основ инженерных расчетов.

Большинство процессов нефтепереработки и нефтехимии являются непрерывными и полунепрерывными, материальные балансы для них рассчитывают в кг/ч или кг•моль/ч. Производительность в магистерской диссертации может быть задана как по сырью, так и по готовому продукту. В первом случае расчет материального баланса начинается с определения часовой потребности в сырье и расчет ведут в той последовательности, в которой перерабатывается сырье в принятой технологической схеме.

Во втором случае расчет материального баланса установки может производиться несколькими способами:

- расчет начинают с аппарата, где получается готовый продукт и продолжают от конца технологической схемы к ее началу;

- производят расчет необходимого количества сырья на заданную произ­водительность по готовому продукту с учетом степени конверсии, извлечения и потерь на всех стадиях переработки;

- материальный баланс составляют в расчете на 100 кмоль сырья с определением количества получаемого при этом готового продукта; далее находят коэффициент пересчета путем деления заданной производительности на количество продукта, получаемого из 100 кмолей сырья; с помощью этого коэффициента производят пересчет на заданную производительность.

После окончания расчета материальный баланс сводится в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Материальный баланс производственной операции

Наименование продукта	Приход				Расход
	кг/ч	% мас.	кмоль/ч	% мол.	кг/ч	% мас.	кмоль/ч	% мол.
1……......
2……......
3…..........
Итого	800	100	20	100	800	100	20	100

Для производственных операций, где перерабатываются газовые потоки, материальные балансы следует составлять по форме, представленной в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Материальный баланс фракционирующего абсорбера

Наименование компонентов

Приход

Жирный газ

Нестабильный бензин

Доабсорбент

кг/ч

кмоль/ч

% мол

кг/ч

кмоль/ч

% мол

кг/ч

кмоль/ч

%мол

Итого

100

20

100

3000

50

100

500

5

100

Наименование компонентов

Расход

Сухой газ

Насыщенный абсорбент

кг/ч

кмоль/ч

% мол.

кг/ч

кмоль/ч

% мол.

Итого

800

20

100

3700

550

100

После завершения расчетов материальных балансов производственных операций составляется сводный материальный баланс установки, из которого следует исключить циркулирующие на установке потоки, а включить только входящие и уходящие (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Сводный материальный баланс установки

Наименование потоков	Приход				Расход
	% мас.	кг/ч	т/сут	тыс. т/г.	% мас.	кг/ч	т/сут	тыс. т/г.
1.
2.
Итого	100				100