Zadania Technologiczne (skrypt)

Notatkę dodano: 06.08.2013,
Pobrań: 1,
Wyświetleń: 78
Podgląd dokumentu

Zadania technologiczne
Wprowadzenie.
Równania reakcji chemicznych są formalnym zapisem przemiany substratów
w
produkty,
z
uwzględnieniem
stosunków
stechiometrycznych,
w
jakich
poszczególne substancje reagują ze sobą. Taki formalny zapis nie informuje jednak o
rzeczywistym przebiegu reakcji, ani o warunkach, jakie muszą być spełnione dla jej
zrealizowania.
W zadaniach technologicznych reakcje chemiczne przedstawiane są jako
procesy dynamiczne, zachodzące w czasie i w przestrzeni ró nie zorganizowanej.
Proces przemiany substratów w produkty w konkretnej instalacji mo na
przedstawić w postaci schematu, na którym poszczególne aparaty (reaktory,
mieszalniki, wymienniki ciepła itp.) powiązane są ze sobą strumieniami
przepływających reagentów o określonym składzie i natę eniu (wyra onym w
jednostkach masy na jednostkę czasu - np. kg/h lub kmol/h). Natę enie i skład
poszczególnych strumieni wynikają z zało onej wielkości produkcji oraz z
zastosowania określonych substratów i sposobu prowadzenia procesu czyli wybranej
technologii. Nie muszą i najczęściej nie wynikają ze stechiometrii reakcji
zachodzących w poszczególnych reaktorach. Dotyczy to zwłaszcza reakcji
odwracalnych, kiedy często stosuje się nadmiar jednego z substratów dla uzyskania
lepszej wydajności produktu.
W proponowanych do rozwiązania zadaniach technologicznych przedstawiony
jest bardzo uproszczony schemat instalacji, w której zachodzi proces. Często podane
są jedynie strumienie reagentów wchodzących i opuszczających całą instalację.
Stawiane pytania dotyczą zale ności pomiędzy składem i natę eniem poszczególnych
strumieni reagentów lub zale ności pomiędzy stopniem przemiany substratu
uzyskiwanym w reaktorze (lub wydajnością w całej instalacji), a składem i
natę eniem strumieni produktów.
2
Metodą, która pozwala na znalezienie tych zale ności, jest wykonanie
bilansów masowych reagentów lub bilansu pierwiastków wprowadzanych i
opuszczających instalację (reaktor) w postaci ró nych związków chemicznych.
Nale y przy tym pamiętać,
e wszystkie wyra enia w równaniu muszą mieć
jednakowe miana (np. kg/h lub kmol/h).
Do wykonania bilansu konieczne jest przyjęcie podstawy bilansu. Za podstawę
bilansowania przyjmuje się bądź wielkość produkcji w danej instalacji, bądź natę enie
strumienia wybranego reagentu. W ten sposób wszystkie obliczenia odnoszą się do
tak przyjętej podstawy bilansowania, a zatem raz przyjęta podstawa bilansowania
obowiązuje dla całego rozwiązania i nie mo e być zmieniona.
Wykonanie bilansu musi poprzedzać wybór obszaru bilansowania. Kryterium
wyboru takiego obszaru jest to, eby granice obszaru przecinały wszystkie strumienie,
które powinny być wzięte pod uwagę w równaniu bilansowym. Obszar bilansowania
mo e obejmować całą instalację (je eli zale ności dotyczą strumieni substratów i
produktów) lub tylko określony reaktor lub węzeł w instalacji (je eli zale ności
dotyczą tego właśnie fragmentu instalacji). Wynika stąd, e dla wyznaczenia ró nych
zale ności trzeba