+7 (499) 938-65-94  Москва

+7 (812) 467-43-31  Санкт-Петербург

8 (800) 350-96-82  Остальные регионы

Бесплатная консультация с юристом!

Материальный баланс технологического процесса

При производстве готовых лекарственных средств количество готового продукта, с учетом побочных продуктов и отходов, всегда меньше количества исходных материалов. Объясняется это имеющимися на каждом производстве материальными потерями, которых тем больше, чем менее совершенен технологический процесс.

Это положение можно выразить следующим равенством:

Приведенное уравнение называется уравнением материаль­ного баланса.

Материальный баланс — соотношение между количеством исходного сырья, материалов, полупродуктов и промежуточной продукции (С1), использованных в производстве, и количеством фактически полученной готовой продукции (С2), побочных продуктов (С3), отходов или отбросов (С4) и потерь (С5), т. е, сравнение теоретически возможного и практически полученного выхода готовой продукции. В случае, если отходы и побочные продукты производства отсутствуют, уравнение материального баланса примет более простой вид:

Материальные потери при производстве лекарственных препаратов имеют различное происхождение, вследствие чего их подразделяют на несколько групп:

1) механические, наблюдаемые чаще всего при отсутствии или недостаточной механизации перемещения перерабатываемых материалов (пролив жидкости, распыл, утруска, бой и т. д.);

2) физико-химические, наблюдаемые в случае проведения технологического процесса без учета физико-химических свойств лекарственных веществ (неполнота экстрагирования действующих веществ из лекарственного растительного сырья, потеря легколетучих растворителей при фильтрации, потеря эфирного масла при выпаривании и т. д.);

3) химические, наблюдаемые в результате несоблюдения или неправильного выбора параметров проведения химических реакций (синтеза).

Материальный баланс имеет большое практическое значение, так как он отражает степень совершенства технологического процесса. Чем он полнее составлен, тем, следовательно, детальнее изучена технология данного препарата; чем меньше в балансе разного рода потерь, тем правильнее осуществляется процесс производства. Наоборот, чем больше в балансе материальных потерь, тем меньше освоена технология данного препарата и тем больше в ней разного рода неполадок.

Материальный баланс лежит в основе регламента производства, дает возможность оценить правильность организации технологи­ческого процесса, сравнить эффективность его проведения на раз­личных производствах, выпускающих одноименную продукцию.

Материальный баланс составляется на основе проведенного эксперимента на единицу выпускаемой продукции, на один производственный поток или мощность производства в целом. Для новых производств составляется по данным проекта, для действующих — по достигнутым показателям работы производства в последний год. перед утверждением регламента. Его пересмат­ривают только в случае включения (исключения) в технологи­ческий процесс операций или стадий, значительно влияющих на расход сырья или количество отходов.

Материальный баланс может быть представлен как в виде алгебраического уравнения, так и в форме таблиц прихода и расхода материалов, что характерно для технологических регламентов производства готовых лекарственных средств. В приходной части баланса приводится количество материалов, введенных в производство, а в расходной части — количество полученных материалов и потерь. Итоги приходной и расходной частей баланса должны составлять одну и ту же сумму.

Составляется материальный баланс как в отношении всего технологического процесса в целом, так и в каждой отдельной стадии или технологической операции (постадийный материаль­ный баланс). Он может охватывать все материалы (общий, суммарный баланс) или каждый отдельный компонент. Материальный баланс составляется на одну серию продукции по объективным результатам предложенного уровня технологии изготовления лекарственных средств.

В регламентах производства приводятся две таблицы материального баланса для каждой серии продукции. В первой таблице для каждой стадии технологического процесса приводятся сведения о видах и количестве (масса, объем, кг-моль, штуки) сырья, полупродуктов, материалов, отходов и готового продукта, израсходованных и полученных в процессе производства. Последовательность изложения стадий производств определяется блоком-схемой технологического процесса.

Таблица составляется для одной серии готовой продукции (полупродукта). Определение серии представлено в соответствую­щей нормативной документации.

Постадийный материальный баланс можно представить в виде табл. 2.1 (рассмотрим пример производства настойки зверобоя).

В зависимости от особенностей сырья баланс на некоторые стадии производства ведут не только по технической массе мате­риалов (графа 3), но и по количеству основного вещества (графа 4). Например, для спирта — по абсолютному спирту, для таблеток, капсул, мазей и т. д. — по содержанию действующих веществ, для растительного сырья — по экстрактивным веществам, влаге или действующим веществам.

Приводим пример по расчету спирта 96% для получения настойки зверобоя.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Материальный баланс — технологический процесс

Материальный баланс технологического процесса отражает расход и приход материалов, участвующих в технологическом процессе. [1]

Пример материального баланса технологического процесса приведен в конце этого раздела. [2]

Замечания о возможности компенсации отдельных погрешностей и общей погрешности, указанные применительно к способу материального баланса технологического процесса , справедливы и в данном случае. [3]

Количество вредных веществ определяется натурными замерами по существующим методикам, а также рассчитывается по материальному балансу технологических процессов , удельным выбросам на единицу продукции, количеству сжигаемого топлива. [4]

Теплоты экзотермических и эндотермических реакций QaK3 и 2энд находятся при помощи специальных расчетов на основании материальных балансов технологического процесса . [6]

Теплоты экзотермических и эндвтермических реакций Q8K3 и QaH3 находятся при помощи специальных расчетов на основании материальных балансов технологического процесса . [7]

Это интересно:  Незаконное подключение к электросети коап

Температура источника теплоты tc, удельный тепловой поток пов, расход топлива, электроэнергии определяются из анализа условий внешнего теплообмена, теплового баланса ( позонного или общего для рабочего пространства) и в общем случае на базе материального баланса технологического процесса . [8]

Температура источника теплоты tc, удельный тепловой поток ( / пов, расход топлива, электроэнергии определяются из анализа условий внешнего теплообмена, теплового баланса ( позонного или общего для рабочего пространства) и в общем случае на базе материального баланса технологического процесса . [10]

В плане указывают объем вредных веществ, отходящих от всех источников загрязнения, количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, количество улавливаемых веществ, из них утилизированных, и др. Количество вредных веществ определяют путем натурных замеров по существующим методикам, а также рассчитывают по материальному балансу технологических процессов , удельным выбросам на единицу продукции, количеству сжигаемого топлива. [11]

Наиболее надежным способом определения этого количества является непосредственное измерение. Это количество можно и рассчитать, что часто бывает необходимо, на основе материального баланса технологического процесса . [12]

Учет влияния важнейших внешних и внутренних технологических параметров на нормообразующие слагаемые связан с определенными сложностями. Поэтому при текущей корректировке исходных норм большое значение имеет возможность изменения отдельных нормообразующих слагаемых без корректировки всех слагаемых материального баланса технологического процесса . [13]

Вместе с тем разрушительными могут быть взрывы пыли в локальных зонах помещений со значительно меньшим количеством горючего вещества по сравнению с рассчитанным по приведенной выше формуле. Поэтому уровень опасности взрыва аэрозолей, так же как и газовых смесей, следует рассчитывать по абсолютным ( общим) значениям энергетического потенциала, объемной плотности энерговыделения и основным параметрам ударных волн, а возможную запыленность помещений определять при тщательном исследовании материальных балансов технологических процессов . [14]

Вместе с тем разрушительными могут быть взрывы пыли в локальных зонах помещений со значительно меньшим количеством горючего вещества по сравнению с рассчитанным по приведенной выше формуле. Поэтому уровень опасности взрыва аэрозолей, так же как и газовых смесей, следует рассчитывать по абсолютным ( общим) значениям энергетического потенциала, объемной плотности энерговыделения и основным параметрам ударных волн, а возможную запыленность помещений определять прц тщательном исследовании материальных балансов технологических процессов . [15]

Материальный и тепловой балансы химико-технологических процессов

Материальный и тепловой балансы составляют для анализа работы существующего аппарата, установки, производства или при проектировании нового. Материальный баланс технологического процесса или части его составляют на основании закона сохранения массы вещества, и это означает, что масса веществ, поступающих на технологическую операцию, равна массе полученных веществ.

Расчеты балансов основываются на технико-экономических показателях, рассмотренных в разделе 1. Для процессов, которые можно описать суммарной химической реакцией, материальный баланс складывается их двух частей: левая часть уравнения – приход, правая часть уравнения – расход. Материальный баланс рассчитывается или только по уравнению основной суммарной реакции (упрощенный) или с учетом всех параллельных, побочных реакций и продуктов (полный). Уравнение материального баланса:

где Σmприх – суммарная масса исходных веществ процесса цикла;
Σmрасх – суммарная масса конечных продуктов процесса.

Материальный баланс обычно рассчитывается на единицу полученного продукта (кг, т, м 3 ) или в % на основе данных производства.. Результаты сводят в таблицу. Материальный баланс служит основой для составления теплового и экономического балансов и поэтому составляется первым. В результате составления материального баланса можно вычислять практические расходные коэффициенты на сырье.

Тепловой (энергетический) баланс технологического процесса или части его составляют на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна, т.е. приход теплоты должен быть равен расходу его в данном процессе, аппарате, операции. Уравнение теплового баланса:

где Qприх – сумма теплот Q1,Q2, Q3,; Q1 – теплота, приносимая входящими в аппарат веществами; Q2,- теплота экзотермических реакций, протекающих в данном аппарате; Q3 – теплота, вносимая извне за счет подогрева; ΣQрасх – сумма теплот Q4,Q5, Q6,; Q4 – теплота, уносимая выходящими из аппарата продуктами; Q5 – теплота эндотермических реакций,протекающих в аппарате; Q6 – потери теплоты в окружающую среду и отвод ее через холодильники, помещенные внутри аппарата Уравнение теплового баланса:

Q1 и Q4 в технологии называют теплосодержанием материалов и рассчитывают для каждого вещества, поступающего в аппарат и выходящего из него:

где m – масса вещества (кг, моль) (берут из данных материального баланса); с – средняя теплоемкость этого вещества (берут из справочника); t – температура, отсчитанная от какой-либо точки (обычно 273К).

Тепловые эффекты химических реакций Q2 и Q5 могут быть рассчитаны на основе изобарных теплот образования из элементов различных веществ q 0 обр, или теплот сгорания, или энтальпии образования веществ ΔН298 в стандартных условиях (для массы 1 моль, давление 1.01 –10 5 Па, температуры 298К). Изменение энтальпии реакции ΔН численно равно тепловому эффекту реакции, взятому с обратным знаком:

Изменение энтальпии реакции находим как разность энтальпии продуктов реакции и исходных веществ:

Значение ΔНобр приведено в справочниках термохимических и термодинамических величин.

Подвод теплоты Q3 можно рассчитать по потере ее теплоносителем. Потери теплоты Q6 можно рассчитать по изменению теплоты хладоагента или в процентах к массе внесенной теплоты.

Это интересно:  Единовременная компенсация при рождении усыновлении ребенка

Материальный баланс

Материальный баланс является основой всех технологических расчетов. По данным материального баланса определяются размеры и число необходимых аппаратов, расход сырья и вспомогательных продуктов, вычисляются расходные коэффициенты по сырью, выявляются отходы производства.

Материальный баланс представляет вещественное выражение закона сохранения массы применительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход) равна массе веществ, полученных в этой операции (расход), что записывается в виде уравнения баланса Σmприход = Σmрасход.

Статьями прихода и расхода в материальном балансе являются массы полезного компонента сырья (m1), примесей в сырье (m2), целевого продукта (m3), побочных продуктов(m4), отходов производства (m5) и потерь (m6), поступивших в производство или на данную операцию:

Материальный баланс составляется на единицу времени (час), на единицу выпускной продукции, на один производственный поток или на мощность производства в целом.

Таблица материального баланса для непрерывных процессов размещается на принципиальной технологической схеме внизу или на отдельных листах в следующем виде:

Таблица 3.1 — Материальный баланс непрерывного процесса

№ п/п Наименование компонентов Мол. масса Поток №
кг/час % масс. нм 3 /час % об.

т.е. для каждого потока указывается его состав, расход в кг/час и нм 3 /час. Номера потоков проставляются на технологической схеме.

Для периодических процессов материальный баланс составляется в виде таблицы 3.2.

Таблица 3.2 – Материальный баланс периодического процесса

Приход на операцию Расход на операцию
Состав, кг % масс. Состав, кг % масс.

На основании общего материального баланса производства определяются расходные коэффициенты сырья и вспомогательных материалов, необходимые для оценки экономической эффективности производства. Расходные коэффициенты сырья и вспомогательных материалов следует проводить в виде таблицы 3.3.

Таблица 3.3 – Расходные коэффициенты сырья и вспомогательных материалов

Наименование сырья и материалов Расходный коэффициент (кг/т, нм 3 /т и т.д.) Примечание

При составлении материальных балансов в качестве исходных данных могут быть заданы следующие величины.

1. Годовая производительность по готовому продукту в т/год, которую для расчета надо перевести в кг/ч (приняв во внимание фактическое число часов работы установки в год).

2. Состав исходного сырья и готового продукта. Если сырьё имеет очень сложный состав, то для расчета материального баланса можно принять условный, но вполне определенный состав. Соответственно принятому составу сырья рассчитывается состав продуктов реакции.

3. Основные технологические параметры (температура, давление, мольное или массовое соотношение между реагентами), данные по конверсии и селективности. Конверсию и селективность можно принять на основе литературных и производственных данных или данных лабораторных исследований.

4. Потери на каждой стадии процесса. Технологические потери возникают вследствие уноса части продуктов реакции с абгазами или с выводимыми потоками за счет частичного растворения, неполного извлечения в массообменных процессах (абсорбции, экстракции, ректификации и т.п.). Данные потери задаются или их значения выявляются на производственной практике. Если в проекте заложены новые процессы и аппараты, то необходимо провести предварительный расчет этих процессов для нахождения указанных величин.

Все недостающие данные для составления материального баланса находят расчетным путем, основываясь на закономерностях химико-технологических процессов.

При выполнении расчетов по составлению материальных балансов необходимо ясно представлять сущность процессов, протекающих на различных стадиях в том или ином аппарате. Целесообразно придерживаться следующего порядка:

1. Составить технологическую схему процесса (без вспомогательного оборудования – насосов, компрессоров и т.д.) с нанесением всех аппаратов, где происходят изменения составов и величин материальных потоков.

2. Составить уравнения химических реакций, протекающих в каждом из аппаратов, где имеет место химическое превращение. На их основе, если известны количество и состав выходящих из аппарата потоков, можно рассчитать необходимое количество исходных продуктов. И наоборот, если известны состав и количество исходных продуктов, то зная конверсию и селективность процесса, можно рассчитать состав и количество потока, выходящего из реакционного узла.

3. Нанести на схему все известные числовые данные о количественном и качественном составе потоков.

4. Установить, какие недостающие величины подлежат определению расчетным путем, и выяснить, какие математические соотношения надо составить для нахождения неизвестных величин.

5. Располагая всеми нужными соотношениями между известными и неизвестными величинами, а также необходимыми справочными данными, приступают непосредственно к расчету материальных балансов.

Ниже приводится порядок расчета материального баланса для наиболее общих случаев.

Пример 1. Известно:

─ производительность по готовому продукту, т/год;

─ качество сырья и состав готового продукта, % масс.;

─ степень извлечения или коэффициент выхода готового продукта на всех стадиях процесса;

─ составы всех выходящих с установок производства потоков.

Материальный баланс в этом случае составляется в следующей последовательности:

1. Определяется в готовом продукте содержание целевого компонента и других примесей (кг/ч).

2. Зная потери целевого продукта на каждой стадии (Рi) определяют, какое количество целевого компонента должно содержаться в исходной реакционной массе:

где Ср.м. ─ содержание целевого компонента в исходной реакционной массе;

Спр ─ содержание целевого продукта в готовом продукте;

Это интересно:  Как подать в суд на жкх

% Рi ─ доля потери целевого компонента на каждой стадии;

п ─ число стадий процесса.

3. Зная содержание целевого продукта в исходных продуктах, учитывая данные по конверсии и селективности процесса, принимая во внимание соотношение исходных реагентов, по уравнениям химических реакций рассчитывают состав продуктов реакции и количество необходимого для этого исходного сырья.

4. Далее составляют материальный баланс от аппарата к аппарату. Приходящие в каждый аппарат потоки имеют полную характеристику, а выходящие потоки рассчитывают, исходя из заданных величин.

Пример 2. Известно:

─ производительность по готовому продукту в т/год;

─ показатели процесса ─ селективность, конверсия, соотношение исходных компонентов;

─ содержание целевого продукта в выходящих из аппаратов потоков;

─ состав исходного сырья.

В этом случае удобно производить расчет материального баланса на

1000 кг перерабатываемого сырья. Расчет производится в следующей последовательности:

1. На основании данных по составу сырья, конверсии, селективности, соотношению исходных реагентов, по уравнениям реакций определяют состав и величину потока реакционной массы.

2. Проводят расчеты по определению величины потоков, входящих и выходящих из аппаратов, с учетом содержания целевого продукта в выходящих потоках.

3. Определяют выход готового продукта на 1000 кг перерабатываемого сырья. Затем определяют коэффициент пересчета на заданную производительность по готовому продукту по формуле:

К = ,

где qз ─ заданная производительность по готовому продукту;

q ─ количество готового продукта, полученного при переработке 1000 кг сырья.

4. Составляется общий и постадийный материальный баланс производства с учетом коэффициента пересчета.

Пример 3. Известно:

─ производительность по готовому продукту, содержание в нем целевого компонента;

─ основные показатели процесса ─ конверсия, селективность , условия процесса, соотношения исходных компонентов.

В этом случае отсутствуют данные по степени извлечения основных компонентов, составу промежуточных потоков на стадиях разделения продуктов реакции.

Для составления материального баланса производства удобно проводить расчет на 1000 кг сырья или одного из исходных компонентов в последовательности, изложенной во втором примере.

Однако в данном случае для нахождения значений концентраций компонента в промежуточных потоках необходимо провести предварительный расчет аппаратов (конденсатора, сепаратора, ректификационной колонны и т.д.). Для этого задаются условиями работы аппарата (по производственным или литературным данным) и зная состав и количество потока, поступающего в аппарат, рассчитывают состав и количество потока, выходящего из аппарата и наоборот. При этом необходимо подобрать такие условия работы аппарата, которые обеспечивали бы максимальную степень извлечения полезного компонента, были бы экономически выгодными и при этом обеспечивались бы требования к качеству готового продукта и к нормам выбросов в атмосферу или в сточные воды.

Таким образом, общий материальный баланс производства (установки) включает только потоки, входящие и выходящие с производства, а материальные балансы аппаратов включают характеристики входящих и выходящих потоков данного аппарата.

В расчетно-пояснительной записке дипломного проекта при оформлении результатов расчета материального баланса должны быть приведены все имеющие место в процессе уравнения химических реакций и представлены проведенные по ним расчеты.

В технологии органических веществ часто используются схемы с рециркуляцией потоков. В этом случае составление материального баланса установки усложняется. Главной задачей расчета с рециркуляцией является определение по заданному количеству перерабатываемого сырья выхода целевого продукта и суммарных загрузок каждого аппарата.

Простейшая схема такой установки имеет вид:

I ─ блок смешения; II ─ реакторный блок; III ─ блок разделения продуктов реакции.

q1 ─ поток свежего сырья;

q4 ─ поток готового продукта;

Рисунок 3.1 ─ Схема процесса с рециркуляцией и отдувкой части потока

Исходя из заданной производительности по готовому продукту, всегда можно определить, сколько его должно содержаться в потоке q4 , выходящем из реактора. Из данных по конверсии и селективности, которые бывают заданы при проектировании, и используя уравнения химических реакций, можно определить величину потока q3 и его компонентный состав (содержание основных и побочных продуктов).

Зная количество и состав потока q3 , можно определить количество и состав потока q2 , используя уравнения химических реакций. При расчете потока q2 необходимо принять во внимание содержание в нем инертов, концентрация которых обычно задается или регламентируется исходя из технологических соображений. Количество инертов должно быть учтено и в последующих потоках.

Величина потока q4 и его состав определены производительностью установки по готовому продукту и требованиями к нему, которые, как правило, задаются.

Для составления материального баланса всей установки и определения нагрузки на отдельные аппараты необходимо определить величину потоков q1, q4, q6 и состав потока q4, q6 (состав q1 обычно задается при проектировании или определяется в дальнейшем с учетом конверсии и селективности процесса).

Методы составления и расчета материальных балансов приведены в литературе [1-6].

Статья написана по материалам сайтов: www.ngpedia.ru, lektsii.org, studopedia.org.

»

Помогла статья? Оцените её
1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars
Загрузка...
Добавить комментарий

Adblock detector