Материальные и энергетические (тепловые) балансы

Материальные  и энергетические (тепловые) балансы

Под технологическим балансом подразумевают результаты расчетов (выраженные в виде уравнений, таблиц или диаграмм), отражающих количество введенных и полученных в производственном процессе материалов и энергии (их приход и расход).

В основе составления материальных и энергетических балансов лежат  законы сохранения материи и энергии. В каждом материальном балансе количество введенных в производственный процесс  материалов должно равняться количеству полученных основных и промежуточных  продуктов и отходов производства Точно так же должны быть равны  количества введенной тепловой или  электрической энергии и количества выведенной с продуктами и отходами энергии. При составлении технологических  балансов пользуются стехиометрическими и термохимическими расчетами, а  в ряде случаев — и другими  физическими и физико-химическими  закономерностями.

Материальные и энергетические балансы имеют большое значение для анализа и эффективного осуществления  производственного процесса. С их помощью устанавливают фактический  выход продукции, коэффициенты полезного  использования энергии, расходы  и потери сырья, топлива и других материалов. По цифровым данным технологических  балансов принимаются организационные  и технические решения по совершенствованию  работы оборудования, максимальному  использованию, утилизации или регенерации  материальных и энергетических ресурсов. Балансы весьма важны для составления  рациональных схем технологического процесса и установления оптимальных размеров, мощности и производительности оборудования. Данные технологических балансов и  выводы из их анализа широко используются технологами и экономистами при  проектировании новых и улучшении  работы существующих предприятий.

Составление технологических  балансов производится в две стадии. Сначала составляют материальный, а  затем на его основе — энергетический (или тепловой) баланс. Материальный баланс является количественным выражением закона сохранения массы и применительно  к отдельным стадиям производственного  процесса означает, что масса веществ, поступивших на технологическую  операцию (приход), равна массе полученных веществ (расходу).

Материальный баланс составляется по уравнению суммарной химической реакции с учетом параллельных и  побочных реакций. Побочные реакции  часто являются следствием присутствия  примесей в исходном сырье. Поэтому  в балансах приходится сопоставлять массу основных компонентов и  примесей с массой отходов производства, основных и побочных продуктов. Однако из-за неточностей технико-химического  анализа, погрешностей лабораторных измерений  и неполного учета всех происходящих реакций материальный баланс в конечном счете имеет приближенный характер.

В большинстве случаев  определение массы вещества производится отдельно для твердой, жидкой и газообразной фаз. Кроме того, часть продуктов  остается непрореагировавшей. Уравнение  материального баланса составляется в пересчете на единицу готовой  продукции, на единицу массы сырья  или единицу времени.

Для составления материального  баланса необходимо знать химический состав, некоторые физические и физико-химические свойства исходного сырья, отходов, основных и побочных продуктов. После проведения физико-метрических расчетов, для которых используются данные технико-химической и материальной отчетности производства, результаты вычислений оформляются в виде таблицы, состоящей из двух частей: приходной и расходной. В каждой из них все статьи баланса выражаются не только в весовых или объемных единицах, но и в процентах к общему приходу или расходу. Это позволяет нагляднее отображать степень использования веществ по отношению к теоретически возможному и облегчает анализ цифровых данных.