баланси


А. Матеріальний та енергетичний баланси

Вступ

Матеріальний та енергетичний баланси (BMyE) є одним з найважливіших інструментів, доступних для обробки технологій, і використовуються для обліку потоків речовини та енергії між певним промисловим процесом та навколишнім середовищем або між різними операціями, що його складають. Інтегрувати . Отже, при проведенні PFC BMyE дозволить нам знати масові витрати всіх матеріальних потоків, що беруть участь у процесі, а також енергетичні потреби того самого, що в кінцевому рахунку перетвориться на вимоги допоміжних служб, таких як пар або охолодження.
В рамках PFC BMyE мають своє логічне місце в техніко-економічному обґрунтуванні, оскільки саме через них отримують необхідну інформацію для продовження розмірів обладнання та оцінки потреб допоміжних служб (пар, повітря, холодильне обладнання) . У Звітному розрахунку BMyE обраної альтернативи повинен бути включений як додаток до нього.

Матеріальні баланси (BM)

Застосування BM не є концептуально складним, і його теоретичні основи можна детально переглянути в таких текстах, як ті, що містяться в розділі пошуку інформації [Balances de Materia y Energía], а також у численних прикладах застосування до різних операцій та процесів. Нижче розглядаються основні ідеї підходу до БМ та вказуються можливі стратегії їх використання у СПС.
БМ засновані на законі збереження речовини, який, строго кажучи, повинен застосовуватися до всієї речовини-енергії, а не до речовини або енергії окремо. Однак в умовах, що відбуваються в промислових процесах, що є об'єктом ПФУ в УГР, оскільки справа ядерних реакторів не розглядається, не відбувається перетворення речовини в енергію або навпаки, з чим загальна форма баланс ВСЬОГО речовини для системи становитиме:

Форма залишку для кожного з компонентів буде однаковою, за винятком випадків, коли відбувається хімічна реакція, оскільки в такому випадку появу або зникнення окремих компонентів слід розглядати як результат реакції (однак загальна сума маса системи ніколи не буде змінюватися). З цієї причини BM до компонента „i” матиме вигляд:

Дуже часта ситуація полягає в тому, що процес є безперервним, з яким термін накопичення буде 0.
Як зазначено, BM можна застосовувати як до технологічного блоку (комп’ютера), так і до всього повного процесу. Для одиниці або обладнання може бути запропоновано стільки незалежних БМ, скільки компонентів, задіяних у ньому, а для повного процесу може бути запропоновано кількість незалежних БМ, що дорівнює сумі одиниць усіх одиниць того самого, розуміючи як одиниці обробляти групи або операції, що її складають. Крім того, в деяких випадках існують взаємозв'язки між різними струмами, які можуть служити додатковими рівняннями до ВМ.

Підхід BM у PFC

Перший крок, щоб запропонувати БМ до конкретного процесу, складається з того, що на блок-схемі цього ж, фіксується вся доступна інформація, яка в основному буде такою:

  1. Потік потоку
  2. Склад струмів
  3. Інші відомі відносини або обмеження

Хоча доцільно проаналізувати, визначена система чи ні, і кількість ступенів свободи, якщо ні, кількість готової кінцевої продукції, яку потрібно виготовити, буде відома завжди, оскільки ці дані даються потужністю виробництва, який повинен був бути встановлений у Дослідженні ринку. Виходячи з цих даних, для підняття залишків можна використовувати кілька стратегій, хоча вони не завжди будуть можливою можливістю, а то й лише однією (як правило, неможливо зробити всі залишки послідовно):

Вирішіть баланс у глобальному процесі, а з отриманими даними підніміть баланс до першої одиниці та, коли це можливо, вирішуйте послідовно.

Візьміть за основу розрахунку (проектну змінну) потік сировини (якщо їх буде декілька, буде обрано основну або одну з них) і послідовно розв'яжіть процес вперед, починаючи з першої одиниці, хоча потім масштабу довелося б змінити так, щоб виробничі потужності були бажаними.

Почніть піднімати та вирішувати залишки послідовно та назад, якщо це можливо, починаючи з останнього з технологічних блоків.

Взагалі, підхід та вирішення БМ вимагає "маніпулювання" та роботи з наявною інформацією, тестування різних стратегій, до досягнення прийнятного та фізично узгодженого рішення, оскільки ні в якому разі не може більше речовини покинути систему, ніж потрапити або навпаки.

Енергетичний баланс (BE)

BE, як правило, дещо складніші, ніж речовини, оскільки енергія може перетворюватися з однієї форми в іншу (механічну, теплову, хімічну тощо), що обумовлює необхідність врахування цього аспекту в рівняннях. Загалом, у ПФУ БЕ будуть важливими в обладнанні, в якому енергетичний обмін є вирішальним, що в основному відбуватиметься в теплообмінниках, випарниках, дистиляційних колонах тощо, тобто коли це необхідно нагрівання або охолодження рідини. У випадку з хімічними реакторами енергетичний баланс також має важливе значення для їх конструкції, оскільки в будь-якому випадку потрібно буде забезпечити, щоб температура реактора залишалася в межах бажаного діапазону, особливо коли теплові ефекти реакції важливі. У біохімічних реакціях ці ефекти зазвичай не є дуже значними, тому їх можна ігнорувати під час попереднього визначення розмірів ферментерів або ферментативних реакторів, коли це виправдано.
Залишаючи осторонь підхід до BE в реакторах, у більшості іншого обладнання та для попереднього визначення розмірів, так званого рівняння ентальпії, яке наведено нижче, зазвичай достатньо для вашого підходу.

Де ms і me - вхідні та вихідні масові потоки системи, He і Hs - ентальпії однієї і тієї ж теплоти, що обмінюється системою, яка, якщо позитивна буде отримана системою, а якщо буде негативною, буде передана тим самим до оточення. Розрахунок ентальпії кожного струму можна здійснити, використовуючи його теплоємність та еталонну температуру, хоча при фазових змінах також доведеться враховувати приховане тепло. Для пари ідеально використовувати таблиці насиченої або перегрітої пари, доступні в літературі або навіть в онлайн-додатках.