következő lesz


A. Anyag- és energiamérlegek

Bevezetés

Az anyag- és energiamérleg (BMyE) az egyik legfontosabb eszköz, amely a folyamattervezés számára rendelkezésre áll, és amelyeket egy bizonyos ipari folyamat és környezete, illetve az integrálódó különféle műveletek közötti anyag- és energiaáramlás elszámolására használnak. Ezért a PFC végrehajtása során a BMyE lehetővé teszi számunkra, hogy megismerjük a tömegáramok a folyamatban részt vevő összes anyagáram, valamint a energiaigény ugyanaz, ami végső soron a segédszolgáltatások, például a gőz vagy a hűtés követelményeivé válik.
A PFC-n belül a BMyE-nek logikus helye van a megvalósíthatósági tanulmányban, mivel rajtuk keresztül szerzik be a szükséges információkat a berendezések méretezéséhez és a kiegészítő szolgáltatások (gőz, levegő, hűtés) szükségleteinek becsléséhez. . A számítási jelentésben a választott alternatíva BMyE-jét fel kell tüntetni, annak mellékleteként.

Anyagmérlegek (BM)

A BM alkalmazása fogalmilag nem bonyolult, elméleti alapjait részletesen megismerhetjük olyan szövegekben, mint amelyek megtalálhatók az információ-keresési szakaszban [Balances de Materia y Energía], valamint a különböző műveletekre és folyamatokra történő alkalmazás számos példájával. Az alábbiakban a BM megközelítés alapgondolatait tekintjük át, és a CBP-ben történő alkalmazásuk lehetséges stratégiáit mutatjuk be.
A BM-ek az anyag megőrzésének törvényén alapulnak, amelyet szigorúan véve az anyag-energia komplexre kell alkalmazni, és nem külön-külön az anyagra vagy az energiára. Azokban a körülmények között, amelyek az ipari folyamatokban fordulnak elő, amelyek az UGR-ben a PFC-k tárgyát képezik, mivel a nukleáris reaktorok esetével nem foglalkozunk, az anyag nem alakul át energiává vagy fordítva, amellyel a a rendszer TOTAL anyagának egyensúlya a következő lesz:

Az egyes komponensek egyensúlyának formája azonos lesz, kivéve, ha kémiai reakció történik, mivel ebben az esetben az egyes komponensek megjelenését vagy eltűnését a reakció eredményeként kell figyelembe venni (azonban a teljes a rendszer tömege soha nem változik). Ezért az „i” komponenshez tartozó BM formája a következő lesz:

Nagyon gyakori helyzet, hogy a folyamat folyamatos, amellyel a felhalmozási idő 0 lesz.
Amint azt jeleztük, a BM-ek alkalmazhatók egy folyamategységre (számítógépre), valamint a teljes folyamatra. Egy egységhez vagy berendezéshez annyi független BM-t lehet javasolni, mint az abban részt vevő alkatrészeket, és egy teljes folyamatot javasolni lehet számos független BM-nek, amely megegyezik az azonos egység összes egységének összegével, egy egység egységeként értve. feldolgozza az azt alkotó csapatokat vagy műveleteket. Ezenkívül bizonyos esetekben vannak olyan kapcsolatok, amelyek a különböző áramok között vannak, amelyek további egyenletekként szolgálhatnak a BM számára.

BM megközelítés a PFC-ben

Az első lépés, amellyel a BM-t egy adott folyamatra javasolják, abból áll, hogy ennek blokkdiagramján rögzíti az összes rendelkezésre álló információt, amely alapvetően a következő lesz:

  1. Patak folyik
  2. Az áramok összetétele
  3. Egyéb ismert kapcsolatok vagy korlátozások

Bár célszerű elemezni, hogy a rendszer meghatározva van-e, és ha nem, akkor a szabadság fokainak száma, ha nem, mindig ismert lesz a gyártandó végtermék óránkénti mennyisége, mivel ezeket az adatokat a kapacitás adja a piackutatás során meg kellett volna állapítani. Ezen adatok alapján többféle stratégia alkalmazható az egyenlegek emelésére, bár ezek nem mindig lesznek lehetségesek, vagy akár csak az egyik lesz (általában nem lehetséges az összes mérleget egymás után elvégezni):

Oldja meg a mérleget a globális folyamathoz, és a kapott adatokkal emelje fel a mérleget az első egységre, és oldja meg egymást, ha lehetséges.

Vegyük a számítás alapjául (tervezési változó) a nyersanyag áramlását (ha több van, akkor a főt vagy egyet választanánk), és egymás után oldjuk meg a folyamatot, kezdve az első egységgel, bár akkor a skála változtatni kellene, hogy a termelési kapacitás a kívánt legyen.

Kezdje el a mérlegek egymás utáni és felfelé tételét és megoldását, ha lehetséges, az utolsó folyamategységtől kezdve.

Általánosságban elmondható, hogy a BM megközelítése és felbontása megköveteli a rendelkezésre álló információk „manipulálását” és kezelését, különböző stratégiák tesztelését, amíg elfogadható és fizikailag koherens megoldást nem érünk el, mivel semmilyen esetben sem hagyhat el több anyagot a rendszerből, mint belépni vagy fordítva.

Energiamérlegek (BE)

A BE-k általában valamivel bonyolultabbak, mint az anyagé, mert az energia átalakulhat egyik formából a másikba (mechanikai, termikus, kémiai stb.), Ami miatt ezt a szempontot szükséges figyelembe venni az egyenletekben. Általánosságban elmondható, hogy a PFC-ben a BE-k alapvető fontosságúak lesznek azokban a berendezésekben, amelyekben az energiacsere a meghatározó, ami alapvetően a hőcserélőkben, az elpárologtatókban, a desztillációs oszlopokban stb. Történik, vagyis amikor arra szükség van folyadék melegítése vagy hűtése. A kémiai reaktorok esetében az energiamérlegek is elengedhetetlenek a tervezésüknél, mivel mindenképpen biztosítani kell, hogy a reaktor hőmérséklete a kívánt tartományban maradjon, különösen akkor, ha a reakció hőhatásai fontosak. A biokémiai reakciókban ezek a hatások általában nem túl szignifikánsak, ezért figyelmen kívül hagyhatók a fermentorok vagy az enzimatikus reaktorok előzetes méretezése során, amikor csak indokolt.
Eltekintve a BE-nek a reaktorokban, a legtöbb egyéb berendezésben való alkalmazásától és az előzetes méretezés céljából, az alábbiakban szereplő úgynevezett entalpia-egyenlet általában elegendő az Ön megközelítéséhez.

Ahol ms és én a rendszer be- és kimeneti tömegárama, He és Hs azonos entalpiái, Q pedig a rendszer által kicserélt hő, amely ha pozitív lesz a rendszerben, és ha negatív, akkor átkerül ugyanúgy a környékre. Az egyes áramok entalpiája kiszámítható a hőteljesítménye és a referencia-hőmérséklet alapján, bár fázisváltozások esetén a látens hőt is figyelembe kell venni. A gőzhöz ideális a telített vagy túlhevített gőz táblázatait használni, amelyek rendelkezésre állnak az irodalomban vagy akár online alkalmazásokban.