Баланс материалов реактора-баража учитывает все виды веществ, которые вступают в реакцию, покидают реактор, реагируют с реакционными агентами, накапливаются или теряются в течение определенного периода времени. При идеальном закрытом процессе этапа сброса не происходит непрерывного поступления или оттока компонентов, поэтому накопление компонентов равно образованию при реакции. Реальные балансы производства также должны включать этапную загрузку, пробоотбор, вентиляцию, испарение, перенос хлада, промывку, фильтрующий слой и восстановленный растворитель. Для систохимии следует исходить от молярной основы, сохранять отдельное измерение общей массы, использовать согласованные единицы измерения и согласовывать каждый этап рецептуры. Баланс позволяет оптимизировать размер реактора и анализировать выход, однако кинетика, поведение фаз, безопасность и удаление тепла по-прежнему требуют отдельных проверенных моделей.
Прежде всего определите границы и период времени
Нарисуйте границы вокруг реактора и укажите, когда начинается и заканчивается баланс. Баланс заряда и разряда отличается от баланса заготовки и восстановления, который включает очистку и восстановление растворителя. Ознакомьтесь со всеми физическими соединениями: жидкие источники питания, добавки порошка, газовые источники питания, вентиляционные отверстия, обратный клапан конденсатора, вакуумная система, точка отбора проб, нижний выход, рециркуляционная цепь и линия очистки.
Общая ситуация такова, что вход — выход + производство — потребление = накопление. Для общей массы химическая реакция не создает или не разрушает массу, поэтому образование и расходование уравновешиваются. Для отдельного компонента остаются термины реакции. Для однофазного реакционного процесса с постоянным объемом общая масса остается неизменной — dN.i/dt = riВ. Если изменяется объем, следует отслеживать количество молекул и объем отдельно, а не использовать упрощенную формулу для определения концентрированной концентрации.
Создайте вид и таблицу потоков
Используйте одну строку для каждого потока и одну колонку для каждого компонента. Вводите массу, моль, концентрацию, температуру и источник измерения, где это применимо. Переведите количества рецептуры в моль с использованием проверенных молекулярных весов, а затем выполните уравнение равновесия реакции и логику ограничения реакционных веществ. Обеспечьте видимость инертного растворителя и катализаторов, даже если они не указаны в общей степени окисления.
| Негативный актив | Основание, необходимое для этого | Типичные доказательства | Частая оплошность |
|---|---|---|---|
| Первоначальный взнос | Масса и состав при условиях заряда | Пакетные билеты, весы, сертификаты | Вода или растворитель уже в сосуде |
| Сценические дополнения | Наименование и вес фактического поставленного товара | Толшебник потока или система весов | Линия ровной линии и удерживающая подача |
| Реакция | Сбалансированная стехиометрия и превращение | Подтвержденный кинетический или аналитический результат | Побочные реакции и избыток реагента |
| Вентиляция/выпуск пара | Сжатые данные о возврате и невозвращенные убытки | Записи конденсатора и приемника | Некондиционируемые вещества, содержащие пар |
| Передача продукции | Масса и состав, полученные с помощью метода Net | Вес транспортного средства или упаковки | Реактор и пятка линии |
| Образцы/отходы | Количество и место назначения | Отчеты о лабораторных и отходов | Повторяемые небольшие образцы |
Отделить степень окисления от измеренного процента выхода
Стоимомеренное отношение — теоретическая величина продукта, полученного из исходного реагента. Конверсия — доля расходуемого реагента. Селективность описывает распределение расходуемого реагента между желательными и нежелательными продуктами. Отношение изолята включает последующее восстановление. Эти термины не взаимозаменяемы.
Вычислите теоретический объем продукта по фактическим заряженным мольям и уравновешенным коэффициентам. Затем сравните измеренный объем продукта с остатком реагентов, выявленными побочными продуктами и физическими потерями. Если объем продукта ниже 100%, укажите как массу общего потока, так и массу содержащегося продукта. Даже при высокой концентрации продукта он может иметь низкий химический выход, если в нем присутствует растворитель или нерастворимый материал.
Управление изменением громкости и добавлением получатаний
Многие промышленные рецепты “в одном шаге” являются полупромышленными в течение части цикла. Один компонент поступает при отсутствии потока продукта, а другой покидает систему через конденсатор. В результате баланс компонентов включает молярную скорость поступления и скорость реакции, а общий объем изменяется с течением времени. Глубина заполнения может зависеть от состава и температуры, поэтому суммирование объемов компонентов при комнатной температуре может быть ошибочным.
Создавайте границы этапа на каждой зарядке, нагреве, остановке реакции, периоде вывода газа, охлаждении и переходе к следующему этапу. Окончательный объем одного этапа становится начальным для следующего. Это облегчает поиск несоответствия и расчет максимального рабочего объема, использованного для измерение размера реактора для серии.
Учет пара, конденсата и газа
Закрытый реактор может изменять массу через вентиляционную трубу, газосборник, вакуумную систему, отводную трубу или конденсатор. Оцените объем выделившейся пары с помощью соответствующих данных о фазовом равновесии и тепловом притоке. Если возможно, измерьте объем восстановленного конденсата и определите, возвращается ли он обратно в реактор или поступает в приемник. Потребление газа или его образование могут быть рассчитаны на основе молярного баланса, скорректированного на указанное давление и температуру.
Не следует извлекать заключение о степени воспламеняемости или токсичности вентиляционных систем только на основании простого баланса материалов. Система вентиляции и системы отвода дымовых газов требуют квалифицированного анализа достоверных сценариев, термодинамики, двуфазного потока, перегрева реакций и применимых норм.
Компенсация измерений и неопределённости
Измерьте выход продукции, полученной в результате работы, плюс остаток продукции на конец периода, сравните его с вводимой продукцией плюс начальный остаток продукции, используя четко определенную процедуру. Несбалансированность не обязательно является результатом потери в процессе измерения. Во-первых, проверьте нулевой уровень шкалы, калибровку датчика расхода, преобразование плотности, выборку проб, влажность, основу анализа, задержку на линии, испарение и транскрипцию.
Определите предельный уровень действия в зависимости от возможностей измерения и рисков процесса, а не требуйте идеального закрытия без исключений. Следите за величиной и направлением отклонений. Повторяющийся отрицательный результат может указывать на потерю или утечку воздуха в системе или на неверный зажим; положительный результат — на проникновение воды, ошибку в таре или неточную основу анализа. Документируйте изменения вместо того, чтобы заставлять таблицу закрываться сама.
Пример из практики
При реакции A → B с однонаправленной кинетикой предположим, что в систему вводят 1000 моль A и 2000 моль инертного растворителя. Анализ в конце показывает, что осталось 100 моль A. Переход в форму B теоретически возможен при условии, что количество A в системе не изменилось: (1000 − 100) ÷ 1000 = 0,90, или 90%. Если не происходит никаких побочных реакций, теоретически образованное количество B составляет 900 моль. Если в переданном продукте и пробах измеряется только 855 моль B, разница в 45 моль требует изучения как потерь, так и других факторов, таких как неточность анализа, деградация, побочные продукты или иные потери; эти потери не должны оставаться незамеченными и обозначаться как “потери выхода”.”
Университета Колорадо в Боулдере Модуль реактора Batch-Reactor LearnChemE вызывает баланс компонентов и показывает преобразования. Национальный институт стандартов и технологий США предоставляет авторитетные Ссылка на единицы SI для постоянных количеств. Применять уравнения только при использовании проверенного схемы реакции и базовых характеристик.
Используйте баланс для определения оборудования
Баланс обеспечивает максимальное количество жидких веществ, количество кормов, объем пара и конденсата, массовую выгрузку, потребности в линии слива и ожидаемую высоту дна. Эти значения определяют рабочее объем судна, размер насасы, регулировку подачи корма, работу конденсатора, емкость приемника, нагрузочные датчики, контроль процесса и передачу данных. Кроме того, они уточняют, какие измерения необходимо регистрировать в системе управления.
Обзор семейство продуктов химических реакторов и родитель категория реактора, После этого предоставьте поставщику заполненную таблицу потоков. Сюда же перенаправляются следующие статьи: Электротермия реактора эпоксидной смолы и планирование вывода и документация по запросу на реактор охватывает дополнительные затраты на теплоснабжение и закупки.
Обучающее видео
Превратите баланс в контролируемый производственный рекорд
Дизайн-баланс прогнозирует ожидаемые объемы; операционный баланс должен отражать фактические зачисленные, взятые в пробы, выведенные и сохраненные количества. Свяжите каждое измерение с соответствующим инструментом или документально подтвержденной оценкой и укажите ее неопределённость. Используйте временные метки, чтобы записи можно было сопоставлять с показателями уровня, температуры, давления, конденсатора и аналитических тенденций. Это обеспечивает доказательства для проведения расследования отклонений, а не для создания электронного таблицы, подготовленной после сдачи партии.
Основные виды продукции — влажная, сухая, безразбавленная и с активным веществом — следует четко отделить друг от друга. В сертификате на корм может указываться анализ на сухой основе, тогда как в партийной квитанции используется общая масса, доставленная партиями. Вода или растворитель в таком корме должны учитываться в общем балансе и могут влиять на рабочее объём, концентрацию реакционной смеси и расход энергии. Аналогичная дисциплина распространяется на рециркулируемый растворитель и исходную жидкость, состав которых может варьироваться от партии к партии.
Для проведения кампании необходимо добавить данные о начальных и конечных запасах в дневных резервуарах, приемниках, фильтрах, перекачивающих линиях и контейнерах для отходов. Вес одного реактора может показаться неточной оценкой материала, временно хранимого в другом месте. Сопоставьте границы оборудования и кампании; оба результата должны соответствовать друг другу при синхронизации времени и запасов.
Используйте отклонения для улучшения конструкции измерения. Если потеря конденсатора доминирует над неопределенностью, добавьте вес приемника или уровень измерения с коррекцией температуры. Если расход переноса колеблется, определите точку оттока и проверите схождение линии. Если выбор проб является обязательным для небольших партий, записывайте каждую пробу. Более совершенные приборы должны учитывать наибольшую неопределенность, влияющую на принятие решения, а не собирать данные, которые не меняют вывод.
Проверьте баланс перед изменением рецептуры или увеличением объёма готовой продукции. Убедитесь, что каждый расчёт по-прежнему указывает на нужный компонент, что молекулярные массы и анализы соответствуют действующим спецификациям и что переработанные потоки используют репрезентативный состав. Поставьте в известность независимого рецензента, чтобы он проследил за одним из компонентов от момента получения до окончательного отхода от производства. Проверьте правильность расчёта и предотвратите замену рецептур неясными значениями.
При закупке оборудования необходимо учитывать как стандартный вариант, так и максимально возможный вариант. Поставщик должен понимать максимальный объем жидких материалов, максимальные скорости подачи и выгрузки, объем паров и газов, ожидаемые объемы твердых частиц и требования к измерениям. Необходимо четко различать процессы от конструкционных параметров оборудования. Сборная веса материалов дает представление о технических характеристиках сосуда, но не устанавливает допустимое давление, объем вывода, металлургические свойства или безопасные рабочие пределы.
Учебный материал компании LearnChemE, подготовленный для университетов, демонстрирует, как составляются балансы материалов для реакторов с цистернами.
Часто задаваемые вопросы
У реактора с плазменным потоком есть нулевой вход и выход?
Только в ходе определенного закрытого этапа реакции. Полный производственный цикл включает загрузку, испытания, продувку и выгрузку, а промежуточные этапы могут включать непрерывную подачу сырья.
Почему может произойти закрытие полной массы при отсутствии баланса компонентов?
Общая масса может быть верной даже в том случае, если данные о составе, преобразовании, побочных реакциях или анализе неверны. Весы для компонентов обеспечивают химическую точность.
Нужно ли при расчете материального баланса использовать массу или моль?
Используйте моль для определения степени окисления и соблюдайте независимую массу для полного закрытия системы. Переводите с помощью проверенных молекулярных весов и составов.
