Bilans masowy procesu
Słownik kwalifikacji CHM.06 - Organizacja i kontrolowanie procesów technologicznych w przemyśle chemicznym
Bilans masowy to zestawienie mas substancji doprowadzanych do procesu i mas substancji z niego odprowadzanych. Wynika z zasady zachowania masy: masa nie powstaje i nie znika, lecz zmienia formę lub skład chemiczny.
W procesach ciągłych bilans wykonuje się najczęściej dla natężeń strumieni masowych, np. w kg/h lub t/h.
Ogólna postać bilansu
Dla procesu bez strat:
masa doprowadzona = masa odprowadzona
Dla procesu ciągłego:
strumień wejściowy = strumień wyjściowy
Jeżeli zachodzi reakcja chemiczna, bilans łączy się z obliczeniami stechiometrycznymi. Najpierw ustala się ilość czystego produktu lub reagenta, a następnie korzysta ze stosunków molowych wynikających z równania reakcji.
Przykład zastosowania
Dla reakcji:
SO3 + H2O -> H2SO4
stosunek molowy wynosi:
- 1 mol SO3,
- 1 mol H2O,
- 1 mol H2SO4.
Jeżeli powstaje 98 000 kg/h czystego H2SO4, to:
n = 98 000 kg/h / 98 kg/kmol = 1000 kmol/h
Potrzeba więc:
- SO3:
1000 kmol/h · 80 kg/kmol = 80 000 kg/h, - H2O zużytej w reakcji:
1000 kmol/h · 18 kg/kmol = 18 000 kg/h.
Jeżeli produktem jest roztwór 98%, to pozostałe 2% masy produktu stanowi woda niezwiązana chemicznie. Dla 100 000 kg/h roztworu jest to 2 000 kg/h wody. Całkowity strumień wody doprowadzanej wynosi więc 18 000 + 2 000 = 20 000 kg/h.
Na co uważać?
- procent masowy dotyczy masy roztworu, nie liczby moli,
- do stechiometrii bierze się masę czystej substancji,
- jednostki muszą być spójne, np. kg/h i kg/kmol,
- przy 100% wydajności nie uwzględnia się strat ani nieprzereagowanych reagentów.