Ισοζύγια μάζας και ενέργειας

Abstract

Παρουσιάζεται η μεθοδολογία κατάστρωσης ισοζυγίων μάζας μεταξύ των ρευμάτων εισόδου-εξόδου διάφορων συσκευών. Σχολιάζονται ρεύματα με ειδική λειτουργική σημασία: ρεύματα ανακύκλωσης, παράκαμψης και απομάκρυνσης υλικών. Επιλύονται παραδείγματα ισοζυγίων μάζας σε φυσικές διεργασίες κρυστάλλωσης, απόσταξης, εκχύλισης, ατμοπαραγωγής και σε χημικές διεργασίες. Εξετάζεται ως σύνθετο παράδειγμα η βασική τεχνολογία παραγωγής αμμωνίας. Καταστρώνεται το γενικό ισοζύγιο ενέργειας και εντοπίζονται οι όροι που μπορούν να αγνοηθούν κατά την εφαρμογή του σε διεργασίες μεταφοράς μάζας. Γίνεται ανασκόπηση των μεθοδολογιών υπολογισμού μεταβολών ενθαλπίας, καθώς και των πρότυπων ενθαλπιών αντίδρασης και ανάμειξης. Επιλύονται παραδείγματα συνδυασμένων ισοζυγίων μάζας και ενέργειας σε διεργασίες εξάτμισης, κλασματικής απόσταξης, καύσης, ασβεστοποίησης και ανάμειξης διαλυμάτων οξέων.

The methodology for writing down mass balances is outlined. Recycle, bypass and purge streams are singled out and their operational significance is discussed. Examples are solved for physical processes, such as crystallization, distillation, extraction, and steam generation, and for processes involving chemical reactions. The flowsheet of an ammonia synthesis plant is used as an all-inclusive problem. The general energy balance is derived and simplifications pertinent to thermal processes are discussed. The methodologies for estimating enthalpy changes are reviewed, and the standard enthalpies of reaction and mixing are defined. Problems involving a combination of mass and energy balances are solved, with examples from evaporation, distillation and combustion processes, lime kilns and inorganic solution mixing.