Материальный баланс представляет вещественное выражение закона сохранения массы применительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход) равна массе веществ, полученных в этой операции (расход), что записывается в виде уравнения баланса .
Статьями прихода и расхода в материальном балансе явл-ся массы полезного компонента сырья (m1), примесей в сырье(m2), целевого продукта(m3), побочных продуктов(m4), отходов производства(m5), и потерь(m6), поступивших в производство или на данную операцию:
m1+ m2= m3+ m4+ m5+ m6
Материальный баланс составляется на единицу массы целевого продукта или на отдельный аппарат (реактор) и выражается в массовых единицах (кг,т) или массовых долях. Для периодических процессов материальный баланс составляется на одну операцию, для непрерывных процессов – на единицу времени.
На основе материального баланса рассчитываются расходные коэффициенты, определяются размеры аппаратов и устанавливаются оптимальные значения параметров технологического режима процесса.
В основу энергетического баланса положен з-н сохранения энергии, согласно которому в замкнутой системе сумма всех видов постоянна. Частным и наиболее распространенным в химическом производстве видом энергетического баланса явл-ся тепловой баланс: приход тепла в данной технологической операции равен расходу тепла в ней, что записывается в форме ур-я теплового баланса .
Статьями прихода и расхода в тепловом балансе явл-ся тепловые эффекты реакций , теплоты фазовых переходов (Q1), теплосодержание веществ, участвующих в процессе (Q2), теплота, подводимая в аппарат извне и выводимая из аппарата (Q3), тепловые потери (Q4) в данной технологической операции:
1+Q2 +Q3= 1+ Q11 +Q21+ Q31 +Q41 где: индекс (1) относится к статьям расхода.
Тепловые вклады в баланс рассчитывают по известным формулам. Тепловой эффект химической реакции по формуле: ,
В которой значения энтальпии продуктов реакции и исходных веществ берутся из таблиц.
Теплосодержание веществ рассчитывают по формуле: Q2= m*c*t, где m- масса вещ-ва, c-его теплоемкость, t- температура
Теплоту фазовых переходов рассчитывают по формуле: Q2 = m * q
Где: q- удельная теплота соответствующего фазового перехода (испарения, конденсации, растворения, кристаллизации), m-масса вещества
Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на единицу производимого продукта или на цикл работы аппарата. Данные теплового баланса используются для определения расхода теплоносителя и хладоагента, расчета поверхности греющих и охлаждающих элементов и подбора оптимального теплового режима процесса.