Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Показатели химического производства и химико-технологического процесса




Эффективность любого химического производства оценивается рядом технологических, экономических, эксплуатационных и социальных показателей.

Технологические показатели. В качестве технологических показателей, которые отражают физико-химическую сущность явлений, происходящих при том или ином химико-технологическом процессе, принято использовать, прежде всего, следующие:

- расходные коэффициенты;

- степень превращения исходных реагентов;

- селективность;

- выход продукта;

- производительность (мощность);

- интенсивность процесса;

- удельные капитальные затраты;

− качество продукта.

Они с различных сторон характеризуют степень использования сырья и энергии для осуществления конкретной химической реакции.

Расходные коэффициенты– величины, характеризующие рас­ход сырья, воды, топлива, электроэнергии, пара, вспомогательных материалов на производство единицы продукции. Расходные коэффициенты по сырью определяют, используя химические уравнения. Расход сырья, вычисленный по уравнению реакции на основании стехиометрических соотношений, называют теоретическим:

Рктеор = , (1)

где Рктеор – теоретический расходный коэффициент, т/т, кг/т, м3/т; m1 – масса сырья, кг, т; m2 – масса целевого продукта, кг, т.

Практический расход сырья, как правило, превышает теоретический. Это связано с неполным превращением исходного сырья, наличием примесей в сырье, образованием побочных продуктов реакций, механическими потерями и т. д. Расходные коэффициенты по сырью на 50-70% определяют себестоимость продукции. Для расчета расходных коэффициентов необходимо знать все стадии производства, в результате осуществления которых проис­ходит превращение исходного сырья в целевой продукт. Расходные коэффициенты для одного и того же целевого продукта за­висят от состава исходного сырья и могут значительно от­личаться. Поэтому необходима предваритель­ная оценка экономической целесооб­разности использования того или иного типа сырья с учетом образования побочных продуктов, степени превращения и других факторов.

Степень превращения показывает, насколько полно в химико-технологическом процессе используется сырье. Иными словами, степень превращения – это отношение массы (химического количества) исходного реагента, превратившегося в результате химической реакции в продукты, к его первоначальной массе (химическому количеству). Для конкретного реагента она определяется по уравнению

хi = , (2)

где хi – степень превращения реагента I; mi, 0 – масса реагента I в исходной реакционной смеси, кг; m i – масса реагента I в реакционной смеси, выходящей из аппарата или находящейся в реакторе, кг.

Аналогично можно рассчитать степень превращения, используя химическое количество реагента I:

хi = ,

где ni, 0 – химическое количество реагента I в исходной реакционной смеси, кмоль; ni – химическое количество реагента I в реакционной смеси, выходящей из аппарата или находящейся в реакторе, кмоль.

Большинство химических реакций обратимы. Для обратимых реакций предельным состоянием при заданных условиях является состояние химического равновесия. Важной характеристикой обратимых процессов является равновесная степень превращения х :

х = или х = ,

где m n – соответственно масса и количество реагента А в условиях равновесия.

Часто для удобства расчета степени превращения используют концентрации реагентов:

хi = . (3)

В случае, когда процесс протекает с изменением объема, необходимо учитывать поправочный коэффициент β:

β = ,

где Vн, Vк – объемы начальной и конечной реакционной смеси соответственно при х = 0 и х = 1.

С учетом β расчет текущей концентрации СА при степени превращения хА можно проводить следующим образом:

СА = ,

где СА – текущая концентрация реагента А, моль/л, кмоль/м3.

Если реагенты А и В взяты для проведения реакции в стехиометрическом соотношении, то степени превращения хА и хВ равны между собой: хА = хВ. Если реагент А взят в избытке, то хА < хВ, если взят в избытке реагент В, то хА > хВ.

Многие технологические процессы протекают одновременно по нескольким параллельным или последовательным реакциям с образованием целевого и побочного продуктов. Важным показателем для таких процессов является селективность.

Селективностьэто отношение массы (химического количества) целевого продукта, полученного практически, к общей массе (химическому количеству) образовавшихся продуктов:

j = (4)

где mR, nR – соответственно масса и химическое количество целевого продукта R; – соответственно суммарная масса и суммарное химическое количество продуктов.

Степень превращения определяет эффективность проведения процесса с точки зрения использования исходного сырья, но эта величина не всегда достаточно полно ее характеризует с точки зрения получения продукта реакции. Поэтому вводят еще один критерий эффективности – выход продукта.

Выход продуктаэто отношение реально полученной массы (химического количества) продукта к максимально возможной его массе (химическому количеству), которая могла бы быть получена при данных условиях осуществления химической реакции:

αR = или αR = (5)

Величина mR, max зависит от того, каков тип осуществляемой химической реакции. Рассмотрим несколько различных реакций.

Необратимая химическая реакция

аА + bB ® rR + sS

Будем считать, что реагент А берут либо в количестве, соответствующем стехиометрическому соотношению реагентов А и В, либо в недостатке по отношению к нему, т. е.

Тогда максимально возможное количество продукта R будет получено, если весь реагент А (nА, 0) вступит в реакцию, т. е.

nА, 0 = nR, max.

В таком случае

αR =

Так как

хА= а nR = nA, 0 - nA,

то

хА = αR, (6)

т. е. для простых необратимых реакций выход продукта равен степени превращения реагента. Селективность процесса в этом случае равна 1.

Однако для других типов реакций выход продукта и степень превращения реагента различаются.

Обратимая химическая реакция

аА + bB Û rR + sS

Максимально возможная масса продукта R – это такая его масса, которую теоретически можно получить в момент равновесия, т. е.

mR, max = m или nR, max = n (7)

где m n - соответственно масса и химическое количество продукта в момент равновесия.

Тогда

αR = (8)

Таким образом, для обратимых реакций выход продукта равен доле, которую составляет реально достигнутая степень превращения от равновесной для данных условий проведения реакции.

Сложная химическая реакция.

Для сложных химических реакций, т. е. параллельных и последовательных, хА > αR. Выход для таких реакций можно рассчитать, согласно выражению

αR = хА j . (9)

Важным критерием эффективности работы отдельных аппаратов, реакторов, цехов или заводов в целом является производительность.

Производительность это масса полученного продукта или переработанного сырья в единицу времени:

П = (10)

где П – производительность, кг/ч, т/сут; mR – масса продукта, кг; t – продолжительность, мин, ч.

Максимально возможная для данного агрегата, машины производительность называется мощностью. Одним из основных направлений химической промышленности является увеличение единичной мощности агрегатов, так как оно ведет к снижению удельных капитальных затрат, повышению производительности труда.

 

Для сравнения работы аппаратов различного устройства и размеров, в которых протекают одни и те же процессы, используется понятие интенсивность.

Интенсивностьюназывается производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры реактора, аппарата, - его объему, площади поперечного сечения и т. д.:

I = (11)

где I – интенсивность, кг/(м3 × ч), т/(м2 × сут); V – объем аппарата, м3; F – поверхность аппарата, м2.

При анализе работы каталитических реакторов принято относить производительность аппарата в целом к единице объема или массы катализатора, загруженного в реактор. Такую величину, численно равную количеству продукта, полученного с единицы объема или массы катализатора, называют производительностью катализатора, или его напряженностью.

Удельные капитальные затраты – затраты на оборудование, отнесенные к единице его производительности. Для организации производства необходимы единовременные затраты на аппараты, машины, трубопроводы, сооружения и прочее, т. е. капитальные затраты. Этот технический показатель характеризует эффективность организации процесса и производства в целом, совершенство используемых конструкций и выражается в натуральных величинах (например, [тонна металла/1000 тонн продукта в сутки]) или в денежном выражении.

Качество продукта определяет его потребительские свойства и товарную ценность и оценивается разными характеристиками, такими как содержание (состав и количество) примесей, физические и химические показатели, внешний вид и размеры, цвет, запах и т. д. Устанавливается следующими документами: СТБ, ISO 9001, ГОСТ, ТУ, сертификатом качества.

Экономические показатели. Данные показатели определяют экономическую эффективность производства. К ним относятся себестоимость продукции, производительность труда и др.

Себестоимость продукции – суммарные затраты на получение единицы продукта. В себестоимость входят следующие расходы: затраты на сырье, энергию, вспомогательные материалы, капитальные затраты, оплата труда работников и др.

Производительность труда – количество продукции, произведенное в единицу времени в пересчете на одного работающего. Данный показатель характеризует эффективность производства относительно затрат труда.

Экономические показатели рассчитываются на основе технологических показателей. Некоторые из них (производительность, расходные коэффициенты, удельные капитальные затраты) можно представить в денежном выражении. В данном случае такие показатели называют технико-экономическими.

Эксплуатационные показатели. Эти показатели характеризуют изменения, возникающие в химико-технологическом процессе при появлении отклонений от регламентированных условий и состояний. Основными эксплуатационными показателями являются надежность, безопасность функционирования, чувствительность, управляемость и регулируемость.

Надежность характеризуют средним временем безаварийной работы либо числом аварийных остановок оборудования за определенный отрезок времени.

безопасность функционирования – вероятность нарушений, приводящих к нанесению вреда или ущерба обслуживающему персоналу, оборудованию, населению, окружающей среде.

Чувствительность к нарушениям режима и изменению условий эксплуатации определяется отношением изменения показателей процесса к этим изменениям.

Управляемость и регулируемость характеризуют возможность поддерживать показатели процесса в допустимых пределах, определяют величину допустимых изменений условий процесса.

Социальные показатели. Названные показатели определяют комфортность работы на данном производстве и его влияние на окружающую среду.

Безвредность обслуживания следует из сопоставления санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала с соответствующими нормами по загазованности, запыленности, уровню шума и т. д.

Степень механизации и автоматизации определяет долю ручного и тяжелого труда в эксплуатации производства.

Экологическая безопасность характеризует степень воздействия производства на окружающую среду и экологическую обстановку в регионе.

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-01-01; просмотров: 341; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты