Критерии эффективности производственного процесса

Эффективность технологического процесса оценивают по ряду показателей, которые подразделяют на следующие группы: тех­нологические, экономические и экологические.

К технологическим показателям относятся: мощность, или производительность, выход целевого продукта, селективность, степень конверсии, расходные коэффициенты по сырью и энер­гии.

Мощность — это максимальная производительность аппарата. Обычно при проектировании процесса указывается мощность ап­парата или технологической линии. Мощность характеризует сте­пень совершенства применяемой технологии.

П= G/τ,

Производительность — это количество полученного целевого продукта или расход сырья в единицу времени. Она рассчитывает­ся по формуле где П — производительность; G — количество целевого продукта (сырья); τ — время.

Количество целевого продукта определяют в единицах массы (кг, т) или объема (м³). В качестве единицы времени используют час или сутки, реже месяц или год. Существенно, что производи­тельность относят всегда не к сырью или продукту вообще, а кон­кретно к целевому продукту или основному компоненту сырья.

При анализе практической работы процесса применяют пока­затель «производительность» (как правило, производительность меньше мощности).

При выборе оборудования важным показателем является ин­тенсивность.

Интенсивность — это производительность аппарата, опреде­ленная по формуле (3.4) и отнесенная к какой-либо основной характеристике аппарата (к единице рабочей поверхности, полез­ного объема, к объему или массе катализатора).

Выход продукта — один из основных критериев совершенства технологического процесса. Различают абсолютный и относитель­ный выход.

Для процессов, протекание которых не может быть выражено уравнением реакции, выход продукта рассчитывают на единицу массы или на 100 масс. ч. основного сырья.

Абсолютный выход — отношение количества полученного тех­нического продукта к суммарному количеству всех веществ, уча­ствующих в процессе.

Пример. При коксовании угля в расчете на 1000 кг сухой шихты получается, кг: кокс — 781; коксовый газ — 140; безводная смола — 34; сырой бензол —11; аммиак — 3; сероводород — 6; надсмольная вода — 25. Абсолютный выход кокса составляет 78,1 %, коксового газа — 14% ИТ. д.

Относительный выход, или выход целевого продукта — это отно­шение количества полученного продукта к количеству этого же вещества, рассчитанному по уравнению реакции.

Выход целевого продукта г) выражают в процентах или долях единицы и рассчитывают по формуле

η = (G_τ – G_нач)/ G_теор, (3.5)

где G_τ — количество продукта в реакционной смеси в данный момент времени; (G_нач — начальное количество продукта в реак­ционной смеси; G_теор — максимально возможное количество про­дукта.

Если реакция является обратимой, то за максимально возмож­ное количество принимают то количество вещества, которое образовалось в момент равновесия. Такой выход продукта называет­ся равновесным и обозначается η_p.

Конверсия исходных веществ характеризует полноту превраще­ния исходных веществ в конечный целевой продукт. Конверсия, как и выход, выражается в процентах или долях единицы.

Общая конверсия — это отношение количества одного из ис­ходных веществ, прореагировавшего по всем возможным направ­лениям, к массовому количеству того же вещества, прошедшего через реакционный аппарат.

Степень конверсии К вычисляют по формуле

K= G_pear.сыр/G (3.6)

где G_pear.сыр — количество прореагировавшего сырья; G— количе­ство сырья, прошедшее через реактор.

Для определения степени полезного использования сырья рас­считывают полезную конверсию.

Полезная конверсия K* — это отношение массового количества вещества G*_сыр, превратившегося в целевой продукт, к количеству исходного вещества G, пропущенного через реактор:

K*= G*_сыр/G (3.7)

В тех случаях, когда в процессе участвуют несколько исходных веществ, то выход и конверсию рассчитывают по наиболее цен­ному компоненту сырья.

По степени конверсии определяют тип технологической схемы.

Если за определенное время достигается высокая степень пре­вращения, то соответствующий процесс реализуют по технологи­ческой схеме с открытой цепью, в которой реакционную смесь пропускают через аппарат один раз (рис. 3.1, 1).

В противном случае процесс осуществляют по технологической схеме с закрытой цепью или рециклом.

После прохождения реагирующей смеси через реактор целе­вой продукт отделяется от непрореагировавших исходных веществ, которые вновь возвращаются в процесс (см. рис. 3.1, 6, 7).

Степень конверсии является одной из важнейших экологиче­ских характеристик процесса. Она служит мерой оценки степени использования сырья, а также характеризует количество образу­ющихся отходов.

Для сложных процессов, в которых одновременно с основным процессом протекают другие процессы, приводящие к получе­нию побочных продуктов, вводят понятие селективности.

Селективность — одна из важнейших характеристик промыш­ленных производств.

Рис. 3.1. Функциональная схема и виды связей в технологической систе­ме (V— объем исходного вещества; V₀, V₆, V_p— соответственно началь­ный, байпасный и рециркуляционный объемы исходного вещества; Р —

реактор). Связи:

1— последовательная; 2— разветвленная; 3— параллельная, 4, 5 — обводная (байпасная); 6— обратный полный рецикл; 7— обратный фракционный рецикл

Селективность S определяют по уравнению

S = G*_сыр / G_pear.сыр (3.8)

где G*_сыр — количество сырья, превратившегося в целевой продукт; G_pear.сыр - количество сырья, прореагировавшего по всем реакциям.

Расходные коэффициенты показывают количество затраченного сырья или энергии на единицу произведенной продукции.

Между коэффициентом расхода по сырью, выходом продукта (см. (3.5)) и конверсией (3.6), рассчитанных на 100 масс. ч. сырья, существует следующая зависимость:

b = M_cыр/(M_npKη_p)n/m, (3.9)

где b — расходный коэффициент; M_сыр — молекулярная масса сы­рьевого продукта; M_пр — молекулярная масса целевого продукта; K— общая степень конверсии; η_p — равновесный выход; n и m — стехиометрические коэффициенты реакции.

Значения расходных коэффициентов сырья и других материа­лов включают в отчетную документацию.

Экономические показатели определяют экономическую эффек­тивность производства. Важнейшими среди них являются себесто­имость продукции и производительность труда.

Дата добавления: 2014-01-11