Что обозначает технологический показатель ха

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:

— степень превращения исходных реагентов;

— удельные капитальные затраты;

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

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.

4. Сырьевая и энергетическая подсистемы химико-технологической системы. (Самостоятельное изучение)

1) Классификация сырья, запасы сырья и энергии, вторичные материальные и энергетические ресурсы.

2) Рациональное и комплексное использование сырьевых ресурсов.

3) Принципы обогащения сырья.

4) Использование воды и воздуха в промышленности. Промышленная водоподготовка.

5. Общие принципы разработки и создания химико-технологических систем

(Основные этапы создания химико-технологических процессов. Классификация моделей химико-технологических систем. Функциональная, структурная, операторная, технологическая схемы. Типы технологических связей.).

Основные этапы создания химико-технологических процессов.

Рисунок 1.2. Этапы разработки промышленного процесса

Выделенные элементы схемы подразделяются на две большие группы: научно-исследовательские работы (нир) и опытно конструкторские работы с проектированием (окр). В соответствии с данным планом работ осуществляется деятельность отраслевых научно-исследовательских и проектных институтов, соответствующих подразделений фирм и предприятий.

Классификация моделей химико-технологических систем.

ХТС есть модель химического производства. Модели ХТС можно разделить на две группы: описательные (формулы, уравнения) и графические (схемы и другие графические изображения). В каждой группе можно выделить несколько видов моделей, различающихся по форме и назначению:

описательные: химическая, операционная, математическая модели;

графические: функциональная, технологическая, структурная, специальные модели.

Химическая модель (схема):

Она представлена основными реакциями (химическими уравнениями0, описывающими осуществление переработки сырья в продукт.

приведенные химические схемы, представленные в виде стехиометрических уравнений, отражают последовательность химических превращений сырья в продукт. Однако химический процесс не ограничивается

Операционная модель представляет основные стадии (операции) переработки сырья в продукт, в том числе обеспечивающие протекание основных превращений.

Функциональная модель (схема) строится на основании химичесой и операционной и наглядно отображает основные стадии химико-технологического процесса и их взаимосвязь. каждая стадия изображается в виде прямоугольника, связь – линии между ними.

Цифры на схеме соответствуют стадиям операционной модели. По схеме можно определить какие операции осуществляются и в какой последовательности. Представление о сновных операций ХТП в виде функциональной схемы весьма удобно для ее понимания. Она дает общее представление о функционировании ХТС и служит предпосылкой для аппаратурного оформления и более детальной разработки ХТС.

Технологическая модель(схема) – это графическое изображение процессов, происходящих в соответствующих аппаратах. Технологическая схема дает представление (в отличие от предыдущих) о конструкции и размерах аппаратов и реакторов. В технологической схеме каждый элемент () имеет общепринятое изображение, соответстветствующее его внешнему виду. Связи изображаются линиями со стрелками или в виде трубопроводов. Нередко расположение аппаратов на тех схеме соответствует их примерной расстановке в цехе. На тех схеме могут быть приведены краткие данные о параметрах процесса.

Рисунок 1.3. – Типы соединения элементов процесса в схему:

а – последовательное; б – параллельное; в – обводное (байпасное);

г – рециркуляционное; д – сложное (комбинированное).

Источник

Основные технологические показатели химико-технологического процесса

Химико-технологический процесс и его содержание

Химико-технологический процесс представляет собой совокупность операций, позволяющих получить целевой продукт из исходного сырья. Некоторые из этих операций необходимы для подготовки исходных реагентов к проведению химической реакции, перевода их в наиболее реакционноспособное состояние. Например, известно, что скорость химических реакций сильно зависит от температуры, поэтому часто реагенты до проведения реакции нагревают. Чтобы устранить побочные явления и получить продукт высокого качества, исходное сырье подвергают очистке от посторонних примесей, пользуясь методами основанными на различии физических свойств (растворимость в различных растворителях, плотность, температуры конденсации и кристаллизации и т.д.). При очистке сырья и реакционных смесей широко применяют явления тепло- и массообмена, гидромеханические процессы. Возможно также использование химических методов очистки, например, химических реакций, в результате которых посторонние примеси превращаются в легкоотделимые вещества.

Соответствующим образом подготовленные реагенты подвергают химическому взаимодействию, включающему часто несколько этапов. В промежутках между этими этапами иногда необходимо вновь использовать тепломассообменные и другие физические процессы. Например, при производстве серной кислоты диоксид серы частично окисляют до триоксида, затем реакционную смесь охлаждают, извлекают из нее путем абсорбции триоксид серы и вновь направляют ее на окисление.

В результате химических реакций получают смесь продуктов (целевых побочных) и непрореагировавших реагентов. Заключительные операции связаны с разделением этой смеси, для чего вновь применяют гидромеханические, тепло- и массообменные процессы, например, фильтрование, центрифугирование, ректификацию, абсорбцию, экстракцию и т.д. Продукты реакции направляют на склад готовой продукции или на дальнейшую переработку; непрореагировавшее сырье вновь используют в процессе, организуя его рецикл. На заключительных этапах проводят также рекуперацию энергии и очистку промышленных выбросов, чтобы извлечь из отходящих газов и сточных вод все ценные компоненты, а также ликвидировать опасность загрязнения окружающей среды.

Таким образом, химико-технологический процесс в целом это сложная система, состоящая из единичных связанных между собой процессов (элементов) и взаимодействующая с окружающей средой. Элементами химико-технологической системы являются названные процессы тепло- и массообмена, гидромеханические, химические и т.д. Их рассматривают как единичные процессы химической технологии.

Важной подсистемой сложного химико-технологического процесса является химический процесс. Он представляет собой одну или несколько химических реакций, сопровождаемых тепло- и массообменными явлениями.

Анализ единичных процессов, их взаимного влияния позволяет разработать технологический режим.

Технологическим режимом называется совокупность параметров, определяющих условия работы аппарата или системы аппаратов.

Оптимальные условия ведения процесса – это сочетание основных параметров (температуры, давления, состава исходной реакционной смеси, катализатора и т.д.), позволяющее получить наибольший выход продукта с высокой скоростью или обеспечить наименьшую себестоимость.

Единичные процессы протекают в различных аппаратах – химических реакторах, абсорбционных и ректификационных колоннах, теплообменниках и т.д. Отдельные аппараты соединены в технологическую схему процесса. Разработка и построение рациональной технологической схемы – важная задача химической технологии.

Процесс создания химического производства складывается из следующих операций.

1) Разработка химико-технологического процесса.

2) Составление проектной документации.

3) Построение цеха, т.е. сооружение здания, монтаж оборудования, размещение аппаратов и приборов контроля и регулирования.

В курсе «Общая химическая технология» изучаются вопросы, посвященные главным образом решению первых двух задач, которые наиболее тесно связаны с сущностью химического производства. Но прежде следует ознакомиться с основными элементами химико-технологического процесса.

, (2.1)

где П – производительность; В– количество продукта; τ – время.

Производительность измеряется в килограммах в час (кг/ч), тоннах в сутки (т/сут), или, кубических метрах в сутки (м 3 /сут) и т.д. Максимально возможная производительность называется мощностью.

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

Интенсивность – это производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата, – к его объему или сечению; она, например, может быть выражена в виде уравнения

, (2.2)

где Vr– объем аппарата (реактора).

Интенсивность может измеряться количеством продукта, получаемого в течение единицы времени с единицы объема аппарата. Например, (кг/ч⋅ м 3 ), или с единицы сечения аппарата (т/сут⋅ м 2 ) и т.д.

Расход сырья, воды, энергии и различных реагентов, отнесенный к единице целевого продукта, называют расходным коэффициентом b

(2.3)

где Q – расход сырья реагента и др.

Расходные коэффициенты выражают в тоннах на тонну (т/т), кубических метрах на тонну (м 3 /т), киловатт-часах на тонну (кВт⋅ч /т) и т.п.

Глубина протекания реакции, от которой зависит степень использования сырья и другие показатели химико-технологического процесса, характеризуется степенью превращения и выходом продукта, а для сложных реакций, кроме того, селективностью.

Степень превращения – это отношение количества реагента, вступившего в реакцию, к его исходному количеству. Например, для простой необратимой реакции типа A → R степень превращения выражается уравнением

, (2.4)

где X_A – степень превращение реагента А; N_A,0, N_A– количество исходного реагента А в начале и в конце процесса.

Степень превращения выражают в долях процента, в последнем случае

(2.5)

Из уравнения (2.4) следует, что

Если реакция протекает без изменения объема, то

, (2.7)

где C_A,0, C_A– концентрация исходного реагента A в начале и в конце процесса.

Из уравнения (2.7) находим, что

Выход продукта – это отношение количества полученного целевого продукта к его количеству, которое должно быть получено по стехиометрическому уравнению.

Для необратимой реакция A → R имеем

(2.9)

где Ф_R– выход целевого продукта; N_R– количество продукта Rв конце процесса; N_{R, max} – максимально возможное количество продукта R.

(2.10)

Для обратимых реакций важным понятием является равновесная степень превращения; для реакции A ↔ Rона описывается уравнением

, (2.11)

где X * _A– равновесная степень превращения; N * _A– количество исходного реагента Ав состоянии равновесия.

Для обратимых реакций N_{R, max} = N * _R, поэтому

, (2.12)

где N*_R– количество продукта R в состоянии равновесия.

(2.13)

Селективностью называется отношение количества целевого продукта к общему количеству получаемых продуктов. Селективность характеризует процессы, в которых протекают сложные параллельные и последовательные реакции с получением нескольких продуктов, что часто встречается на практике. Например, если в процессе протекают параллельные реакции

R

A

и целевым является продукт R, то селективность будет выражаться в виде

, (2.14)

Между выходом, степенью превращения и селективностью существуют определенные зависимости. Для простой необратимой реакции (А → R): Ф = Х; простой обратимой реакции (A ↔ R): Ф = Х / Х*; для сложной реакции: Ф = X ∙φ.

В производственных условиях с целью уменьшения расходных коэффициентов сырья стремятся иметь возможно более высокие значения X, φ, Ф.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определения понятиям: химическое производство, химико-технологический процесс, химико-технологическая система и объясните их

2. В чём заключается метод системного анализа для исследования химико-технологического процесса?

3. Что может служить производственным эквивалентом химико-технологической системы?

4. Из каких частей состоит химико-технологическая система?

5. Какие подсистемы можно выделить в химико-технологической системе?

6. Какие элементы ХТС Вы можете указать? Их назначение и примеры в производстве.

7. Что такое связь в химико-технологической системе? Какие типы сязей и их назначения Вы знаете?

8. Как отображается ХТС система (виды её модели)?

9. Приведите пример химической, операционной и функциональной схем какого-либо производства?

10. Чем отличаются технологическая и структурная схемы химического производства? Покажите это на примере производства аммиака.

11. Перечислите основные технологические показатели эффективности химико-технологического процесса.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Показатели химико-технологического процесса

Об эффективности осуществления любого промышленного химико-технологического процесса судят, прежде всего, по таким экономическим показателям, как приведенные затраты, себестоимость продукции и другим, которые характеризуют весь процесс в целом, его конечный результат без детального рассмотрения внутренней сущности и особенностей процесса.

Для оценки эффективности отдельных этапов химико-технологических процессов необходимо использовать такие показатели эффективности, которые наиболее полно отражают химическую и физико-химическую сущность явлений, происходящих в отдельных аппаратах технологической системы.

В качестве таких показателей принято, прежде всего, использовать:

— степень превращения исходного реагента (конверсию);

Они с разных сторон характеризуют полноту использования возможностей осуществления конкретной химической реакции.

► Степень превращения реагента показывает, насколько полно в химико-технологическом процессе используется исходное сырье.

Степень превращения – это доля исходного реагента, использованного на химическую реакцию.

Степень превращения, или конверсия, вещества (реагента) определяется по формуле

где n_i0 – количество вещества i в исходной реакционной смеси; n_i – количество вещества i в реакционной смеси, выходящей из аппарата или находящейся в реакторе; ∆ n_i – изменение количества вещества i в ходе химической реакции.

Количество вещества в формуле может быть представлено массой в граммах или килограммах. Количеством молей или киломолей, объемом в кубических метрах в случае реакций, проводимых в газовой фазе. Степень превращения изменяется от 0 до 1. Часто ее выражают в процентах.

Обычно конверсию определяют по основному исходному продукту. Но можно и по другим исходным реагентам. Степень превращения – очень важный показатель в химической технологии, показывающий расход сырья, она может изменяться в широких пределах – от 4 до 100%.

Зная степень превращения, или задаваясь ею, можно найти количество молей исходного сырья в любой момент времени:

Реакция протекает в соответствии со стехиометрическим уравнением

_А А + _В В _С С + _Р Р, (2.3)

В соответствии с этим стехиометрическим уравнением изменения количеств веществ – участников ∆ n_i связаны между собой следующими соотношениями:

──── = ──── = ──── = ──── = n = ────. (2.4)

_{А В С Р I}

Степени превращения реагентов А и В, участвующих в реакции (2.3) определяется по формулам

Из соотношений (2.4) и формул (2.5) следует, что

│∆n_В│ _В ∙│∆n_А │ _В ∙ n_А0 ∙Х_А

n_{В0 А} ∙ n_{В0 А}∙ n_В0

n_А0 / n_В0

_А / _В

Уравнение (2.7) устанавливает связь между степенями превращения реагентов А и В и позволяет рассчитать неизвестную степень превращения одного реагента, зная степень превращения другого.

Для простых и обратимых реакций, когда имеется одно независимое превращение и одно ключевое вещество, степень превращения является достаточно полной характеристикой материального баланса. Под ключевыми веществами понимают такие участвующие в химических превращениях вещества, которые позволяют полностью охарактеризовать материальный баланс системы.

Для сложных реакций знания конверсии недостаточно, так как в ней заключена только информация о превращениях основного исходного компонента и нет сведений о реакциях, в которых он расходуется. В таких случаях направление превращения определяется селективностью и выходом.

► Селективность (избирательность) – отношение количества полученного целевого продукта к теоретически возможному его количеству при данной степени превращения с учетом количественных соотношений участников реакции:

где n_i – количество, полученного целевого продукта, моль, кмоль;

n_{i теор} – теоретически возможное количество целевого продукта, моль, кмоль;

А – индекс, обозначающий исходное вещество, по которому рассчитывается селективность;

i – индекс, обозначающий продукт реакции, для которого рассчитывается селективность.

Теоретически возможное количество легко рассчитать из уравнений (2.1), (2.2), (2.4):

_{i A} │ _А│

Принимая, что для продуктов начальное количество n_{i0 теор} равно 0, т.е в начальный момент времени в реакционной смеси отсутствуют продукты реакции

S = ────────── (2.10)

│ _i │

│ _А│

Селективность показывает долю полезно израсходованного на целевой продукт сырья. В технологии селективность изменяется от 40 до 100%. Повышение селективности иногда доже на доли процента дает большой экономический эффект и является путем к интенсификации процессов.

► Выход продукта – это отношение реально полученного количества продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях протекания химической реакции (или отношение количества молей реально полученного продукта к количеству молей взятого исходного сырья с учетом стехиометрических коэффициентов):

А = ──────── (2.11)

│ _i │

│ _A │

Принимая, что начальное количество продуктов n_{I 0 теор} = 0,

А = ──────── (2.12)

│ _i │

│ _A │

При анализе уравнений (2.10) и (2.12) видно, что

т.е выход от теории на пропущенное сырье равен произведению селективности на степень превращения. Таким образом, все три показателя химической реакции связаны между собой.

Одним из важных показателей эффективности работы технологического оборудования является его производительность.

► Производительность – это количество продукта, производимого в единицу времени аппаратом, установкой, цехом:

П = n_i / (2.14)

Производительность П может быть измерена в килограммах, тоннах за час, сутки, год и т. д.

Максимально возможная (проектная) для данной установки, агрегата, машины производительность называется мощностью. Одним из основных направлений развития химической промышленности является увеличение единичной мощности агрегатов (производительности одного реактора, установки), так как оно ведет к снижению капитальных затрат на выпуск единицы продукции и повышению производительности труда.

Для сравнения работы аппаратов различного устройства и размера, в которых протекают одни и те же процессы, используют понятие «интенсивность».

V V ∙

где П – производительность; n_i – количество продукта; − время; V – объем аппарата.

Интенсивность измеряется в кг / (ч∙м 3 ), т / (сут ∙м 2 ) и т. д.

Интенсивность является показателем эффективности работы аппарата. Она позволяет сравнивать по эффективности аппараты разной мощности.

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

При разработке ХТП или совершенствовании существующих стремятся к созданию аппаратов высокой интенсивности.

Дата добавления: 2017-11-04 ; просмотров: 2535 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник