- •Социально-этические проблемы охраны окружающей среды
- •Международное сотрудничество и природоохранное законодательство
- •Природные системы
- •Природные экологические системы
- •Условия функционирования природно-технических экологических систем
- •Промышленные производства
- •Структура производства
- •Технологические параметры и критерии эффективности процесса
- •Технологические параметры процесса
- •Критерии эффективности производственного процесса
- •Экологические показатели производства и порядок их нормирования
- •Технологические системы
- •Модели технологических систем
- •Анализ технологических систем
- •Синтез и построение технологических систем
- •Безотходные производства
- •Принципы создания природоохранных производств
- •Концепция полного использования сырья
- •Разработка новых природоохранных технологий и организация технологических схем
- •Создание замкнутых производственных циклов
- •Комплексное использование сырья и вторичных ресурсов Характеристика сырья
- •Методы обогащения сырья
- •Комплексное использование сырья
- •Вторичные энергетические ресурсы
- •Энерготехнологические схемы
- •Безотходные территориально-промышленные комплексы
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 = (Gτ – Gнач)/ Gтеор, (3.5)
где Gτ — количество продукта в реакционной смеси в данный момент времени; (Gнач — начальное количество продукта в реакционной смеси; Gтеор — 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 ηp.
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= Gpear.сыр/G (3.6)
где Gpear.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, Vp— 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 / Gpear.сыр (3.8)
где G*сыр — количество сырья, превратившегося в целевой продукт; Gpear.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 = Mcыр/(MnpKηp)n/m, (3.9)
где b — расходный коэффициент; Mсыр — молекулярная масса сырьевого продукта; Mпр — молекулярная масса целевого продукта; K— общая степень конверсии; ηp — 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.