Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Технологические критерии эффективности химико-технологических систем




Наиболее объективную информацию об эффективности функционирования химико-технологической системы несут экономические параметры качества, которые имеют вполне определенную корреляционную связь с технологическими показателями качества.

К технологическим показателям качества (ТПК), определяющим производственную эффективность протекания химико-технологических процессов, работы аппаратов и функционирования ХТС, относятся степень превращения компонентов сырья, выход продуктов по соответствующим компонентам, расходные коэффициенты сырья для производства получаемых продуктов, скорость процесса, избирательность процесса.

 

1. 2. 1. Степень превращения

Совершенство процесса с позиции полного использования сырья оценивают с помощью степени превращения (конверсии).

Степень превращения – это отношение количества (массы, объема) одного из реагентов, вступившего в реакцию, к начальному количеству (массе, объему) этого реагента. Например, для реакции

степень превращения веществ Х рассчитывают по соотношениям:

Здесь пА,0, пВ,0, тА,0, тВ,0, VА,0, VВ,0 - число молей, масса и объем реагентов А и В в начале процесса; пА, пB,, тА,, тВ, VА, VВ – то же в конце процесса. В принятых обозначениях степень превращения безразмерна, но часто ее выражают в процентах.

Если реагенты А и В взяты в стехиометрическом соотношении, то XА = ХВ. Степень превращения реагента, взятого с избытком от стехиометрического соотношения, всегда ниже, чем для реагента, поступающего в недостатке. Если aВ – коэффициент избытка В по отношению к стехиометрии, то

,

при этом

Если реакция протекает без изменения объема, то концентрация (С, моль/м3) реагента или его объемная доля (φ, %) в начале и в конце процесса равны:

;

;

где V – объем реагирующей смеси; V A,0, VA – объем реагента А.

Тогда степень превращения реагента А можно выразить:

Для реакций, протекающих с изменением объема:

Здесь eА — относительное изменение объема реакционной смеси при полном превращении реагента А.

Для необратимых реакций максимальное значение степени превращения реагента, поступающего в реактор в недостатке, равно 1. Для обратимых реакций значение максимальная степень превращения меньше 1. Такую степень превращения называют равновесной.

Для процессов межфазной массопередачи (испарение, конденсация, абсорбция, десорбция и др.) степень превращения называют степенью межфазного перехода, например степенью абсорбции, степенью десорбции, степенью конденсации и т.п.

 

1. 2. 2. Выход продукта

Совершенство процесса с позиции полного использования сырья оценивают также с помощью «выхода продуктов».

Выход продукта В – это отношение фактически полученного продукта п (или т) к его максимальному количеству пmax (или тmax), рассчитанному по стехиометрическому уравнению реакции при степени превращения исходных реагентов, равной 1:

Если в реакции участвуют два или более веществ, например А+В®D, то различают выход целевого продукта D по исходному веществу A(ВD(а)) и по веществу В (ВD(В)).

Если А и В содержатся в исходной смеси не в стехиометрическом соотношении, то ВD(а) ¹ ВD(В)

(при XA = 1); (при XB = 1)

Для простых реакций (т.е. в отсутствие параллельных и последовательных превращений) выход продукта по какому-либо компоненту исходного сырья численно равен степени превращения этого компонента, т.е.:

ВD(A) = XA: ВD(B) = XB

Для ХТП со сложными (параллельными, последовательными) реакциями выход продукта всегда меньше степени превращения соответствующего исходного реагента, превращение которого проходит по нескольким направлениям (реакциям):

; ВD(B) < XB

Для простых необратимых реакций максимальный фактический выход равен 1. Для обратимых реакций исходное вещество превращается в продукт не полностью, так как при установлении равновесия скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции. В этом случае максимальное количество продукта равно его равновесному количеству, т. е. nmax = nравн.

Для характеристики степени приближения обратимого процесса к равновесию на практике используют так называемый выход от теоретического или выход от равновесного Вт, который равен:

Выход от равновесия наиболее объективно характеризует совершенство процесса по эффективности использования ресурсов.

Выход продукта выражают в долях единицы или в процентах. Этот показатель во многом отражает степень совершенства техно­логического процесса, затраты сырья на единицу продукта и эконо­мические показатели производства.

 

1. 2. 3. Расходные коэффициенты сырья

Расходные коэффициенты (РК) характеризуют затраты сырья на производство товарных продуктов.

Расходный коэффициент – это отношение количества сырья, затраченного при проведении ХТП, к количеству полученного целевого продукта. Различают теоретические и практические РК. Теоретический расходный коэффициент рассчитывают по стехиометрическому уравнению основной реакции с учетом содержания исходного реагента в сырье. Например, для реакции аА® теоретический расходный коэффициент hт для получения продукта В определяют по соотношению:

Здесь МA, МВ — молекулярное массы реагента А и продукта В; wа – массовая доля компонента А в сырье.

При расчете практических расходных коэффициентов учитывают степень превращения исходного реагента Xа, выход продукта Bв(а), избирательность ΦB:

Практический расходный коэффициент всегда выше теоретического. Задача уменьшения отношения hп/hт сводится к повышению степени превращения, избирательности и как следствие – выхода продукта. При этом финансовые затраты на повышение этих показателей в области низких значений hп/hт могут существенно превышать эффект от уменьшения затрат на сырье (рис. 1).

 

1. 2. 4. Производительность и интенсивность

Производительностью П называют количество n (массу, объем) выработанного продукта или переработанного сырья за единицу времени τ:

Интенсивность работы реактора I или другого аппарата выражают как отношение производительности к объему реактора Vр:

1. 2. 5. Избирательность

Избирательность (селективность) – важнейшая характеристика процессов, в которых наряду с основной реакцией образования целевого продукта протекают побочные параллельные или последовательные реакции с образованием нежелательных или менее ценных продуктов. Различают конечную суммарную (интегральную) избирательность и мгновенную (дифференциальную).

Суммарная избирательность Ф определяется как отношение количества исходного вещества i, превратившегося в целевой продукт (j), к общему количеству прореагировавшего исходного вещества.

ni(j) – количество реагента, перешедшее в целевой продукт

ni – общее количество превратившегося реагента

Например, для параллельных реакций аА®bВ и aA®dD, целевым продуктом которых является вещество В, суммарная избирательность ФВ, выражается в виде:

В принятых обозначениях суммарная избирательность безразмерна и может изменяться от 0 до 1, но ее часто выражают и в процентах. Связь между степенью превращения ХА, выходом продукта Вв(а) и суммарной избирательностью ФВ определяется из выражения:

XAΦB = ВB(A)

Для выбора рациональных приемов управления селективностью проводят анализ влияния управляющих параметров на мгновенную избирательность φB. Мгновенная избирательность измеряется отношением скорости образования целевого продукта wB к скорости потребления исходного реагента на образование всех продуктов реакции wA. Иными словами, мгновенная избирательность равна отношению скорости основной реакции к общей скорости процесса, выраженной через количества исходного реагента:

Связь между суммарной и мгновенной избирательностями описывается соотношением:

Установив уравнения связи между экономическими и технологическими показателями качества и воздействуя на технологические процессы, можно управлять эффективностью работы реакторов и ХТС, выражая эту эффективность в натуральном или денежном выражении.

 







Дата добавления: 2014-11-12; просмотров: 1492. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия