Показники ефективності хімічного виробництва

 

Визначаючи мету хімічної технології як науки: створення економічного способу виробництва необхідних людству продуктів (з використанням хімічних перетворень), – необхідно визначити показники виробництва, які характеризують його досконалість і ефективність. Можна виділити наступні групи показників – технологічні, економічні, експлуатаційні і соціальні.

Технологічніпоказники характеризують технологічну досконалість розглянутого виробництва.

Серед них найголовнішими є наступні:

Витратний коефіцієнт - є важливимпоказником технічної досконалості виробництва і визначаєвитрати сировини й енергіїна одиницю виробничої продукції:

 

,

хімічний виробництво технологія ефективність

деg_і – витрати і-го виду сировини, при виробництві продукту продуктивністю G.

Витратні коефіцієнти мають розмірність т/т, м³/т, м³/м³.

Розрізняють теоретичні витратні коефіцієнти, які розраховують тільки за рівняннями реакцій та практичні витратні коефіцієнти, які враховують склад та ступінь перетворення сировини, вихід продукту, селективність процесу, надлишок окремих видів сировини. Витратні коефіцієнти за різними видами сировини різні.

Ступінь перетворення – показує наскільки повно в хіміко-технологічному процесі використовується сировина, таким чином – це частка сировини, яка прийняла участь в хімічному перетворенні.

Для хімічної реакції:

 

можна розрахувати ступені перетворення для сировини А та сировини В.

 

,

 

де n _{0 A} – кількість молей речовини А в вихідній реакційній суміші;

n_A - кількість молей речовини А після закінчення процесу перетворення (залишок реагенту). Ступінь перетворення речовини А лежить в межах . Відповідно ступінь перетворення речовини В розраховується за рівнянням:

 

 

Якщо реагенти А та В взято в стехіометричному співвідношенні , якщо реагент В взято з надлишком , якщо реагент В взято з нестачею, навпаки .

Не завжди можна достигнути повного перетворення реагентів, більшість хімічних реакцій є зворотною. Максимальний ступінь перетворення в таких реакціях – рівноважний ступінь перетворення.

 

,

 

де  кількість молей речовини А в рівноважній суміші.

Наступний технологічний показник ефективності – вихід продукту – відношення реально одержаної кількості продукту до його максимально можливої кількості:

 

,

 

де n_D – реально одержана кількість речовини D;

n_Dmax – максимально можлива кількість речовини D.

Для різних типів реакцій величина n_Dmax розраховується по-різному.

Так для простих незворотних реакцій максимальна кількість продукту розраховується за стехіометрією хімічної реакції, виходячи з кількості реагенту, який взято з нестачею. От же, для простої незворотної реакції вихід продукту чисельно дорівнює ступені перетворення сировини, взятої для процесу з нестачею.

Для зворотної хімічної реакції максимальна кількість продукту обумовлена рівновагою процесу, і  , от же:

 

 

У випадку протікання паралельних:

 

,

 

або послідовних реакцій:

 

 

можливо утворення побічних продуктів процесу. В цьому випадку максимальна кількість продукту та, яку було б одержано якби вся сировина витрачалася на утворення цільового продукту.

Селективність процесу дозволяє оцінити ефективність основної реакції в порівнянні з побічними реакціями, таким чином селективність – відношення кількості основного компоненту сировини, перетвореного на цільовий продукт до загальної кількості компоненту А, що прийняв участь у всіх хімічних перетвореннях даного хіміко-технологічного процесу. Наприклад в хіміко-технологічному процесі протікає цільова реакція утворення продукту D та побічна реакція утворення продукту С.

 

 

Тоді селективність такого процесу можна обчислити так:

 

,

 

де  - кількість речовини А, що взяла участь в одержанні цільового продукту;

 - загальна кількість речовини А, що взяла участь у всіх хімічних перетвореннях. Селективність можна розрахувати через ступені перетворення речовини А.

 

.