Критерии эффективности химико-технологического процесса

 

При оптимизации химико-технологических систем (ХТС) качество функционирования систем определяют с помощью критериев, или показателей эффективности, под которыми понимают числовые характеристики системы, оценивающие степень приспособления системы к выполнению поставленных перед ней задач.

Основные показатели эффективности, по которым оценивается деятельность любой ХТС, следующие:

1) технологические показатели;

2) качественные показатели выпускаемой продукции;

3) экономические показатели.

Об эффективности осуществления любого промышленного процесса судят прежде всего по экономическим показателям, таким, как приведенные затраты, себестоимость продукции и т.д.

Для оценки эффективности отдельных этапов процесса необходимо помимо общих экономических показателей использовать такие критерии эффективности, которые более полно отражали бы химическую и физико-химическую сущность явлений, происходящих в отдельных аппаратах технологической схемы.

В качестве таких показателей принято, прежде всего, использовать степень превращения исходного реагента, выход продукта, селективность.

Степень превращения (конверсия) – доля прореагировавшего исходного реагента относительно его начального количества.

где m_{A ,0}, n_{A ,0} – количество вещества А в начале процесса, кг, кмоль, соответственно; m_{A ,} n_A – количество вещества А в конце процесса, кг, кмоль, соответственно; F_{A ,0}, F_A – мольная скорость (поток) компонента А на входе и выходе из реакционного устройства, кмоль/с.

где τ – время, за которое подают или выводят из реактора n_i молей вещества, с.

 

       Полная (интегральная) селективность i -го вещества по реагенту А – это доля полезно израсходованного реагента А, т.е. доля реагента А, израсходованная на образование данного продукта i, от общего количества израсходованного реагента А.

где  – интегральная селективность процесса по продукту i, определенная по основному реагенту А; υ _i, υ _A – стехиометрические коэффициенты при продукте i и исходном реагенте А в уравнении реакции, соответственно.

       Очевидно, что сумма селективностей по всем продуктам, образованным из реагента А, должна быть равна 1.

       Кроме интегральной селективности процесса, пользуются также понятием дифференциальной селективности, которая представляет собой долю превращенного исходного реагента, израсходованную на образование данного продукта при бесконечно малом изменении состояния системы.

       Связь между интегральной и дифференциальной селективностью процесса:

Селективность процесса по целевому продукту является важной характеристикой катализаторов, условий проведения процесса, типа реакторов; она показывает долю полезно использованного сырья. Ввиду материалоемкости любого химического производства, повышение селективности процессов – одна из важнейших задач химической технологии.

       Выход продукта – это отношение реально полученного количества продукта к максимально возможному количеству, которое могло бы быть получено из данного вещества.

Производительность – это количество продукта, полученного в единицу времени.

Интенсивность – это производительность, отнесённая к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата его объему, площади, массы катализатора.