Критерии оценки эффективности производства

Эффективность использования материальных ресурсов. Основными показателями использования сырья, энергии, вспомогательных материалов является расходный коэффициент, показывающий количество затраченного сырья, энергии, вспомогательных материалов на производство единицы продукции. Различают теоретический расходный коэффициент, определяемый из стехиометрического уравнения реакции образования продукта из исходных веществ при полном их превращении, и практический расходный коэффициент, т.е. достигнутый реально в производстве. Отношение их показывает степень использования сырья.

расходный коэффициент=

степень использования сырья =

Основные причины различия теоретического и реального коэффициентов – это неполнота превращения вещества в продукт, образование побочных веществ, неполнота выделения продукта, потери промежуточных компонентов и продукта, использование части сырья на вспомогательные цели.

 

Энергетическая и эксергическая эффективность. Состав энергетических потоков в ХТС можно представить следующим образом:

Источниками энергии являются входящие потоки, несущие энергию топлива, электроэнергию, тепло сырья и вспомогательных материалов, а также экзотермические реакции. Их суммарное количество - потребление, или затраты энергии. Из системы энергия выводится с потоками продуктов и отходов производства, с энергетическими потоками-Q_эн, с затратами на проведение эндотермических реакций и теряется естественным путем. Из выходящих энергетических потоков полезно используется Q_эн в виде пара котлов –утилизаторов, нагреваемых н теплообменниках – утилизаторах внешних потоков (например, воды), энергии турбин и электрогенераторов.

Исходя из этого энергетическую эффективность ХТС характеризуют тепловым коэффициентом полезного действия – КПД h_тепл.

В этом определении есть внутренние противоречия.

Во- первых, если энергетические потоки используются внутри системы, покрывая часть расходов, т.е. Q_эн =0, то h_тепл.=0.

Во-вторых, если энергетические потоки используются полностью, то в этом случае h_тепл. <100% (есть другие потоки, выводящие энергию из ХТС). И то, и другое — не логично.

Более рационально коэффициент полезного действия - тепловой КПД —представить как отношение полезно затраченного тепла к суммарному его количеству, введенному в химико- технологическую систему (формула 1):

(1)

 

где Q ni – тепло, полезно затраченное на технологические цели и определяемое из условий теоретического расхода для осуществления физических и химических процессов, происходящих в элементах ХТС;

a₁иa₂- доли тепла вторичных энергоресурсов, генерированных в элементах ХТС (котлах-утилизаторах) и расходуемых вне и внутри системы соответственно;

Q_{пэ, k} – тепло вторичных энергоресурсов, генерированное в k-м энергетическом элементе ХТС;

h_тепл - КПД преобразования тепла вторичных энергоресурсов, используемых внутри ХТС;

B_i – расход топлива на технологические цели ХТС в i-том элементе;

Q_Н – низшая теплота сгорания топлива;

Q_экз,р –теплота, выделяющаяся при экзотермических и физических превращениях в р-м элементе ХТС;

Q_н,I – тепло, подведенное в i-тый элемент ХТС, с энергоносителями (водяным паром различных параметров ТЭЦ, горячей водой и др.).

 

Такой вид КПД более логичен, но в нем не учтено то, что продукт обладает некоторым энергетическим потенциалом, который будет использован в дальнейшем, при потреблении продукта. В выражении (1) потенциал продукта определен только как затраты на его образование (SQ_n,i). Если продукт образуется в результате протекания экзотермической реакции, то энергетические затраты на него меньше и h_тепл уменьшается независимо от потребительской ценности продуrта.

Таким образом, тепловой КПД всегда ниже для экзотермической реакции чем для эндотермической.

Коэффициент полезного действия по полной энергии – это другой подход использования теплового потенциала потока относительно окружающей среды. Он определяется не только температурой потока, ко и его химически составом — полной энергией I.

состоящей из теплового потенциала потоков I_q и их химической энергии I_хим. Рассмотрим составляющие полной энергии. Окружающая среда характеризуется температурой Т_о и состоит из веществ, устойчивых в ней. Потенциал потока относительно такого состояния определяет его полную энергию. Давление здесь не учитывается, т.к. ХТС — открытая система, соединенная с окружающей средой, имеющей постоянное давление Р.

Тепловая энергия потока I_q –это тепло, необходимое для нагрева вещества потока от температуры окружающей среды Т_о до температуры Т. Удельная тепловая энергия – i_q –вычисляется как сумма всех фазовых переходов (плавление, испарение, кипение, нагрев, вещества в твердом, жидком и газообразном виде) с учетом теплоемкости фазы.

Химическая энергия потока I_хим (удельная химическая энергия -i_хим) – это энергия образования компонентов технологических потоков из веществ окружающей среды, так называемых веществ отсчета, являющихсяэнергетически полностью обесцененными (Например, О₂, N₂, вода, песок, кварциты- слаборастворимые высшие оксиды и т.д.). Отсюда можно определить химическую энергию как энергию девальвации веществ в энергетически обесцененные соединения. Потенциал любого потока отличается от окружающей среды или представляет собой энергию (тепло), отдаваемую потоком при переходе в состояние окружающей среды. В этом случае эффективность процесса по полной энергии потоков определяется коэффициентам полезного действия (КПД) по полной энергии h_эн, который находится как отношение полных энергий полезных потоков SI_полн и выходящих из системы SI_затр.

Из энергетического баланса следует: SI_затр = SI_вх = SI_вых.

Эксергический коэффициент полезного действия. Он базируется на вытекающем из законов термодинамики понятии «эксергия», предложенным в 1956 г. З.Рантом. Эксергия – это максимально возможная работа (А_max), которую может совершить тело, переходя в состояние окружающей среды. Т.е. эксергия фактически является потенциалом рабочего тела. Для расчетов используют удельную эксергию е. Она состоит из химической е_хим и физической е_физ составляющих:

е = е_хим + е_физ.

Величина е_хим определяется через химическую энергию девальвации веществ рабочего тела в вещества отсчета и изменение энтропии этого перехода. Величина е_физ определяется через изменение энтальпии, происходящее с изменением температуры, и энтропии, происходящее с изменением температуры и давления. С учетом этого рассчитывается эксергия входных (Е_вх) и выходных (Е_вых) потоков.

Эксергический коэффициент полезного действия будет равен:

h_э = SЕ_пол/SЕ_вх

Потери эксергии (максимально возможной работы) состоят из потерь, связанных с необратимостью протекающих процессов (D), естественных потерь (Е_пот), вызванных взаимодействием системы с окружающей средой и потерями потоков. Исходя из этого эксергический КПД можно выразить следующим образом:

h_э = (Е_вх-D – Е_пот)/Е_вх.

Эффективность организации процесса в ХТС зависит от того, насколько режим процесса ХТС приближается к теоретически возможному и насколько рассматриваемая ХТС оправдана экономически. Она состоит соответственно из предельной и экономической эффективности ХТС.

Предельная эффективность ХТС- это эффективность системы, в которой при принятой совокупности условий химико-технологического процесса достигаются максимально возможные значения конверсии сырья (х) и селективности (S), основанные на данной конкретной химической схеме превращения исходного сырья. Степень приближения к этим предельным показателям является характеристикой совершенства разрабатываемой ХТС. Кэффициент эффективности (h_с) рассчитывается следующим образом:

h_с = .

Если процесс протекает селективно, т.е. необратимо, то h_с будет совпадать со степенью использования сырья.

Экономическая эффективность ХТС определяется основными экономическими критериями – это приведенные затраты, себестоимость продукта, прибыль, рентабельность.

Приведенные затраты состоят из полных текущих расходов на производство продукта и части капитальных затрат. Их определяют как затраты на собственно производство продукта.

Себестоимость продукта включает в себя приведенные затраты, оплату труда и непроизводственные цеховые и общезаводские расход, т.е. являются полными затратами предприятия на производство продукта.

Разность между ценой продукта и себестоимостью является прибылью- важнейшим показателем эффективности производства.

Отношение прибыли к себестоимости – это рентабельность производства.

ЛЕКЦИЯ 3

Общие закономерности производственных процессов (Ахмаров)

ЛЕКЦИЯ 4