Теория.

1) Технологические критерии эффективности химико-технологического процесса и связь между ними.

Об эффективности осуществления любого промышленного процесса судят в первую очередь по экономическим показателям: прибыль, себестоимость продукции, приведенные затраты.

Для оценки эффективности отдельных этапов процесса необходимо учитывать также и такие критерии эффективности, которые более полно отражали бы химическую и физико-химическую сущность явлений, происходящих в отдельных аппаратах технологической схемы.

Общепроизводственные критерии:

- производительность – это количество продукта, полученное в единицу времени.

П_R=n_R/τ [кг/ч, т/сут, т/год]

n_R – количество продукта

C_R=n_R/V – концентрация продукта

V – объем

v=V/τ – объемный расход реакционной смеси

П_R=C_R*v

- интенсивность – производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата, - его объему, площади поперечного сечения.

I_R=П_R/V= n_R/Vτ [кг/м³*час]

Технологические критерии эффективности.

A→R

C_A0 – начальная концентрация исходного реагента А

С_А – конечная концентрация исходного реагента А

1) степень превращения исходного реагента

x_A=∆C_A/C_A0=C_A0-C_A/C_A0 – доля прореагировавшего исходного реагента.

А+В→R

x_A= C_A0-C_A/C_A0

x_В= C_В0-C_В/C_В0

Уравнение материального баланса-система стехиометрических соотношений (ССС).

aA+bB→rR+sS

C_A0-C_A/a= C_В0-C_В/b=C_R-C_R0/r=C_S-C_S0/s

Если отсутствуют продукты в исходной смеси, тоC_R0=0, C_S0=0.

(С_A0-C_A)C_A0/(a*C_A0)=(С_B0-C_B)C_B0/(b*C_B0)

C_A0*x_A/a=C_B0*x_B/b – уравнение связи двух исходных реагентов

0≤x≤1

Для обратимых реакций предельным является состояние химического равновесия. Этому состоянию соответствует и предельно достижимая при данных условиях равновесная степень превращения:

x_A=∆C_Aе/C_A0=C_A0-C_Aе/C_A0

2) Полная или интегральная селективность – это отношение количества исходного реагента, расходуемого на целевую реакцию, к общему количеству исходного реагента, пошедшего на все реакции (и целевую и побочные).

φ=С_A→R/C_A0-C_A – интегральная селективность

С_A→R – превращение исходного реагента в целевой продукт

aA→(K1)rR

aA→(K2)sS

ψ_AR=r/a – нормировочный множитель

φ=С_R/ψ_AR(C_Ao-C_A)

ССС

C_A0-C_A/a= C_R-C_R0/r

C_R0=0

C_R= (C_A0-C_A)*r/a= ψ_AR(C_A0-C_A)

3) выход целевого продукта – отношение реально полученного количества продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции.

Ф_R=C_R/C_Rmax

C_R – получаемое количество целевого продукта

C_Rmax его максимально возможное количество

Уравнения связи критериев эффективности.

Реакции без побочных продуктов.

параметр	A→R	A→R А→S	A↔R	A↔R А↔S
φ= СA→R/CA0-CA	1	CR/ CA0*xA*ψAR	1	CR/ CA0*xA*ψAR
CR	CA0*xA*ψAR	CA0*xA*ψAR*φ	CA0*xA*ψAR	CA0*xA*ψAR*φ
CRmax	CA0*ψAR	CA0*ψAR	CA0*xAe*ψAR	CA0*xAe*ψAR
ФR=CR/CRmax	xA	xA*φ	xA/xAe	xA*φ/xAe

(C_A0-C_A)*C_A0/(a*C_A0)=C_R/r, C_R=C_A0*x_A*ψ_AR

x_Ae – равновесная степень превращения (максимально возможная).