Лекции по общей химической технологии.

Критерии оценки эффективности химико технологических производств.

Степень превращения — это отношение количества реагента вступившего реакцию к его исходному количеству, или доля исходного реагента использованного на химическую реакцию.

Р ассмотрим простую необратимую реакцию

А R

альфаа = (Ga0 – Ga) / Ga0 = дельтаGa/Gа0 — степень преварщения реагента А.

Gа0 — количество реагента А в начале, то есть в исходной реакционной смеси.

Gа — то же в смеси выходящей из аппарата.

Дельта Gа — изменение количества компонента А в ходе химической реакции.

Степень превращения выражают в долях или в процентах, если выражают в процентах, то в выражение для доли вводится множитель 100.

Если реакционный объём постоянный, то Gа может быть заменено концентрациями.

Альфаа = (Са0 — Са)/Са0

Gа = Gа0 * (1 -альфаа)

Для обратимых реакций вводится понятие равновесной степени превращения.

ха,е = Gа0 — Gа,е / Gа0.

Велечина Gае — количество реагента А в момент равновесия.

Часто в химической реакции участвует не один, а два и более компонента. Степень превравщения может быть рассчитана по любому реагенту, при чём не обязательно получаются равные результаты.

Если реагенты взяты для проведения реакции в стехиометрическом соотношении, то степени превращения этих веществ будут равны между собой.

Если один компонет взят в избытке, то его степень превращения будет меньше чем у других. Обычно, в избытке берут дешёвый продукт на пример воздух или воду с тем, что бы повысить степень превращения более дорогого продукта.

Таким образом степень превращения показывает на сколько полно в химико технологическом процессе используется сырьё.

Степень превращения это доля от начального количества реагента, по этому пределы изменения степени превращения от ноля до единицы или от ноля до ста процентов. Используя степень превращения, можно рассчитать количество продуктов.

аА превращается в rR, где а и r — это стехиометрические коэффициенты.

Предположим, что побочные реакции не протекают, и потерь реагентов нет.

Gr = дельтаGa * r/a = Gа0 * xа * r/a

V = const

Cr = Gr/V.

Селективность процесса характеризует процессы, в которых протекают сложные параллельные и последователные реакции с получением нескольких продуктов. Селективность даёт количественную оценку эффективности целевой реакции по сравнению с побочными взаимодействиями. Различают полную и мнгновнную селективности. Полная или интегральная селективность — это отношение количества исходного реагента расходуемого на целевую реакцию к общему количеству реагента пошедшему на все реакции: и целевую и побочные. Рассмотрим параллельные реакции из вещества А получаются целевой продукт R и побочный продукт S/

R

А

S

фиr = дельтаG(а в r) / (дельтаG(а в r) + дельтаG(а в s)).

Мнгновенной селективностью называют отношение скорости превращения реагента в исходный продукт к суммарному расходу исходных реагентов.

Фи = w(а в r)/ w

w(а в r) — это скорость расходования компонента А в целевой реакции

w это суммарная скорость рахсодования реагента А wа.

Суммарная селективность это характеристика процесса с точки зрения использования исходного сырья.

Выход продукта это отношение количества реально полученного целевого продукта к его максимально возможному количеству(теоретическому), которое должно быть вычислено по стехиометрическому уравнению химической реакции. Выход обозначают через х.

Х = Gфакт/Gмакс.

Для необратимых простых процессов, степень превращения равна выходу.

Для обратимых реакций, выход продукта равен доле, которую составляет реально достигнутая степень превращения от равновесной, при данных условияъ протекания реакций.

Выход продукта для реакционных систем с постоянным объёмом может быть определён как отношение концентраций.

Изменяется выход продукта от 0 до единиц или от 0 до 100%.

Выход продукта характеризует полученный результат как долю от предельно возможного.

Расходные коэффициенты.

Расход сырья, воды, энергии и различных чего то там называют расходным коэффициентом.

А = Qисх / Gа.

В этом отношении А — это расходный коэффициент

Qисх — это расход сырься или воды или ещё чего.

Gа — единица готового продукта.

[А] = кг/т; т/т; м^3 /т; кВт*час/т.

Расходный коэффициент по сырью определяется половину или более стоимости готового продукта, ещё половину составляют затраты на воду и энергию.

Различают теоретические и рабочие расходные коэффициенты.

Теоритические расходные коэффициенты рассчитывают на основании рассчётных отношений, по которым происходит превращение сырья в целевой продукт.

Практические расходные коэффициенты учитывают состав сырья и продукта, степень превращения, побочные реакции и производственные потери.

Техно — экономические критерии. Экономическая эффективность является самым важным параметром характеризующим эффективность процесса, она зависит от мощности установки, на которой вырабатывается химический продукт, и на сколько полно использованы новейшие достижения науки и техники при разарботке и оформлении технологического процесса.

К экономическим критериям эффективности химического производства относятся: производительность, интенсивность, капитальные затраты, удельные капитальные затраты, качество, себестоимость продукции, производительность труда.

Производительность — это количество выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени.

П =G/тау

В этом соотношении:

П — это производительность;

G — это количество продукта;

тау — это время.

[П] = кг/ч; т/сут; м^сут; тыс т/год.

Химическое производств работает от 300 до 330 суток в год, то есть за исключением времени на планово — предупредительные ремонты и возможные аварийные остановки.

Если известна концентарция продукта в реакционной смеси на выходе из реактора и реакционный расход реакционной смеси, то производительность определяют по формуле.

П = Cr * U.

Cr концентрация продукта реакционной смеси.

U расход реакционной смеси.

Интенсивность — это производительность отнесённая к какой либо величине отнесённая размера аппарата.

I = П/V; = G/(тау * V); = П/S; = П/D.

Капитальные затраты это сумма всех затрат произведённых при постройке данного цеха или всего завода в целом.

Удельные капитальные затраты получаются от деления общей стоимости цеха или установки на его годовую мощность.

P = К/N

P удельные капитальные затраты

К капитальные затраты

N мощность установки.

Качество продукта определяет его потребительские свойства и оценивается такими показателями как: содержание основного вещества и примесей, физическими и химическими показателями. Нормируются внешний вид, размеры, цвет и прочее. Определяется государственным или отраслевым стандартом, техническими условиями, сертификатом качества.

Себестоимость

Себестоимость — это денежное выражение затрат данного предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции.

Себестоимость, не посредственно связанная с производством химической продукции, складывается из следующих статей.

1. Сырьё, полуфабрикаты, материалы не посредственно участвующие в химических реакциях производства. Составляют 60% - 70% от себестоимости.

2. Топливо, энергия на технические цели. Состаляют примерно 10% от себестоимости.

3. Заработная плата основных производственных рабочих. Составляет примерно 4% от себестоимости.

4. Амортизация — это отчисления на возмещение износа зданий, сооружений, оборудования. Составляет примерно 10% - 15% себестоимости.

5. Цеховые расходы. Включают затраты на содержание и текущий ремонт зданий, сооружений, оборудования в том числе зарплату вспомогательных и ремонтных рабочих, а так же затраты на охрану труда и технику безопасности, на содержание административно — управленческого персонала цеха.

6. Общезаводские расходы.

7. Производительность труда — это производительность продукции вырабатываемой одним рабочим в единицу времени или количество рабочего времяни затрачиваемого на выработку единицы продукции.

Пт = G /Nраб или Пт = G * Ц/Nраб. G – это количество продукта произведённого за определённое время. Ц — это цена единицы продукции. N рабочих — это численность персоонала обслуживающего данное производство. [П] = т/(г * работающий); = руб./(г * работающий).

Из себестоимости основного продукта, обычно, вычитается стоимость побочных продуктов, полученных из того же сырья.

Эксплуатационные показатели характеризуют совершенство созданного производства как промышленного объкта.

К эксплуатационным критериям эффективности химического производства относят: надёжность и безопасность функционирования, управляемость или регулируемость, чувствительность к отклонениям от технологического режима работы, пожаро- и взрывобезопасновть.

Надёжность характеризует средним времянем безаварийной работы. Зависит от качества используемого оборудования и правильной эксплуатации.

Безопасность функционирования — это вероятность нарушений приводящих к нанесению вреда обслуживающему персоналу, населению и окружающей среде.

Управляемость и регулируемость характеризуют возможности поддержания показателей процесса в допустимых пределах.

К социальным критериям относятся безвредность обслуживания, степень механизации и автоматизации и экологическая чистота производства.

Безвредность обслуживания оценивается соответствием условий работы санитарно — гигиеническим нормам.

16 Вопрос

2 NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3

( NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3

NH4HCO3 + NaCl – NaHCO3 + NH4Cl

2 NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2

C aCO3 = CaO + CO2

C + O2 = CO2

CaO + H2O = Ca(OH)2

2 NHCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O + 2NH3

Основное количество углерода, необходимое для карбонизации получают обжигом известняка. Разложение известняка идёт с поглощением тепла образующевося при сгорании углерода. Образовавшийся оксид кальция поступает на приготовление известкового молока — суспензии Са(ОН)2.

Гидроксид кальция используется для регенерации аммиака на стадии дистилляции. В качестве отхохда производства образуется раствор хлорида кальция CaCl2. Химическая схема может рассказать выбор сырья. В схеме существует несколько циклов: это цикл аммиака, включающий абсорбцию, химическое взаимодействие, фильтрование, дистилляцию, и цикл углекислого газа включающий в себя карбонизацию, фильтрование, кальцинацию.

Схема процесса регенерации аммиака в производстве соды.

Блоки и потоки.

Потоки.

1. Фильтрат с вращающихся барабанных фильтров.

2. Газ содержащий аммиак.

3. Конденсат содержащий раствор аммиака.

4. Газ содержащий аммиак перед абсорбцией.

5. Известковое молоко.

6. Вода после дистилляции конденсата.

7. Жидкость отохдящая из дистиллёра.

8. Греющий пар.

9. Охлаждающая вода.

10. Вода из холодильников.

Структурная схема наглядно показывает технологические связи между блоками. А технологические связи указывают движение материальных и энергетических потоков.

Блоки.

Операторная схема другого процесса.

Технологическая схема производства соды.

Произвдоство соды начинается с добычи и очистки раствора поваренной соли.

Рассол, получаемый подземным выщелачиванием соляных пластов, донасыщается каменной солью до концентрации 305 — 310 кг / м^3.

Перед использованием в аммиачно содовом производстве, рассол очищают от солей Ca2+ Mg+, известково — содовым методом. Очищенный раствор из напорного бака, самотёком поступает в абсорбционные колонны, где происходит насыщение рассола аммиаком, и в некоторой степени диоксидом углерода. Абсорбция ведётся последовательно в нескольких колоннах. После каждой ступени раствор охлаждается в теплообменниках. Одновременно с аммиаком, в колонны подаются отходящие газы из абсорбционных колонн, фильтров и карбонизационных. Аммонизированный рассол из колонны 4 подаётся в карбонизационную колонну 5. В нижней части колонны расположены холодильники, по которым циркулирует холодная вода. В нижнюю и среднюю части колонны, компрессорами подаётся диоксид углерода из печей кальцинации 7, и печной газ из печи 1. Гидрокарбонатная суспензия из колонны 5 самотёком передаётся в отделение фильтрования, где на барабанных вакуум фильрах 6, осадок гидрокарбоната отделяется от раствора хлорида аммония. Сырой гидрокарбонат натрия подаётся в печь кальцинации 7. Барабанная печь снаружи обогревается топочными газам. Температура внутри печи 140 — 170 градусов. Газы кальцинации, после охлаждения и промывки водой, подаются на карбонизацию. Фильтровая жидкость поступает в отделение регенерации аммиака, подогревается в теплообменниках и подаётся в дистиллёры 3. Туда же подаётся известковое молоко из гасителей 2. В нижнюю часть дистиллёра подаётся водяной пар. Из нижней части дистиллёра, отводится раствор хлорида кальция в шламовые бассейны. Оксид кальция, для получения известкового молока производится в шахтной печи 1. Температура обжига — 1100 — 1200 градусов. Размеры кусков известняка от 40 до 120 мм, а размеры кусков угля 40 — 80 мм. Известковое молоко получается гашением оксида кальция водой во вращающихся барабанах 2. Содержание гидроксида кальция в суспензии составляет от 270 до 308 кг/м^3.