Глава 9

КАЧЕСТВО СЫРЬЯ И ПРОДУКЦИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ И СРЕДСТВАХ ЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

§ 9.1. Характеристики, определяющие качество сырья и продукции химико-технологических процессов

Качество продукции относится к числу важнейших показателей производственно-хозяйственной деятельности предприятий и объе­динений нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслей промышленности, базирующихся на использова­нии химико-технологических процессов, и во многом зависит от ка­чества сырья. Последнее является продукцией предыдущих произ­водственных процессов, поэтому в дальнейшем изложении будут рассматриваться обобщенные понятия и представления, относя­щиеся к качеству продукции.

Качество продукции в современном представлении — это сово­купность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее на­значением.

Из этого определения следует, что за исходную характеристику качества продукции принято ее свойство.

Свойство продукции — объективная особенность продукции, проявляющаяся при ее создании, эксплуатации или потреблении. Продукция каждого конкретного вида имеет множество различных свойств, совокупность которых позволяет отличить ее от другой продукции.

Все аспекты, связанные с качеством продукции, изучаются нау­кой о качестве продукции. Одна из основных областей этой науки, объединяющая методы количественной оценки качества — квалиметрия (от лат. gualification — какой, какого качества и греч. metrео — мерю).

Совокупность свойств продукции еще не характеризует ее ка­чество. Важно количественно определить свойства продукции, об­условливающие это качество. Для этого используются различные (единичный, комплексный, определяющий, интегральный) показа­тели качества продукции.

Показатель качества продукции — количественная характери­стика одного или нескольких свойств продукции, обусловливающих ее качество, рассматриваемая применительно к определенным условиям создания, эксплуатации или потребления продукции.

Значение показателей качества продукции определяют измери­тельным (экспериментальным), расчетным и экспертным методами.

Измерительный метод базируется на выполнении измерений. Расчетным методом значения показателей качества определяются с помощью вычислений с использованием параметров, найденных другими методами. Если показатели качества не поддаются на настоящем этапе развития науки и техники измерениям, то исполь­зуется экспертный метод, в соответствии с которым оценка показа­теля качества осуществляется в баллах. Экспертным является так­же органолептический метод, основанный на анализе непосред­ственно восприятия органами чувств экспертов свойств продукции.

Качество продукции предприятий нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслей промышленности в на­стоящее время определяется в основном путем лабораторных опре­делений комплексов показателей качества, базирующихся, как пра­вило, на измерительном методе.

Непосредственно на химико-технологических процессах качество продукции определяется путем автоматических измерений физико-химических свойств, концентрации определяемого компонента (компонентов) или полного состава продукции, которые служат в данном случае показателями ее качества. В процессах, связанных с переработкой нефти, осуществляются измерения ряда характери­стик сырья, промежуточных и конечных продуктов по существу полностью соответствующим понятию «показатель качества».

Все эти измерения относятся к физико-химическим измерениям (см. гл. 1) и осуществляются с помощью автоматических средств аналитической техники, являющейся отдельной отраслью измери­тельной техники.

Рассмотрим некоторые важные понятия, связанные с перечис­ленными показателями качества продукции. В результате прове­дения химико-технологических процессов вырабатываются жидкие, газообразные и твердые продукты. Их называют веществами, сре­дами или материалами.

В общем случае веществом называют различные виды материи. В химии часто под веществом понимают так называемое «чистое вещество». Строго это представление относится к идеально чистым веществам. Все реальные вещества содержат примеси в больших или малых количествах.

В аналитической технике используется понятие анализируемое вещество, под которым понимают смесь нескольких веществ, под­вергаемую анализу.

Каждому веществу присущи физические и химические свойства. Физическое свойство вещества — это физическая величина, а химическое свойство вещества — это способность данного вещества участвовать в химических реакциях. Два этих свойства обычно для веществ объединяют понятием физико-химические свойства. К физико-химическим относят такие свойства, как плотность, вязкость, коэффициент преломления, давление насыщенных паров, теплота сгорания и др.

Физико-химическое свойство какого-либо вещества зависит от его природы и, будучи определенным с помощью различных мето­дов и средств измерений с точностью до погрешности измерений, имеет одно и то же значение.

В отличие от физико-химических свойств упомянутые выше по­казатели качества, используемые для оценки качества нефтей и нефтепродуктов, имеют различные значения при их измерении раз­личными методами и средствами измерений. Поэтому методы и средства измерений показателей качества строго стандартизируют­ся. К показателям качества нефтепродуктов относятся фракцион­ный состав, октановое число, температура вспышки и др.

Как следует из приведенного определения, анализируемое ве­щество представляет собой смесь. Поэтому при решении задачи определения состава анализируемого вещества его называют анали­зируемой смесью.

Каждая смесь состоит из двух и более составных частей, назы­ваемых компонентами.

Различают качественный и количественный состав смеси. Пер­вый представляет собой информацию о том, какие компоненты входят в смесь, второй, кроме того, дает информацию о количестве этих компонентов в смеси. Количественный состав характеризует­ся концентрацией (содержанием) отдельных компонентов.

Концентрация — отношение количества компонента к количе­ству всей смеси, взятой на анализ, т. е. относительное количество компонента в смеси.

Различают массовую с_m, объемую с и молярную (мольную) c_μ концентрации, определяемые как отношение массы, объема или ко­личества вещества данного компонента соответственно к массе, объему или количеству вещества всей смеси. Концентрации выра­жают в долях или процентах (соответственно в процентах массо­вых — % маc., в процентах объемных — % об. и в процентах мо­лярных — % мол.).

Связь между перечисленными концентрациями описывается вы­ражением

c_mi = c_i =c_μi , (9.1)

где ρ_i и μ_i— плотность и молекулярная масса i-го компонента; ρ и μ — плотность и молекулярная масса анализируемой смеси. Массовую концентрацию выражают также отношением

(например, кг/м³, г/см³ и т. д.), а молярную — отношением: (например) моль/м³; моль/см³ и т.д.

Анализируемые смеси принято подразделять на бинарные, многокомпонентные и псевдобинарные.

Бинарная смесь — смесь, состоящая из двух компонентов.

Многокомпонентная смесь — смесь, состоящая из трех и более компонентов.

Псевдобинарная смесь — многокомпонентная смесь, которая при определенных условиях по некоторому физико-химическому свойству может рассматриваться как бинарная.

Компоненты, составляющие смеси, подразделяют на определяе­мые и неопределяемые.

Определяемый компонент — компонент смеси, подлежащий ко­личественному определению. Часто этот компонент (или компонен­ты) называют ключевым, так как информация о его концентрации используется для управления технологическими процессами.

Неопределяемый компонент — компонент смеси, не подлежа­щий количественному определению.