3. Критерии оценки эффективности химического производства

Определение полезности и эффективности химического производства и технологического процесса в нём производится по разным показателям, которые выделяют в основные группы.

3.1. Технические показатели

Технические показатели определяют качество химико-технологического процесса.

Производительность (мощность) производства – количество получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья в единицу времени (формула 3.1)

(3.1)

где П – производительность

G – количество получаемого продукта или перерабатываемого сырья за время t.

Обычно производительность выражают в количестве продукции за 1 час или 1 сутки, показывая максимальную возможность производства в непрерывном режиме. Производительность за длительный срок работы (один год) учитывает плановые остановки производства. Поэтому для химических производств для связи часовой или суточной производительности с годовой принимают, что производство работает 8000 часов или 330 суток в году.

Значение производительности зависит, конечно, от конкретного производства. Крупнотоннажные производства выпускают десятки и сотни тысяч тонн продукта в год. Например, серной кислоты производится 360 – 500 тысяч тонн в год, аммиака – до 450 тысяч тонн в год. Установки первичной переработки нефти потребляют до 2 миллионов тонн сырья в год. В малотоннажных производствах (реактивы, редкие металлы, продукты тонкого органического синтеза) производительность составляет килограммы и даже граммы в час.

Расходный коэффициент показывает количество затраченного сырья, материалов или энергии на производство единицы продукции. Его размерность очевидна: кг сырья/т продукта, м³ сырья/кг продукта, кВтч/кг продукта, Гкал/т продукта. Расходный коэффициент показывает затраты на производство продукта, однако не отражает эффективность использования расходуемых компонентов. Последнее определяется выходом продукта.

Выход продукта – отношение реально получаемого количества продукта из использованного сырья к максимальному количеству, которое теоретически можно получить из того же количества сырья. Например, на получение 1 тонны азотной кислоты реально расходуется 290 – 296 кг аммиака, хотя теоретически требуется 270 кг. Выход продукта составляет 91 – 93%. Неполнота выхода продукта зависит от неполноты превращения, потерь, наличия примесей.

Для простого одностадийного процесса, протекающего по схеме А  В, выход можно рассчитать по формуле (3.2):

, (3.2)

где n_p – количество продукта, полученного в реальных условиях производства,

n_max – максимально возможное количество продукта, которое можно получить при данных условиях ведения химического процесса.

Если химическая реакция протекает в несколько стадий, например, по схеме А  В  С, то общий выход равен произведению выходов на каждой стадии (формула 3.3):

. (3.3)

Для простых необратимых реакций выход продукта и степень превращения сырья совпадают. Но для других типов химических реакций эти критерии эффективности производства отличаются.

Выход продуктов и степень превращения сырья измеряют либо в процентах, либо в долях единицы.

Степень превращения Х_A (конверсия) – это доля исходного реагента А, вступившего в реакцию; рассчитывается по формуле (3.4):

, (3.4)

где m_A – количество реагента, не вступившего в реакцию;

m_A,0– количество реагента, поданного в реакцию.

Селективностью (полной селективностью) называют отношение количества исходного реагента, расходуемого на целевую реакцию, к общему количеству исходного реагента, пошедшего на все реакции (целевую и побочные) за данный период времени.

Селективность, также как выход и конверсию, измеряют в относительных единицах или в процентах.

Выход продукта, степень превращения и селективность характеризуют глубину протекания химико-технологического процесса, его полноту и направленность в сторону образования целевого продукта. Между ними существует простая связь (формула 3.5):

. (3.5)

Следовательно, выход целевого продукта пропорционален селективности процесса и конверсии реагента. Равенство (3.5) справедливо для параллельных практически необратимых реакций, например реакции (3.6, 3.7):

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O, (3.6)

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O. (3.7)

Здесь целевым продуктом является оксид азота NO.

Для параллельных обратимых реакций уравнение (3.5) приобретает вид (3.8):

, (3.8)

где X_A,c– равновесная степень превращения реагента А.

Интенсивность процесса – количество перерабатываемого сырья или образуемого продукта в единице объёма аппарата в единицу времени. Этот показатель характеризует интенсивность протекания процесса в технологическом аппарате и совершенство его организации.

Удельные капитальные затраты – затраты на оборудование, отнесённые к единице его производительности. Для организации производства необходимы единовременные затраты на аппараты, машины, трубопроводы, сооружения и прочее, то есть капитальные затраты. Этот технический показатель характеризует эффективность организации процесса в отдельных аппаратах и в производстве в целом, совершенство используемых конструкций и выражается в натуральных величинах (т металла/1000 тонн продукта в сутки) или в денежном выражении.

Качество продукта определяет его потребительские свойства и товарную ценность и оценивается разными характеристиками, такими как: содержание (состав и количество) примесей, физические и химические показатели, внешний вид и размеры, цвет, запах и прочее. Определяется следующими документами: ГОСТ, ТУ, сертификатом качества.