4. Концепция эффективного использования оборудования

Концепция направлена на минимизацию капитальных затрат на технологическое оборудование путем создания условий протекания в нем процессов с максимально возможной интенсивностью.

1) Внедрение новых технологий, более интенсивных, протекающих с большей скоростью. Типичным примером является переход от замедленных гетерогенных процессов к гомогенным и далее к каталитическим. Так замена термического гомогенного крекинга углеводородов на каталитический позволила увеличить скорость процесса более, чем в 300 раз!

2) Оптимизация процесса - очевидный прием увеличения его интенсивности (см. оптимизация контактного аппарата для окисления диоксида серы).

3) Организация процесса в аппарате. Почти всегда возможно разными способами провести один и тот же процесс: теплообмен и контакт фаз - в противотоке или прямотоке, гетерогенно-каталитическую реакцию - в неподвижном или кипящем слое катализатора, разделение жидкостей - ректификацией или дистилляцией и так далее. Примеры сокращения затрат рассмотрены выше: теплообменник или массобменный аппарат (абсорбер)- использование противотока. Еще пример. Скорость превращения в процессе "газ-твердое" сильно зависит от размера частиц. Поэтому дробление твердого реагента всегда благоприятно будет сказываться на интенсивности его превращения. Но мелкие частицы нельзя использовать в неподвижном слое - большое сопротивление потоку, спекание и слипание частиц, неоднородность течения газообразных компонентов через слой. Однородные условия протекания процесса создает псевдоожиженный слой. В производстве серной кислоты из колчедана переход от обжига крупно кускового сырья в полочных печах к обжигу в псевдоожиженном слое позволил увеличить интенсивность превращения в единице объема аппарата в 20 раз.

4) Организация технологического процесса в подсистеме ХТС. Здесь использовано свойство ХТС - усовершенствование одного элемента дает выигрыш в эффективности процесса в системе в целом. Некоторые решения общеизвестны. Например, замена периодического процесса на непрерывный. В первом случае требуются дополнительная аппаратура для накопления исходных компонентов и продуктов, очистка периодических аппаратов, временные затраты, связанные с пусками и остановками. В непрерывном процессе таких неудобств нет.

Сокращает расходы на аппараты схема регенерация теплоты реакции, вместо нагрева потока перед реактором и последующее охлаждение его в отдельных теплообменниках (см., например, реакционный узел окисления диоксида серы)

5) Увеличение единичной мощности. Оценим изменение затрат на оборудование в аппарате при изменении мощности производства. Интенсивность процесса это количество продукта, получаемое в единицу времени и единице объема оборудования. Производительность П (мощность аппарата, установки) пропорциональна его объему V. Объем аппарата V в свою очередь примерно пропорционален кубу его линейного размера l: П  V  l³. Затраты на аппарат З, расход материала на его изготовление, примерно пропорциональны квадрату его линейного размера, поверхности корпуса, перегородок: З  l². Из этих соотношений получим: З  П^2/3, - затраты, естественно, увеличиваются с ростом производительности. Удельные затраты З_уд (на единицу производительности) уменьшаются с увеличением производительности:

З_уд = З/П  П^-1/3. Можно оценить уменьшение затрат при удвоении мощности: - уменьшаются примерно на 20%. Реальная цифра меньше и составляет 8-13% поскольку с увеличением размера стенки делают толще для обеспечения жесткости конструкции, появляются дополнительные элементы конструкции.

Уменьшение удельных капитальных затрат составляют примерно 11% при удвоении производительности. Но бесконечно наращивать мощность невозможно. Появляются ограничения машиностроительных предприятий, транспортировки крупногабаритного оборудования. Временная остановка крупнотоннажного производства приводит к большим потерям продукции и затратам на восстановление режима. Крупное производство вносит значительное возмущение в экологическое равновесие региона. Но, тем не менее, увеличение мощности до разумных пределов рационально для сокращения затрат на оборудование.