9 Методы анализа эффективности технологических процессов

Для оценки эффективности технологических процессов необходимо выполнить расчеты, отражающие расходы материальных и тепловых ресурсов на единицу выпускаемой продукции.

В основе всех материальных и энергетических балансов лежат законы сохранения материи и энергии. Поэтому количества продуктов и отходов равняется количеству подведенного сырья (с учетом кислорода идущего на окислительные процессы).

Материальные и топливные балансы позволяют оценить эффективность, как самого технологического процесса, так и используемого оборудования.

Уравнение материального баланса можно записать в виде.

, (9.1)

где М_А и М_Б – массы веществ, введенных в производство;

М_С и М_Д – масса продуктов полученных в результате выполненного технологического процесса;

М_A и М_Б – масса остатков введенных в производство продуктов (металл, остаток компонентов синтеза и т.д.);

М_E и М_Г – масса побочных продуктов "реакции" (СО₂, соли и т.д.);

М_П – масса "отходов" или "отбросов" производства.

Уравнение материального баланса составляется на:

• единицу готовой продукции;

• на единицу массы сырья, т/т;

• на единицу времени, т/ч.

Энергетический или тепловой баланс является количественным выражением закона сохранения энергии. Равенство прихода и расхода тепловой энергии выражается уравнением

, (9.2)

где Q_Ф – физическая теплота, введенная в процесс с исходными веществами;

Q_Э – теплота экзо- (эндо-) термических и физических переходов (плавление, испарение,конденсация, растворение, кристаллизация). Если «эндо» – то тепловой эффект взаимодействия помещают в расходную часть баланса;

Q_В – теплота, введенная в процесс извне;

Q_Ф^Р – физическая теплота, выведенная из процесса с продуктами;

Q_П – тепловые потери в окружающую среду.

Каждый член теплового баланса можно рассчитать по общеизвестным формулам:

, (9.3)

, (9.4)

. (9.5)

Тепловой баланс составляется на основании материального баланса и оформляется в виде таблиц, графиков. При составлении материального и энергетического балансов необходимо выполнить технико-экономические расчеты на предмет конкурентоспособности технологических процессов и оборудования. При этом необходимо учитывать экологические аспекты, поскольку реализация очистных сооружений может оказаться энергетически и экономически неоправданной.

Важнейшим показателем расхода теплоэнергетических ресурсов и потерь в окружающую среду являются:

1. Расход энергии на выпуск единицы выпускаемой продукции

, (9.6)

где Q – количество израсходованной энергии;

П – количество выпущенной продукции.

2. Коэффициент использования энергии (кпд):

, (9.7)

где Q_ПОЛ – полезный расход энергии;

Р_i – доля потерь энергии.

В зависимости от характера производства формулы для расчета норм будут иметь следующие выражения:

Топливоиспользующие процессы

, (9.8)

где h – энтальпия, полученная единицей обработанного материала (продукции), Дж/кг;

– низшая теплота сгорания 1 кг топлива.

Эту формулу (9.8) можно записать в виде:

, (9.8а)

где 0.143 – коэффициент перевода в условное топливо. Физический эквивалент перевода 1кВт^.ч=143 г условного топлива.

Теплоиспользующие процессы

(9.9)

или

, (9.9а)

где 4187 – размерный коэффициент ккал/Дж.

Тепломеханические процессы

, (9.10)

где l_a – полезная механическая работа для единицы продукции, кг^*м;

9.81 – размерный коэффициент, кгс^*м/Дж.

Электротермические процессы

, (9.11)

где – удельный расход электрической энергии на единицу продукции.

Электромеханические процессы

, (9.12)

где 367^.10³ – размерный коэффициент, кгс^*м/(кВт^.ч).

По вышеуказанным формулам можно рассчитать нормы расхода энергоресурсов для различных процессов и оборудования на стадии проектирования либо анализа использования уже установленного оборудования. Наиболее трудно установить опытно-расчетный член Р_і. Однако для его определения можно использовать статистические данные существующих аналогичного профиля производств (см. табл. 9.1).

Таблица 9.1