1. 2. 4. Производительность и интенсивность

Производительностью П называют количество n (массу, объем) выработанного продукта или переработанного сырья за единицу времени τ:

Интенсивность работы реактора I или другого аппарата выражают как отношение производительности к объему реактора V_р:

1. 2. 5. Избирательность

Избирательность (селективность) – важнейшая характеристика процессов, в которых наряду с основной реакцией образования целевого продукта протекают побочные параллельные или последовательные реакции с образованием нежелательных или менее ценных продуктов. Различают конечную суммарную (интегральную) избирательность и мгновенную (дифференциальную).

Суммарная избирательность Ф определяется как отношение количества исходного вещества i, превратившегося в целевой продукт (j), к общему количеству прореагировавшего исходного вещества.

n_i(j) – количество реагента, перешедшее в целевой продукт

n_i – общее количество превратившегося реагента

Например, для параллельных реакций аА®bВ и aA®dD, целевым продуктом которых является вещество В, суммарная избирательность Ф_В, выражается в виде:

В принятых обозначениях суммарная избирательность безразмерна и может изменяться от 0 до 1, но ее часто выражают и в процентах. Связь между степенью превращения Х_А, выходом продукта В_в(а) и суммарной избирательностью Ф_В определяется из выражения:

X_AΦ_B = В_B(A)

Для выбора рациональных приемов управления селективностью проводят анализ влияния управляющих параметров на мгновенную избирательность φ_B. Мгновенная избирательность измеряется отношением скорости образования целевого продукта w_B к скорости потребления исходного реагента на образование всех продуктов реакции w_A. Иными словами, мгновенная избирательность равна отношению скорости основной реакции к общей скорости процесса, выраженной через количества исходного реагента:

Связь между суммарной и мгновенной избирательностями описывается соотношением:

Установив уравнения связи между экономическими и технологическими показателями качества и воздействуя на технологические процессы, можно управлять эффективностью работы реакторов и ХТС, выражая эту эффективность в натуральном или денежном выражении.

1. 3. Структуры химико-технологических систем

Каждый элемент ХТС выполняет определенные функции по преобразованию параметров входящих в него потоков в параметры выходящих потоков. Следовательно, каждый элемент ХТС можно рассматривать в этом смысле как преобразователь или технологический оператор (ТО), качественно и (или) количественно преобразующий параметры входных материальных и энергетических потоков Y₁,Y₂,,…, Y_n в физические параметры выходных материальных и энергетических потоков Z₁, Z₂,…, Z_n. Так, реактор конверсии оксида углерода представляет собой технологический оператор, осуществляющий как качественное (в состав выходного технологического потока входят новые химические компоненты оксид углерода (IV) и водород), так и количественное (увеличение температуры и изменение количественного состава выходного потока) преобразование физических параметров входного технологического потока, включающего оксид углерода (II) и водяной пар.

Типовые технологические операторы – это элементы химического превращения, теплообмена, массообмена, смесители и делители потоков, устройства для повышения и понижения давления, изменения агрегатного состояния вещества. Типовые технологические операторы подразделяются на основные и вспомогательные (рис. 2). С помощью таких операторов можно строить различные структуры ХТС, соединяя операторы различными технологическими связями.

Рис. 2. Классификация технологических операторов.

Математически в самом общем виде технологический оператор можно представить в виде функции:

Y = F(Z, ТПУ),

где Y – обобщенная характеристика параметров состояния выходных технологических потоков;

Z – обобщенная характеристика параметров состояния входных технологических потоков;

ТПУ – обобщенная характеристика технологических параметров управления.

Связи между элементами выступают в виде трубопроводов, по которым передаются материальные и энергетические потоки. Связи могут быть внутренними (между аппаратами внутри ХТС) и внешними, если имеется связь между аппаратами разных ХТС.

При всем многообразии структур ХТС можно выделить основообразующие (типовые) составляющие, комбинации которых и их число обуславливает многообразие структур.

Выделяют несколько структурных составляющих химико-технологических систем с пятью типами связей между аппаратами: последовательной, параллельной, последовательно-обводной (байпас), обратной (рециркуляционной) и перекрестной (рис. 3).