1.3. Показатели эффективности химического производства

Определяя цель химической технологии как науки: создание экономического способа производства необходимых человечеству продуктов (с использованием химических превращений), - необходимо определять показатели производства, характеризующие его совершенство и эффективность. Можно выделить следующие группы показателей - технические, экономические, эксплуатационные и социальные.

Технические показатели характеризуют техническое совершенство рассматриваемого производства, отражают химическую и физико-химическую сущность явлений, происходящих в аппаратах технологической схемы. К ним относятся – конверсия, селективность (избирательность), выход продукта, производительность или мощность, расходный коэффициент, интенсивность, качество продукта.

Степень превращения (конверсия) – это доля исходного реагента, использованного на химическую реакцию.

(1.1)

где х – степень превращения реагента j,

n_j,0 – количество реагента j в исходной реакционной смеси,

n_j – количество реагента j в реакционной смеси , выходящей из аппарата или находящейся в реакторе.

Необходимо помнить, что степень превращения – это доля первоначального количества реагента, т.е. пределы изменения х определяются соотношением .

Селективность (избирательность) – это отношение количества исходного реагента, расходуемого на целевую реакцию, к общему количеству исходного реагента, пошедшего на реакцию.

(1.2)

где  – селективность,

n_r - количество образовавшегося целевого продукта r,

n_j,0 – количество реагента j в исходной реакционной смеси,

n_j – количество реагента j в реакционной смеси , выходящей из аппарата или находящейся в реакторе.

Пределы изменения  определяются соотношением .

Выход продукта – это отношение реально полученного количества продукта к максимально возможному его количеству, которое могло бы быть получено при данных условиях осуществления химической реакции. Выход продукта от теоретической величины также является показателем совершенства процесса и показывает отношение количества полученного, продукта G к теоретическому количеству его G_{теор ,} которое могло бы быть получено из этого же количества сырья при идеальной организация процесса:

n=G/ G_теор (1.3)

Выход продукта показывает, какая часть исходного сырья израсходована на образование целевого продукта

(1.4)

Производительность или мощность производства определяют количество продукта - G, вырабатываемого в единицу времени:

(1.5)

Обычно имеет размерности «тонн в сутки» или «тыс.тонн в год» - т/сут, т.т/год. Химическое производство работает 300-330 суток в году, т.е. за исключением времени на планово-предупредительные ремонты и возможные аварийные остановки:

(1.6)

Производительность современных промышленных производств: производство аммиака - 450 тыс.т/год (1360 т/сут); производство серной кислоты - 500 тыс.т/год (1500 т/сут); производство метанола - 250 тыс.т/год (750 т/сут).

Расходный коэффициент является важным показателем технического совершенства производства и определяет затраты сырья и энергии на единицу производственной продукции:

(1.7)

где G_исх - затраты сырья, топлива, энергии при производстве продукта.

Расходные коэффициенты могут иметь размерности «кг сырья на тонну продукта», «м³ топлива на тонну продукта», «кВт.ч электроэнергии на тонну продукта» и т. д.

Учитывая, что половина или более стоимости продукта составляют затраты на сырье и энергию, расходный коэффициент по сырью нередко является определяющим показателем эффективности процесса.

Интенсивность процесса характеризует совершенство его организации в отдельном аппарате. Этот показатель определяет количество полученного продукта или количество подаваемого сырья в единицу времени, отнесенное к единице величины, характеризующей размеры аппаратами (υ _ап объем аппарата или реакционного пространства, поперечное сечение аппарата - F ):

(1.8)

И обычно имеет размерности «кг/м³ ч», «м³/м²с», «кг/м² ч» и т.д.

Качество продукта - набор свойств и характеристик, определяющих потребительскую ценность продукта. Сюда относятся показатели чистота продукта, наличие примесей, а также химические, физико-химические, физические, механические и др. свойства. Они определяются государственными и отраслевыми стандартами и техническими условиями на продукцию.

Экономические показатели характеризуют экономическую эффективность производства и подробно изучаются в курсе по экономике химической промышленности. Технические и экономические показатели связаны между собой, и потому некоторые из них называют техноэкономическими показателями. К ним можно отнести мощность производства, удельные капитальные затраты, производительность труда, себестоимость продукта и приведенные затраты.

Капитальные затраты или удельные капитальные затраты показывают затраты на оборудование коммуникации, строительную часть, отнесенные к производству в целом - К_кап или - к единице мощности производства -К_уд:

К_уд= К_кап/П (1.9)

Они имеют размерности «кг металла на 1 т продукций в год», «руб. на 1 т продукции» и др.

Производительность труда П_т - количество произведенного продукта за определенное время, приходящегося на одного работающего: П_т=G/N_раб (1.10)

^Пт=G*Ц/N_раб ^(1.11)

где ^N_раб - численность персонала, обслуживающего данное производство; Ц - цена единицы продукции.

Производительность труда имеет количественные или стоимостные выражения и соответственно, размерность «тонн в год на работающего» или «руб. в год на работающего».

Себестоимость продукта и приведенные затраты показывают затраты на единицу продукции в денежном выражении.

Эксплуатационные показатели характеризуют совершенство созданного производства как промышленного объекта. К ним относятся: управляемость или регулируемость, чувствительность к отклонениям условий работы, надежность аппаратов и производства в целом, пожаро- и взрывобезопасность.

Социальные показатели определяют условия работы обслуживающего персонала и безвредность производства для окружающей среды; безвредность обслуживания, степень автоматизации и механизации, экологическую безопасность.

Инженер-технолог должен решать одновременно множество задач. Их наилучшие решения нередко противоречат друг другу, и поэтому требуется находить компромиссные варианты, в каком-то смысле наилучшие. Находить такие наилучшие решения позволяет наука - химическая технология, ориентирующаяся на фундаментальные знания как отдельных процессов и явлений, так и химического производства в целом, т.е. химико-технологических систем, а также знания экономических и социальных законов.