Материал: I. теория хим процессов

ВВЕДЕНИЕ

Химическая технология - естественная, прикладная наука о способах и процессах производства продуктов (предметов потребления и средств производства), осуществляемых с участием химических превращений технически, экономически и социально целесообразным путем.

Как наука химическая технология имеет:

предмет изучения - химическое производство;

цель изучения - создание целесообразного способа производства необходимых человеку продуктов;

методы исследования - экспериментальный, моделирование и системный анализ. Как естественная наука химическая технология изучает материальные

явления и объекты (общественные науки - такие, как философия, логика, история - изучают идеальные явления).

Как прикладная наука технология изучает производство. Конечной целью изучения является создание способа производства и управления им. Фундаментальная наука ("чистая" наука) изучает явления природы с целью получения более отвлеченных знаний о них . Как "чистая", так и "прикладная" науки дают фундаментальные знания о явлениях, характерных для изучаемого объекта.

Объектом изучения и результатом исследований является хим. производство. Исторически химическую технологию условно подразделяют на технологию неорганических и органических веществ, хотя оба раздела технологии объединяются общими принципами и закономерностями.

Методы исследования ХТ

 Системный анализ - совокупность методов и средств изучения сложных ХТС. Методы:

1)строгие математические, которые основаны на ф/х сущности протекающих явлений в этих процессах и аппаратах - сис-ма управления.

2)эвристические - основаны на опыте эксплуатации установок, на здравом смысле; позволяют сократить размерность задачи

Этапы:

1)выделение элементов, которые определяют интересующие или необходимые свойства ХТС;

2)установление зависимостей выходных потоков от входных для каждого элемента, т.е. получение математического описания его и определение свойств и особенностей. Поскольку в элементах ХТС происходят превращения потоков, то их описание основывается главным образом на физико-химических и физических закономерностях протекающих в них процессов;

3)выделение связей между элементами, ответственных за проявление интересующих свойств ХТС. Происходит выделение структуры сис-мы (ХТС) - совокупность элементов и их связей.

4)исследование ХТС - расчет показателей, опред-е св-тв(особенностей), изучение эволюции (развития, изменения) ХТС для улучшения ее показателей и свойств. Большое значение здесь имеют эвристические метод.

Моделирование - метод исследования объекта (явления, процесса, устройства) на модели

Модель - специально созданный для изучения объект любой природы, более простой, чем исследуемый, по всем св-вам, кроме тех, которые надо изучить, и способный заменить исследуемый объект так, чтобы получить новую инфу о нем.

физическое, при котором природа модели и исследуемого объекта одинаковы - основано на количественной связи(исследование обтекания самолета воздухом на модели в аэродинамической трубе)

математическое, в котором модель и объект имеют разную физ. природу, но одинаковые св-ва

реальные (некое физ устройство)

знаковые (математическое уравнение)

Химическое производство - совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необходимые продукты.

Технологический процесс - совокупность технологических операций (химических, механических и физико-химических), выполняемых в определенной последовательности с целью получения того или иного продукта.

Химико-технологический процесс - последовательность процессов целенаправленной переработки исходных веществ в продукт - химических и физико-химических процессов и их сочетаний.

Иерархическая структура ХТС

Современное химическое предприятие можно подразделить на взаимосвязанные подсистемы, соподчинение между которыми увязывается иерархической структурой, состоящей из трех-четырех уровней иерархии.

1ступень иерархии – типовые химико-технологические процессы (механические, тепловые, диффузионные, химические) и локальные системы стабилизации;

2ступень иерархии – ХТС, соответствующие технологическим цехам или участкам, САУ процессами организационного и технологического функционирования цехов или участков и САУ ХТС;

3ступень иерархии – сложные ХТС, отвечающие химическим производствам целевых или промежуточных продуктов, и САУ организационного и технологического функционирования производств;

4ступень иерархии – химическое предприятие в целом и автоматизированная информационная система организационного управления предприятием.

Основные показатели химического производства

Технические показатели определяют качество химико - технологического процесса.

Производительность (мощность) производства - количество получаемого

продукта или количество перерабатываемого сырья в единицу времени:

П = GR/t =[м3/ч],

где П - производительность; GR - количество получаемого продукта или перерабатываемого сырья за время t (за 1 час или 1 сут - показывает max возможность производства в непрерывном режиме; за 1 год - учитывает плановые остановки производства).

Для химических производств для связи часовой или суточной производительности с годовой принимают, что производство работает 8000 ч, или 330 сут, в год. П зависит от конкретного производства.

Расходный коэффициент показывает количество затраченного сырья, материалов или энергии на производство единицы продукта:

К=Gисх/GR.

Бывают теоретические (рассчитываются по стехиом. уравнению) и практические (рассчит. с учетом потерь). Его размерность очевидна: кг сырья/т продукта; м3 сырья/кг продукта; кВт-ч/кг продукта; Гкал/т продукта и т. д.

Расходный коэффициент показывает количественно затраты на производство продукта, но не отражает эффективности использования расходуемых компонентов. Последняя определяется выходом продукта.

Выход продукта - отношение реально получаемого количества продукта из использованного сырья к максимальному количеству, которое теоретически можно получить из того же сырья: ER= GR/Gmах;

Неполнота выхода продукта зависит от неполноты превращения, потерь, наличия примесей.

Интенсивность процесса - кол-во перерабатываемого сырья или образующегося продукта в единице объема аппарата: И=GR/τ*Vап

Этот показатель характеризует интенсивность протекания процесса в технологическом аппарате и совершенство организации процесса.

Удельные капитальные затраты - затраты на оборудование, отнесенные к единице его производительности. Для организации производства необходимы единовременные затраты на аппараты, машины, трубопроводы, сооружения и прочее, т.е. капитальные затраты. Отнесенные к единице производительности, удельные капитальные затраты характеризуют эффективность организации процесса в отдельных аппаратах и в производстве в целом, совершенство используемых конструкций. Этот показатель выражается в натуральных величинах(т металла/1000 т продукта в сут), или в денежном выражении.

Качество продукта определяет его потребительские свойства и товарную ценность и оценивается разными характеристиками:содержание (состав и количество) примесей, физические и химические показатели, внешний вид и размеры, цвет, запах и прочее. Определяется нормативными документами (ГОСТ - государственный отраслевой стандарт, технические условия, сертификат качества). Показатель индивидуален для каждого продукта.

Экономические показатели определяют экономическую эффективность производства.

Себестоимость продукции - суммарные затраты на получение единицы

продукта. Себестоимость складывается из следующих расходов: затрат на сырье, энергию, вспомогательные материалы; единовременных, капитальных затрат, распределяемых равномерно на срок эксплуатации оборудования; затрат на оплату труда работников.

С=(ЦG+kЗк+Зт)/Gп,

где Ц и G -цена и кол-во израсходованного сырья, энергии, материалов на производство продукта в кол-веGп; Зк-капитальные затраты; k-коэфф. окупаемости

капитальных затрат ( в среднем =0,15 в расчете на годовую произв-ть); Зт-оплата труда.

Себестоимость имеет денежное выражение.

Производительность труда - количество продукции, произведенной в единицу времени (обычно за год) в пересчете на одного работающего; характеризует эффективность производства относительно затрат труда.

Экономические показатели рассчитываются на основе технических показателей. Некоторые из них (производительность, расходные коэффициенты, удельные капитальные затраты) можно представить в денежном выражении. Эти и экономические показатели также называют техноэкономическими.

Эксплуатационные показатели определяют влияние отклонений от регламентированных условий и состояний, возникающих при работе производства, на показатели процесса, возможность управления процессом.

Надежность характеризуют средним временем безаварийной работы либо числом аварийных остановов оборудования или производства в целом за определенный отрезок времени. Этот показатель зависит от качества используемого оборудования и правильности его эксплуатации.

Безопасность функционирования - вероятность нарушений, приводящих к нанесению вреда или ущерба обслуживающему персоналу, оборудованию, а также окружающей среде, населению.

Чувствительность к нарушениям режима и изменению условий эксплуатации; определяется отношением изменения показателей процесса

к этим отклонениям.

Управляемость и регулируемость характеризуют возможность поддерживать показатели процесса в допустимых пределах, определяют величину допустимых изменений условий процесса, управляющие параметры и их взаимовлияние (сложность управления).

Социальные показатели определяют комфортность работы на данном производстве и его влияние на окружающую среду.

Безвредность обслуживания оценивается сопоставлением санитарногигиенических условий для обслуживающего персонала с соответствующими нормами по загазованности, запыленности, уровню шума и др.

Степень автоматизации и механизации определяет долю ручного и тяжелого труда в эксплуатации производства.

Экологическая безопасность - степень воздействия производства на окружающую среду и экологическую обстановку в регион