Технико-экономические показатели химических производств

Значение химии становится особенно ясным, когда изучаемый материал связывается с практическими вопросами. Один из способов его связи с жизнью — решение задач на темы с производственны содержанием. Для химической промышленности, как отрасли материального производства имеет значение технический и экономический аспекты, от которых зависит нормальное функционирование производства. Технико-экономические показатели (ТЭП) отражают возможности предприятия выпускать продукцию заданной номенклатуры и качества, удовлетворяющий требованиям заказчика, и в заданном количестве. Они являются критериями, позволяющий установить экономическую целесообразность организации данного производства и его рентабельность.

Рентабельность процесса производства характеризуется следующими ТЭП: степень превращения, выход продукта, селективность, производительность, мощность и интенсивность аппаратуры, практический и теоретический расходный коэффициент.

В этом разделе рассматриваются задачи следующих типов:

• 1. Задачи, в которых обращается внимание на получение вещества или на применение его в производственных условиях.
• 2. Задачи на определение выхода получаемого вещества по отношению к теоретическому.
• 3. Задачи, вскрывающие химическую сторону технологии производства и требующие составления уравнения реакции по которой оно протекает.
• 4. Задачи, в которых обращается внимание на масштабы производства или размеры аппаратуры (башен, камер, колонок) и т. п.

Степень превращения () — это отношение количества вещества, вступившего в реакцию, к его исходному количеству вещества. Допустим, протекает простая необратимая реакция типа, А > В. Если обозначить через исходное количество вещества А, а через — количество вещества, А в данный момент, то степень превращения реагента, А составит.

Чем выше степень превращения, тем большая часть исходного сырья вступила в реакцию и полнее прошел процесс химического превращения.

Выход продукта (з) является показателем совершенства процесса и показывает отношение количества фактически полученного количества того или иного продукта к его теоретическому количеству.

; (2.2), (2.3).

Производительность аппарата (П) определяет количество готового продукта m фактически вырабатываемый в единицу времени t при заданных условиях процесса производства. Измеряется т/сут, тыс. т/год, кг/ч, нм³/сут.

(2.4).

Интенсивность аппарата — производительность, отнесенная к единице полезного объема или к единице полезной площади. Измеряется кг/м³ и кг/м^2.

или (2.5), (2.6).

Максимально возможная производительность аппарата при оптимальных условиях процесса производства называется его мощностью W

W=П_max (2.7).

Селективность — отношение массы целевого продукта к общей массе продуктов, полученных в данном процессе, или к массе превращенного сырья за время t.

Если, А > В, А > С, где В — целевой продукт, С — побочный продукт, то уравнение имеет следующий вид:

(2.8).

Это отношение скорости превращения вещества, А в целевой продукт к общей скорости расхода вещества А.

(2.9).

G_{исх — затраты сырья, топлива, энергии при производстве продукта в количестве G. Измеряется в т/т, нм³/т, нм³/ нм³, кВт*ч/т.}

Примеры решения задач.

1. Сколько теоретически можно получить чугуна, содержащего 3% углерода и 3% других элементов, из 1 т железной руды, содержащей 80% железа?

Из каждой тонны железной руды, содержащей в среднем 80% магнитного железняка, выплавляют 570 кг чугуна, содержащего 95% железа. Каков был выход железа от теоретического?

Решение:

М (Fе₃О₄) = 232 г/моль.

М (Fе) = 56 г/моль Записываем формулу определения з (Fе):

Обеих величин в условии нет. Но m (Fе)_пр можно рассчитать по массе чугуна и массовой доле железа в нем:

m (Fе)_пр = 570 кг * 0,95 = 541,5 кг.

Сразу теоретическую массу железа по условию не вычислить. Можно найти массу магнитного железняка по массе руды и содержанию в ней массовой доли железняка:

m (Fе₃О₄) = 1000 кг * 0,8 = 800 кг.

По вычисленной массе магнитного железняка и его формуле найдем массу железа в нем:

800 > 232 в 3,45 раза => m (Fе) будет > 168 (56 * 3) тоже в 3,45 раза, т. е.

M (Fе) = 168 * 3,45 = 579,6 (кг).

Подставляя полученные значения практической и теоретической массы железа в первоначальную формулу, получим выход железа:

з (Fе) =.

Ответ: з (Fе) =93,4%.

2. Для получения формальдегида метиловый спирт необходимо окислить на серебряном катализаторе: СН₃ОН + 0,5О₂ = СН₂О + Н₂О. Кроме основных реакций протекают и побочные. Предположим, что на окисление подается 3,2 кмоль метилового спирта. Их них образовалось 1,8 кмоль формальдегида, 0,8 моль — побочных продуктов (суммарно) и остались неокисленными 0,6 кмоль метилового спирта. Необходимо найти степень превращения метилового спирта, выход формальдегида и селективность.

Решение:

Определим степень превращения. Для этого количество непрореагировавшего спирта, оставшегося после реакции, 0,6 кмоль необходимо вычесть из его начального количества 3,2 кмоль. Подставив данные значения в формулу (2.1) получим:

Рассчитаем селективность по формальдегиду. Общее количество полученных продуктов равно сумме количества формальдегида 1,8 кмоль и количества продуктов 0,8 кмоль.

Найдем выход продукта формальдегида.

Ответ: = 0,81, ц (НСНО)= 0,69, з (НСНО)= 56%.

Задачи для самостоятельного решения.

• 1. Рассчитать основные технико-экономические показатели получения синтетического аммиака:
  • а) расходный коэффициент сырья по Н₂ и N₂ (в м³) на 1 т аммиака.
  • Б) выход аммиака
  • в) производительность завода.
  • Г) интенсивность процесса синтеза аммиака в т/м³ полезного объема колонки в сутки. На 1 т аммиака практически расходуется 3000 нм³ азотоводородной смеси, теоретически 2635 нм³. 5 колонок с высотой 0,36 м.
• 2. Вычислить расходный коэффициент на 1 т СН₃СООН для СаС₂, содержит 65% СаС₂, если выход С₂Н₂ 97%, уксусного альдегида 95% и СН₃СООН 96%.
• 3. Вычислить количество аммиака и СО₂ (в кг) израсходованных на производство мочевины. Потери мочевины 5% избыток аммиака 100%, степень превращения карбомата аммония мочевину 75%
• 4. При окислительном дегидрировании метилового спирта протекают одновременно две реакции: дегидрирование и окисление метанола. Выход формальдегида 90% при степени конверсии метанола 65%. Вычислите расход метанола на 1 т формальдегида.
• 5. Производительность мечи для обжига серного колчедана составляет 30 т в сутки. Выход SО₂— 97,4% от теоретического. Сколько тонн SО₂ производит печь в сутки, если содержание серы в колчедане 42,4%?
• 6. Печь для варки стекла, производящая в сутки 300 т стекломассы имеет ванну длиной 60 м, шириной 10 м и глубиной 1,5 м. Определить:
  • а) годовую производительность, если 15 суток печь находится на ремонте
  • б) интенсивность печи за сутки работы.
  • В) количество листов оконного стекла за из свариваемой стекломассы (стандарт. Лист 1250 * 700 * 2 мм и плотность 2500 г/м³)
• 7. При прямой гидратации этилена наряду с основной реакцией присоединения Н₂О протекают побочные реакции. Так 2% (от массы) этилена расходуется на образование простого диэтилового эфира, 1% ацетальдегида, 2% низкомолекулярного жидкого полимера. Общий выход спирта при многократной циркуляции сост. 95%. Напишите уравнению химической реакции образовавшихся выше перечисленных соединений и подсчитайте расход этилена на 1 т этилового спирта, и сколько диэтилового эфира может при этом получится.
• 8. Шахтная печь для получения оксида кальция имеет в среднем высоту
• 14 м и диаметр 4 м; выход оксида кальция составляет 600- 800 кг на 1 м³ печи в сутки. Определите суточный выход оксида кальция.
• 9. Производительность печи для обжига колчедана составляет 30 т колчедана в сутки. Колчедан содержит 42,2% серы. Воздух расходуется на 60% больше теоретического. Выход сернистого газа составляет 97,4%.

Вычислить а) содержание колчедана FеS₂ (в%); б) объем и состав газовой смеси, выходящей из смеси за 1 час; в) массу оставшегося в печи огарка; г) массу оставшегося в печи не прореагировавшего FeS_2.

10. Протекают две параллельные реакции 2А > С и, А > 3 В. Определите выход продукта С, степень превращения реагента, А и селективность по продукту В, если на выходе из реактора известно количество веществ н (А) = 2 моль, н (С)=н (В)=3 моль.