1. ТЕХНОЛОГІЧНІ КРИТЕРІЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ (ХТП)

 

Ефективність здійснення будь-якого промислового процесу визнача­ється перш за все економічними показниками – такими, як зведені затрати, собівартість продукції та інше. Однак економічні показники характеризують весь процес в цілому, його кінцевий результат, та не розглядають його внутрішню суть і особливості.

Для оцінки ефективності окремих етапів процесу необхідно крім загальних економічних показників використовувати такі критерії ефектив­ності, які відображували б хімічну та фізико-хімічну суть окремих стадій та процесів в цілому, які відбуваються в окремих апаратах технологічної схеми.

В якості таких показників перш за все використовують ступінь перетворювання початкових реагентів, вихід продуктів та селективність. Вони з різних сторін характеризують повноту використання можливостей здійснення конкретного ХТП, використовуємого обладнання і встановлення оптимальних режимних параметрів, а також конструктивних характеристик.

Ступінь перетворювання. Ступінь перетворювання відображає повноту використання початкової суміші в ХТП. Тобто ступінь перетворювання – частка початкового реагенту, використаного на хімічну реакцію (ХР).

Наприклад, для необоротної реакції

                                                  ,                                              (1.1)

ступіні перетворювання початкових реагентів   і  визначаються за рівнянням

                                                   ;                                                    (1.2)

                                                   ,                                                    (1.3)

де  - ступінь перетворювання реагенту ; - кількість реагенту  в початковій суміші; - кількість реагенту  в суміші, яка виходить з апарату.

Використовуючи формули (1.2) і (1.3) можливо визначити кількість продуктів  і , які виникли в результаті реакції (1.1).

                                                           ,                                                              (1.4)

або                                                     .                                                               (1.5)

Аналогічно можна подати й кількість продукту .

                                                   ,                                                     (1.6)

                                          .                                         (1.7)

З рівнянь (1.4) - (1.7) випливає

                                                  .                                               

Для оборотних реакцій, при заданих умовах їх проведення, граничним станом буде стан хімічної рівноваги. На відміну від необоротних ХР, для яких границі зміни  визначаються співвідношенням

                                        ;                                                        

для оборотних ХР границі зміни

                                        ,                                                     

де  - рівноважна ступінь перетворювання.

Для реакції

                                                                                              (1.8)

                                  ,                                                     

                                  .                                                       

Рівноважна кількість продуктів

                                           ,                                           

                                         .                                                     

Вихід продукту. Вихід продукту – це відношення реально одержаного продукту до максимально можливої його кількості, яка могла б бути одержана при даних умовах проведення ХР.

Для необоротної ХР (1)

 

                                                 ,                                                       (1.9)

максимально можлива кількість речовини буде одержана, якщо весь реагент  чи  вступить в реакцію:

                                                  .                                        

Тоді                                          .                                          (1.10)

Для оборотної ХР (1.8)

                                               .                                     (1.11)

Селективність. Селективністю (лат. вибірністю) називається відношення кількості цільового продукту до загальної кількості продуктів, що одержуються. Для ХР (1.1) повна (інтегральна) селективність за цільовим продуктом  визначається з рівняння

                                           .                                      

У відповідності з (1.9) і (1.10) вихід продукту

                                        .                                  (1.12)

Для оборотних реакцій (1.8), (1.11)

                                                                                        (1.13)

Як відомо із зведених залежностей (1.10), (1.12), (1.13) вихід продукту, а тобто продуктивність, потужність та інтенсивність технологічного обладнання для простих необоротних реакцій визначається тільки ступінню перетворювання, для необоротних складних – селективністю та ступінню перетворювання і для оборотних додатково рівноважною ступінню перетворювання.