1.4 Энергетическая база химических производств

Химическая промышленность и смежные с ней отрасли основанные на химических превращениях (нефтепереработка, нефтехимия, металлургия, целлюлозно-бумажная промышленность) являются крупнейшими потребителями энергии. Химическая промышленность и нефтеперерабатывающие производства потребляют около 20% от энергопотребления всей промышленности. По расходу тепловой энергии химическая промышленность занимает второе место среди других отраслей хозяйственной деятельности, а по расходу электроэнергии – третье.

Химические процессы подразделяются на экзо- и эндотермические. Проведение эндотермических процессов требует дополнительного подвода тепла из вне и поэтому, как правило, характеризуется гораздо большим энергопотреблением. В экзотермических процессах такого подвода обычно не требуется, так как тепло реакции может быть использовано для поддержания необходимого температурного режима. В высокоэкзотермических процессах протекающих при высоких температурах (400-600⁰С) часть избыточного тепла реакции может быть преобразовано в механическую энергию для транспортировки реагентов или создания повышенных давлений. Это даёт существенную экономию энергии на производстве. Помимо затрат или экономии энергии, связанной с эндо- и экзотермичностью реакций реализация любого химического производства связана с расходом энергии на проведение вспомогательных операций, таких как подготовка и транспортировка сырья, отвод продуктов, физические операции дробления, фильтрации, перемешивания, дистилляции и др.

В химической технологии используются почти все виды энергии: электрическая, тепловая, ядерная, химическая, световая и др. Наиболее широко используются тепловая и электрическая энергия.

1.5 Критерии оценки эффективности производства

В ХТ реагент – это полезный компонент сырья, который благодаря химическому процессу превращается в целевой продукт. Технологический расчет сначала ведут по реагенту, а затем вычисляют загрузку сырья.

Практическая целесообразность и рентабельность всякого процесса производства характеризуется технико-экономическими показателями. Любой процесс можно представить схемой:

G = G₁ + G₂ + G₃

G – сырье

G_{1 –} целевой продукт

G₂ – побочные продукты

G₃ – отходы

^{Для оценки качества ХТП используют количественные технологические показатели: степень превращения сырья, селективность образования и выход продукта, производительность реактора или установки, интенсивность работы реактора или катализатора, расходные коэффициенты по реагентам, другим веществам (в ходе ХТП расходуются катализаторы, инерты и т.д.) и энергии. Эти показатели характеризуют степень совершенства ХТП.}

^{Рассмотрим основные показатели на примере реакции (1), которую будем считать основной реакцией ХТП.}

^{aA +bB = pP (1)}

^{Степень превращения (степень конверсии) реагента (Х) – это отношение количества превращенного реагента к введенному в реакционную систему количеству этого реагента. Количества реагента могут быть выражены в единицах массы, молях, в мольных потоках (количество молей вещества, поступающее в реактор или выходящее из реактора в единицу времени) и, даже, в единицах объема, взятых при одинаковых условиях (температуре и давлении).}

^;

^{где и - массы введенного и непрореагировавшего реагента А, соответственно; и – те же величины, выраженные в молях.}

^{Если объем реакционной системы остается постоянным в ходе ХТП, то во всех расчетах количества веществ могут быть заменены их молярными концентрациями. При использовании формул степень превращения получают в долях единицы. Умножив полученное значение на сто процентов, получим величину Х в процентах.}