ГЛАВА 2. ЭКОНОМИКА ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Технико-экономические показатели химико-технологических процессов
Экономическая эффективность и практическая целесообразность химического производства определяются технико-экономическими показателями, важнейшими из которых являются расходный коэффициент сырья и выход продуктов, производительность аппарата, интенсивность процесса (аппарата) и экономическая эффективность химического производства.
Расход каждого вида сырья, отнесенный к единице целевого продукта, называют расходным коэффициентом (А) и выражают в тоннах (т), килограммах (кг), метрах кубических (м3).
Теоретический расходный коэффициент (Атеор, т, кг, м3) рассчитывают на основании стехиометрических соотношений, по которым происходит превращение сырья в целевой продукт:
(2.1)
где: Атеор – теоретический расходный коэффициент, т, кг, м3; m1 – расход сырья (реагента), т, кг, м3; m2 – масса целевого продукта, т, кг, м3.
Практические расходные коэффициенты (Апрак) учитывают также побочные реакции и производственные потери.
Выход продукта (η, %)– это отношение массы полученного целевого продукта к его массе, которая должна быть получена по стехиометрическому уравнению:
(2.2)
|
|
|
где: mпрак – масса целевого продукта, полученного практически, кг; mтеор – масса целевого продукта, получение которого теоретически возможно, кг.
Производительность аппарата (процесса) (П, кг/ч, т/сут, м3/сут) – это масса выработанного продукта или переработанного сырья в единицу времени:
(2.3)
где: П – производительность, кг/ч, т/сут, м3/сут; m – масса продукта, т, кг; τ – время, ч, сут.
Максимально возможная производительность аппарата (при оптимальных условиях) называется мощностью (N, кг/ч, т/сут):
(2.3а)
где: N – мощность аппарата, кг/ч, т/сут.
Интенсивность аппарата (процесса) (I, кг/м3·ч, кг/м2·ч) – это производительность, отнесённая к единице полезного объёма или к единице полезной площади.
(2.4)
|
|
|
где: I – интенсивность, кг/м3·ч, кг/м2·ч; Vn – полезный объём аппарата, м3; Sn – полезная площадь аппарата, м2.
Экономическая эффективность является самым важным показателем, отражающим совершенство химико-технологического процесса, и характеризуется: капитальными затратами, себестоимостью продукции и производительностью труда.
Удельные капитальные затраты (Ку, руб·г/т) – отношение общей стоимости установки (цеха) к её годовой мощности.
(2.5)
где: Ку – удельные капитальные затраты, руб·г/т; К – капитальные затраты, руб.; N – мощность установки, т/г.
Зависимость удельных капитальных затрат от единичной мощности установки, т. е. производственного агрегата, выражается уравнением:
(2.6)
где: Ку – удельные капитальные затраты, руб·г/т; α – коэффициент, зависящий от характера химического производства, его находят для каждого продукта с использованием практических данных; N – мощность агрегата, т/г.
|
|
|
Себестоимость (С, руб/т) – денежное выражение затрат данного предприятия на изготовление и сбыт единицы продукции. Зависимость между себестоимостью и единичной мощностью производственного агрегата выражается уравнением:
(2.7)
где: С – себестоимость продукта, руб./т; N – мощность цеха или установки, т/г; m, n – коэффициенты (n = 0.2 или 0.3).
Пример 1.Рассчитайте теоретический расходный коэффициент 18 %-ного раствора гидроксида натрия для мерсеризации 1 т целлюлозы, содержащей 5 % влаги и 4 % примесей.
Решение. Процесс мерсеризации целлюлозы можно выразить уравнением реакции:
[C6H7O2(OH)3]n + nNaOH → [C6H7O2(OH)2OH·NaOH]n
Mr (целлюлозы) = n·162; Mr (NaOH) = 40.
Найдём, сколько чистого гидроксида натрия потребуется на мерсеризацию 0.91 т целлюлозы:
18 %-ного раствора требуется: 0.225 : 0.18 = 1.248 (т).
Пример 2.Определите производительность в сутки роторного резиносмесителя закрыто типа, если из его камеры каждые 10 мин выгружают 250 кг резиновой смеси.
Решение. Производительность (уравнение 2.3) резиносмесителя:
|
|
|
Пример 3.Определите годовую производительность колонны синтеза аммиака в расчёте на 100 %-ный аммиак, если каждый час (на новых установках) вырабатывается 30 т 99 %-ного аммиака.
Решение. Определяем годовую производительность колонны синтеза 99 %-ного раствора аммиака:
П = 30·24·365 = 262800 (т/г).
Рассчитываем производительность колонны на 100 %-ный аммиак:
Пример 4.В колонну для окисления твёрдого парафина (высота 10 м, диаметр 2,5 м) загружают 40 т парафина, который занимает 75 % объёма колонны Процесс окисления длится в среднем 18 ч. Рассчитайте производительность колонны и интенсивность процесса окисления парафина.
Решение. Объём окислительной колонны:
.
Полезный объём колонны (VП) составляет: VП = 49·0.75 = 36.75 (м3).
Найдём производительность колонны (уравнение 2.3):
Определим интенсивность процесса окисления парафина (уравнение 2.4):
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ТЕМЕ 2.1
2-1.Перечислите основные технико-экономические показатели химического производства и дайте им определение.
2-2. Чем отличается интенсивность аппарата от его производительности?
2-3. Как влияет увеличение единичной мощности аппаратов химического производства на капитальные затраты и себестоимость продукции?
2-4. Дайте определение понятиям: основные и оборотные фонды предприятия, себестоимость продукции, производительность труда.
2-5. В чем значение энергосберегающих технологий для химического производства?
ЗАДАЧИ К ТЕМЕ 2.1
2-1. Реактор объемом 80 л разделен герметической перегородкой на две равные части. Одна половина заполнена аммиаком под давлением 602.35 кПа, вторая – хлороводородом под давлением 361.25 кПа. Температура обоих газов 17 оС. Перегородку убрали. Оставшийся после окончания реакции газ был полностью поглощен 932 г 21 %-ного раствора ортофосфорной кислоты. Определите массовые доли веществ (%) в полученном растворе.
2-2. На химическом заводе из-за нарушения герметичности одного аппарата в помещение цеха стали попадать пары брома. Отделом охраны труда был проделан анализ воздушной среды. Специальный сосуд заполнили 10 мл 0.001 М раствора мышьяковистой кислоты H3AsO3 и пропустили 40 л воздуха. Бром прореагировал с кислотой, а избыток ее был оттитрован 0.0005 М раствором иода, которого было израсходовано 18 мл. Напишите уравнения проведенных при анализе реакций. Вычислите концентрацию брома в 1 литре воздуха в цехе. Можно ли продолжать работать в цехе после разгерметизации аппарата? Предельно допустимая концентрация брома равна 0.002 мг/л. Ответ обоснуйте расчетом.
2-3. В результате реакции смеси оксида свинца(IV) и оксида марганца(IV) массой 12.1786 г с избытком концентрированной хлороводородной кислоты получено 1723.495 мл жёлто-зелёного газа с резким запахом, измеренного при 31 оС и давлении 0.15 МПа. Вычислите массовые доли веществ в исходной смеси.
2-4. При нагревании некоторого количества твердого вещества А образовалось 0.2 г твердого вещества В и газ С. При растворении вещества В в воде образовался раствор, содержащий 0.32 г вещества D. После пропускания газа С через раствор, содержащий избыток вещества Е, образовалось 2.1733 г соединения F, при взаимодействии которого с водным раствором вещества D образуются вещества А и Е. Определите формулы соединений А – Е.
2-5. Рассчитайте равновесные концентрации веществ, участвующих в реакции СО + Н2О ↔ СО2 + Н2, если исходные концентрации веществ равны: [СО] = 0.3 моль/л, [Н2О] = 0.2 моль/л. Константа равновесия при данной температуре равна 1.
2-6. Вычислите массу (г) термитной смеси, которую нужно сжечь, чтобы выделилось 1000 кДж теплоты, если теплоты образования Fe3O4 и Al2O3 равны 1117 и 1670 кДж/моль, соответственно.
2-7. Обратимая реакция описывается уравнением: 2А + В ↔ С + 2Д. Смешали по 1 молю всех веществ. После установления равновесия в смеси обнаружено 1.25 моль вещества С. Определите константу равновесия данной реакции.
2-8. Вычислите теоретические расходные коэффициенты для получения сульфатным методом 1 т 30 %-ной соляной кислоты.
2-9. Определите расходный коэффициент технического ацетальдегида (99 %-ной чистоты) для получения 1 т уксусной кислоты: СН3СНО + 0.5 О2 → СН3СООН, если выход кислоты по альдегиду 93.5 %.
2-10. Определите расходные коэффициенты сырья для производства 1 т фосфата аммония (NH4)3PO4, содержащего 2 % влаги, если исходные продукты: 55 %-ная ортофосфорная кислота; 98 %-ный аммиак.
2-11. Вычислите расходные коэффициенты на производство 1 т оксида серы(IV), если содержание серы в руде серного колчедана 45 %, влаги 1.5 %, воздух на обжиг колчедана подают с избытком в 1.5 раза.
2-12. Для получения 1 т метилового спирта израсходовано 12065 м3 синтез-газа (СО:Н2 = 1:2). Рассчитайте выход метилового спирта при конверсии, если превращение за проход исходной смеси газов – 20 %.
2-13. Суммарная реакция получения дивинила по способу С. В. Лебедева выражается уравнением: 2 С2Н5ОН → СН2=СН–СН=СН2 + 2 Н2О + Н2. Выход дивинила составляет 80 %. Вычислите, сколько дивинила (кг) можно получить из 2000 м3 96 %-ного спирта (ρ = 80.0 кг/м3).
2-14. Годовая производительность установки по производству уксусной кислоты 20 000 т/год. Вычислите производительность цеха в час, если он работает 365 дней в году, из них 32 дня отводятся на ремонты, а потери производства составляют 4 %.
2-15. Подсчитайте интенсивность полимеризатора сополимеризации дивинила со стиролом, если объём его 20 м3, а производительность 2160 кг полимера в сутки.
2-16. В состав алюмината натрия входят по 1 моль оксида натрия и оксида алюминия. Определите их содержание в алюминате (в мас. %).
2-17. Продукционная башня-денитратор в нитрозном способе производства серной кислоты имеет высоту 16 м и диаметр 5.5 м. Полезный объём башни составляет 85 %. Башня подаёт в сутки 90 т H2SO4. Определите интенсивность процесса.
2-18. Стоимость установки производства синтетического аммиака под давлением 30.0· 106 Па, мощностью 411 т/сут составляет 1950 тыс. руб. Определите удельные капитальные затраты.
2-19. Определите, на сколько снизятся капитальные затраты при увеличении единичной мощности установки производства метанола в 2.5 раза.
2-20. Шинный завод выпускает 14·104 т автопокрышек в год. По современной технологии предусматривается введение 10 % регенерата в резиновую смесь (от массы каучука). Рассчитайте годовую экономию каучука и экономический эффект от внедрения новой технологии, если применение 1 т регенерата (продуктов переработки вторичного резинового сырья) в шинном производстве даёт экономию 450 кг каучука. Средняя себестоимость 1 т каучука 700 руб., а шинного регенерата 150 руб. Каждая тонна автопокрышек содержит в среднем 300 кг каучука. Сколько шин можно изготовить из сэкономленного каучука?
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 6307; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!