Технико-экономический уровень химического производства определяется совокупностью технико-экономических показателей (ТЭП). К ним относятся расходные коэффициенты по сырью и энергии, выход готового продукта и степень превращения сырья, селективность процесса, производительность, интенсивность работы аппарата, качество продукции, производительность труда, себестоимость продукции.

ТЭП производства зависят от ряда факторов, характеризующих состояние производства. К ним относятся: возраст предприятия (величина физического и морального износа), техническое состояние оборудования, степень автоматизации производства, квалификация кадров, уровень организации труда, прогрессивность используемых технологий.

ТЭП отражают возможности предприятия выпускать продукцию заданной номенклатуры и качества, удовлетворяющей требованиям заказчика (ГОСТ, ОСТ, ТУ), и в заданном количестве. Они являются критериями, позволяющими установить экономическую целесообразность организации данного производства и его рентабельность, а также сравнивать по эффективности различные производства одного профиля. ТЭП используются для текущей оценки состояния производства, его планирования и обновления технической базы предприятия.

Расходный коэффициент (РК) - количество сырья или энергии каждого вида, затрачиваемое на производство единицы массы или объема готовой продукции. По сырью РК выражается в т/т, нм³/т, нм³/нм³; по энергии соответственно в кВт×ч/т, кВт×ч/нм³.

Выход готового продукта - отношение массы полученного продукта к массе сырья, затраченного на его производство. Для одностадийного процесса, протекающего по схеме A→B , выход равен

• ηB_{ηB=  [TEX]\frac{mB}{mA} [/TEX]}
  
  .

Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая конкретным уравнением, то для многостадийного процесса по схеме  A→B→Dсуммарный выход всего процесса равен произведению выходов каждой стадии:

η_Σ=η_A • η_B…η_n

• 
  .

Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая конкретным уравнением, то для необратимых реакций выход определяется как отношение массы, полученной на практике m_B(пр)   к массе, теоретически возможной по стехиометрическому уравнению (  ( m_B(теор))

η =[TEX]\frac{mb(пр)}{mb(теор)} [/TEX]

• 
  .

Выход для обратимой реакции определяется как отношение практически полученной массы продукта к максимально возможной массе его, которая может быть получена в данных условиях производства.

Степень превращения (конверсии) сырья - отношение массы сырья, вступившего в химическое превращение за время t, к исходной массе его (m_a0)

[TEX]Xa=\frac{mao-maτ}{mao} [/TEX]

где  - количество сырья, не вступившего в реакцию превращения за время t.

Выход продукта и степень превращения сырья выражаются в долях единицы или процентах.

Селективность-  отношение массы целевого продукта к общей массе продуктов, полученных в данном процессе, или к массе превращенного сырья за время t. Селективность характеризует преобладание одного из направлений процесса, если превращение сырья приводит к образованию нескольких конечных продуктов. Так, если процесс протекает по схеме:

[TEX]B\dashleftarrow A\dashrightarrow D[/TEX]

• 
  , где В - целевой продукт, то селективность по продукту В равна

• [TEX]\sigma =\frac{mB}{mB+mD} [/TEX]
   
• или

• 
  [TEX]\sigma =\frac{mB}{ma0+mat} [/TEX]

 

Выход продукта, степень превращения сырья и селективность характеризуют глубину протекания химико-технологического процесса, его полноту и направленность в сторону образования целевого продукта.

Производительность-  количество произведенного целевого продукта или переработанного для его получения сырья в единицу времени:

• 
  ,

,

где m - количество продукта, произведенного за время τ.

Производительность может быть отнесена к отдельному аппарату, технологической линии, цеху, предприятию в целом. Максимально возможная в данных условиях производства производительность называется мощностью. Производительность и мощность выражаются в кг/ч, т/ч, нм³/сутки, т/год и т.д. в зависимости от масштабов производства.

Интенсивность  аппарата (машины, реактора) - его производительность, отнесенная к единице величины, характеризующей размеры рабочей части аппарата - его реакционного объема V или площади сечения S:

[TEX]И=\frac{П}{V} [/TEX]  или

[TEX]И=\frac{П}{S} [/TEX]

• 
   

• 
  .

Интенсивность — это критерий эффективности работы аппарата. Она позволяет сравнивать по эффективности аппараты различной мощности. Выражается интенсивность, соответственно в кг/м³ и кг/м².

Качество продукции - совокупность технических, эксплуатационных, экономических и других свойств, обусловливающих ее пригодность для удовлетворения личных или производственных потребностей в соответствии с ее назначением. Качество продукции измеряется системой показателей, охватывающих различные области использования продукции: надежности, назначения, долговечности, эргономичности и др. Эти показатели задаются Государственными стандартами (ГОСТ) и техническими условиями (ТУ) на продукцию. Применительно к химической продукции их задачами является помимо установления требований к качеству продукции, определение методов ее производства, обеспечение единства методов и средств контроля качества.

Любое химическое производство можно рассматривать как совокупность материальных потоков участвующих в нем компонентов сырья, промежуточных и побочных продуктов, целевого продукта и отходов производства.

Материальный поток -   графическое отображение движения и изменения веществ, участвующих в химико-технологическом процессе. Материальный поток выражается в виде материально-потокового графа (МПГ) процесса, то есть графической схемы, в которой отражены природа вещества, направление его перемещения, изменение агрегатного состояния и химического состава. В МПГ различают «узлы», то есть аппараты и машины, и «ребра» - перемещающиеся в процессе вещества. На рис. 4.1 представлен фрагмент подобного материально-потокового графа, где А, В, С и D - компоненты сырья, участвующие в превращениях в ходе химико-технологического процесса.

Материально-потоковый граф

Например, для процесса обжига железного колчедана при степени превращения равной 1,0 и избытке воздуха сверх стехиометрического количества, МПГ имеет вид: ,

где П - инертные примеси (порода), не подвергающиеся изменениям в ходе химико-технологического процесса обжига.

Материальные потоки могут быть трех видов:

• расходящиеся, в которых число продуктов в результате процесса возрастает (например, электролиз водного раствора хлорида натрия);
• сходящиеся, в которых число продуктов в результате процесса уменьшается (например, синтез аммиака);
• перекрещивающиеся, в которых число продуктов в результате процесса не изменяется явно (например, приведенный выше обжиг колчедана).

На основе анализа материально-потокового графа составляется материальный баланс данного процесса, служащий основой для дальнейших расчетов.

Материальный баланс - вещественное выражение закона сохранения массы применительно к химико-технологическому процессу: масса веществ, поступивших на технологическую операцию (приход) равна массе веществ, полученных в этой операции (расход), что записывается в виде уравнения баланса Σmприход = Σmрасход. .

Статьями прихода и расхода в материальном балансе являются массы полезного компонента сырья (m₁), примесей в сырье (m2), целевого продукта (m3), побочных продуктов (m4), отходов производства (m5) и потерь (m6), поступивших в производство или на данную операцию:

[TEX]m1+m2=m3+m4+m5+m6[/TEX]

• 
  .

Материальный баланс составляется на единицу массы целевого продукта или на отдельный аппарат (реактор) и выражается в массовых единицах (кг, т) или массовых долях (μ). Для периодических процессов материальный баланс составляется на одну операцию, для непрерывных процессов - на единицу времени. Результаты расчета материального баланса оформляются в таблицу. Например, для процесса, представленного в виде МПГ , таблица материального баланса имеет следующий вид.

На основе материального баланса рассчитываются расходные коэффициенты, определяются размеры аппаратов и устанавливаются оптимальные значения параметров технологического режима процесса.

Материальный баланс

ПРИХОД Вещество	кг	μ	РАСХОД Вещество	кг	μ
Сырье 1			Целевой продукт
А			ВС
В			Побочный продукт
Сырье 2			AD
С			Отходы 1
D			Отходы 2
			BD
			Потери
Итого		1			1

В основу энергетического баланса положен закон сохранения энергии, согласно которому в замкнутой системе сумма энергий всех видов постоянна. Частным и наиболее распространенным в химическом производстве видом энергетического баланса является тепловой баланс: приход тепла в данной технологической операции равен расходу тепла в ней, что записывается в форме уравнения теплового баланса 

ΣQ_приход=ΣQ_расход.

• 
  .

Статьями прихода и расхода в тепловом балансе являются тепловые эффекты реакций ΔН, теплоты фазовых переходов (Q1), теплосодержание веществ, участвующих в процессе (Q2), теплота, подводимая в аппарат извне и выводимая из аппарата (Q3), тепловые потери (Q4) в данной технологической операции:

ΔH+Q₁+Q₂+Q₃= ΔH¹+ Q¹₁ +Q¹₂ +Q¹₃ +Q¹₄

• 
  ,

где индекс (1) относится к статьям расхода.

Тепловые вклады в баланс рассчитывают по известным формулам. Тепловой эффект химической реакции по формуле

[TEX]\triangle H=[/TEX]Σ​[TEX]\triangle Hпродукты  реакции-\triangle Hисходные вещества[/TEX]

в которой значения энтальпии продуктов реакции и исходных веществ берутся из таблиц.

Теплосодержание веществ рассчитывают по формуле

[TEX]Q2=m\cdot c\cdot t[/TEX]

• 
  , где m - масса вещества; с - его теплоемкость; t - температура.

Теплоту фазовых переходов рассчитывают по формуле

[TEX]Q1=m\cdot q[/TEX]

• 
  , где q- удельная теплота соответствующего фазового перехода (испарения, конденсации, растворения, кристаллизации); m - масса вещества.

Подвод и отвод теплоты в систему рассчитывают по потере тепла теплоносителем по формуле

[TEX]Q3=m\cdot c(tн-tк)[/TEX]

• 
  , где m - масса теплоносителя; С - теплоемкость теплоносителя;
•  
•  
• и tн и tк - начальная и конечная температура теплоносителя,

и по формуле теплопередачи через стенку:

[TEX]Q3=Kт\cdot F(tт-tпр)\cdot \tau [/TEX]

• 
  , где  Кт- коэффициент теплопередачи; F - поверхность теплообмена; tт - температура теплоносителя, обогревающего аппарат;tпр - температура подогреваемого продукта; τ - время.

Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на единицу производимого продукта или на цикл работы аппарата. Данные теплового баланса используются для определения расхода теплоносителя и хладагента, расчета поверхности греющих и охлаждающих элементов и подбора оптимального теплового режима процесса.