ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экономические критерии и их применение для оптимизации реакционного узла из "Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза Издание 2" Энергетические затраты представляют собой вторую по значимости статью в себестоимости продукции. Она складывается главным образом из расхода тепловой и электрической энергии (работа насосов и компрессоров, нагревание и охлаждение потоков, испарение жидких веществ, ректификация и др.). В отличие от материальных энергетические затраты имеют место в основном на стадиях подготовки сырья и разделения продуктов. Важным элементом их экономии является рациональная система утилизации энергии. [c.359] Амортизационные отчисления, включаемые в себестоимость, служат источником для воспроизводства сооружений и оборудования (ремонт, частичная или полная замена деталей и узлов). Норма этих отчислений составляет для зданий и оборудования соответственно около 3% и 10—20% в год от данного вида основных фондов. Норма амортизационных отчислений и их абсолютная величина существенно зависят от сложности конструкций, давления, стоимости материалов аппаратуры и их коррозионной стойкости и т. д. [c.359] Наконец, заработная плата и другие денежные расходы зависят от степени механизации и автоматизации производства, применения автоматизированных систем управления и т. д. Не всегда повышение затрат на эти средства ведет к снижению общих расходов и себестоимости продукции, и поэтому необходимая степень их использования также должна оцениваться с учетом эконом.ических факторов. [c.359] Расходы на заработную плату можно выразить количественно лишь для конкретного случая. Обычно они пропорциональны дробной степени от мощности по целевому продукту, т. е. 23пер = 2з в (з — заработная плата на единицу мощности по целевому продукту). [c.361] С помощью математической модели процесса и рассмотрен-яых экономических критериев можно осуществить оптимизацию реакционного узла. Вначале по кинетической модели выбирают весколько наиболее выгодных вариантов организации реакционного узла и область возможного варьирования параметров процесса. Затем для каждого варианта и каждой области варьирования параметров математическую модель исследуют на ЭВМ, получая набор решений, для которых рассчитывают один из принятых для оптимизации экономических критериев. Наиболее просто исследовать математическую модель по известному плащу Бокса с выводом регрессионного уравнения, связывающего экономический критерий с варьируемыми параметрами. Дальнейший поиск оптимальных условий осуществляется способом наиболее крутого восхождения (или спуска) с дополнительной проверкой на ЭВМ в области максимума (или минимума) экономического критерия. [c.362] При оптимизации реакционного узла могут стоять разные задачи. Для проектирования нового производства задается только его мощность по целевому продукту Рв и предстоит вы- брать оптимальный вариант реализации и все параметры процесса. Более ограниченной является оптимизация уже действующего производства, когда его мощность может меняться, но уже известны условия процесса, например вид и размер оборудования, вид и условия теплообмена, пределы изменения параметров. Далее даются некоторые упрощенные примеры поиска оптимальных решений при проектировании реакционного узла. [c.362] Влияние единичной мощности оборудования. Ранее уже говорилось, что расходы на заработную плату, амортизационные отчисления и удельные капитальные вложения растут в дробной степени от величины потоков или объема оборудования. Это же относится к непроизводительным потерям сырья и продукции. Таким образом, при прочих равных условиях себестоимость снижается при увеличении единичной мощности любого оборудования, в том числе и реактора. Понятна поэтому современная тенденция увеличения мощности установок от 10—60 до 100—600 тыс. т в год целевых продуктов. Одновременно во избежание роста удельных капитальных вложений устраняются запасные технологические нити производства и дублируются лишь отдельные виды оборудования, более ответственные либо требующие более частого ремонта. Все Зто обусловило необходимость резко повышать надежность работы оборудования. [c.362] Из уравнения, выведенного в общем виде, очевидно, что оптимальная концентрация катализатора тем больше, чем выше степень конверсии и цена реактора, пропорциональная его объему, а также чем ниже константа скорости и цена катализатора. [c.363] При заданной мощности производства оптимизация по критерию максимального дохода даст такие же результаты. Однако для действующей установки с известным объемом реактора, но возможностью варьирования его мощности ( в) результаты получатся иными. Это объясняется тем, что постоянные во времени амортизационные отчислеиня станут переменными в расчете на единицу продукции. [c.363] Пример. Найти для предыдущего примера по критерию себестоимости оптимальную концентрацию катализатора, если все условия остаются прежними, но Рв и Fa.o могут изменяться, а Цоб, о= 1500 руб. и V=4 м . [c.363] Следовательно, становится более выгодным повышение концентрации катализатора, т. е. некоторая интенсификация производства, что еще сильнее шроявляется при использовании критерия максимального дохода. [c.364] Оно показывает, что удельный расход инициатора растет с повышением его концентрации и отношения йо/йэф = У о / -Обычно энергия активации обрыва цепи равна нулю, для к она невелика и составляет около 20 кДж/моль, а для стадии распада инициатора достигает 100—120 кДж/моль. Следовательно, для комплекса констант У kokt k=ko kэф энергия активации Л = 0,5 о—Е — величина положительная, а значит, удельный расход инициатора растет с повышением температуры. С другой стороны, снижение концентрации инициатора и температуры ведет к падению интенсивности процесса и росту затрат на капитальные вложения и амортизацию реакционного узла. Противопоставление этих расходов неизбежно приводит к некоторому оптимуму в. условиях проведения процесса. [c.364] Оказывается, что минимум себестоимости достигается при температуре реакции 338 К и начальной концентрации инициатора 0,0129 моль/л. [c.366] В действительности задача оптимизации температуры реакции и концентрации инициатора является более сложной. Так, чтобы снизить расход обычно дорогостоящего инициатора в периодических условиях, в реакторах идеального вытеснения или в каскаде реакторов, выгодно поддерживать постепенно повышающийся профиль температуры. Удельный расход инициатора при значительных его концентрациях снижается за счет уменьшения температуры, производительность реактора на завершающих этапах увеличивается за счет постепенного повышения температуры. Кроме того, можно варьировать и степень конверсии основного реагента, которая также влияет на удельный расход инициатора. [c.366] Оптимизация степени конверсии. Эта задача часто является одной из важнейших, поскольку степень конверсии сильно влияет и на удельную производительность реакторов, и на селективность. При оптимизации степени конверсии необходимо рассматривать вместе расходы по реакционному узлу и по смежным стадиям отделения непревращенного реагента и системы его рециркуляции (рис. 103). Последние две включают энергетические затраты (работа колонн разделения, компрессоров или насосов, теплообменников), а также возможные непроизводительные потери сырья, зависящие от величины рециркулирующих потоков. При прочих равных условиях можно принять, что упомянутые энергетические затраты пропорциональны величине рециркулирующего потока. Кроме того, в сложных реакциях побочный продукт может иметь определенную ценность, и его следует включать в уравнение экономического баланса. [c.366] Найти оптимальную степень конверсии в условиях рециркуляции непревращенного реагента А, если 1) побочный продукт является бесполезным отходом 2) побочный продукт утилизируется и его товарная цена составляет 7 руб./кмоль. [c.366] Подставляя выражение Fa, o= i a, oW[—1п(1—Хд)], получаем уравнение, связанное со всеми параметрами процесса. По нему при разной степени конверсии Ха находим каждое из слагаемых. [c.367] В приведенных в этом разделе примерах оптимизировался только один параметр при постоянстве остальных. В действительности необходимо отыскивать глобальный минимум себестоимости, или удельных приведенных затрат, либо максимум прибыли, являющийся функцией множества параметров процесса. Такая многопараметрическая задача оптимизации выходит за рамки данного курса. [c.368] Отметим, что оптимальные условия процесса не сохраняются постоянными при каждом усовершенствовании производства, при пересмотре оптовых цен на химикаты, энергию и оборудование или при повышении заработной платы они изменяются. Следует добавить также, что научно обоснованная оптимиза[ция по экономическим критериям возможна лишь в случае, когда оптовые или отпускные цены не произвольны, а правильно отражают затраты общественно полезного труда. [c.368] Вернуться к основной статье