Описание таблиц и расчетов расходных показателей математической модели химического производства

Таблицы и расчеты исходных показателей были выполнены как первоначальные формы функционально-стоимостного анализа типовой схемы химического процесса, складывающегося, как правило, из трех стадий:

1. Стадия химического превращения исходного (поток А) и рециркулирующего (поток Б) сырья.

2. Стадия выделения продуктов реакции (поток В), непрореагировавшего сырья (поток Н) и отвода его части (поток Г) для предотвращения накопления нереакционноспособных примесей, образующихся на первой стадии.

3. Стадия выделения целевых (поток Ц) и побочных (поток П) продуктов с учетом потерь (поток Р).

Схематично граф стадий и потоков представлен на рис. 4.1 и 4.2.

Рис. 4.1. Блок-схема химического производства

где: А – расход свежего сырья, т/час; Б – расход циркулирующего сырья, т/час; А + Б – расход суммарного сырья (пропилена), т/час; В – количество (расход) превращенного сырья (пропилена) в продукты реакции, т/час;

В = (А + Б)*F/100

В = Ц+П+Р

где: F – степень превращения сырья, %; Г – количество сбрасываемого сырья + потери, т/час;

Г = Б*1/100

по балансу: А = В + Г

Б = (100 - F)*В/100

где: Ц₁ – выход целевых продуктов в реакторном блоке, т/час;

Ц₁ = В * К₂/100

К₂ – показатель избирательности (селективности) процесса по целевым продуктам, %.

Избирательность химического процесса есть функция степени превращения F, поэтому:

К₂ = Д/100 - К₁ * F/100;

где: Д – постоянный коэффициент, %.

В процессе синтеза 4-метилпентена-1 выход целевых продуктов 4-метилпентена – 1 и гексена – 1 при степени превращения F близкой к нулю ровняется 96%, как показано в [1].

К₁ - коэффициент снижения избирательности химического процесса в зависимости от степени превращения F, беразмерный;

Отсюда: Ц₁ = (Д/100 – К₁ * F/100) * В;

где: Ц – выход готовых целевых продуктов, т/час;

Он может быть описан уравнением:

Ц = Ц₁ * К₃ = К₃ /100 * (Д/100 – К₁ * F/100) * В;

Отсюда: В = Ц/ (К₃ /100 * (Д/100 – К₁ * F/100))

К₃ – коэффициент сохранения целевых продуктов (с учетом

потерь), %; П – выход побочных продуктов, т/час;

Он может быть описан выражением:

П = К₄ * В = (1 – Д/100 + К₁ * F/100) * В;

где: К₄ – коэффициент сохранения побочных продуктов (с учетом потерь), %; Р – потери продуктов в блоке выделения, т/час;

Р = В * (1 - К₃/100);

Блок-схема на рисунке 4.1. может быть представлена также в виде графа (рис 4.2.) [1]:

Рис. 4.2. Граф типовой технологической блок-схемы химического производства.

На основе этого графа может быть составлена топологическая матрица:

1. аппарат I + А + Б - (А + Б)

2. аппарат II + Н – Б – Г

3. аппарат III + (А + Б) - (А + Б – В) + В

4. аппарат IV + (А + Б – В) + В – Н – В

5. аппарат V + В – Ц – Р – П

На основе этой топологической матрицы и закономерностей, связывающих потоки и описанных выше, может быть получена система уравнений:

F/100*а + F/100*б + 0*г= Ц/(К₃ /100 * (Д/100 – К₁ * F/100))

0*а + 1/100*б - 1г = 0

0*а + 1*б - 0*г= (100 – F)/100* (Ц/(К₃ /100 * (Д/100 –

– К₁ * F/100)))

+ 1*а +0*б – 1*г = + Ц/(К₃ /100 * (Д/100 – К₁ * F/100))

Исключаем третье уравнение, так оно является частным случаем второго и составляем матрицу:

F*100 F*100 0 Ц/(К₃ /100 * (Д/100 – К₁ * F/100))

0 1/100 -1 0

1 0 -1 Ц/(К₃ /100 * (Д/100 – К₁ * F/100))

Для вычисления корней этой системы уравнений нами использован метод «обратной матрицы», реализованной в системе Microsoft Excel. В начале был определен детерминант (det А) и поскольку он не равен нулю (что свидетельствует о наличие действительных корней уравнения), вычислены эти корни, умножением обратной матрицы на дополнительную. Этот расчет для варианта при производительности производства 4-метилпентена-1 равном G =10000 т/год и степени превращения F =10%, представлен в таблицах 2, 3 приложения, где приведены алгоритм и результаты расчетов, соответствующие исходным данным, приведенным в таблице 1 приложения.

Таким образом, выполнено определение расходных показателей (таблица 4, 5) в соответствии с интегральной схемой расчета экономической эффективности инвестиционного проекта, приведенной на рисунке 1 приложения.

Табличная форма калькуляции себестоимости, реализованная нами в таблице 8 приложения 1, представляет собой автоматизированную таблицу расчета, данные для которого переносятся из таблицы 5 расходных показателей. Для расчета удельного расхода электроэнергии используется формула:

Э = К₅ / F

где К₅ – коэффициент удельного расхода электроэнергии на тонну производимой продукции, тыс.квт * % / т; Э – удельный расход электроэнергии на тонну производимой продукции, тыс.квт/т;

При выводе этой формулы принята линейная обратная пропорциональная зависимость удельного расхода электроэнергии Э от степени превращения F. Эта зависимость подтверждается ростом количества электроэнергии, затрачиваемой на перекачку рециркулирующего сырья [1]. Как показывают результаты расчетов, количество этого сырья возрастает на порядок с уменьшением степени превращения с 10% до 1%. Количество электроэнергии, затрачиваемое на выделение целевых продуктов из смеси продуктов реакции при этом меняется незначительно в большинстве химических процессов, поэтому этими изменениями расходного показателя можно пренебречь. Величина коэффициентов К₅ для электроэнергии, пара и оборотной воды приводятся в таблице 1 исходных данных и используются для таблицы калькуляции. Они вычислены в указанной таблице для процесса синтеза 4-метилпентена-1 из пропилена на трегерном щелочно-металлическом катализаторе (натрий на поташе) и могут видоизменяться для других процессов.

Величины удельных расходов электроэнергии, пара и оборотной воды приведены в той же таблице 1 и на них проводится ссылка в соответствующих ячейках таблицы калькуляции себестоимости. Данные о расходных показателях по природному газу, воздуху и другим вспомогательным материалам, как правило, не зависит от степени превращения сырья, и могут быть включены в таблицу калькуляции себестоимости в виде постоянных величин, полученным по данным технологических служб предприятия. При этом использован описанный нами ранее в разделе 3.5. принцип параметризации математической модели. Исходя из этого же принципа величины цен на соответствующее сырье, материалы и энергосредства включаются в виде постоянных величин по данным служб снабжения (внешние закупки) или производственных (внутренние закупки).

Данные о величине заработанной платы вводятся в столбец «сумма на весь выпуск» и переносятся из таблицы 7 исходных данных. Они заносятся в эту таблицу на основе расчетов, выполненных соответствующим отделом труда и заработной платы предприятия, получающего инвестиции.

Величины затрат, связанных с обязательными отчислениями, расходами на содержание оборудования, общепроизводственными и общехозяйственными расходами и другими подобными расходами, определяются по аналогии с показателями действующих предприятий данной отрасли и региона.

Дата добавления: 2015-11-14