Экономическая эффективность любого производства в значительной степени зависит от скорости протекания технологических процессов. Эта скорость тем больше, чем больше движущая сила, и тем меньше, чем больше сопротивление этому действию:
L = Δ/R , (7)
где L – скорость протекания процесса, R – сопротивление переносу, Δ – движущая сила.
Это выражение носит название основного кинетического уравнения. Зная движущую силу можно получить основное уравнение для любого процесса.
Для процесса теплопередачи:
q= k ΔТ , (8)
где q – скорость переноса теплоты, удельный тепловой поток, Дж/(м2.с); k – коэффициент теплопередачи, Дж/(м2.К.с); ΔТ – движущая сила, т.е. средняя разность температур, К (или оС).
Вместе с тем тепловой поток – это количество теплоты, переносимое через единицу поверхности в единицу времени:
q= Q/ F τ, (9)
где Q – количество теплоты, Дж; F - площадь поверхности, через которую передается теплота, м2; τ – время, с.
Для процесса массопередачи удельный поток массы [кг/(м2.с)] равен:
m= Km ΔC или m= М/ F. τ, (10)
где Km – коэффициент массопередачи, размерность которого зависит от размерности концентрации, например, кг/[м2.(кг/м3)с] либо м/с; ΔC – движущая сила – средняя разность концентраций, кг/м3; М – количество переносимого вещества, кг.
Для гидродинамических процессов, например, для фильтрации, кинетическое уравнение примет следующий вид (уравнение фильтрования Дарси):
V/ F. τ = v = K Δp, (11)
где V – объем получаемого фильтрата, м3; F – площадь, через которую осуществляется фильтрование, м2; τ – время, с; v – скорость фильтрования, м3/м2.с или м/с; К – коэффициент, характеризующий проводимость фильтрующей перегородки, м3/(м2.с.Па) или м2.с/кг; Δp – разность давлений, Па.
Технологический процесс может осуществляться при различных параметрах. При этом затраты энергии, скорость процесса, а, следовательно, выход продукции, затраты живого труда, материалов и т.д. будут различными. Совершенствование производства направлено на поиск таких режимов, при которых затраты были бы наименьшими, а природоохранный эффект – наибольший. Такой поиск называется оптимизацией, а режим работы аппарата в наилучших условиях – оптимальным.Для оценки эффективности процесса на основании экспериментальных и теоретических исследований выводится критерий оптимизации, куда входят параметры, противоположно влияющие на процесс. Оптимизация при этом будет означать поиск компромисса между этими параметрами.
Первый принцип оптимизации формулируется следующим образом: «оптимально организованный процесс» – это, как правило, непрерывный, автоматически управляемый процесс.
Второй принцип – оптимальным является противоточное движение взаимодействующих веществ.
Третий принцип – процесс тем лучше, чем выше турбулизация потоков и скорость их движения.
Четвертый принцип – оптимизация процессов предполагает максимальную утилизацию теплоты.
Пятый принцип – оптимизация процессов тесно связана с созданием замкнутых малоотходных энергосберегающих технологий, с полной утилизацией энергии и отходов.
