ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общие положения и определения из "Методы кибернетики в химии и химической технологии" Общая схема иерархии химического производства была рассмотрена во введении. Принципам кибернетического анализа типовых процессов химической технологии и химических процессов, составляющих нижний уровень иерархии, были посвящены предыдущие главы. [c.365] В настоящей главе рассмотрены принципы функционирования, анализа и синтеза не отдельных процессов, а их совокупностей, т. е. агрегатов, составляющих технологическую нитку аппаратов на втором уровне иерархии— уровне химического завода. [c.365] Химико-технологическая система — это упорядоченное множество взаимосвязанных технологическими потока,ми и действующих как одно целое аппаратов, в которых протекают химико-технологические процессы, осуществляющие требуемую совокупность трех основных операций подготовки сырья, собственно химического превращения и выделения целевых продуктов. Элемент ХТС — это аппарат, в котором проводится некоторый химико-технологический процесс. [c.366] Обычно синтез ХТС — сложная задача, которой присущи все особенности комбинаторных задач. Если предположить, что ХТС состоит из N стадий, то при отсутствии в системе рециклов или байпасов число возможных вариантов структур равно Л если же учесть также рециклы и байпасы, то это число будет равно Ы—1) . Решение описанной задачи сопряжено со значительными вычислительными трудностями. Известные в настоящее время способы синтеза оптимальных структур направлены на преодоление указанных трудностей, обусловленных высокой размерностью задач. Как правило, все методы учитывают свойства конкретной ХТС. [c.366] Функционирование ХТС обычно представляют в виде взаимодействия отдельных элементарных технологических операторов (модулей), воздействующих качественно и количественно на материальные и энергетические потоки системы. Основные операторы в химической технологии оператор смешения, оператор химического превращения и оператор разделения. Кроме того, в системе участвуют вспомогательные операторы, осуществляющие нагрев (охлаждение), сжатие (расширения) и изменение агрегатного состояния технологических потоков ХТС (рис. 1Х-1). [c.366] Характер и особенности технологических связей ХТС, т. е. способ взаимного соединения элементов, наглядно отображают с помощью технологических, структурных и функциональных схем, а также графов, вершинами которых являются аппараты, а дугами — технологические связи. [c.367] На операторной схеме ХТС каждый элемент изображают в виде совокупности нескольких типовых технологических операторов. Операторная схема ХТС дает наглядное представление о физико-химической сущности технологических процессов системы. [c.367] Между элементами (технологическцми операторами) и подсистемами в ХТС возможны последовательные, последовательно-обводные (байпасы), параллельные (рециклы) и перекрестные технологические связи (рис. 1Х-2). [c.367] Последовательно-обводная технологическая связь, или байпас, является усложненным вариантом последовательной технологической связи элементов. Последовательно-обводную связь используют при адиабатическом проведении экзотермических химических превращений совместно с последовательным соединением операторов химического превращения. При байпасиро-вании холодного технологического потока сырья высокая температура потока реагентов на выходе адиабатического реактора уменьшается, а концентрация реагирующего сырья на входе в последующие реакторы увеличивается. Помимо этого, поскольку на вход каждого реактора подается некоторая меньшая доля всего технологического потока сырья, увеличиваются время пребывания и вместе с тем выход готового продукта. [c.368] Параллельная технологическая связь (рис. 1Х-2, б) применяется для повышения производительности и мощности ХТС, а также при параллельном получении на базе одного исходного вещества двух или нескольких промежуточных продуктов, идущих на производство одйого целевого продукта. Примером системы с параллельными технологическими связями между элементами является ХТС производства этиленоксида, в которой параллельно работают четыре каталитических реактора. [c.368] Для повышения эффективности функционирования ХТС с параллельными технологическими связями важно обеспечить правильное распределение нагрузок на параллельно включенные элементы, технологические параметры которых в процессе эксплуатации, как правило, изменяются неодинаково. [c.368] Обратная технологическая связь, или рецикл (рис. 1Х-2,в), имеет обратный технологический. поток, связывающий выход какого-либо -то последующего элемента с входом /-го предыдущего последовательно соединенного с ним элемента ХТС. Таким образом, обратная технологическая связь предусматривает многократное возвращение в один и тот же элемент системы технологических потоков всех реагирующих компонентов или одной из фаз ХТС, в которой протекают гетерогенные процессы. Указанная связь может охватывать как несколько элементов или подсистем ХТС, так и некоторые отдельные элементы схемы, соединяя выход данного элемента с его входом. В этом случае говорят, что элемент охвачен рециркуляционной петлей. Элементы, связанные между собой обратным технологическим потоком, образуют простую замкнутую, или контурную, систему ХТС. [c.368] При рассмотрении ХТС с обратной технологической связыо (см. рис, 1Х-2, в) выделяют прямой, главный и обратный технологические потоки. [c.369] Потоки, входящие WA) в замкнутую подсистему или выходящие WD) из нее, называют прямыми технологическими, потоками. Прямой поток имеет решающее значение для выхода материальной продукции подсистемы ХТС. [c.369] Внутренний технологический поток (потоки Wв и Т с), который соединяет между собой элементы подсистемы и направление которого совпадает с направлением прямых технологических потоков, является главным технологическим потоком ХТС. Главный (И прямой технологические потоки простых замкнутых ХТС, или подсистем, образуют основной технологический поток системы. Расход главного технологического потока обусловливает качество функционирования замкнутых ХТС. [c.369] Внутренний технологический поток замкнутой подсистемы, направление которого противоположно направлению основного потока ( ), называют обратным технологическим потоком ХТС. На входе простой замкнутой, или контурной, ХТС к обратному потоку добавляется входной главный технологический поток. Последний содержит такое количество свежих исходных компонентов, которое равно их расходу на получение заданного продукта или промежуточного продукта за один цикл в выходном главном технологическом потоке с учетом потерь этих компонентов в ХТС. [c.369] Типичными примерами ХТС с обратными технологическими связями являются ХТС синтеза аммиака, метилового спирта яз оксида углерода и водорода, этилового спирта каталитической гидратации этилена в паровой фазе ХТС производства. ацетальдегида гидратацией ацетилена в жидкой фазе и др. [c.370] Перекрестная технологическая связь (рис. 1Х-2, г) обеспечивает более эффективное использование энергии ХТС. Так, тепло газообразных продуктов химической реакции или отходящих тазов можно использовать для предварительного нагрева сырья, поступающего в технологический оператор химического превра-ацения. В ХТС, в которых технологические процессы протекают при высоких давлениях, для снижения расхода электрической энергии, преобразуемой в механическую, вводят перекрестные связи, дающие возможность использовать энергию сжатых га--зов или жидкостей, находящихся под давлением. [c.370] Рассмотренных типовых технологических связей между элементами и подсистемами практически достаточно для решения задачи создания сложных ХТС производства любого химического продукта. Существуют ХТС, структура технологических связей которых представляет собой простую комбинацию рассмотренных типовых связей возможно последовательно-параллельное и параллельно-последовательное соединение элементов, последовательное соединение нескольких простых замкнутых ХТС, сочетание перекрестной и обратной технологических связей. [c.370] в которых протекают гетерогенные процессы, часто применяют комбинированные технологические связи, тогда одна из реагирующих фаз последовательно проходит ряд элементов, непрореагировавшая часть этой фазы выводится из системы, а вторая фаза циркулирует через некоторые элементы ХТС. [c.370] Вернуться к основной статье