Понятие химико-технологической системы. Лекция №2 Принципы решения задач анализа и синтеза химико-технологических систем

Лекция №2 Принципы решения задач анализа и синтеза химико-технологических систем

Организационные и тактические основы несения службы

личным составом строевых подразделений милиции

Департамента охраны МВД Республики Беларусь

Строевые подразделения Департамента охраны МВД Республики Беларусь являются подразделениями Департамента, создаваемыми в соответствии с законодательством для выполнения (в том числе на договорной основе) функций по охране объектов (в том числе жилых домов (помещений) граждан, грузов и денежных средств, перемещаемых автомобильным транспортом), физических лиц, общественного порядка, в том числе на охраняемых объектах, в зонах постов и маршрутов патрулирования, защиты дипломатических представительств и консульских учреждений иностранных государств и других объектов, определенных актами законодательства.

Сотрудниками подразделений охраны раскрывается практически каждое 10-е уголовное преступление и каждое 5-е в сфере экономической преступности. И поскольку первостепенной задачей Департамента охраны является обеспечение безопасности и сохранности имущества вверенных объектов, то чаще всего дело приходится иметь, разумеется, с кражами.

Химическое производство состоит из десятков и сотен разнородных аппаратов и устройств, связанных между собой разнообразными потоками. Исследовать его в целом при огромном многообразии его составных частей – задача не только сложная, но и малоэффективная. Представив химическое производство как химико-технологическую систему, проведем дальнейшую систематизацию частей производства, представленных в структуре ХТС.

Химико-технологическая система (ХТС) многоассортиментного производства - это упорядоченная последовательность технологических процессов производства одного или нескольких целевых или промежуточных продуктов и множество технологических аппаратов с системой материальных и энергетических связей между ними, необходимое и достаточное для производства этого продукта.

По режиму функционирования различают ХТС:

· периодического действия,

· непрерывного действия,

· смешанного типа, когда в пределах одной ХТС содержатся аппараты периодического и непрерывного или периодического и полунепрерывного действия.

Наибольшее распространение в многоассортиментных производствах нашли системы, содержащие аппараты только периодического действия или оборудование периодического и полунепрерывного действия. Традиционно принято считать непрерывные процессы более прогрессивными, главным образом, потому, что они более производительны. Действительно, периодическому способу организации технологических процессов свойственны такие недостатки, как большое число вспомогательных операций, низкий коэффициент использования основного оборудования, обусловленный несогласованностью функционирования взаимодействующих аппаратурных стадий химико-технологической системы. Однако периодические процессы имеют и преимущества перед непрерывными:

· относительная независимость отдельных технологических стадий, их пространственная и временная обособленность;

· возможность промежуточной, постадийной корректировки технологических параметров, и, следовательно, возможность управления качеством промежуточных продуктов;

· инвариантность технологических стадий относительно аппаратурного оформления, т.е. возможность реализации данной стадии в аппаратах разных типов, различающихся конструктивно, и использования одного и того же аппарата для разных стадий процесса;

· отсутствие "жестких" материальных и энергетических связей между отдельными аппаратурными стадиями;

· относительная простота проектирования и эксплуатации химико-технологических систем периодического действия.

Такие свойства, как обособленность аппаратурных стадий, инвариантность технологических стадий относительно аппаратурного оформления и отсутствие "жестких" связей между стадиями, присущие системам периодического действия, являются предпосылками для организации производства по принципу гибких автоматизированных производственных систем.

Замена периодических процессов непрерывными в производствах малотоннажной химии не всегда оказывается целесообразной, а иногда настолько трудно реализуется практически, что от нее приходится отказаться. Причиной устойчивой тенденции к сохранению периодического способа организации технологических процессов, кроме непостоянства ассортимента продукции, видов сырья и самих технологических процессов, являются также трудности технологического порядка и экономические соображения.

По числу продуктов системы периодического действия делятся на однопродуктовые, называемые также индивидуальными, и многопродуктовые, а по числу стадий - на одностадийные и многостадийные. Многопродуктовые системы, в свою очередь, делятся на совмещенные и гибкие.

Однопродуктовым (индивидуальным) ХТС соответствует единственный многостадийный технологический процесс, в результате которого может быть получен один или несколько целевых продуктов.

Многопродуктовые системы предназначены для выпуска множества последовательно или одновременно производимых продуктов.

Совмещенные ХТС ориентированы на множество последовательно реализуемых, различающихся между собой, многостадийных технологических процессов. Они характеризуются неизменностью технологической структуры.

Последовательность прохождения потоков через элементы ХТС определяет структуру связей и обеспечивает необходимые условия работы элементов системы. Основные типы структуры связей показаны на рис.. Здесь прямоугольники представляют элементы, линии со стрелками – связи и направления потоков.

Последовательная связь (рис.1). Поток проходит аппараты поочередно. Применение: последовательная переработка сырья в разных операциях, более полная переработка сырья последовательными воздействиями на него, управление процессом путем необходимого управляющего воздействия на каждый элемент.

Рис.1

Разветвленная связь (рис.2). После некоторой операции поток разветвляется и далее отдельные потоки перерабатываются различными способами. Используется для получения разных продуктов.

Рис.2.

Параллельная связь (рис. 3). Поток разветвляется, отдельные части его проходят через разные аппараты, после чего потоки объединяются. Если мощность некоторых аппаратов ограничена, то устанавливают несколько аппаратов параллельно, обеспечивая суммарную производительность всей системы. Другое применение такой связи – использование периодических стадий в непрерывном процессе. В этом случае поочередно работает один из параллельных аппаратов. После завершения рабочего цикла одного аппарата поток переключают на другой аппарат, а отключенный подготавливают к очередному рабочему циклу. Так включены адсорберы с коротким сроком службы сорбента. Пока в одном из них происходит поглощение, в другом сорбент регенерируют. Еще одно назначение параллельной схемы – резервирование на случай выхода из строя одного из аппаратов, когда такое нарушение может привести к резкому ухудшению работы всей системы и даже к аварийному состоянию. Такое резервирование называют «холодным», в отличие от резервирования, обусловленного периодичностью процесса, – «горячего».

Рис.3.

Обводная связь или байпас (рис. 4). Часть потока, не поступая в аппарат, «обходит» его. Такая схема используется в основном для управления процессом. Например, в процессе эксплуатации теплообменника условия передачи теплоты в нем меняются (загрязнения поверхности, изменение нагрузки). Поддерживают необходимые температуры потоков байпасированием их мимо теплообменника. Величину байпаса р определяют как долю основного потока, проходящего мимо аппарата: р = V _Б /Vо Различают простой и сложный байпасы.

Рис.4 Простой (слева) и сложный (справа) байпасы

Обратная связь, или рецикл (рис. 5). Часть потока после одного из аппаратов возвращается в предыдущий. Через аппарат, в который направляется поток Vp, проходит поток V больший, чем основной Vо, так что V = Vo+ Vp. Количественно величину рецикла характеризуют двумя величинами: кратностью циркуляции Кр= V/Vо и отношением циркуляции R = Vp/V Очевидно, R= (Кр – 1)/Кр.

Рис.5

Если выходящий из аппарата поток разветвляется, и одна его часть образует обратную связь (Рис.6), то такая связь образует полный рецикл – составы выходящего потока и рециклирующего одинаковы. Такую схему используют для управления процессом, создания благоприятных условий для его протекания. В цепных реакциях скорость превращения возрастает по мере накопления промежуточных активных радикалов. Если на вход реактора вернуть часть выходного потока, содержащего активные радикалы, то превращение будет интенсивным с самого начала.

Рис.6

Возможен возврат (рецикл) части компонентов после системы разделения Р (схема 7). Это – фракционный рецикл (возвращается фракция потока). Широко применяется для более полного использования сырья. В синтезе аммиака в реакторе превращается около 20% азотоводородной смеси. После отделения продукта – аммиака – непрореагировавшие азот и водород возвращают в реактор. При неполном превращении реакционной смеси в реакторе в схеме с фракционным рециклом достигается полное превращение исходного вещества. Фракционный рецикл используют также для полного использования вспомогательных материалов. В производстве аммиака азотоводородная смесь получается с большим содержанием С02. Его абсорбируют раствором моноэтаноламина (МЭА), который быстро насыщается диоксидом углерода. Насыщенный раствор МЭА рециркулирует через десорбер, где отделяется С02 и восстановленный моноэтаноламин возвращается в абсорбер. К фракционному рециклу можно отнести схему 8. Свежая смесь нагревается в теплообменнике теплом выходящего из реактора потока. Рециркулирует тепловая фракция потока (а не компонентная, как в схеме 7).

Рис.7

Схемы на рис.5-7 представляют собой простой рецикл, а схема на рис.8 – сложный.

Рис.8 Сложный рецикл

Приведенные выше типы связей присутствуют практически во всех ХТС, обеспечивая необходимые условия их функционирования.

Дата добавления: 2014-01-20