Химико-технологические системы, их иерархическая структура

- это совокупность физико-химических процессов и средств для их проведения с целью получения продукции заданного качества и в нужном количестве. Иными словами, ХТС – совокупность взаимосвязанных технологическими потоками действующих как единое целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций.

Подготовка сырья к химическим превращениям, выделение и очистка целевых продуктов. Создание ХТС способствует сокращению норм сырья и энергии, улучшению качества продукции, защите окружающей среды.

Для эффективности функционирования химического производства как ХТС необходимо решение ряда задач как на стадии проектирования предприятия, так и на стадии строительства и эксплуатации. Задачи:

1. Определение технологической топологии ХТС, т.е. определение характера и порядка соединения отдельных аппаратов технологической системы.

2. Определение значений входных переменных. Т.е. физических параметров входных потоков сырья.

3. Установление значений технологических параметров ХТС (степени превращения, разделения компонентов, констант скоростей химических реакций, коэффициентов тепло и массопередачи) и т.д.

4. Определение конструкционных параметров аппаратов (размеры, высоты слоев, насадки и т.д.)

5. Выбор параметров технологического режима работы элементов ХТС (t, p, типы катализаторов и т.п.)

6. Выбор параметров технологических потоков, обеспечивающих работу системы в заданном режиме (t, p, расходы, состав потока)

ХТС, соответствующие химическим производствам, обладают следующими характерными признаками:

1. Общая цель функционирования – выпуск химической продукции.

2. Многочисленность элементов и связи между ними

3. Большое число параметров, характеризующих работу системы

4. Сложность и взаимосвязанность работы системы

5. Высокая степень автоматизации процессов управления производством

6. Потоки реагирующей и управляющей информацией между элементами системы и управляющими устройствами

На химическом производстве элементом считают аппарат, в котором протекает какой-то типовой процесс. Под системой понимают группу алгоритмов технологического участка и участок технологического производства представляет собой иерархическую структуру. Обычно различают 4 основных уровня иерархии ХТС. (блок-схема, 3й уровень: тепловые, механические, химические и пр.)

Первая ступень иерархии- типовые технологические процессы – протекают в отдельных аппаратах (механические, тепловые, химические и т.д.) Вторая ступень – ХТС, соответствующие технологическим цехам или участку. Третья ступень – более сложная ХТС, отвечающая производством целевых или промежуточных продуктов. Четвертая ступень – хим.предприятие в целом, совокупность предприятий.

ХТС – открытые системы, связанные с окружающей средой, имеют входы и выходы.

В случае 4й высшей ступени иерархии элементы уровня связаны между собой и окружающей средой под системами для транспорта, сырья и конечных продуктов. Наиболее важной задачей на этом уровне иерархии является оптимальное распределение ресурсов, определение мощности новых подсистем, определение времени ввода мощностей, выбор технологии для новых производств. На этом уровне можно эффективно решать проблемы комплексного обезвреживания выбросов, рекультивации промышленных земель.

В случае 3-го уровня ХТС, как правило, состоит из химического производства, энергоснабжения ТЭЦ, утилизации отходов, транспорта, подсистем нагрузки и хранения компонентов. На этом уровне характерной задачей является оптимальное распределение ресурсов для параллельно работающих производств.

На втором уровне наиболее распространен ХТС цех. Цех включает подсистемы: подготовки сырья, собственно химического превращения, выделения целевых продуктов, энергообеспечения, автоматизации и т.д.

Задачи этого этапа: синтез ХТС, расчет оборудования, обеспечение необходимой надежности, оценка качеств показателей подсистемы.

В первом уровне важные задачи: расчет условий надежной и безопасной работы как основного, так и вспомогательного оборудования; управление работой оборудования.