Химико-технологическая система, ее состав и структура

1.

Химико-технологическая система, ее
состав и структура

2.

Системный подход
Основные положения метода:
Леон фон Бертоланфи, 1937 г.
- любой объект исследования следует рассматривать как систему, отвлекаясь
от его конкретной природы
- от состава и структуры системы зависит эффективность ее
функционирования
- для изучения состава и структуры системы используют метод декомпозиции
(расчленение целого на части)
- нельзя изучать отдельные элементы системы в отрыве от других элементов
- полное знание одного элемента не означает знание всей системы, и
неполная информация может привести к неожиданным последствиям
Основная задача в методологии метода:
- определение состава и структуры системы, которые обеспечивают полную
совместимость элементов внутри системы и совместимость последней с
внешней средой при высокой эффективности функционирования системы

3.

Химико-технологическая система (ХТС) - это искусственная техническая
система, предназначенная для выпуска химической продукции требуемого
качества с минимальными затратами и минимальным воздействием на
окружающую среду.
Оператор - типовой процесс
химической технологии и
соответствующая ему техника.
t, p, C
t, p, C
оператор
вход
Классы операторов (типы технологических процессов):
1) химические процессы
2) массообменные (диффузионные) процессы
3) гидродинамические процессы
4) тепловые процессы
5) энергетические процессы
6) механические процессы
7) процессы управления
выход

4.

Подсистема - совокупность операторов,
объединенных одной технологической целью
Выделение подсистем ХТС по иерархическому признаку:
завод
Выделение подсистем ХТС по функциональному
признаку:
производство
- подсистема подготовки сырья
- подсистема химического превращения
- подсистема выделения целевого продукта
- подсистема обработки технического продукта
- энергетическая подсистема
- экологическая подсистема
цех
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с
цех
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с
производство
цех
цех
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с
цех
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с
п
р
о
ц
е
с
с

5.

Связь - это физический канал, по которому происходит
обмен веществом, энергией или информацией между
элементами (внутренние связи) или между отдельными
системами (внешние связи).
Связи
материальные
информационные
энергетические

6.

Основные структуры ХТС
последовательное соединение операторов
параллельное соединение операторов
3
1
2
обводное соединение операторов (байпас)
1
2
3
обратное соединение операторов (рецикл)

7.

Vреактора = vоб. · τреакции
1 – прямой поток (m1), 2 – главный поток
(m2), 3 – побочный поток (m3)
Обратное соединение операторов
Обводное соединение операторов
m2 = m1 + m3
Степень рециркуляции показывает, какая
часть главного потока возвращается в
процесс
Коэффициент рециркуляции показывает, во
сколько раз главный поток больше прямого
m1 = m2 + m3
m3
R
m2
r
m2
m1

8.

Основные этапы создания ХТС:
1. Выбор критерия эффективности функционирования системы
2. Выбор метода определения критерия эффективности – математическое
моделирование системы с использованием принципа декомпозиции в
случае сложных систем
Y = f(x1, x2, …xn)
3. Синтез системы – выбор состава и структуры системы, математическое
описание системы
4. Анализ системы – решение математической модели, нахождение значения
критерия эффективности
5. Оптимизация системы - сравнение полученных значений критерия
эффективности для различных вариантов состава и структуры системы, выбор
оптимальных состава и структуры

9.

Формы представления ХТС
Модели ХТС
качественные
описательные
графические
математические
символические
графические
графы
функциональные схемы
структурные схемы
структурные блок-схемы
сетевые
операторные схемы
технологические схемы

10. Функциональная схема синтеза аммиака

11. Структурная схема синтеза аммиака

1 — компрессор; 2 — инжектор; 3 — теплообменник; 4 — испаритель жидкого
аммиака; 5, 8 —сепараторы; 6 — колонна синтеза: 7 - водяной холодильник; 9 —
циркуляционный компрессор; G1- G12 — потоки газа; L1- L5 - потоки жидкости

12.

Основные технологические операторы
1 – оператор химического превращения; 2 – оператор смешения; 3 –
оператор разделения; 4 – оператор межфазового перехода; 5 – оператор
нагревания, охлаждения; 6 – оператор сжатия , расширения; 7 – оператор
изменения агрегатного состояния

13.

Операторная схема синтеза аммиака
1 – компрессор; 2- инжектор: 3— теплообменник: 4 — аммиачный холодильник
(испаритель жидкого аммиака): 5, 8 — сепараторы;
6 — колонна синтеза
аммиака (реактор); 7 — водяной холодильник; 9 — циркуляционный компрессор;
М1—М17 — физические потоки

14.

Технологическая схема синтеза аммиака
1—компрессор; 2 — инжектор; 3 — теплообменник; 4 — испаритель жидкого
аммиака; 5, 6 - сепараторы; 6 — колонна синтеза; 7 — водяной холодильник;
9 — циркуляционный компрессор

15.

Классификация технологических схем
по организационной структуре:
- непрерывные
- периодические
- комбинированные
по способу движения потоков сырья:
- однократные (прямые, с открытой цепью)
- циркуляционные
по числу химических стадий:
одно-, двух- и многостадийные
по номенклатуре выпускаемой продукции:
одно- и многопродуктовые
- индивидуальные
- совмещенные
- гибкие

16.

по характеру размещения оборудования:
- вертикальные
- горизонтальные
по энерготехнологическому принципу:
- обычные (энергопотребляющие)
- энерготехнологические (энергопроизводящие)
по экотехнологическому принципу:
- традиционные (ресурсопотребляющие)
- экотехнологические (ресурсосберегающие)
- схемы с возвратом отходов природе на переработку
- схемы с возвратом природе отходов в природном состоянии
- замкнутые, безотходные схемы