III Способы изображения схем ХТС

Функциональная схема ХТС показывает технологические связи между основными подсистемами, каждая из которых выполняет какую-либо технологическую операцию. Подобная схема дает обобщенное представление о функционировании системы в целом.

Технологическая схема ХТС показывает тип и способы соединения элементов, последовательность технологических операций. Для этого в технологической схеме каждый элемент (агрегат, аппарат) имеет общепринятое изображение, связи между ними (технологические связи) изображаются в виде стрелок.

На технологической схеме могут быть данные о веществах, участвующих в процессе, и о параметрах процесса.

Структурная схема ХТС включает элементы ХТС в виде блоков, имеющих входы и выходы (рис. 2).

Такая схеманаглядно показывает технологические связи между блоками, указывающие направление движения материальных и энергетических потоков системы, и может применяться как исходная при составлении математической модели ХТС.

Операторная схема ХТС построена таким образом, что каждый элемент ХТС представляет собой совокупность нескольких типов технологических операторов или отдельных типовых технологических операторов. Операторная схема ХТС не только показывает взаимосвязь между отдельными элементами ХТС, но она дает сведения о физико-химической сущности процессов, протекающих в системе. На рис. 3 дана схема с открытой цепью, пунктирными линиями показаны три стадии химико-технологического процесса: подготовка, химическое превращение и разделение продуктов

Такая схема используется при моделировании ХТС.

Технологический оператор ХТС — это элемент ХТС, в котором происходит качественное или количественное преобразование физических параметров входных материальных и энергетических технологических потоков в физические параметры выходных материальных и энергетических потоков, которые являются результатом протекающих в нем химических или физических процессов.

Это может быть, например, изменение температуры, плотности, вязкости или других параметров при осуществлении в данном элементе химической реакции, процессов массобмена, разделения, смешения, нагревания и т.д.

Типовым технологическим оператором можно считать каждый типовой химико-технологический процесс. Типовые технологические операторы подразделяются на основные и вспомогательные. К основным относятся технологические операторы (рис. 4, А) химического превращения, массообмена, разделения, смешения.

Эти операторы обеспечивают целевое направление функционирования ХТС. Вспомогательные технологические операторы (рис. 4, Б) — нагрева или охлаждения, сжатия или расширения или изменения агрегатного состояния (конденсации, испарения, растворения и др.) оказывают влияние только на энергетические и фазовые состояния системы.

IV Технологические связи

Рассмотрение схем ХТС показывает, что существует определенное взаимодействие между отдельными элементами (технологическими операторами) ХТС. Это взаимодействие обеспечивается наличием технологических связей между ними. Различают следующие технологические связи: последовательные, последовательно-обводные (байпас), параллельные, обратные (рециклы) и перекрестные.

Последовательная технологическая связь – это типичная схема с открытой цепью. Для нее характерна то, что выходящий из элемента ХТС поток целиком поступает в следующий элемент, т. е. выходящий из данного элемента поток является входящим для последующего элемента (рис. 5).

Последовательно-обводная технологическая связь (байпас) изображена на рис. 6,

из которого следует, что операторы химического превращения соединены последовательно. Сырье, поступившее на переработку, разделяется на два потока. Один поток последовательно проходит через все ступени батареи или реактора. Второй смешивается с продуктами, выходящими из первой ступени, и полученная смесь направляется в следующую ступень. Подобная связь используется, например, при проведении обратимых экзотермических реакций в адиабатических реакторах. В этих случаях введение холодного байпасного потока позволяет регулировать температуру процесса и тем самым обеспечивать его проведение в соответствии с оптимальным температурным режимом,

Параллельные технологические связи (рис. 7) применяются в тех случаях, когда ставится задача увеличения производительности и мощности ХТС без увеличения степени превращения и мощности отдельных реакторов.

Параллельные технологические связи реализуются так же и тогда, когда на базе одного исходного сырья при его переработке в ХТС производят несколько целевых продуктов.

Обратная технологическая связь (циклическая схема, рецикл) заключается в том, что имеется обратный технологический поток, который связывает выходной поток какого-либо последующего элемента ХТС со входом одного из предыдущих элементов (рис. 8).

На изображенной операторной схеме рис. 8 обратным потоком (рециклом) является поток V_E, который выходит из оператора разделения и направляется в оператор смешения. Потоки V_A, входящие в систему, V_D — выходящие из нее и внутренние технологические потоки V_В и V_С, соединяющие между собой элементы системы и имеющие одинаковое направление с потоками V_A и V_D, образуют основной технологический поток системы.

Перекрестная технологическая связь (рис. 9) осуществляется, главным образом с целью эффективного использования энергии в ХТС.

Такого типа связи широко применяются для утилизации отходящих газов или продуктов реакции для на-грева поступающего сырья.

Таким образом, в ХТСимеется некоторое число последовательных, параллельных, последовательно-обводных (байпасных), обратных и перекрестных связей между элементами ХТС. При этом наличие обратных связей приводит к образованию в ХТСзамкнутых контуров. С этой точки зрения ХТС подразделяются на разомкнутые и замкнутые.

Разомкнутые ХТС,т. е. системы с открытой цепью, могут включать комбинации последовательных, параллельных и байпасных технологических связей между элементами системы. В такой связи основные технологические потоки проходят только один раз через главные элементы системы.

Замкнутые ХТС,т.е. циклические системы, содержат, по крайней мере, одну обратную технологическую связь по потокам массы или энергии, которая образует замкнутый контур, состоящий из отдельных элементов системы.