Производственный процесс как сложная система

V. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Общие закономерности производственных процессов

Технологический процесс складывается из следующих взаимосвязанных физических и химических процессов:

– подвод реагирующих компонентов в зону реакции; – физ. или хим. процесс; – отвод из зоны реакции полученных продуктов.

1. Подвод реагирующих компонентов в зону реакции совершается молекулярной диффузией или конвекцией. При сильном перемешивании реагирующих веществ конвективный перенос называется турбулентной диффузией. В двух или многофазных системах подвод реагирующих компонентов может совершаться адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твёрдых веществ или растворением и т.д.

2. В реагирующей системе обычно происходит несколько последовательных или параллельных физических или физ.-хим. процессов, приводящих к образованию основного продукта, и ряд побочных процессов между основными исходными веществами и примесями, поэтому образуются побочные продукты, имеющие значение и отходы производства, не имеющие ценности. Побочные продукты и отходы производства могут образовываться при производстве наряду с целевыми вследствие реакций между исходными веществами, основными продуктами и примесями.

3. Отвод продуктов из зоны реакции может совершаться диффузией, конвекцией или переводом вещества из одной фазы в другую. Общую скорость процесса лимитирует скорость 1 из 3-х составляющих элементарных процессов, который протекает медленнее. Если лимитирующая стадия - хим.реакция, то процесс протекает в кинетической области. Управляющими параметрами технологического режима являются факторы, влияющие на скорость реакции (катализатор, темп-ру, давление, концентрацию). Если процесс протекает в диффузионной области, лимитирующая стадия - стадия подвода исходных реагентов или отвода продуктов, скорость процесса регулируется: турбулизацией реагирующей системы, переводом системы из многофазного состояния в однофазное. Если скорости всех элементарных процессов соизмеримы, то производственный процесс протекает в переходной области. В этом случае управление процессом возможно с помощью факторов, ускоряющих как диффузию, так и хим. реакции. (совокупность параметров).

Знание основных закономерностей обуславливает выявление такого технологического режима, который позволяет проводить процесс наиболее эффективно, обеспечивая макс. выход продукта и его качество. Технолог использует основные закономерности как при анализе существующего производства, так и при разработке нового.

Классификация технологических процессов. Технологический режим.

Все технологические процессы классифицируются по нескольким признакам:

– по механизму протекания процессов на: химические и физические;

– по типу протекающих химических реакций на: простые, сложные параллельные, сложные последовательные.

При описании отдельных технолог. процессов реакций по типу взаимодействия реагентов на: ОВР (гомолитические) и кислотоосновные (гетеролитические).

По направлению протекания процессов хим.реакции и процессов массопередачи на: обратимые и необратимые.

По области протекания различают технолог. процессы, протекающие в кинетической и диффузионной областях. В гетерогенных системах в зависимости от лимитирующего этапа процессы могут протекать во внешнедиффузионной, переходной от внешне- к внутридиффузионной, от внутридиффузионной к кинетической области.

Технологический режим – совокупность основных факторов (параметров), влияющих на скорость процесса, выход и качество продуктов. К ним относятся тем-ра, давление, наличие катализаторов и т.д.

По агрегатному состоянию процессы и соответствующие им реакторы делятся на: однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

Химические процессы по наличию катализатора делят на: каталитические и некаталитические.

По значениям параметров технологического режима на: низкотемпературные и высокотемпературные; происходящие под вакуумом, при нормальном и высоком давлении; с высокой и низкой концентрацией исход. вещ-в.

По характеру протекания процесса во времени на: периодические и непрерывные.

По гидродинамическому режиму перемешивания на: процессы полного смешения и идеального вытеснения.

По температурному режиму (для проточных реакторов) на: изотермические, адиабатические и политермические.

По изменению энтальпии на: эндотермические, экзотермические.

Для гетерогенных процессов различают: прямоточные, противоточные и перекрёстные процессы.

Производственный процесс как сложная система

Прозводственный процесс представляет собой совокупность большого числа взаимосвязанных технологических аппаратов, предназначенных для переработки сырья в продукты потребления и средства производства. Это сложный комплекс, в котором во многих случаях оптимальные параметры работы аппаратов не совпадают между собой. Оптимальное функционирование всего производства не может быть аддитивной функцией оптимальных условий работы каждого аппарата. Исходя из этого, наряду с исследованиями технолог. процессов нужно изучение технологической системы в целом, от участка на входе сырья до «Конца трубы» на выходе продукта.

Технологическая система представляет собой совокупность взаимосвязанных технологическими потоками и действующее как одно целое аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологичеких операций, включающих подготовку сырья, к химическим превращениям, химические превращения, выделение и очистку целевых продуктов.

Промышленное предприятие можно представить в виде отд. Систем(подсистем), взаимодействие между которыми соответсвует иерархической структуре.

1 ступень иерархии – типовые технологические процессы (механические, гидромеханич, тепловые, диффузионные);

2 ступень – технологические системы, соответсвующие участкам или цехам;

3 ступень – сложные технологические ситемы, отвечающие производству целевых и(или) промежуточных продуктов;

4 – предприятие в целом.

Кажда технологическая операция протекает в отдельных аппаратах, которые являются элементами технологической системы. Для исследования техн системы характерно, что при этом не изучаются внутренние свойства и структура элементов, а анализируется только такие свойства элементов, кот определяют их взаимосвязь с другими элементами техн системы и влияют на свойство ситемы в целом.

Состояние системы зависит от конструкционных параметров (это геометрические характеристики v, d, h) технол. схемы и техн. режима.

Последовательное описание или изображение процессов и соответсвующ им аппаратов называются технологической схемой технологичекой системы.Технологические схемы принято делить: с открытой цепью, циклические (замкнутые, циркуляционные, круговые). Схема с открытой цепью состоит из аппарата чечрез кот все реагир копоненты или 1 из взаимодействующих фаз проходят лишь один раз. Если степень превращения в 1 аппарате не велика, то включают последовательно неск. однотипных аппаратов. По открытой схеме строят производства, которые включают необратимые и обратимые процессы, идущие с большим выходом продукта. Если выход продукта невелик (до 20%), то производжство строят по циклической схеме. Она предусматривает многократное возвращение в 1 и тот же аппарат всех реагирующих масс или 1 из фаз в гетерогенном процессе вплоть до достижения заданной степени превращения исходных веществ. Циклические схемы являются более экономичными и экологически безопасными, поскольку позволяют снизить количество выбросов, снизить удельные нормы расхода сырья на единицу продукта. В гетерогенных процессах часто применяют комбинированные схемы, в кот 1 из реагирующих фаз проходит последовательно ряд аппаратов и оставщаяся часть раегир массывыбрасывается, а вторая фаза циркулирует через некоторые аппарты схемы.