Анализ технологических систем

Анализ ТС заключается в получении сведений о состоянии ТС, режимах ее работы и эффективности функционирования.

Эффективность организации процесса ТС определяется системой жологических, технологических и экономических показателей.

Анализ ТС осуществляют при разработке и проектировании нового производственного процесса, для сравнения различных вариантов реализации производства, при модернизации и реконструкции действующей системы, для разработки и внедрения новых экологических рекомендаций.

Основой анализа ТС является определение технологических и экологических показателей работы системы. Методом расчета и составления материального и теплового балансов получают ряд других показателей, таких как эффективность использования сырья и энергии, экономические показатели.

Анализ технологических систем осуществляется в несколько этапов: выделяют элементы и подсистемы технологической схемы, определяющие свойства ТС; устанавливают зависимости данных выходных потоков от показателей входных потоков для каждого элемента ТС. Поскольку в элементах ТС происходят превращения потоков, это описание основывается на физико-химических и физических закономерностях протекающих в них процессов; выделяют связи между элементами, ответственными за проявление необходимых свойств ТС, т.е. определяют структуру ТС, основные элементы которой были описаны ранее; рассчитывают показатели ТС, характеризующие свойства ТС; определяют пути эволюции ТС, способствующие улучшению ее свойств и показателей функционирования.

Состояние, или режим, ТС характеризуют параметрами потоков и состоянием аппаратов.

Параметры потоков — это совокупность химических, физикохимических и физических данных о потоке. К ним относятся сведения о количестве потока между элементами в единицу времени (расход), фазовый и химический состав, температура, давление, а также свойства потока — теплоемкость, плотность, вязкость перемещающихся материалов.

Состояние элемента включает данные, которые влияют на показатели потока в элементе. К ним относятся параметры, регулирующие протекание процесса, такие как температура, давление, концентрации реагентов, свойства теплоносителя и т.д. Необходимо учитывать также характеристики аппаратов, изменяющиеся в процессе его эксплуатации и влияющие на процесс (например, изменение работы теплообменников в результате отложения солей на его внутренней поверхности, снижение эффективности работы химических реакторов из-за дезактивации катализатора).

Расчет ТС — это определение параметров потоков в ТС заданной структуры и получение зависимостей изменения состояния и параметров потока в каждом элементе на выходе от параметров и состояния потоков на входе. Расчеты ТС основаны на составлении материальных и тепловых балансов с учетом законов сохранения массы и энергии для каждого элемента ТС или подсистемы в целом. При этом учитывают, что связи между элементами не меняют состояния потоков.

Основными соотношениями для составления балансов являются следующие: сохранение массы для потоков

(3.23) сохранение массы для каждого /-го компонента:

(3.24) сохранение энергии:

(3. 25)

Здесь— массы входящих и выходящих потоков; GUm

и СМпых — массы /-го компонента во входящих и выходящих потоках; бдист — источники /-го вещества, образующегося в ходе процесса; '— теплота входящих и выходящих потоков;

Qkucr — источники теплоты, существующие внутри системы.

Итоги расчета материальных и тепловых балансов представляются в виде таблиц, в одной части которых перечислены, а затем

просуммированы все статьи прихода (показатели входных потоков), а в другой — все расходные статьи (показатели выходных потоков). Такие таблицы заполняются для отдельных элементов, подсистем и ТС в целом. Достоинство табличной формы состоит в удобстве, полноте и точности представленного материала. Таблицы материальных и тепловых балансов обязательно входят в проектную документацию.

Расчеты, проведенные при составлении материального и теплового балансов, позволяют определить и другие показатели производства. Эти данные характеризуют эффективность организации процесса по экономическим и экологическим показателям.

Дальнейшая работа, связанная со снижением себестоимости продукции путем использования более дешевых видов сырья и энергии, с уменьшением расходных коэффициентов за счет повышения эффективности технологического процесса и более полного использования ресурсов и т.д., решается на этапе синтеза (построения) технологической системы.