Технологические системы

Последовательность операций переработки сырья в целевой продукт определяется технологической системой (ТС). Технологическая система представляет собой совокупность элементов — аппаратов, машин и вспомогательных устройств, объединенных внутренними связями и функционирующими как единое целое.

Структура технологической системы. Классификация элемента ТС проводится по из назначению. Элемент ТС может быть представлен как отдельным аппаратом, так и совокупностью аппарата, выполняющих определенные функции.

Механические элементы предназначены для изменения физической формы и размера материала, а также для его перемещения и транспортировки (транспортеры, циклоны, фильтры).

Теплообменные элементы — теплообменники, выпарные аппараты и другое тепловое оборудование — изменяют температуру и фазовое состояние веществ.

Массообменные процессы осуществляются в абсорберах, ректификационных колоннах и других аппаратах, в которых происходит перенос компонентов из одной фазы в другую без изменения химического состава и синтеза новых веществ.

Энергетические элементы — турбины, генераторы, паровые кот- 1Ы — вырабатывают технологический пар.

Элементы управления представлены датчиками для измерения параметров процесса (температуры, давления, концентрации, расхода) и включают исполнительные механизмы (вентили, вы- | 'податели), а также приборы для выработки и преобразования i ш налов, информационные и вычислительные устройства.

Связь между элементами ТС осуществляют материальные, Ten- новые, энергетические и информационные потоки.

Материальные потоки перемещают вещества но трубопроводам и обеспечивают их своевременное поступление в реакционные аппараты.

Энергетические потоки осуществляют перенос энергии любого айда (тепловой, электрической и др.) с помощью паропроводов, юплообменников, силовых кабелей.

Информационные потоки используются в системах контроля и управления. Сигналы от них передаются с помощью электрических проводов, пневматических устройств и т.д.

Совокупность аппаратов, выполняющих определенные функции в работе ТС, называют функционатьной подсистемой. Производство объединяет несколько подсистем (цехов или отделений), обеспечивающих полное проведение технологического процесса.

Рассмотрим основные функциональные подсистемы технологического процесса.

Подсистема подготовки сырья включает в себя предварительную обработку сырья, его измельчение, очистку от примесей, обогащение или концентрирование.

Подсистема проведения технологического процесса предусматривает проведение ряда последовательных операций, в результате которых из сырья получают целевой продукт.

Подсистема выделения целевого продукта предназначена для очистки целевого продукта от примесей и выделения его из реакционной смеси.

Подсистема обезвреживания и утилизации отходов обеспечивает очистку или утилизацию отходов, а также выделение из них ценных компонентов.

Для осуществления технологического процесса имеется ряд вспомогательных подсистем, которые не участвуют непосредственно в производстве целевого продукта, но обеспечивают оптимальные условия его получения.

Подсистема тепло- и энергообеспечения процесса является важным структурным подразделением производства, призванным обеспечить его необходимым теплом и энергией. Энергетические процессы заключаются во взаимном преобразовании различных видов энергии в турбинах, двигателях и других видах оборудования.

Подсистема подготовки воды осуществляет при необходимости очистку воды в цехах по подготовке обессоленной воды.

Подсистема управления процессом обеспечивает контроль за состоянием производства и способствует проведению процесса при оптимальных параметрах.

Информационная подсистема служит для получения информации о функционировании производства и для управления контрольными показателями.

Связи в технологических системах. Организация последовательности передвижения материальных потоков имеет большое значение при построении технологических процессов. В ряде случаев она оказывает влияние на технологические и экологические показатели процесса.

Виды этих связей и способы их осуществления приведены на рис. 3.1.

Последовательная связь 1 обеспечивает поочередное прохождение веществ через ряд последовательно расположенных аппаратов. Вход сырья и вывод целевого продукта пространственно разделены. Такую систему организации технологической системы рекомендуется применять для простых процессов, обеспечивающих получение целевого продукта с высоким выходом.

Разветвленная и параллельная связи 2 и 3 отражают такую систему движения потоков, когда после прохождения одного аппарата вещество разделяют на несколько потоков и направляют их по разным аппаратам.

Разветвленная связь применяется в таких ТС, когда несколько разных процессов имеют одну общую подсистему, например систему подготовки сырья.

Пример. На нефтеперерабатывающих заводах нефть проходит единую первичную систему предварительной очистки, после чего поступает на разные процессы переработки: пиролиз, крекинг, гидрирование.

Параллельная связь (см. рис. 3.1, 3) может быть использована при эксплуатации ТС, работающих с переменной нагрузкой или в периодическом режиме.

Пример. На электростанциях имеется подсистема подготовки химически обессоленной воды, которая используется затем в аппаратах выработки горячей воды или пара. Потребность в такой продукции зависит от времени года. Соответственно в производстве эксплуатируется разное количество агрегатов.

Обводная, или байпасная, связь (см. рис. 3.1, 4, 5). Часть потока пропускают в обход аппарата. Такую связь используют для управления процессом, регулирования температуры или концентрации.

Замкнутая связь, или рецикл (см. рис. 3.1, 6, 7). Часть потока после прохождения аппарата отделяют и вновь пропускают через элемент ТС. Этот прием используют для увеличения степени переработки сырья и в тех случаях, когда целевой продукт получают с невысоким выходом.