хіміко-технологічна система (стр. 1 из 3)

Зміст

Вступ

1. Поняття хіміко-технологічної системи

2. Задачі аналізу ХТС

3. Принципи складання матеріальних і теплових балансів

4. Ентальпійний, енергетичний і ексергічний показники, їх використання в аналізі ХТС

Висновок

Література

Вступ

Тема реферату «Хімічне виробництво – хіміко-технологічна система» з дисципліни «Загальна хімічна технологія».

Дисципліна "Загальна хімічна технологія" відноситься до циклу загально професійних дисциплін. Вивчення даної дисципліни базується на курсах: загальної неорганічної, органічної і фізичної хімії, фізики, математики, обчислювальної математики, процесів й апаратів хімічної технології і повинно передувати вивченню фахових дисциплін.

Вивчення дисципліни передбачає розгляд загальних проблем аналізу і синтезу хімічних виробництв. У задачу курсу входить загальне знайомство з хімічним виробництвом, його структурою і компонентами; вивчення основ хімічних процесів і реакторів; освоєння загальних методів аналізу і синтезу хімічного виробництва як ХТС; ознайомлення з окремими хімічними виробництвами на прикладі яких предметно демонструються теоретичні положення курсу.

Мета роботи – ознайомитися з відповідними темами, а саме:

- поняттям про ХТС, моделями ХТС;

- графічними моделями ХТС – функціональною, структурною, операторною та технологічною схемами;

- задачами аналізу ХТС. Принципами складання матеріального і теплового балансів;

- ексергічним показником, його використанням в аналізі ХТС.

1 Поняття хіміко-технологічної системи

Хімічне виробництво – це система, а точніше, хіміко-технологічна система (ХТС) - сукупність апаратів, зв'язаних між собою потоками і функціонуючих як єдине ціле. У кожнім апараті чи елементі по термінології теорії систем, відбувається перетворення потоку (змішування, поділ, подрібнення, нагрівання, перетворення енергії, стиск, розширення, хімічне перетворення, випаровування і т.д.). Потоки як зв'язки за термінологією систем, забезпечують передачу речовини або енергії між апаратами (елементами системи) і можуть бути матеріальними, тепловими, енергетичними та інформаційними.

Тому ХТС – представлення хімічного виробництва у виді системи. Вивчення систем (у тому числі ХТС) проводиться методами теорії систем. Конкретна реалізація і додаток цієї теорії виражається у виді системного аналізу – сукупність методів і засобів вивчення складних систем.

Методи вивчення систем включають евристичні або неформалізовані методи і формалізовані або строгі математичні прийоми.

Функціонування ХТС характеризують станом ХТС, тобто показниками всіх потоків і апаратів. Показники потоків називають параметрами, які розділяються на параметри стану і параметри властивостей. До першого належать витрати і концентрації компонентів у потоці, температура, тиск та ін., до других – теплоємність, щільність, густина. Показниками апарата (елемента) є параметри вихідних і вхідних потоків, показники керуючих впливів, деякі параметри стану цього елемента, що визначають його функціонування в даний момент часу, наприклад - активність каталізатора, максимальна температура в апараті та ін.

Для побудови і аналізу XTС необхідно мати її опис чи модель, що дозволяє якісно і кількісно визначити стан ХТС.

Моделі хіміко-технологічних систем

Приймаються три види моделей XTС – хімічна, графічна і математична.

Хімічна модель, в основу якої покладені хімічні реакції, що протікають у системі, передається хімічною схемою.

Хімічна схема показує основні і побічні хімічні реакції, що протікають при переробці сировини про одержання необхідного продукту.

Прикладом може служити хімічна схема виробництва соди (рис.1).

Рис.1. Хімічна схема виробництва соди

Порівняння різних варіантів хімічних схем, наприклад, схем одержання того самого продукту на базі різної сировини, дозволяє вибрати з них найбільш афективну. При порівнянні хімічних схем одержання продуктів враховуються не тільки вартість і доступність сировини, але і можливі побічні реакції, що знижують вихід цільового продукту і селективність, та обумовлюють утворення відходів, збільшення витрати енергія на переробку сировини і т.д. Розгляд хімічних схем дозволяє передбачити апаратурне оформлення процесів, вибір конструкційних матеріалів, можливість автоматизація й ін. Хімічні схеми широко використовуються при розробці, модернізації і проектування технологічних процесів.

Графічні моделі дозволяють одержати наглядне уявлення про спосіб взаємодії між окремими елементами системи, що представляється у виді схем - функціональні, технологічні, структурної, основою яких є хімічні схеми.

Функціональна схема ХТС будується на базі хімічної схеми. Вона показує технологічні зв'язки між процесами, що протікають на всіх стадіях виробництва продукту, а саме – підготовки сировини, хімічних перетворень, виділення й очищення продуктів. Так, наприклад, функціональна схема виробництва соди, у відповідності з приведеною вище хімічною схемою, буде наступна.

Рис.2. Функціональна схема виробництва соди

Таким чином, ця схема дає загальне уявлення про функціонування ХТС і служить передумовою для апаратурного оформлення в розробці технологічної і структурної схем процесу.

Технологічна схема ХТС показує елементи системи ,способи їхнього з‘єднання і послідовність технологічних операцій. Для цього в технологічній схемі кожний елемент (агрегат, апарат) має загальноприйняте зображення, що відповідає його конструктивному оформленню. Зв'язки між ними (технологічні зв'язки) зображуються у вигляді стрілок. На технологічній схемі коротко можуть бути приведені дані про речовини, що беруть участь у процесі. і про параметри процесу. Як приклад на рис. 4 приведена технологічна схема ХТС виробництва азотної кислоти.

Технологічні схеми одержують у результаті наукової розробки даного способу виробництва.

Слід зазначити наочність представлення процесів за допомогою технологічних схем, що привело до їхнього використання як при експлуатації, так і при проектуванні ХТС.

Рис. 3. Технологічна схема виробництва азотної кислоти АК-72

Структурна (блокова) схема ХТС на відміну від технологічної схеми включає елементи ХТС у вигляді блоків, що мають входи і виходи. Вона показує технологічні зв'язки між блоками, які показують напрямок руху матеріальних і енергетичних потоків системи, лініями зі стрілками. Як і функціональна вона не містить інформації про окремі типи елементів, але на структурній схемі дуже чітко простежуються напрямки потоків. Структурна схема ХТС синтезу аміаку представлена на рис. 4.

Рис.4. Структурна схема синтезу аміаку:

1 – компресор; 2 – інжектор; 3 – теплообмінник; 4 – випарювач рідкого аміаку; 5,8 – сепаратори; 6 – колона синтезу; 7 – водяний холодильник;

9 – циркуляційний компресор.

Простота оформлення, наочність зображення обумовили широке застосування схем цього типу при розробці і проектуванні ХТС. Якщо є набір "блоків", то стає можливим зміна їх розташування, можна "програвати" різні варіанта проектованої ХТС і вибирати найкращі.

Операторна схема ХТС заснована на тім, що кожен елемент XTC являє собою сукупність декількох типів технологічних операторів або окремих типових технологічних операторів.

Технологічний оператор - це елемент ХТС, у якому відбувається якісне чи кількісне перетворення фізичних параметрів вхідних матеріальних і енергетичних потоків у фізичні параметри вихідних матеріальних і енергетичних потоків у результаті хімічних або фізичних процесів, які протікають у них. Це може бути, наприклад, зміна температури, щільності, густини або інших параметрів при здійсненні в даному елементі ХТС хімічної реакції, процесів масообміну , розподілу, змішання, нагрівання і та ін.

Типові технологічні оператори представляють типові хіміко-технологічні процеси, що відбуваються в елементах ХТС, при яких якісно або кількісно перетворюються параметри. потоку: хімічні реакції, масообмін, змішування, розподіл, нагрівання, охолодження, стиснення розширення, зміна агрегатного стану (конденсація, випарювання, розчинення) (рис.5).

Рис. 5. Технологічні оператори :

ентальпійний ексергічний тепловий баланс

1-хімічного перетворення; 2 - масообміну; 3 - змішування; 4 - розподіл; 5 – нагрівання або охолодження ; 6 - стиснення або розширення; 7 – змінення агрегатного стану речовини.

Операторна схема ХТС за допомогою операторів показує взаємозв'язок між окремими елементами системи, а також відображає фізико-хімічну суттєвість процесів, що протікають у системі.

На рис. 6 приведена схема, на якій відображені три стадії хіміко-технологічного процесу. Кожна стадія може включати декілька типових технологічних операторів

Рис. 7. Операторна схема ХТС:

1- стадія підготовки; 2 – стадія хімічного перетворення; 3 – розділення

Операторні схеми знайшли застосування головним чином як вихідний етап при складанні математичних моделей ХТС. Графічні схеми (моделі) дають структуру ХТС, тобто показують апарати (чи групи апаратів), які виконують деякі операції над потоками, порядок їх з‘єднання і напрямку потоків.

Математичні моделі дозволяють дати формалізований або строгий кількісний математичний опис ХТС у вигляді системи рівнянь, які передають дію кожного вузла і кожного зв'язку, та провести аналіз ХТС.