Системный анализ процессов химической технологии. Методы и алгоритмы анализа химико-технологических систем

Схема,           которая     содержит энерготрансформационную       связь, реализованную в виде агрегата «двигатель–насос–турбина»:

1 – адсорбер высокого давления; 2 – двигатель; 3 – насос; 4 – турбина

Рисунок 8 – Структурная схема ХТС

Встречнонаправленные ХТС могут быть простыми и сложными контурными системами.

Простые контурные (одноконтурные) в своей структуре содержат один простой контур, представлены на рис. 9.

Простой контур представляет собой замкнутую совокупность элементов ХТС, при обходе которой в направлении технологических потоков никакой элемент, кроме одного начального, дважды не повторяется. Простой i-й контур Li ХТС можно задать перечислением номеров образующих его элементов:

Li = { n₁,n₂,...,n_k,...n_l }, где n1(nk) - номер начального (к-того) элемента контура.

а – одноконтурной с обратной технологической связью – L₁=(1, 2, 3, 1); б – одноконтурной с противоточной технологической связью – L₁=(2, 1,

2); L₁ – простой контур

Рисунок 9 – Структурные схемы различных простых контурных ХТС

Сложные контурные, или многоконтурные, ХТС могут быть упорядоченными и взаимосвязанными.

Упорядоченные многоконтурные ХТС содержат в своей структуре произвольное число упорядоченно расположенных, или строго соподчиненных в определенном направлении одноконтурных подсистем.

Структурные схемы различных сложных контурных, или многоконтурных ХТС представлены на рис. 10.

Взаимосвязанные многоконтурные ХТС имеют в своей структуре различное число произвольно взаимосвязанных одноконтурных подсистем (рис. 9в), содержащих общие элементы, которые принадлежат одновременно нескольким различным подсистемам.

В общем случае технологическая топология сложных ХТС содержит произвольную комбинацию различных однонаправленных и встречнонаправленных технологических связей.

 а – упорядоченная двухконтурная ХТС L₁=(1, 2, 1) и L₂=(4, 3, 4); б – упорядоченная трехконтурная ХТС L₁=(2, 1, 2), L₂=(3, 2, 3) и L₃=(3, 4, 5, 3); в – взаимосвязанная многоконтурная ХТС L₁=(2, 3, 1,2), L₂=(3, 4, 3), L₃=(6, 2, 3, 4,5 6) и L₄=(5, 6, 5); L_i – i-й простой контур

Рисунок 10 – Структурные схемы различных сложных контурных, или многоконтурных ХТС

Тип технологических связей существенно влияет на значения различных технологических и технико-экономических показателей (ТЭП) эффективности функционирования ХТС, а также на значения показателей свойств ХТС.

5  Классификация ХТС по способу функционирования

Исходя из особенностей способа функционирования отдельных ХТП и ХТС в целом, который характеризуется на определенном интервале времени законом изменения входных и выходных переменных ХТС, а также составом выпускаемой продукции, выделяют основные классы ХТС: – непрерывные;

периодические  для  производства  строго  определенных продуктов и для производства многоассортиментной продукции.

По способу функционирования ХТС для производства строгоопределенных продуктов выделяют:

–  непрерывные ХТС – это системы, способ функционирования которых на любом интервале времени характеризуется стационарным непрерывно-произвольным изменением или постоянством переменных состояния каждого отдельного  ХТП и ХТС в целом. Непрерывные ХТС позволяют получать большое количество однородного продукта с единицы объема аппаратов, а также сократить  непроизводственные потери топливно-энергетических ресурсов и сырья, обеспечивают возможность полной автоматизации всех ХТП (крупнотоннажные производства карбамида,  капролактама, аммиака, серной кислоты, фенола, этилена и др.);

–  непрерывно-циклические ХТС – это системы, для которых характерно стационарное непрерывно произвольное изменение или постоянство входных переменных и переменных состояния в целом при циклическом изменении во времени как переменных состояний некоторых ХТП,  так и технологической топологии ряда подсистем (адсорбция сырья или продуктов, регенерация теплоты внутренних ТП системы и др.);

–  непрерывно-периодические ХТС – такие системы, у которых входные переменные и переменные состояния отдельных ХТП и ХТС в целом, а также технологическая топология системы периодически изменяются во  времени. В структуру таких ХТС входят как непрерывные, так и периодические ХТП (ХТС полимеризации винилхлорида из суспензии: реакторный блок работает непрерывно, а технологические блоки демономеризации и сушки поливинилхлорида работают периодически);

- периодические ХТС для выпуска многоассортиментной продукции, способ функционирования которых характеризуется периодическим законом изменения во времени входных переменных и переменных состояния отдельных ХТП и ХТС в целом.

Периодические ХТС подразделяют на следующие классы:

–  индивидуальные ХТС – это системы, которые в разные периоды времени в зависимости от видов сырья позволяют выпускать, используя одни и те же элементы при определенных жестких технологических связях между элементами и при заданных режимах функционирования периодических ХТП, один вид продуктов (выпуск нескольких партий продукта); совмещенные многоассортиментные ХТС (СМ-ХТС) – это многоассортиментные системы, которые в зависимости от видов сырья в различные периоды времени позволяют выпускать, используя одни и те же элементы (аппараты) при определенных жестких технологических связях между этими элементами и заданных режимах работы периодических ХТП, одновременно несколько видов продуктов;

–  гибкие многоассортиментные ХТС (ГМ-ХТС) – системы, которые в различные периоды времени в зависимости от видов сырья позволяют выпускать, используя определенный набор элементов, одновременно различные совокупности нескольких видов продуктов.

Достоинствами      СМ-ХТС              являются             высокие               значения коэффициентов