лекции / Лекция8.ХТС модели на отправку

7) Синтез аммиака (после всех стадий получена чистая азотоводородная смесь; примесь СН4, полученная в предыдущей стадии, мала)

3Н2 + N2 = 2NH3

Химическая и описательная схемы дают первое описание и представление о производстве и его основных стадиях. Для дальнейшего рассмотрения ХТС удобней использовать графические модели.

А: Математическая модель (описание). Для количественных выводов о функционировании ХТС необходимо иметь ее математическую модель. Как уже было определено, система - "совокупность элементов и связей...", и ее модель будет представлена двумя системами уравнений - для элементов и связей.

В элементе происходит преобразование потоков. Математическая модель процесса в элементе устанавливает связь между параметрами выходных потоков YK их k-го элемента и параметрами входящих в него ХK потоков.. Параметры потока - это его величина (расход), состав

(концентрации), температура, давление, теплосодержание и другие показатели. На состояние потока работу элемента на выходе могут влиять некоторые параметры UK, которыми управляют процессом или меняются в процессе эксплуатации. В общем виде

Черточки над YK, ХK, UK означают множество параметров (концентрации, температура и другие). В качестве примеров можно указать на математические модели реактора, теплообменника, абсорбера, компрессора и других аппаратов и машин.

Уравнения связей в ХТС определяют ее топологию и устанавливают из

какого элемента в какой передается поток. Эти уравнения в общем виде

выглядят так:

где l-k структурный коэффициент, l-k = 1 для потока, выходящего из l-го элемента и входящего в k-й элемент (связь есть); l-k = 0, если между l-м и k-м элементами нет связи.

Учитывая большое количество и ассортимент элементов в ХТС,

система уравнений (1, 2) довольно громоздка и решается, как правило, с

помощью электронных вычислительных машин.

Б: Функциональная модель (схема) строится на основе химической и операционной в виде связанных между собой блоков операций (отделений или подсистем) и наглядно отражает основные стадии химикотехнологического процесса и их взаимосвязи. Представление основных операций химико-технологического процесса в виде функциональной схемы весьма удобно для его понимания. Она дает общее представление о функционировании ХТС и служит предпосылкой для аппаратурного оформления и более детальной разработки ХТС.

Приведем пример функциональной схемы – ХТС производства аммиака

(рис.3):

Рис.3. Функциональная схема ХТС производства аммиака:

1 – отделение очистки природного газа от серосодержащих соединений; 2 – отделение паровоздушной конверсии метана; 3 – отделение конверсии оксида углерода водяным паром; 4 – отделение очистки азотоводородной смеси от оксидов углерода; 5 – отделение синтеза аммиака

Б: Технологическая модель (схема) показывает элементы системы,

порядок их соединения и последовательность технологических операций. В технологической схеме каждый элемент (агрегат, аппарат, машина) имеет общепринятое изображение, соответствующее его внешнему виду. Связи изображены обычно линиями со стрелками или даже в виде трубопроводов. Нередко расположение аппаратов соответствует их примерной расстановке в цехе. На технологической схеме могут быть приведены краткие данные о параметрах процесса.

Технологическую схему получают в результате научной разработки данного способа производства, технологической и конструктивной проработки схемы, узлов и аппаратов. Следует отметить наглядность отображения конкретного производства, дающая почти осязаемое представление о нем. Технологические схемы используют как при эксплуатации производства, так и его проектировании. Она входит в проектную и техническую документацию каждого производства.

Структурная модель (схема) в отличие от технологической схемы включает элементы ХТС в виде простых геометрических фигур (прямоугольников, кругов). Изображение аппаратов обезличено, но значительно упрощается общий вид структуры ХТС. Изображение даже сложной ХТС весьма наглядно, в ней удобно менять положение элементов, "проигрывая" различные варианты разрабатываемой ХТС. Наглядность связей позволяет легко составлять математическое описание, прослеживая связи между элементами, что существенно при автоматизированном проектировании.

Специальные схемы применяют при анализе и расчетах ХТС, используя специальные математический аппарат и вычислительные методы. Упомянем только об одной их них - о п е р а т о р н о й с х е м е . Если в структурной схеме все элементы обезличены, то в операторной каждый элемент представлен специальным обозначением, называемым "технологический оператор". Принятые для них обозначения показаны на рис. 4. Они помогают распознать на схеме, какие преобразования, "операции", происходят с потоком в элементе.

Рис. 4. Виды технологических операторов