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. Она является моделью производства, отображающего его стру­ктуру. Анализ ТС позволяет предсказывать свойства и показатели производственного процесса.

Структура технологической системы. Классификация элемен­тов ТС проводится по из назначению. Элемент ТС может быть пред­ставлен как отдельным аппаратом, так и совокупностью аппара­тов, 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 кот­лы — вырабатывают технологический пар.

Элементы управления представлены датчиками для измерения параметров процесса (температуры, давления, концентрации, расхода) и включают исполнительные механизмы (вентили, вы­ключатели), а также приборы для выработки и преобразования сигналов, информационные и вычислительные устройства.

Связь между элементами ТС осуществляют материальные, теп­ловые, энергетические и информационные потоки.

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

Энергетические потоки осуществляют перенос энергии любого вида (тепловой, электрической и др.) с помощью паропроводов, теплообменников, 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 функциональной 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. Часто на производстве применяется ав­томатизированная система управления технологическим процес­сом (АСУ ТП).

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.