Подсистемы ХТС

Большинство ХТС содержит следующие подсистемы:

– подготовки сырья и приготовления катализатора. Подсистема необходима тогда, когда сырье по составу или другим параметрам состояния не соответствует требованиям следующей за ней подсистемы химического превращения. Операторами этой подсистемы, кроме операторов хранения и транспортировки исходных продуктов и вспомогательных материалов, могут быть также нагрев, испарение, охлаждение, сжатие, измельчение, плавление, смешение, очистка;

– химического и/или физического превращения сырья. Подсистема является главной среди подсистем в ХТС. Именно в ней в одну или несколько стадий получают целевой продукт;

– выделения целевого продукта из реакционной массы. Подсистема предназначена для разделения полученной в подсистеме химического превращения реакционной массы на отдельные компоненты или смеси более узкого состава, чем исходная смесь. Реакционную массу, полученную в химическом реакторе, разделяют разными приёмами операционной техники. К ним относят ректификацию, экстракцию, абсорбцию, адсорбцию, фильтрацию. Здесь получают несколько потоков: непревращённого сырья, целевого продукта, побочных продуктов, рециклов;

– обработки технического целевого продукта для доводки его до товарного состояния. Следующая по ходу технологической схемы подсистема служит для доведения целевого продукта до заданного требованиями стандарта уровня качества и придания ему товарного вида. Сюда входят операции хранения и транспортировки, отгрузка продукта в торговую сеть, расфасовка, маркировка, укупорка.

Связи

Связь – это физический канал, по которому происходит обмен веществом, энергией и информацией между элементами системы (внутренняя связь ) и между отдельными системами (внешняя связь). К внешним связям относят ресурсы сырья, вспомогательных материалов, энергии, финансовые и трудовые ресурсы, технику. Информационные внешние связи могут быть представлены связями с потребителями, поставщиками, банками, товарно-сырьевыми биржами, рынком ценных бумаг, налоговыми управлениями, рекламными агентствами. Наиболее важна связь с потребляющими химический продукт системами, ибо они определяют смысл существования ХТС.

По этой причине в состав ХТС обязательно включают подсистемы, изучающие рынок химических товаров, прогнозирования изменения спроса на отдельные виды продуктов. По физическому смыслу связи подразделяют на материальные, энергетические и информационные. Первые два типа относятся к технологическим.

Материальные связи – это потоки сырья, вспомогательных материалов, продуктов и полупродуктов, отходов.

К энергетическим связям относят потоки топлива, теплоносителей и хладагентов. Технологические связи в ХТС представлены в виде магистралей газо-, водо- и паропроводов, электрокабелей, электросетей, транспортных средств.

Информационные связи поступают в систему в виде пневмо-, электро-, теле- и радиосигналов.

По направлению различают прямые и обратные связи. Под мощностью связи понимают ее пропускную способность, которая выражается в следующих единицах: для материального потока – кг/ч, для энергетического – кДж/ч, для информационного – в Мбайт/ч. Роль связи в системе определяется ее влиянием на ход процесса (соединением, усилением, ослаблением, отключением). Наиболее важны так называемые системообразующие связи, разрыв которых приводит к нарушению функционирования системы или разрушению одного или нескольких ее элементов.

Технологическая структура ХТС реализуется в определенной последовательности внутренних технологических связей между элементами. Основные виды структур определяются способами соединения операторов между собой. Различают следующие соединения: последовательное, параллельное, обводное (байпасное) и обратное (рецикл) или их комбинации.

Обычно структуру ХТС представляют словесным описанием, графической или матричной формами. Словесное описание используют при документальном оформлении технологической схемы, которая является составной частью технологического регламента. Графические методы наиболее информативны и наглядны. В зависимости от элементного состава, характера связей и назначения различают функциональные, операторные, структурные и технологические схемы.

Элементами структуры в функциональной схеме являются подсистемы, соединенные материальными связями. Элементами операторной схемы служат соединенные материальными связями технологические операторы. Операторные схемы дают наглядное представление о физико-химической сущности технологических процессов, используемых системой для последовательного превращения сырья в готовый продукт.

В структурной схеме операторы представлены в виде блоков, имеющих несколько входов и выходов, соединенных между собой сплошными линиями, изображающими материальные связи. В отличие от операторной схемы, на структурной схеме изображают также энергетические связи, которые чаще располагают перпендикулярно блоку и показывают пунктиром. При разработке структурной схемы изображения операторов заменяют прямоугольниками, которые затем объединяют в систему материальными (горизонтальные линии) и энергетическими (вертикальные линии) связями.

На основе структурной схемы составляют энергетические и тепловые балансы, необходимые для расчета энергоемкости системы и определения требуемых поверхностей теплообмена аппаратов.

Технологическую схему составляют на основе операторной, при этом взамен технологического оператора ставят аппарат, наиболее соответствующий требованиям технологической операции, осуществляемой данным оператором (реактор, колонну, смеситель, теплообменник, печь). Технологическая схема состоит из графического изображения соответствующих аппаратов и технологических линий и сопровождается его описанием.

Описание технологической схемы дается по каждой подсистеме: поступления и подготовки сырья и кончая отгрузкой готовой продукции с указанием основных технологических параметров процесса, характеристикой используемого основного оборудования, систем регулирования и блокировок, со ссылкой на чертеж технологической схемы. На чертеже указывают оборудование, направление движения материальных потоков сырья, продуктов, теплоносителей, вспомогательных материалов, места контроля и регулирования технологических параметров процесса, а также сигнализации и блокировок. Технологическая схема снабжается спецификацией оборудования, технологических линий и привязкой контрольно-измерительных (КИП) и регулирующих приборов (РП).

Принципиальная технологическая схема – упрощенный вариант изображения производственного процесса – представлена технологическими аппаратами, необходимыми для промышленной реализации разработанной технологии, последовательно соединенными материальными линиями.