Выбор технологической схемы процесса. Расчет химико-технологической системы.

детерминировать – определять, обуславливать

стохастическая – случайный, вероятный

Поскольку процессам химической технологии свойственна детерминированно-стохастическая природа (при этом детермини­рованная составляющая определяется фундаментальными зако­нами физической химии), то стохастическая составляющая по своей природе отражает нестационарность процессов, прояв­ляющихся в различном распределении элементов фаз по време­ни пребывания в аппарате, характеру распределения включений, по степени химического превращения, вязкости, плотности и другим физико-химическим свойствам.

Детерминированная составляющая на основе фундаменталь­ных законов - закона Ньютона, переноса массы и энергии и т. п. - позволяет строго теоретически определить скорость про­текания того или иного процесса, а следовательно, и время для достижения конечного состояния или завершенности процесса при данной скорости. Однако в промышленных аппаратах дей­ствительное время завершения процесса может не соответство­вать времени, полученному на основе классических законов, так как оно зависит от условий протекания процесса в аппарате, характера структуры потоков, обусловленного конструкцией аппарата, внешнего подвода энергии, наличия в аппарате уст­ройств, изменяющих характер и направление движения пара и жидкости, и т. д.

Если не учитывать стохастической составляющей, то непо­средственный перенос результатов эксперимента, проведенного в лабораторных условиях, на промышленные аппараты невоз­можен.

Рассмотрим постановку и решение задачи системного подхо­да к исследованию и созданию высокоинтенсивных массообменных аппаратов и технологических схем разделения.

Выделение целевых продуктов, появляющихся в результате химических превращений, является одним из распространенных процессов химической технологии. Для этой цели служат про­цессы абсорбции, экстракции, кристаллизации, ректификации и т. д. Современные требования по снижению энергозатрат на ведение процессов разделения обусловленные ростом цен на ис­точники энергии, привели к интенсификации исследований по поиску более эффективных способов разделения. Это, прежде всего, разработка новых аппаратов, совмещенные процессы, рекуперация тепла продуктовых потоков внутри технологи­ческой схемы, организация парожидкостных и тепловых потоков в ректификационных колоннах и реакторах с периодическими циклами и т. д.

Создание высокоинтенсивной технологической схемы, опти­мальной с учетом некоторого критерия, должно проводиться в несколько этапов: это выбор процесса (абсорбция, ректифика­ция, экстракция и т. п.), анализ свойств компонентов и смесей, выбор технологической схемы, выбор оборудования (рис. 1.). Каждый из этапов является достаточно трудоемким, так как связан с выполнением ряда самостоятельных задач, между собой они взаимосвязаны конечной целью. Вероятность получения оптимального варианта схемы зависит от теоретической прора­ботки задач каждого из этапов.

Проведение расчетов отдельных аппаратов позволяет оце­нить практическую реализуемость способа разделения и опре­делить конкурирующие способы. Естественно, этот этап должен проводиться при наличии требований на качество и количество целевых продуктов, а также необходимых сведений о предше­ствующих и последующих стадиях производства. Прямой пере­бор всех вариантов соединения аппаратов и условий их работы практически невозможен даже на современных вычислительных машинах, поэтому необходима стратегия поиска, эффективность которой зависит от степени изученности отдельных явлений.

Следует заметить, что этапу проектирования (выбора) техно­логической схемы предшествует этап конструирования высоко­эффективного массообменного аппарата, который, в свою оче­редь, включает этап конструирования отдельного контактного устройства. Составными элементами этого этапа являются опре­деление параметров математической модели гидродинамики всех типов контактных устройств, а также кинетики процесса массопередачи в зависимости от характера движения жидкости на тарелках колонны (прямоток, противоток и т. д.) и степени перемешивания парового (газового) потока - от идеального вы­теснения до полного перемешивания.

Рис. 1. этапы разработки технологической схемы