Выбор технологического процесса

Выбор процесса можно проводить как экспериментальным, так и расчетным путем. Поскольку экспериментальный путь требует больших капитальных затрат и времени, проблема разработки теоретических основ выбора процесса достаточно актуальна.

Проведение выбора расчетным путем возможно лишь при наличии достоверных физико-химических, термодинамических, равновесных данных о смеси, а также данных о возможности технической реализации процесса. Уже сами свойства смеси или вещества позволяют сделать предварительную оценку реализуемости про­цесса данным способом или группой способов.

Уже на стадии выбора отдельных способов ведения процесса необходимо решать системные вопросы. Это означает, что про­ектирование отдельного аппарата не является самоцелью, а должно проводиться с учетом возможности исключения потерь массы и энергии. Чаще всего критерий оптимальности техноло­гической схемы не является аддитивной (получаемой путем сложения) функцией критериев отдельных ее элементов, а представляет собой сложную функ­цию параметров отдельных процессов и параметров, характери­зующих взаимодействие между ними в пределах технологи­ческой схемы и с окружающей средой. Это связано прежде всего с утилизацией материальных и энергетических потоков.

В соответствии со стратегией системного анализа оптимизи­рующие переменные технологической схемы удобно разделить на две группы - локальные и системные (или глобальные). Оп­тимальные значения системных параметров будут определять оптимальные условия эксплуатации всего производства, но не обязательно отдельных элементов. Например, при вторичном использовании тепла верхнего продукта ректификационной ко­лонны в качестве источника энергии для подогрева кубового продукта (при наличии необходимой разности температур) флегмовое (величина при которой производится счет) число может превышать оптимальное для данной колонны, поскольку помимо разности температур поток должен обладать соответствующей тепловой мощностью.

К локальным переменным следует отнести параметры, харак­теризующие условия работы отдельного аппарата, например скорость парового потока, число тарелок или высоту насадки. Эти параметры при фиксированных значениях системных пара­метров полностью характеризуют оптимальный режим работы аппарата, однако при изменении последних значения локальных параметров будут также меняться.

Системные параметры составляют критерий оптимальности технологической схемы и включают помимо отдельных характе­ристик аппаратов обобщенные параметры схемы. При проекти­ровании отдельных аппаратов или установок значения этих па­раметров или их составляющих являются ограничениями типа неравенств. На основании критерия оптимальности, вклю­чающего системные параметры, производится окончательный выбор способа выделения отдельных продуктов из группы аль­тернативных по локальным характеристикам способов.

Обоснованный выбор способа ведения процесса (группы аль­тернативных процессов) должен проводиться с учетом ряда фак­торов, а именно: в результате анализа физико-химических, тер­модинамических свойств смеси и отдельных компонентов; ис­следования условий химического и фазового равновесия; эксер-гетического (термодинамического) анализа отдельных устано­вок; оценки стоимостных характеристик установок.

Химическое производство представляет собой иерархическую структуру по горизонтали: подготовка сырья, химическое пре­вращение и выделение продуктов. Каждая из стадий может со­держать произвольное количество разнородных процессов, от­личающихся природой определяющих явлений, а именно: а) гидродинамические процессы: перемещение жидкостей и газов в аппаратах и трубопроводах; получение и разделение неодно­родных систем газ - жидкость (туманы), газ - твердое вещество (пыли), жидкость - твердое вещество (суспензии), жидкость -жидкость (эмульсии); б) тепловые процессы: кипение, испаре­ние и конденсацию, выпаривание; в) диффузионные процессы:

экстракцию, абсорбцию, адсорбцию, кристаллизацию, мем­бранные, ректификацию и т. д.; г) химические процессы: хими­ческие превращения в реакторах; д) биохимические процессы:

биохимические превращения в реакторах, аэротенках и т. д.;

е) механические процессы: измельчение твердых веществ и их транспортирование, сепарирование сыпучих веществ и т. д.

Исходя из блочной структуры модели типовые процессы хи­мического производства можно представить в виде отдельных составляющих, как это показано на рис. 2. В зависимости от назначения отдельных моделей эти составляющие будут иметь описание различной степени детализации.

Гидродина- Теплообмен- Массообмен- Химичес- Биохимические

ми­ческие ные ные процессы кие процес- процессы

процес­сы процессы сы

Рис. 2. Составляющие типовых процессов химической технологии