Химико-технологическая система

Химико-технологическая система, Технопарк, город Сумгаит, Азербайджан

Хи́мико-технологи́ческая систе́ма (ХТС) — совокупность взаимосвязанных научно-технологических потоков и функционирующих как одно целое аппаратов, в которых исполняется определённый порядок технологических операций: организация сырья; химическое превращение; выделение целевого продукта. В каждом аппарате или элементе происходит преобразование потока (смешивание, разделение, измельчение, нагрев, преобразование энергии, сжатие, расширение, химическое превращение, испарение). Потоки или связи гарантируют передачу вещества или энергии между аппаратами (элементами системы), которые могут быть материальными, тепловыми, энергетическими. Для оценки состояния целостного ХТС (активность катализатора, наибольшая температура в аппарате) применяют показатели аппарата (элемента).

Состав ХТС

Простейшим элементом ХТС является технологический оператор, под которым подразумевается процесс химической технологии и подходящую ему технику.

Классы операторов типовых ХТС

Выделяют следующие классы типовых научно-технологических процессов:

• химические процессы, скорость которых вычисляется законами химической кинетики;
• массообменные (диффузионные) процессы, скорость которых вычисляется скоростью протекания вещества из одной фазы в другую;
• гидродинамические процессы, скорость которых вычисляется законами механики и гидромеханики (отстаивание, перемешивание, пенообразование);
• тепловые процессы, скорость которых вычисляется законами теплопередачи (нагревание, охлаждение);
• энергетические процессы, содержащиеся во взаимном преображении различных вариациях энергии;
• механические процессы (дробление, прессование, гранулирование, дозирование);
• процессы управления — добыча и передача сведений о состоянии потоков и продуктов и изменении их свойств.

Подсистемы ХТС

Более крупной структурной единицей ХТС является подсистема. Подсистемой называют совокупность операторов, объединённых одной технологической схемой. Подсистема — это самостоятельно функционирующая часть системы.

Подсистемы могут быть выделены по любому, удобному для изучения системы признаку. Например, химическое производство можно представить как иерархическую структуру, состоящую из 3-4 уровней или ступеней иерархии (соподчинения):

1. (низшая) ступень — типовые ХТП и соответствующая техника;
2. ступень — совокупность типовых технологических процессов, осуществляющих определённую операцию. Чаще всего, это цеха или их отдельные участки;
3. ступень — химические производства, состоящие из нескольких цехов, где получают целевые продукты;
4. ступень — химическое предприятие в целом.

Классификация подсистем ХТС

По функциональному признаку выделяют следующие подсистемы ХТС:

• подсистема подготовки сырья;
• подсистема химического превращения;
• подсистема выделения целевого продукта;
• подсистема обработки технического продукта;
• энергетическая подсистема;
• экологическая подсистема.

Структура ХТС

Структура ХТС представляет собой способ организации и соединения отдельных элементов в единую, функционирующую систему. Существует четыре основных типа структур:

1. Последовательное соединение операторов: В этом случае весь технологический поток, выходящий из предыдущего элемента, полностью поступает в следующий. Поток проходит через каждый элемент схемы только один раз, что обеспечивает четкую последовательность операций.
2. Параллельное соединение операторов: Здесь технологический поток делится на несколько меньших потоков, которые направляются в разные элементы системы. Эти потоки могут как сливаться в единый поток, так и выходить из системы по отдельности. Каждый из элементов обрабатывает поток один раз.
3. Обводное (байпасное) соединение операторов: В этом случае часть технологического потока обходит один или несколько аппаратов, создавая альтернативные пути его движения. Это позволяет обеспечить дополнительную гибкость и оптимизацию процесса.
4. Обратное соединение операторов (рецикл): Данная структура включает в себя серию последовательно соединенных аппаратов, через которые проходит только часть технологического потока. Остальная часть обходит определённые аппараты и затем вновь объединяется с основной частью. При байпасном соединении направление главного и побочного потоков совпадает, и каждый из них проходит через свои элементы лишь один раз.

Функциональная схема ХТС

Функциональная схема ХТС формируется на основе специфической химической модели и служит визуальным отражением научно-технологических взаимодействий на всех этапах производственного процесса. Она охватывает ключевые фазы, начиная от подготовки сырья и протекания химических реакций, до процессов выделения и очистки конечных продуктов. Это важный инструмент, позволяющий получить целостное представление о механизмах функционирования химико-технологической системы. Кроме того, данная схема является основополагающим элементом при разработке аппаратурных решений и создании структурных схем для оптимизации химических процессов.

Технологическая схема ХТС

Технологическая схема ХТС демонстрирует ключевые элементы системы, способы их соединения и последовательность проведения научно-технологических операций. Каждый элемент в схеме представлен в общепринятом формате, что облегчает его конструктивное восприятие. Связи между элементами обозначаются стрелками, а также в схеме кратко представлены сведения о химических веществах, участвующих в процессе, и основных параметрах. Такие схемы разрабатываются в ходе научных исследований и являются наглядным инструментом как для проектирования, так и для практической реализации химических технологий.

Функциональные подсистемы

Функциональные подсистемы гарантируют исполнение назначенных функций производства и его работоспособность в целом. Различают:

• технологическую подсистему — участок производства, где осуществляется основное преобразование сырья в продукты химико-технологического процесса.
• энергетическую подсистему — элемент отвечает за обеспечение процесса необходимыми тепло-, силовыми и электрическими ресурсами.
• подсистему управления — участок, посвященный сбору и анализу информации о состоянии производственного процесса, а также его управлению.