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 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 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 1руппы — 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 число может превышать оптимальное для данной колонны, поскольку помимо разности температур поток должен обладать соответствующей тепловой мощностью [10].

К локальным переменным следует отнести параметры, характеризующие условия работы отдельного аппарата, например, 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:

Рис 1.1. Составляющие типовых процессов химической технологии.

в результате анализа физико-химических, термодинамических свойств смеси и отдельных компонентов; исследования условий химического и фазового равновесия; эксергетического (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) теплообменные процессы: кипение, выпаривание, испарение и конденсация; в) диффузионные процессы: экстракция, абсорбция, адсорбция, кристаллизация, мембранные, ректификация и т. д.; г) химические процесссы: 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. 1.1. В зависимости от назначения отдельных моделей эти составляющие будут иметь описание различной степени детализации. Например, при описании диффузионного процесса гидродинамики перемещения потока в трубопроводах, подвод сырья и отвод продуктов на стадии оценки явлений массотеплопереноса может не учитываться, а выступать определяющим фактором при гидравлическом расчете трубопроводов.