Лекція 1. Теми 1-3. “Обладнання заводів харчових добавок» осінь 2010

L1.T1.Хіміко-технологічна система. Загальні поняття.

Хіміко-технологічна система - сукупність взаємозв’язаних технологічними потоками й діючих як одне ціле апаратів, у яких здійснюється певна послідовність технологічних операцій по переробці вихідної сировини в цільові продукти за участю хімічних перетворень.

Взаємодія окремих елементів і підсистем ХТС, а також зовнішнього середовища, без якої не може відбуватися цілеспрямоване функціонування ХТС, здійснюється завдяки наявності між ними системи технологічних зв'язків. Кожному технологічному зв’язку відповідає певний матеріальний, енергетичний або інформаційний потік.

L1.Т1.1. Ієрархічність хіміко-технологічної системи.

Б ільшості систем притаманна така властивість як ієрархічність. Для хімічного виробництва (ХТС) звичайно, виділяють чотири рівні ієрархії (підпорядкування).

П

Рис.1.1.

ерший рівень - це окремі машини й апарати, на цьому рівні реалізується система автоматичного регулювання (САР). Це може бути апарат, як наприклад реактор із сорочкою для теплообміну, турбінною мішалкою, нижнім спуском, передбачений для роботи під тиском (схема наведена на рис 1.1). Для ХТС такий окремий апарат вважається неділимим елементом системи – найменшим рівнем ієрархії. Ознакою елементарності є те, що відсутні внутрішні потоки (зв’язки). Є тільки вхідні та вихідні потоки. Даний курс розглядає, в основному цей рівень ієрархії ХТС.

Д

Рис.1.2.

ругий рівень - машини й апарати поєднуються в установки, відділення або агрегати, що здійснюють певну операцію, для керування якими застосовується автоматична система керування технологічним процесом (АСУТП). Наприклад, це може бути ректифікаційна установка з насипною насадкою, що працює під атмосферним тиском, спрощена блок-схема якої приведена на рис.1.2. Дана установка, крім реактифікаціної колони, включає в себе чотири теплообмінника та дві помпи. На цьому рівні уже можна спостерігати внутрішні потоки, що не виходять за межі виділеної одиниці. Саме починаючи з цього рівня уже можна, за рахунок додаткових зв’язків, дублювання обладнання, забезпечувати надійність роботи. Але структурні одиниці цього рівня ще не забезпечують випуск кінцевої продукції.

Т

Рис.1.3.

ретій рівень - сукупність установок, агрегатів, відділень, а деколи й допоміжних служб, утворить цех по виробництву цільового продукту. Такі утворення керуються автоматизованими системами управління (АСУ). Для прикладу приводиться спрощена блок-схема виробництва етилбензолу. Даний рівень уже повинен мати всі властивості системи. Теоретично може функціонувати повністю самостійно та, формально, вважатися ХТС. Але при випуску одного виду продукції рідко вдається забезпечити в повній мірі інтегративність, синергічність та адаптивність. Це можна проілюструвати наступним чином. Якщо попит на етилбензол на ринку різко падає, через припинення діяльності одного зі споживачів етилбензолу або раптовий вихід на ринок конкурента з нижчою собівартістю, то ХТС, що побудовано лише на випуску етилбензолу скоріше за все не зможе протриматись до стабілізації ринку і збанкрутує. Термінами системи, у такої ХТС є д уже низька адаптивність. Але якщо, ХТС, крім того що продає етилбензол як товар, використовує його як внутрішню сировину для виробництва іншої продукції (наприклад стиролу), тоді адаптивність до даної зміни ринку різко зростає. З’являється можливість, або дочекатись відновлення ємності ринку (відновлення роботи споживача після ремонту), або провести реконструкцію своєї установки, для пониження собівартості, що забезпечить відновлення конкурентоспроможності власного етилбензолу на ринку.

В

Рис.1.4. Функціональна схема 4 рівня ієрархії .

ищий рівень (четвертий) - хімічне виробництво в цілому, об’єднує різні цехи й допоміжні служби в яких спостерігається взаємодія між різними структурами. Приблизна, спрощена схема такої ХТС наведена на рисунку. У правильно організованій ХТС такого рівня уже передбачається комплексне використання сировини з випуском асортименту продукції взаємоузгодженої по сировині. Крім того, можна уже гнучко підійти до приготування сировини, утилізації відходів, енергозбереження. Стає можливим створення запасу сировини та продукції на складах – у результаті коливання ринку по сировині та енергоносіям згладжуються та забезпечується ритмічність відвантаження продукції споживачеві по наперед узгодженій ціні. Крім того, при комплексній переробці сировини, грамотній утилізації відходів, енергозбереженні конкурентам стає важко витіснити з ринку дане ХТС. Користуючись схемою приведеною на рис.1.4, можна показати основну особливість структури ХТС. Основні виробничі потужності практично завжди будуються на тріаді підсистем: підготовка сировини→реакціний блок→розділення реакційної суміші. Переважно кожна з таких, більш менш самостійних тріад, об’єднуються в структурну одиницю – цех (рідко установку, наприклад в нафтопереробці). Зміни в цій комбінації бувають рідко, але можливі. Для прикладу при синтезі полімерних дисперсій або латексів та полімерних лаків (полімерів розчинених у розчиннику) часто відсутня стадія розділення.

Управління здійснюється від четвертого рівня до першого, для чого на більшості сучасних підприємств використають автоматизовані системи керування виробництвом (АСУВ). Подібна ієрархічність дозволяє зв'язати ближні цілі з віддаленими, технічні перспективи із соціально-економічними, а також передбачати наслідки функціонування систем аж до глобальних масштабів. При цьому необхідно пам'ятати про пріоритет цілей більше високого рівня й, відповідно враховувати вплив функціонування системи на систему вищого рангу.