L1.Т1.2. Типи технологічних зв'язків. Структура хтс.

Для ХТС характерні наступні типи технологічних зв'язків:

• послідовні;

• послідовно-обвідні (байпаси);

• паралельні;

• перехресні;

• зворотні (рецикли).

Послідовний технологічний зв'язок: вихідний з одного елемента потік є вхідним для наступного елемента, а всі вони проходять через кожен елемент системи не більше одного разу (мал.1.5).

Ц ей зв'язок застосовується для збільшення ступеня використання сировини (каскад реакторів), для покрашення ефективності масобмінних апаратів (послідовний ланцюжок абсорберів або ректифікаційних колон). При тому апарати при послідовному об’єднанні можуть бути як однаковими, так і різними, як по типу так і по характеристикам. Послідовне об’єднання однакових за типом та характеристиками апаратів це найпростіший варіант. Але він не враховує специфіку процесу. У межах даного курсу буде показано, що доцільним є збільшення об’єму кожного наступного реактора в каскаді реакторів. Або послідовно комбінувати об’ємний випарний апарат, у якому видаляється основна маса розчинника з плівковим випарним апаратом, який переважно має значно меншу питому продуктивність по рідині, що випаровується, але дозволяє не перегрівати суміш. У такому випадку буде досягатися синергічність установки.

Послідовно-обвідний зв'язок (байпас) представлена на мал. 1.6 та є ускладненим варіантом послідовного зв'язку: Потік розділяється й частина його не потрапляє в апарат (або групи апаратів).

Основне застосування байпасів - регулювання температури в адіабатичних реакторах з екзотермічною реакцією (синтез метанолу, аміаку). Байпаси також можуть використатися для підвищення гнучкості ХТС. Наприклад коли необхідно охолодити до певної, доволі точно визначеної температури, то можна поставити теплообмінник з великим запасом по теплообміну, здатного переохолодити частину потоку а другу частину потоку пустити по байпасу. Виграш полягає в тому, що з’являється гнучка можливість швидко впливати на температуру потоку в цілому. При тому, суттєво послабляється залежність від подачі охолоджуючої рідини та її температури. Завжди можна змінити співвідношення переохолодженого потоку і потоку, який ішов через байпас. Часто байпас використовують навколо насосів, якщо можливе самостійне перетікання рідини. У такому випадку насос включають тільки тоді, коли необхідно збільшити швидкість переміщення рідини. Грамотне та оправдане використання бай пасів збільшує надійність та адаптивність системи, але переважно зменшується ступінь використання обладнання – теплообмінник працює не на повну свою потужність, насос використовується лише епізодично. Варто мати на увазі, що поділ потоку приводить до збільшення часу перебування в елементі навколо якого проведено байпас.

Паралельний зв'язок - потік розподіляється по двох або декількох паралельних апаратах (або групах апаратів). До цього типу зв'язків відносяться всі можливі типи розгалужених потоків: розгалуження на початку процесу (одержання продукції з декількох видів сировини ); розгалуження наприкінці процесу (переробка комплексної сировини з роздільним одержанням корисного продукту); розгалуження в середині системи (наприклад, резервування потужностей).

Т ехнологічні ланки, що становлять паралельну структуру, мають об'єднані входи й виходи (мал. 1.7). При цьому загальний вхід дорівнює сумі входів окремих ланцюжків, вихід -- сумі виходів

Паралельний зв'язок застосовується для підвищення потужності ХТС, при повній загрузці паралельних ліній або для підвищення її надійності й гнучкості, при неповній загрузці паралельних ліній.

П ерехресний зв'язок представляє собою сукупність двох пересічних односпрямованих потоків (мал. 1.8).

Прикладом її може служити серія екстракційних осередків, коли одна фаза проходить через осередки послідовно, а друга вводиться не одним потоком, а потоком, що відповідає числу щаблів (процес поділу рідкоземельних елементів екстракцією органічними розчинниками з водних розчинів).

До перехресних зв'язків відносять прийом, використовуваний для утилізації тепла. Утилізація відбувається за рахунок того, що вихідні потоки з апарата віддають тепло вхідним потокам. Таку схему слід вважати обов’язковою для кожного сушильного апарату по ліній осушуючого агента (мал. 1.9). Іноді таку схему називають одно контурним рециклом.

Зворотний зв'язок (рецикл) характеризується наявністю зворотного потоку, що зв'язує вихід одного з наступних елементів із входом одного з попередніх. Рецикл може бути між елементами, підсистемами, навколо одного елемента. У глобальному варіанті існують рецикли й між системами різної складності.

Н айбільш часто рецикли використовуються для збільшення виходу продукту з одиниці сировини. Деякі процеси, без використання рециклу по сирові, були б економічно не оправданими. Так при окисленні циклогексану до циклогесанолу та циклогексанону, сумарний вихід продуктів при одинарному проході реакційної суміші через апарат окислення не перевищує 10%. Рециркуляція циклогексану в цьому процесі забезпечує рентабельність виробництва. Даний приклад може бути ілюстрацією виникнення інтегральних властивостей ХТС. Без рециклу циклогексану існування даного процесу економічно недоцільне. Беззмістовним є рецикл без окислюючої частини. Тільки в цілому забезпечується необхідна властивість, – економічно вигідне окислення циклогексану до циклогексанону та циклогексанолу.