L1.T1.4. Поділ хтс за їх динамікою.

Динамічність, тобто функціонування в часі, є однією з основних ознак ХТС що визначає тип обладнання та організацію виробництва.

Періодичні системи характеризуються потоками, що перериваються у часі. Тривалість циклу функціонування ХТС складається із відрізків часу: завантаження, роботи, вивантаження й підготування до наступного циклу. Звідси ясно, що для періодичних процесів характерна істотна нестаціонарність ХТП і циклічний характер роботи обладнання. Одержання цільового продукту складається з окремих, відособлених у часі й просторі стадій.

Перевагами періодичних систем є:

• простота системи;

• можливість використання універсального обладанання;

• більша гнучкість у плані підбору оптимальних умов і коректування технологічних параметрів;

• висока мобільність систем, завдяки, відсутності жорстких зв'язків, що дозволяє організовувати гнучкі системи;

Недоліками періодичних систем є:

• фактичні простої під час завантаження, вивантаження й підготовки до наступного циклу;

• низький коефіцієнт використання устаткування, тобто мала продуктивність;

• у зв'язку з нестаціонарністю інтенсивні параметри процесів міняються за складними законами, що утрудняє їхню автоматизацію й приводить до великої кількості ручної праці;

• висока часка ручної роботи, відносно високий відсоток в собівартості затрат на оплату праці.

Із властивостей періодичних систем виникають області їхнього застосування. Це, насамперед, малотоннажні виробництва і системи зі змінними асортиментами продуктів. Слабо освоєні та нові виробництва також на першому етапі організуються по періодичному варіанті, у тому числі на стадії дослідно-промислової перевірки методу, так само, як і процеси, що вимагають тонкого регулювання якості продуктів: біохімічні, фармацевтичні виробництва; коксохімічні батареї.

Періодичний процес доцільний у тому випадку, якщо швидкість основного перетворення мала, отже, час для його проведення великий. Тоді тривалість процесів завантаження, вивантаження й підготовки до наступного циклу не дуже помітно відбивається на продуктивності системи. Подібна ситуація часто спостерігається в деяких біотехнологічних процесах.

Безперервні ХТС характеризуються безперервною подачею реагентів, безперервним транспортом проміжних реагентів усередині системи й безперервною видачею продукту. Найбільш характерним варіантом безперервних процесів є стаціонарний режим, коли величини потоків постійні й не залежать від часу (рис.1.13). Можливість тривалої підтримки стаціонарного стану у всіх елементах є основною перевагою безперервних ХТС. Це забезпечує максимальну продуктивність системи при мінімальних витратах на автоматизацію.

Основними перевагами безперервного виробництва є:

• більші кількості продукту з одиниці об'єму апарата;

• виключення втрат теплоти на періодичні процеси нагрівання;

• більша однорідність продукту;

• простота контролю й автоматизації;

• мала кількість неавтоматизованої праці, малий відсоток затрат на оплату праці в собівартості.

До основних недоліків слід віднести:

• Складність розробки, налагодження і запуску, використання нестандартного обладнання;

• Дуже великі капітальні затрати;

• Мала гнучкість виробництва, практично неможливість переорієнтації на випуск іншого продукту;

Б езперервно-циклічними називають ХТС, у яких постійні в часі входи й виходи потоків у системі, а також її структура в цілому. Циклічно змінюються в часі лише перемінні в деяких її підсистемах і структура цих підсистем. Прикладом можуть служити абсорбційні установки, у яких установлюються два послідовних абсорбери. У першому циклі абсорбція протікає в першому абсорбері, у те час, як другий абсорбер регенерується; у другому циклі перший абсорбер ставиться на регенерацію, а абсорбція проводиться в відрегенерованому другому абсорбері. Таким чином, кожен абсорбер працює періодично, а система в цілому - безперервно.

У безперервно-циклічному режимі можуть бути організовані й виробництва хімічних продуктів. Прикладом може служити процес одержання бутадієну одностадійним дегідруванням бутану (процес Гудри).

Гнучкі ХТС. Потреба в організації гнучких ХТС з'явилася у зв'язку з безперервним ростом кількості нових функціональных хімічних продуктів (вироблених, як правило, у невеликих масштабах) при одночасному збільшенні «часу життя» устаткування на базі сучасного рівня технічного прогресу. Знижувати ресурси устаткування не мало змісту, необхідно було його універсально використати.

Найбільше поширення гнучкі системи одержали в малотоннажної хімії, що у цей час поєднує виробництва величезного числа продуктів і матеріалів (кілька десятків тисяч). Це - хімічні реактиви, лакофарбові матеріали, хіміко-фармацевтичні препарати, пестициди, сорбенти, каталізатори, інгібітори, присадки, стабілізатори й ін. Приклад цеху з гнучкою схемою виробництва приведено на фотографії рис. 1.14. Зрозуміло, що швидке і гнучке перементування апаратури в нові установки вимагає особливого виконання обладнання – модульного. Фотографії реакторів виготовлених в модульному виконанні приведені на рис.1.15.

Особливістю «малої» хімії є швидке задоволення потреби у високоякісних продуктах складного складу в порівняно невеликих кількостях.

Гнучкою називається технологічна система, здатна швидко перебудовуватися необхідним чином в умовах внутрішніх і зовнішніх збурювань. У цьому випадку мова йде не про стійкість систем у зв'язку з випадковими змінами параметрів, а про цілеспрямовану зміну вхідних (сировина, енергія) і вихідних (продукт) потоків при відповідній зміні внутрішньосистемних параметрів. Чим ширший припустимий діапазон змін, тим більш гнучкою вважається система. Гнучкі ХТС можуть функціонувати як у періодичному, так й у безперервному режимах. При цьому ХТС, поряд з мінімальною конструкційною надлишковістю (по апаратах, комунікаціях, арматурах) повинна забезпечувати функціональну надлишковістю.При розробці структури гнучких систем здійснюється блочно-модулъный підхід: кожен модуль призначається для здійснення відповідного процесу. До складу модуля входять не тільки основні, але й допоміжні елементи, а з модулів, що представляють собою відповідну підсистему, формується гнучка, періодична ХТС. Між модулями не існує жорстких зв'язків. Вони легко трансформуються, що сприяє організації гнучкої системи. Вона може мати усталену структуру, коли за допомогою тих самих модулів одержують близькі по властивостях і способах одержання продукти (наприклад, солі в технології реактивів), або елементи модулів залишаються ті ж самі, а зв'язки між ними міняються шляхом перемикання комунікацій. Оскільки гнучкі ХТС спрощують процес розширення асортиментів продуктів, їхня розробка особливо актуальна в умовах ринкових відносин. Наприклад, у цей час розроблена гнучка технологія виробництва деяких видів добрив, розробляються системи виробництва метанолу й аміаку в єдиній ХТС.

Рис.1.15. Фотографії реакторів з змонтованим обладнанням які використовуються в гнучких ГТС.