1.10. Методы химической технологии

1.10.1. Методические основы химической технологии как науки

Созданию любой технологии предшествуют исследовательские работы, которые дают возможность разработать способ получения определенного вещества, изучить теоретические закономерности процесса, определить его оптимальные параметры на небольших лабораторных установках. Дальше возникает проблема реализации процесса в промышленности. Собранная до этого информация о процессе чаще всего является недостаточной для разработки проекта промышленной установки, поскольку единичные стадии процесса по-разному реализуются в лабораторных и промышленных условиях. Кроме того, промышленная установка должна иметь разнообразное оборудование, которое не применяется в лабораторной практике, поскольку производство требует хранения и транспортировки больших масс веществ и передачу больших количеств энергии. Очевидно, что для правильного проектирования промышленной установки следует постепенно исследовать процесс на промежуточных установках в возрастающем масштабе и, кроме экспериментов, выполнять проектные расчеты и экономически оценивать процесс. Преимущественно испытание технологии между лабораторной и промышленной установками осуществляют на увеличенной лабораторной, полупромышленной и опытно-промышленной установках. Чем более сложнее процесс, тем подробнее

36

должны быть "шаги" к внедрению его в производство. Преимуществом этого испытанного практикой метода является получение надежных и полных данных для проектирования промышленного производства, недостатками - большая продолжительность экспериментальных и проектных работ и высокая стоимость внедрения процесса в производство. Большая продолжительность доведения технологии к ее внедрению по этому методу всегда создает опасность, что во время внедрения уже отпадет острая потребность именно в этом химическом продукте или же самая технология, которая внедряется, уже устареет.

В современных условиях быстрого развития химической технологии возникает насущная необходимость быстрого доведения разработанного процесса к промышленному внедрению. При этом обычно стремятся резко сократить количество вышеупомянутых промежуточных этапов.

Многие отдельные стадии технологического процесса (измельчение, теплообмен, ректификация, фильтрование и т.п.) изучены настолько полно, что на основании лабораторных исследований можно без особого риска сразу же рассчитывать промышленные аппараты, при этом отпадает необходимость исследовать эти стадии процесса на увеличенной лабораторной и полупромышленной установках. Другие же стадии (в частности, гетерогенные химические процессы) требуют для своего проектирования изучения их на всех промежуточных установках.

Идеальным было бы такое проектирование, по которому можно было бы реализовать промышленное производство, используя данные лишь лабораторных исследований. Для решения этой задачи в последнее время успешно используют два основных метода химической технологии - моделирование и системный анализ.

1.10.2. Понятие о модели и моделировании

Моделирование химико-технологических процессов осуществляется во время их исследования, на стадии проектирования новых производств и для определения оптимальных параметров технологического режима действующих аппаратов. Оно создает возможность перехода от исследовательской работы к проектной, от лабораторных исследований к реализации процесса в производственных условиях.

Моделирование состоит в изучении процессов на моделях для предусмотрения результатов их хода в аппаратах этой же конструкции но любых размеров. Исследуя закономерности процесса на модели, определяют параметры и показатели этого же процесса, но в реальных промышленных условиях.

37

Моделью может служить математическое описание конкретного производства или его стадии, т.е. система математических уравнений, решением которой находят нужные величины. Моделью могут служить также аппараты небольших размеров, например, лабораторная установка или отдельный лабораторный реактор. Итак, различают модель и объект моделирования, т.е. аппарат этой самой конструкции, но больших размеров, или целое производство.

Применяются разные методы моделирования химико-технологических процессов и аппаратов, их ориентировочно можно разделить на три типа, а именно;

1. математическое моделирование;

2. физическое моделирование;

3)моделирование методом масштабного перехода на основании определенных част­ных соотношений (масштабирование).