4.1. Оптимальное соотношение числа аппаратов и их объемов. Технологические схемы и реакторы периодического действия (рпд)

Известно, что соотношение объема единичного аппарата (V_а) и числа этих аппаратов (N) при заданной мощности имеет обратно пропорциональную зависимость, т.е. снижение объема единичного аппарата приводит к увеличению их числа. При расчете и выборе оптимального соотношения V_а и N основным критерием является мощность (годовой объем) производства, при этом должны учитываться вопросы безопасной работы технологической схемы в целом и удобства эксплуатации каждого аппарата.

Обычно вопрос увеличения мощности производства решается путем увеличения емкостей единичных реакторов при сохранении или даже снижении числа аппаратов, выполняющих одни и те же технологические функции. Чаще всего такой подход диктуется технико-экономическими критериями оптимизации технологической схемы, а именно:

- снижением объема капитальных затрат (один аппарат на 1000 л, как правило, дешевле, чем два аппарата по 500 л) и соответственно снижением амортизационных отчислений;

- снижением общих энергозатрат (удельные энергозатраты увеличиваются с увеличением единиц оборудования);

- снижением трудозатрат (увеличение единиц оборудования связано с увеличением численности персонала).

Однако при увеличении объемов единичных реакторов следует учитывать возможность появления следующих отрицательных факторов:

- в крупных емкостных реакторах ухудшаются условия массо- и теплообмена;

- крупногабаритные установки затрудняют работы по их обслуживанию и требуют более серьезных мероприятий по безопасности их эксплуатации;

- могут возникать проблемы с размещением объемной аппаратуры в производственных помещениях.

Таким образом, задача оптимизации соотношения числа аппаратов и их объемов требует комплексного ее решения с учетом указанных выше факторов. С этой целью осуществляют серию технологических расчетов с различным соотношением V_а / N и проводят технико-экономический анализ каждого варианта, решая задачу минимизации суммарных капитальных затрат и эксплуатационных расходов при максимальной производительности отдельных аппаратов (установок) и технологической схемы в целом. При этом предпочтение должно отдаваться варианту, обеспечивающему максимальную безопасность технологического процесса и для обслуживающего персонала, и для окружающей среды.

Схемы и установки непрерывного действия (рнд). Оптимизация каскада рпс

При оптимизации соотношения числа аппаратов (N) и их объемов (V_а) для каскада емкостных реакторов (модели РПС) могут решаться следующие задачи:

1. Увеличение КПД РПС (_РПС) путем увеличения числа аппаратов (N) в каскаде. При заданных параметрах мощности (производительности) установки (G_пр) и выхода целевого продукта (Х), т.е. при G_пр = сonst и Х = сonst увеличение числа единичных реакторов в каскаде приведет к снижению объемов единичных реакторов (V_1РПС ) и к повышению коэффициента полезного действия РПС, т.е. приближению режима его работы к реактору полного вытеснения (РПВ). Вопросы оптимизации соотношения V_а / N в этом случае решаются аналогично приведенной выше оптимизации РПД.

По практическим данным, обычно число аппаратов в каскаде составляет от 2 до 4 (2  N  4). Дальнейшее увеличение числа аппаратов, как правило, приводит к опережающему увеличению суммарных затрат при снижении прироста эффективности работы РПС.

2. Повышение степени конверсии или выхода целевого продукта (Х). Если принять условия G_пр = сonst и V_а = сonst (мощность производства и объем единичного реактора в каскаде остаются неизменными), то увеличение числа аппаратов в каскаде (N) приведет к повышению выхода целевого продукта продуктов реакции (Х) и, как следствие, к сокращению расходных коэффициентов сырья. Но аналогично указанному выше варианту увеличение числа аппаратов свыше 4–5 становится неэффективным, т. к. рост затрат и в этом случае будет опережать прирост прибыли, получаемой за счет снижения удельного расхода сырья.

3.Увеличение мощности (производительности) каскада РПС при заданной степени конверсии или выхода целевого продукта (Х = сonst) и неизменном объеме единичного реактора РПС (V_а = сonst) достигается увеличением числа аппаратов в каскаде (N  G_пр). Однако этим приемом пользуются лишь в тех случаях, когда требуемое увеличение мощности не превышает 20–30 % (для этого обычно требуется установить в каскаде дополнительно 1–2 аппарата). Значительное увеличение мощности каскада РПС решается чаще всего путем увеличения объемов единичного реактора РПС (V_1РПС) при сохранении их числа (N = сonst).