5. Элемент хтс и его характеристики

Элемент ХТС– неделимая в проводимом рассмотрении часть ХТС. Другими словами это аппарат (совокупность их, или отдельная часть аппарата), в котором протекает химико-технологический процесс, качественно и (или) количественно преобразующий входные параметры материальных и энергетических потоков в их выходные параметры (рис. 5.1). Кроме входных и выходных параметров элемента различают конструктивные и технологические параметры. К конструктивным параметрам относятся: геометрические размеры аппарата; объем катализатора; число тарелок; площадь поверхности теплообмена и др. подобные. К технологическим параметрам относятся: константы скоростей химических реакций; флегмовое число; плотность орошения и др. подобные. Конструктивные и технологические параметры позволяют управлять процессом, поэтому их называют управляющими переменными, или просто управлениями.

Рис. 5. 1. Схема элемента ХТС как объекта исследования

Таким образом, каждый элемент ХТС подобно самой ХТС осуществляет преобразование, которое может быть представлено функциональной зависимостью

,

5.1

где и- векторы параметров выходных и входных потоков, соответственно;- вектор управлений.

Элемент ХТС является входным, если в него попадает поток, внешний по отношению к данной системе. Элемент ХТС является выходным, если он имеет выходной поток, который не подается ни в один из элементов системы. Все остальные элементы являются промежуточными.

Процессы, протекающие в аппаратах, представляют на схемах в виде типовых технологических операторов (ТО), которые подразделяют на основные и вспомогательные (рис. 5.2).

Рис. 5. 2. Классификация технологических операторов

Соединяя операторы технологическими связями можно строить различные структуры ХТС. Например, технологическая схема в производстве сульфата бария (рис. 5. 3) представленная ТО будет выглядеть в соответствии с рисунком 5.4.

Рис. 5. 3. Технологическая схема в производстве сульфата бария: 1, 2 – растворители для приготовления растворов хлорида бария и сульфата натрия; 3 – реактор; 4 – промыватель; 5 – центрифуга для отделения промывных вод; 6 – сушилка для сушки обезвоженного сульфата бария

Рис. 5. 4. Технологическая схема в производстве сульфата бария представленная ТО: 1, 2 – растворители BaCl₂и Na₂SO₄; 3, 4 – реактор; 5, 6 – промыватель; 7, 8 – центрифуга; 9-11 – сушилка

Входящие в ХТС аппараты могут выполнять одновременно функции нескольких ТО. Например, химический реактор может одновременно осуществлять функции элемента химического превращения и теплообмена. На схеме такие аппараты представляют в виде совокупности нескольких ТО (рис. 5.5).

Рис. 5. 5. Химический реактор как совокупность двух типовых ТО

6. Технологическая структура хтс

Для ХТС характерны следующие связи между элементами: последовательные, параллельные, последовательно-параллельные (байпасы) и обратные (рециркуляционные) (рис. 6.1).

Рис. 6. 1. Типы технологических связей: а – последовательная; б – параллельная; в – последовательно-параллельная; г – обратная

По особенностям технологической структуры ХТС подразделяют на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых ХТС технологические потоки проходят через любой элемент системы только один раз (рис. 6.1, а-в). В замкнутых ХТС имеется хотя бы одна обратная технологическая связь (рис. 6.1 г).