50. Химико-технологические системы (хтс). Основные определение.

ХТС – сумма стадий, обеспечивающая переработку сырья в конечные продукты. Система включает несколько реакторов, назначение которых разное. Реакторы могут в отдельности работать в оптимальных условиях, но вся система не будет работать в этих условиях.

Система аппаратов с различным функциональным назначением взаимосвязанных материальными и энергетическими потоками м действующая как единое целое с целью выпуска товарной продукции называется ХТС. Число аппаратов, последовательность их участия в производственном процессе, направления материальных и тепловых потоков между аппаратами характеризует структуру ХТС. Структуру ХТС образуют входящие в ее состав элементы и связи между ними. Элементами ХТС называются отдельные аппараты. Связи между элементами выступают в виде трубопроводов, по которым передаются материальные и тепловые потоки. Технологический и математический смысл каждого элемента: Каждый элемент выполняет определенные функции по преобразованию входящих в него потоков. Следовательно, каждый элемент необходимо рассматривать как преобразователь (технологический оператор) качественно, количественно (или и то и другое) преобразующий параметры входных потоков (у1,у2…) в физические параметры выходных и энергетических потоков(z1,z2…).

У1

У2 z1

Математически в общем виде технологический оператор можно представить в виде Y=F(X,), где Y- это обобщённая характеристика (вектор) параметров выходных технологических потоков; Х- это обобщённая характеристика (вектор) параметров входных технологических потоков; - обобщённая характеристика конструкционных и технологических параметров аппарата ( объём, поверхности теплообмена, флегмовое число). Параметрами состояния технологических потоков являются: расходы , Т,С, Р. Величина, равная числу параметров технологического потока, называют параметричностью потока. Конструкционные и технологические параметры элементов ХТС позволяют управлять процессом. Поэтому «» называют также вектором управляющих параметров (вектор управления).Связи между аппаратами внутри ХТС называют внутренними связями, связи между аппаратами различных ХТС и с внешней средой называют внешними связями. Улучшение показателей работы ХТС можно достичь следующими способами:

1. путем изменения технологических связей между существующими в системе технол.операторами;

2. путем улучшения функционирования основных элементов ХТС

3. введением в ХТС дополнит.операторов или образованием новых внешних связей.

51. Моделирование химика-технологической системы

Проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышленному производству при проектировании последнего решается методом моделирования. Моделированием называется метод исследования объектов различной природы на их аналогах (моделях) с целью определения и уточнения характеристик вновь создаваемых объектов и процессов. Моделирование включает следующие стадии: создание модели, Исследование модели, масштабный перенос результатов исследования модели на оригинал.

В химическом производстве оригинал представляет производственный химико-технологический процесс с большим количеством связей между многочисленными элементами. Эти; связи реализуются на различных уровнях химико-технческой системы, поэтому модель для ХТС строится также как 1 иерархическая структура путем последовательного описания каждого из уровней системы.

Существующие методы моделирования химико-технологических процессов делятся на три группы.

1. Эмпирическое моделирование, при котором производство создается на основе лабораторных экспериментальных данных с последующей доработкой химико-технологического процесса в укрупненных лабораторных и, наконец, заводских условиях. При эмпирическом моделировании моделями являются, последовательно, лабораторная установка, опытное производство, полузаводское производство 2. Физическое моделирование, основанное на использовании принципа подобия. Принцип подобия позволяет путем использования набора безразмерных критериев выделить из определенного класса явлений группу взаимно подобных явлений. Эти критерии связывают различные параметры процессов, протекающих как в лабораторных, так и в производственных условиях. Процессы (явления) считаются подобными, если равны их критерии, то есть все характеризующие их величины (пара метры) находятся в одинаковых взаимных отношениях.

Следовательно, условием подобия лабораторного и производственного процессов в этом случае является их равенство.

При этом становится возможным количественное перенесение результатов лабораторного эксперимента (модели) на производственный процесс (оригинал). Очевидно, что при экспериментальном и физическом методах моделирования модель и оригинал физически идентичны.

З. Математическое моделирование — наиболее эффективный метод. При математическом моделировании вместо физических вещественных объектов используются математические величины и функциональные зависимости, а сама модель выражена в форме математических уравнений. Сущность математического моделирования заключена в математической интерпретации процесса переработки. Математическое моделирование стало возможным при:

— математизации научных знаний, в частности, количественного описания закономерностей химико-технологического процесса;

— внедрении в практику исследования процессов и явлений быстродействующих электронно-вычислительных машин (ЭВМ) и компьютеров.

Математическое моделирование позволяет исследовать объект (оригинал), не поддающийся или трудно поддающийся моделированию, например, в условиях невесомости, объекты

микромира, процессы, протекающие в экстремальных условиях и при многофакторном воздействии на них, к числу которых относится и химико-технологический процесс. При математическом моделировании ЭВМ играет роль материальной модели, на которой, изменяя параметры математической модели, находят оптимальное решение поставленной задачи (вычислительный эксперимент).

М етод математического моделирования используется при исследовании, проектировании и создании новых химических производств, перестройке существующих ХТП, расчетах материального и энергетического балансов химического производства.