Материал: основы проектирования хим произв дворецкий
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХТС |
261 |
|
|
мических веществ. Так как обработка проводится в одном аппарате, гарантируется высокая чистота производимого продукта. Разработаны комбинированные технологические аппараты, в которых совмещены процессы фильтрования суспензии и сушки осадка.
Упорядоченная последовательность технологических процессов производства одного или нескольких целевых или промежуточных продуктов и множество технологических аппаратов с системой материальных и энергетических связей между ними, необходимое и достаточное для производства этих продуктов, образуют ХТС. По режиму функционирования различают ХТС периодического действия, непрерывного действия, а также смешанного (комбинированного) типа, когда в пределах одной ХТС содержатся аппараты периодического и непрерывного или периодического и полунепрерывного действия.
Традиционно принято считать непрерывные процессы более прогрессивными, главным образом, потому, что они более производительны. Действительно, периодическому способу организации технологических процессов свойственны такие недостатки, как большое число вспомогательных операций, низкий коэффициент использования основного оборудования, обусловленный несогласованностью функционирования взаимодействующих аппаратурных стадий ХТС. Однако периодические процессы имеют и преимущества перед непрерывными:
−относительная независимость отдельных технологических стадий, их пространственная и временная обособленность;
−осуществление в технологических аппаратах процессов в течение заданного времени, что обеспечивает высокое качество продукции;
−возможность промежуточной, постадийной корректировки технологических параметров и, следовательно, возможность управления качеством промежуточных продуктов;
−инвариантность технологических стадий относительно аппаратурного оформления, заключающаяся в возможности реализации данной стадии в аппаратах различных типов, отличающихся конструктивно, и использования одного и того же аппарата для осуществления разных стадий процесса;
−отсутствие «жестких» материальных и энергетических связей между отдельными аппаратурными стадиями;
−относительная простота проектирования и эксплуатации ХТС периодического действия.
Такие свойства, как обособленность аппаратурных стадий, их инвариантность относительно аппаратурного оформления и отсутствие «жестких» связей между стадиями, присущие ХТС периодического действия, являются предпосылками для организации химического производства по принципу гибких автоматизированных производственных систем.
ХТС периодического действия можно классифицировать по следующим основным признакам: характер ассортимента, число продуктов, число аппаратур-
262 Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
ных стадий, тип технологической структуры, способ производства продуктов, временной режим работы оборудования, характер технологического маршрута, сложность аппаратурного оформления стадии.
По числу продуктов ХТС делятся на однопродуктовые, называемые также индивидуальными, и многопродуктовые, а по числу стадий – на одностадийные и многостадийные.
Многопродуктовые ХТС, в свою очередь, делятся на совмещенные (с жесткой структурой) и гибкие, в которых технологические маршруты совпадают не полностью, и переход от выпуска одного продукта к выпуску другого продукта сопровождается изменением структуры ХТС.
Любая ХТС состоит из трех основных частей: технологических процессов, аппаратурного оформления и ассортимента выпускаемой продукции (рис. 8.2).
На рисунке 8.2 цифрами обозначены взаимосвязи между структурными составляющими и задачи, которые необходимо решить [42]:
1)подобрать аппаратурное оформление для реализации технологических процессов;
2)разместить на выбранном наборе оборудования технологию (технологические процессы) производства;
3)в соответствии с технологическим регламентом производства выпустить заданный ассортимент продукции в определенном количестве;
4)для производства заданного ассортимента продукции подобрать или разработать новые технологические процессы получения этих продуктов;
5)на выбранном наборе технологического оборудования организовать выпуск заданного ассортимента продукции;
6)подобрать или сконструировать технологическое оборудование для выпуска заданного ассортимента продукции.
Классификация ХТС и ее структурные составляющие представлены на рис. 8.3.
Технологические |
|
|
1 |
|
Аппаратурное |
|
|
|
|
|
|||
процессы |
|
|
|
|
оформление |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
4 |
5 |
6 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продукция |
|
|
|
|
|
|
(ассортимент) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 8.2. Структурная схема ХТС
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХТС |
263 |
|
|
Рис. 8.3. Классификация ХТС
264 Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Промышленная ХТС непрерывного действия характеризуются тем, что в любой момент времени все переменные состояния системы и связи между технологическими процессами фиксированы.
Вотличие от непрерывных ХТС, при периодическом способе организации производства (рис. 8.4) переменные состояния ХТС изменяются во времени.
Вдискретные моменты времени (τ1, τ2 , τ3...) в ХТС протекает определен-
ный процесс:
τ1 : загрузка реакционной массы в аппарат R1, а аппараты R2 и R3 не работают;
τ2 : выгрузка реакционной массы в R2 или в емкость E1, аппарат R3 не работает;
τ3 : аппарат R1 не работает и находится как в режиме ожидания следующей партии загрузки реакционной массы, так и в режиме промывки и переналадки для выпуска другого продукта, в аппарате R2 осуществляется технологический процесс, в емкости E1 может находиться реакционная масса, которая будет передаваться в аппарат R3 в последующий момент времени.
Факторами, определяющими организацию выпуска многоассортиментной продукции ХТС периодического действия, являются:
1)устойчивость ассортимента выпускаемой продукции к неопределенному
спросу;
2)подобие технологических стадий выпуска продукции и их аппаратурного оформления;
3)близкие количества (производительности ХТС) выпускаемой продукции;
4)возможность использования многофункционального оборудования;
5)частота обновления ассортимента выпускаемой продукции;
6)надежность технологического оборудования многоассортиментной ХТС. Одностадийная ХТС – это последовательность типовых технологических опе-
раций, объединенных единым циклом функционирования, предназначенная для преобразования исходного сырья или полупродукта в промежуточный продукт.
τ1 |
|
τ2 |
|
τ3 |
|
||
R1 |
R2 |
R3 |
|||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
E1 |
E2 |
Рис. 8.4. ХТС периодического действия:
R1, R2, R3 – аппараты периодического действия; Е1, Е2 – промежуточные емкости
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХТС |
265 |
|
|
Многостадийная ХТС – это множество химико-технологических стадий, объединенных единой целью функционирования для получения из сырья готовой продукции. Отдельная технологическая стадия реализуется на отдельном оборудовании.
Схема химико-технологического производства – совокупность взаимосвя-
занных технологическими потоками и действующих как единое целое машин и аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность технологических операций (подготовка сырья, собственно химическое превращение и выделение целевых продуктов).
Индивидуальная схема химико-технологического производства ориентиро-
вана на выпуск только одного продукта.
Совмещенная схема химико-технологического производства позволяет на одном и том же оборудовании выпускать ассортимент продуктов. Она характеризуется неизменностью технологической структуры. Совмещенная схема состоит из множества технологических стадий, предназначенных для выпуска ассортимента продукции последовательно. Разрабатывается эта схема на основе многофункционального оборудования модульного типа, т.е. каждый аппарат или модуль предназначен для реализации отдельной технологической стадии, маршруты выпуска ассортимента продукции совпадают полностью или частично.
Другим вариантом организации технологической структуры в многопродуктовых ХТС являются гибкие ХТС. Гибкая ХТС имеет переменную технологическую структуру. Гибкие ХТС предназначены для выпуска широкого ассортимента продукции на одном и том же оборудовании. Как правило, такое производство имеет избыточное оборудование, которое используется лишь при выпуске некоторых продуктов. Наличие свободного оборудования позволяет организовать одновременный выпуск нескольких продуктов заданного ассортимента.
Гибкость – способность ХТС сохранять свою работоспособность при случайном изменении внешних и внутренних неопределенных параметров.
Гибкая ХТС – многостадийная схема химико-технологического производства, ориентированная на производство множества целевых или промежуточных продуктов, имеющая перенастраиваемую технологическую структуру.
Аппаратурный модуль гибкой ХТС – конструктивно законченная аппаратурная единица, состоящая из основного и вспомогательного оборудования и системы трубопроводов, предназначенная для реализации одной или нескольких многостадийных ХТС.
Гибкая автоматизированная производственная система (ГАПС) в химической технологии – это интегрированная производственная система, ориентированная на выпуск многоассортиментной продукции. Она строится на основе многофункционального технологического оборудования, средств транспорта и системы автоматизированных складов. ГАПС способна при минимальных затратах труда и материальных ресурсов адаптироваться к изменению ассортимента про-