Материал: основы проектирования хим произв дворецкий

276Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

−размер партии каждого продукта – масса партии, прошедшей все стадии переработки, wi, i =1, I.

Эти характеристики связаны между собой соотношением

где Qi − объем выпуска i-го продукта; Ti − продолжительность его выпуска; τij – продолжительность реализации стадии j переработки партии i-го продукта.

Проанализируем влияние различных вариантов организации совместной работы оборудования соседних стадий и способов переработки партий продуктов на стадиях с основными аппаратами различных типов на значения длительностей циклов.

Значения Тцi для продуктов ХТС определяются независимо, поэтому дальнейшие рассуждения проводим для системы, выпускающей единственный продукт. Предположим также, что структура материальных потоков ХТС линейна, т.е. стадии выпуска продукта реализуются последовательно и их число совпадает с числом J аппаратурных модулей системы.

Если циклы переработки партий продукта перекрываются, т.е. процесс синтеза следующей партии начинается до окончания выпуска предыдущей, то минимальная продолжительность промежутка между выпуском двух партий продукта

где θj – минимально возможный промежуток времени между моментами окон-

чания переработки аппаратами стадии j ХТС двух следующих одна за другой партий продукта.

Значения θj зависят от продолжительности реализации стадии τj, числа Nj

основных аппаратурных модулей, входящих в состав аппаратурного оформления ХТС, и способа переработки партий продукта с помощью этих аппаратов. Про-

должительность реализации стадий выпуска продукта τ j , j =1, J складывается

из продолжительностей элементарных операций переработки партии продукта. Чаще всего это операции загрузки, физико-химических превращений (гомогенизация, химические реакции, выделение целевых продуктов, в том числе фильтра-

ция и сушка), выгрузки и очистки аппарата, т.е. τj = τlj + τ0j + τuj + τcj, где τlj, τ0j, τuj, τcj – соответственно длительности операций загрузки, физико-химических

превращений, выгрузки и очистки при переработке на стадии j ХТС одной партии сырья или промежуточных продуктов.

Значения длительностей операций для всех стадий синтеза продукта приводятся в технологическом регламенте его выпуска (раздел «Нормы технологического режима»). Длительность операций очистки, как правило, нормируется

взависимости от типа, размеров аппарата и вида реализуемых в нем процессов. Порядок определения длительности физико-химических превращений, загрузки и выгрузки зависит от типа основных аппаратурных модулей рассматриваемой ХТС.

Если основным оборудованием стадий ХТС являются емкостные аппараты периодического действия с перемешивающими устройствами, то физикохимические превращения обычно осуществляются при интенсивном перемешивании, поэтому их длительности практически не зависят от количества перерабатываемой массы и определяются экспериментально или в результате исследований математических моделей соответствующих процессов. Длительности операций загрузки и выгрузки, напротив, прямо зависят от количества перемещаемой массы, способа ее транспортировки, расположения аппаратурных модулей стадий ХТС друг относительно друга. Этап компоновки технологического оборудования выполняется по окончании определения аппаратурного определения ХТС, поэтому длительности операций загрузки и выгрузки емкостных аппаратов в расчетах оборудования ХТС многоассортиментных химических производств считаются постоянными (вначале принимаются с запасом, а затем уточняются

входе компоновки оборудования и трассировки технологических трубопроводов). Длительности реализации стадий фильтрации и сушки определяются разме-

ром партии продукта, удельной производительностью aj основных аппаратов стадии (средней производительностью за цикл работы фильтра или сушилки в м3/(м2 ·ч), кг/(м2 ·ч), кг/(м3 ·ч)) и определяющим геометрическим размером аппаратов Xj (рабочим объемом или поверхностью):

где gj − основной материальный индекс стадии (результат пересчета материального баланса процесса синтеза продукта на 1 т): массовый mj (кг/т) или объемный vj (м3/т). Для аппаратов периодического действия значение τj представляет собой суммарную продолжительность всех операций стадии j выпуска продукта, например для фильтров – сумму длительностей собственно фильтрования, промывки, осушки осадка и вспомогательных операций (загрузки, выгрузки, очистки). В аппаратах непрерывного действия все операции осуществляются одновременно, поэтому значение τj для них – это длительность фильтрования плюс продолжительность подготовки к переработке следующей партии (останова, осмотра и пуска).

Определение значений τj для стадий, оснащаемых рамными и камерными фильтр-прессами в случае, когда целью фильтрования является выделение твердой фазы суспензии, а также сушилками периодического действия (например, роторными вакуумными), требует дополнительной информации о процессе. Необходимая рабочая поверхность фильтр-пресса зависит от объема получаемого осадка и толщины его слоя δj (половина глубины рамы или камеры):

278 Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

через массовый материальный индекс и удельную производительность фильтра по осадку в кг/м2 ч:

т.е. величина τj в данном случае не зависит ни от рабочей поверхности фильтрпресса, ни от размера партии продукта.

Рабочий объем роторной вакуумной сушилки Vj зависит от объема получаемого сухого продукта и коэффициента ее заполнения ϕj , который не может

тельность реализации стадии сушки партии продукта определяется массой испаренной влаги на 1 т продукта, рабочей поверхностью сушилки Fj и ее удельной производительностью по влаге в кг/м2 ч, следовательно:

В зависимости от типа основных аппаратов соседних стадий ХТС и режима их работы операции загрузки и выгрузки могут быть разделены во времени с операцией «физико-химические превращения» (например, загрузка партии сырья и выгрузка партии полупродукта из емкостного аппарата, загрузка партии суспензии и выгрузка пасты из нутч-фильтра), а могут и совмещаться с ней (например, загрузка суспензии и выгрузка фильтрата из фильтр-пресса при очистном фильтровании, подача суспензии и выгрузка сухого продукта из распылительной сушилки). В последнем случае значения τlj и τuj предварительно не включаются в τj, а определяются в процессе выбора аппаратурного оформления ХТС.

Возможные варианты организации совместной работы стадий ХТС, оснащенных фильтрами и емкостными аппаратами с перемешивающими устройствами иллюстрирует рис. 8.9, а [43].

Для варианта, показанного на рис. 8.9, б, измененияо первоначально заданных

значений τ j −1 = τoj −1 и τ j +1 = τoj +1 вызваны следующими обстоятельствами:

1. Аппараты стадии j − 1 используются для подачи суспензии на фильтр и, как правило, не освобождаются до окончания операции фильтрования. Исключение составляет случай передачи до начала фильтрования всей суспензии из емкостного аппарата в емкостной фильтр периодического действия – нутч-фильтр, листовой, патронный.

280Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

2.Если на стадии j установлены фильтры непрерывного действия, если разгрузка фильтра периодического действия не единовременна (друк-фильтр со сходящей тканью, ФПАКМ), если в аппараты стадии j + 1 подается фильтрат, то обработка продукта фильтрования в аппаратах стадии j + 1 не начнется до момента сбора в одном из них целой его партии.

Следовательно, для этого варианта τuj – 1 = τlj + 1 = τj hj и τj ±1 = τоj ±1 + τj hj , где

τоj ±1 – заданные (регламентные) длительности переработки партии продукта на

стадиях j ± 1 без учета длительностей загрузки и выгрузки; hj – доля основных операций (фильтрования, а также промывки в случаях, когда промывной фильтрат идет в дальнейшую переработку) от продолжительности цикла обработки одной партии суспензии на стадии j.

Вариант, показанный на рис. 8.9, в, предусматривает введение в ХТС дополнительных аппаратурных стадий, оснащаемых буферными емкостями: стадии i1 для подачи суспензии на фильтр и стадии i2 для приема фильтрата. Для этих ста-

дийτi = τio + τj hj , где τio – продолжительность транспорта партии суспензии в буферную емкость (τloi ) или партии фильтрата из буферной емкости (τuoi ), ко-

торая обычно принимается равной 0,5…1,5 ч. Нередко используются комбинированные варианты, когда, например, перед стадией фильтрования вводится буферная стадия, а для приема массы с фильтров используются основные аппараты следующей стадии.

Окончательно, считая, что нумерация стадий ХТС является сквозной, получим

где zj ± 1 – указатели необходимости коррекции длительностей переработки партии продукта на стадиях j ± 1 с учетом времени совместной работы их основных аппаратов с аппаратами стадии j: zj ± 1 = 1 – коррекция необходима, zj ± 1 = 0 – коррекция не нужна (вся партия суспензии выгружается из аппаратов стадии j – 1 до начала операции фильтрования или вся партия пасты загружается в аппараты стадии j + 1 после окончания ее промывки и осушки).

Аналогично может быть организована совместная работа емкостного оборудования с сушильным.

При непосредственном соединении стадий фильтрования и сушки возможны следующие варианты совместной работы их основных аппаратов (см. рис. 8.10):

а) стадии j – 1 и j оснащены аппаратами периодического действия, т.е. перегрузка партии пасты из фильтра (например, фильтр-пресса) в сушилку (например, роторную вакуумную) производится единовременно и продолжительность перегрузки заранее включается в τj – 1 и τj (значения aj – 1 и aj задаются для полных циклов работы аппаратов);