Модели технологических систем

Технологическая система является моделью промышленного производства. Имеется две разновидности представления ТС: опи­сательная и графическая. Разберем это на примере химико-технологической системы (ХТС).

В описательной модели процесса приводятся химические реак­ции, последовательно протекающие при переработке сырья в це­левой продукт.

Пример. Производство аммиака из природного газа требует проведе­ния нескольких химических процессов:

СН₄ + Н₂0 = СО + ЗН₂ - Q (3.17)

конверсия метана водяным паром;

СО+ H₂0 = C0₂+ Н₂+ Q (3.18)

конверсия оксида углерода;

ЗН₂+ N₂ = 2 NH₃+ Q

синтез аммиака (см. реакцию (3.1)).

Расширенный вариант описательной модели, который назы­вается операционной моделью, включает описание основных и вспомогательных стадий (операций), которые обеспечивают про­текание технологического процесса.

Например, в операционной модели рассмотренный синтез аммиака должен быть представлен следующими стадиями:

1. очистка природного газа от сероводорода методом адсорб­ции на оксиде цинка:

H₂S + ZnO = ZnS + Н₂0; (3.19)

2. конверсия метана с водяным паром — реакция (3.17);

3. конверсия оксида углерода(П) водяным паром — реакция (3.18);

4. получение азота N₂ из воздуха. На современных заводах азот получают фракционным разделением воздуха или при взаимодей­ствии воздуха с природным газом с выходом дополнительного количества СО:

30₂ + 2СН₄ = 2СО + 4Н₂0; (3.20)

5. очистка полученного газа от оксида углерода(IV) в присут­ствии моноэтаноламина:

С0₂ + 2RNH₂ + Н₂0 = (RNH₃)₂C0₃; (3.21)

6. очистка полученного газа от остаточного количества оксида углерода(П) с превращением его в метан:

СО + ЗН₂ = СН₄ + Н₂0; (3.22)

7. после завершения очистки азото-водородной смеси прово­дят синтез аммиака по реакции (3.1).

Описательные схемы дают общее представление о производ­стве. Для более подробного его изучения используют графические модели.

Рассмотрим графические модели, которые будут использова­ны в дальнейшем.

Функциональная модель (схема) наглядно отражает основные ста­дии технологического процесса и их взаимосвязь (см. рис. 3.1). Каж­дая стадия представлена прямоугольником. Отдельные прямоуголь­ники соединены между собой прямыми линиями — связями.

Представление основных операций технологического процесса в виде функциональной схемы наглядно и удобно для изучения ТС. Схема дает общие представления о функционировании ТС и служит основой для аппаратурного оформления. Более подробно функциональные схемы будут рассмотрены в части III (см. рис. 5.22, 7.9, 9.10, 10.6, 11.6 и др.).

Технологическая модель (схема) показывает элементы системы, порядок их соединения и последовательность технологических операций. В технологической схеме каждый аппарат имеет обще­принятое изображение, соответствующее его внешнему виду. Связи обозначаются линиями со стрелками, иногда — в виде трубопро­водов. На технологической схеме могут быть приведены краткие данные о параметрах процесса. Примеры такого изображения тех­нологической схемы представлены на рис. 9.4, 11.11 и др.

Технологическая модель является более сложной по сравне­нию с функциональной моделью, поскольку получается в резуль­тате научной разработки выбранного способа производства, тех­нологической и конструктивной проработки отдельных стадий, узлов и аппаратов.

Технологические схемы используют при проектировании и эксплуатации производства. Они являются составной частью про­ектной и технической документации.