Способы изображения схем

Функциональная схема показывает технологические связи между основными подсистемами, каждая из которых выполняет какую-либо технологическую операцию. Подобная схема даёт обобщающее представление о функционировании системы в целом.

Технологическая схема ТСпоказывает тип и способы соединения элементов, последовательность технологических операций. Для этого в технологической схеме каждый элемент (аппарат, агрегат) имеет общепринятое изображение, регламентируемое ГОСТом. Технологические связи между ними изображаются стрелками. На ТС м.б. данные о веществах, участвующих в процессе и о параметрах процесса.

Структурная схемавкл-т элементы в виде блоков, имеющих входы и выходы. Она наглядно показывает технолог. связи между блоками, указывающие направление движения матер. и энергет. потоков системы и может применяться как исходная при состоянии математ. модели технолог. системы.

Операторная схема построена таким образом, что каждый элемент представляет собой совокупность технологических операторов или отдельных типовых технологических операторов. Технологический оператор ТС – элемент ТС, в котором происходит качественное или количественное преобразование физических параметров входных мат. и энергетических потоков в физически параметры выходных мат. и энергет. потоков, которые являются результатом протекающих в нём физических процессов. Например, изменение тем-ры, плотности, вязкости или других параметров при осуществлении в данном элементе химической реакции процессов массообмена, разделения, смешения и т.д. К основным относятся технологические операторы хим. превращения, массообмена, разделения, смешения. По ГОСТ основные технологические операторы изображаются в форме квадрата стороной 1 см.

Эти операторы обеспечивают целевое направление функционирования технолог.сис-м. Вспомогательные операторы отражают изображение процессов нагрева или охлаждения, сжатия или расширения, изменение агрегатного состояния (растворение, плавление, кристаллизация и т.д.), оказывают влияние только на энергет. и фазовые состояния системы. Вспомогательные операторы изображаются в форме круга с диаметром 5мм.

Операторная схема не только показывает взаимосвязь между отдельными элементами технологических систем, она даёт сведения о физ.-хим. сущности процессов, протекающих в системе.

Технологические связи

Между отдельными технолог. операторами технолог. систем существует определённое взаимодействие. Это взаимодействие обеспечивается наличием технологических связей между ними. Возникают следующие виды связей: последовательные, последовательно-обводные (бай-пасс), параллельные, обратные (рецикл), перекрёстные.

Последовательная технолог. связь имеет место в типичных схемах с открытой цепью. Характеризуется тем, что выходящий из элемента технолог. сис-мы поток полностью поступает в следующий элемент, т.е. является входящим для последующего аппарата.

 

 

При этом все технолог. потоки преобразуют в элементе 1 раз, т.е. не возвращаются в него. Если степень превращения в одном аппарате невелика, то для повышения её на степень хим. превращения, устанавливают последовательно несколько реакторов, суммарный объём которых равен:

.

или секционируют аппараты горизонтальными тарелками или решётками. В каждом из аппаратов происходит повышение степени превращения и растёт общая степень превращения:

В зависимости от стоимости сырья и себестоимости его переработки, с учетом минимизации отходов определяется необходимое число ступеней реактора или число последовательно установленных реакторов в батарее. Если объёмы каждого из установленных последовательно реакторов одинаковы, то число реакторов n:

где V – общий объём реактора; V_i – объём одного реактора; τ – время пребывания в реакторе; ξ – коэф-т запаса.

Бай-пасспредставляет собой технолог. сис-му, в которой операторы хим. превращения соединены последовательно. Сырьё разделяется на два потока. Один поток последовательно проходит через все ступени батареи или реактора. Второй смешивается с продуктами, выходящими из первой ступени и полученная смесь направляется в след. ступень. Подобная связь используется при проведении обратных экзотермических реакций в адиабатических реакторах.

Параллельные связи применяются в тех случаях, когда ставится задача повышения производительности и мощности технолог. сис-мы без повышения степени превращения и мощности отдельных реакторов. Использование многократных параллельных связей для этой цели м.б. определено по формуле:

 

 

Рецикл Заключаются в том, что имеется обратный технолог. поток, который связывает выходящий поток какого-либо последующего элемента технолог. сис-мы со входом одного из предыдущих элементов. В данной схеме обратным потоком (рециклом) является поток V_E, который выходит из оператора разделения и направляется в оператор смешения. Входящие в систему потоки V_А и выходящие V_D и внутренние технолог. потоки V_В и V_С, соединяющие между собой элем-ты сис-мы, образуют основные технолог. поток сис-мы.

 

 

Наличие рецикла обеспечивает многократное возвращение в один и тот же элемент сис-мы потоков реагентов, что создаёт условия более полного превращения сырья. При проведении сложных реакций различного порядка, наличие рецикла в некоторых случаях способствует повышению селективности. Рецикл позволяет использовать теплоту реакции для подогрев а исходных реагентов. Для характеристики обратных связей используют коэф-т отношения рециркуляции: и коэф-т циркуляции:

Перекрёстная технолог. связьосуществляется в основном с целью эффективного использования энергии технолог. сис-мы. Такие связи используются для утилизации отходящих газов или продуктов реакции для нагрева поступающего сырья. Наличие обратных связей приводи к образованию в технолог. сис-мах замкнутых контуров.

По этому признаку технолог. сис-мы подразделяются на разомкнутые и замкнутые. Разомкнутые технолог. сис-мы представляют собой сис-мы с открытой цепью, могут включать комбинации последовательных, параллельных байпассных технолог. связей между элементами сис-мы. В такой связи основные технические потоки проходят только 1 раз через основные элементы сис-мы. замкнутые технолог. сис-мы представляют собой циклич. сис-мы, которые содержат хотя бы одну обратную технолог. связь по потокам массы и энергии, которая образует замкнутый контур, состоящий из отдельных элементов сис-мы. При этом в технолог.сис-му могут быть включён не один, а несколько подобных замкнутых контуров. воды по разомкнутому циклу с обязательным загрязнением гидросферы.