Химико-технологическая система

Показатели химико-технологического процесса
Эффективность протекания процесса оценивается по ряду технологических показателей. Глубину превращений исходного сырья характеризует степень превращения (степень конверсии)

где  - стехиометрические коэффициенты;
- начальное количество вещества А,  - текущее количество вещества А (к моменту для которого рассчитывается степень превращения),  - количество вещества А превратившегося в продукт к данному моменту  .
- степень превращения вещества А :

Отсюда при любой степени превращения можно рассчитать значения  . Аналогично можно рассчитать степень превращения и по любому другому веществу, например:  .
Если реакция протекает без изменения объема, то от количественного показателя можно перейти к концентрации, разделив числитель и знаменатель на объем:
.
Если реакция идет по нескольким направлениям, то необходимо знать выход продукта Е – это отношение количества исходного вещества превращенного в данный целевой продукт к первоначальному количеству исходного вещества.


для простой реакции  .
Интегральная (общая) селективность процесса (S) по продукту – это отношение количества исходного вещества, превращенного в конечный продукт, ко всему количеству превращенного реагента. Для реакции (2) :  . Количественная связь между S, E, X:  .
Дифференциальная селективность  - это отношение скорости превращения исходного вещества А в продукт R ( ) к общей скорости превращения А ( ):
.

Физико-химические закономерности превращений. Изучение стехиометрических, термодинамических и кинетических закономерностей позволяет при изучении химических процессов ответить на ряд вопросов: в каких соотношениях вступают во взаимодействие исходные реагенты; каков максимальный выход целевого продукта; какова скорость процесса; как влияют на ход процесса условия его проведения; как добиться, чтобы продукт получался с большим выходом при высокой скорости и наилучшего качества.

Химико-технологическая система (ХТС) многоассортиментного производства - это 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 этого продукта.
По режиму функционирования различают ХТС периодического действия, непрерывного действия, а также смешанного типа, когда в пределах одной ХТС содержатся аппараты периодического и непрерывного или периодического и полунепрерывного действия.
Наибольшее распространение в многоассортиментных производствах нашли системы, содержащие аппараты только периодического действия или оборудование 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 химико-технологической системы. Однако периодические процессы имеют и преимущества перед непрерывными:

• 
  относительная независимость отдельных технологических стадий, их пространственная и временная обособленность;
  
• 
  возможность промежуточной, постадийной корректировки технологических параметров, и, следовательно, возможность управления качеством промежуточных продуктов;
  
• 
  инвариантность технологических стадий относительно аппаратурного оформления, т.е. возможность реализации данной стадии в аппаратах разных типов, различающихся конструктивно, и использования одного и того же аппарата для разных стадий процесса;
  
• 
  отсутствие "жестких" материальных и энергетических связей между отдельными аппаратурными стадиями;
  
• 
  относительная простота проектирования и эксплуатации химико-технологических систем периодического действия.
  

Такие свойства, как обособленность аппаратурных стадий, инвариантность технологических стадий относительно аппаратурного оформления и отсутствие "жестких" связей между стадиями, присущие системам периодического действия, являются предпосылками для организации производства по принципу гибких автоматизированных производственных систем.
Замена периодических процессов непрерывными в производствах малотоннажной химии не всегда оказывается целесообразной, а иногда настолько трудно реализуется практически, что от нее приходится отказаться. Причиной устойчивой тенденции к сохранению периодического способа организации технологических процессов, кроме непостоянства ассортимента продукции, видов сырья и самих технологических процессов, являются также трудности технологического порядка и экономические соображения.
По числу продуктов системы периодического действия делятся на однопродуктовые, называемые также индивидуальными, и многопродуктовые, а по числу стадий - на одностадийные и многостадийные. Многопродуктовые системы, в свою очередь, делятся на совмещенные и гибкие.
Однопродуктовым (индивидуальным) ХТС соответствует единственный многостадийный технологический процесс, в результате которого может быть получен один или несколько целевых продуктов.
Многопродуктовые системы предназначены для выпуска множества последовательно или одновременно производимых продуктов.
Совмещенные ХТС ориентированы на множество последовательно реализуемых, различающихся между собой, многостадийных технологических процессов. Они характеризуются неизменностью технологической структуры.
Понятие структура ХТС обозначает систему связей между основными аппаратами ее аппаратурных стадий по материальным потокам. Рассмотрим классификацию технологических структур многоассортиментных производств. Жесткая структура характеризуется неизменными связями между аппаратурными стадиями, в том числе и при переходе на производство другого продукта. Частично гибкая структура характеризуется жесткими связями между аппаратурными стадиями, которые могут меняться при переходе на производство другого продукта. В случае гибкой структуры коммутация аппаратов может меняться как по окончании, так и во время выпуска каждого из продуктов.
ГХТС имеет переменную (перестраиваемую) технологическую структуру. При переходе с выпуска одного продукта на другой происходит изменение структуры схемы, т.е. для нового продукта технологический маршрут, в общем случае, изменяется. Свойство ГХТС изменять структуру в процессе функционирования носит название структурной гибкости. ГХТС может характеризоваться также свойством технологической гибкости, т.е. изменять в широком диапазоне режимные параметры: температуру, давление при производстве разнообразных продуктов ассортимента на одинаковом оборудовании. Свойством конструктивной гибкости обладают ХТС, имеющие в своем составе аппараты, конструкцию которых можно быстро изменять без значительных затрат труда.
Таким образом, гибкими химико-технологическими системами называются системы, обладающие в большей или меньшей степени свойствами структурной, технологической и конструктивной гибкости. Различают следующие типы технологической структуры: последовательная, параллельная, последовательно - параллельная, параллельно-последовательная, комбинированная, содержащая байпасы и рециклы (рис. 3).