1. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА CHTS 1.1.Концепцията и връзката на CHTP и CHTS. XTS елемент.
Както знаете, всяко химическо производство е комбинация от голям брой устройства, в които протичат различни технологични процеси (CTP), свързани помежду си с потоци от суровини, продукти и енергийни носители. Тъй като химическото производство обработва определени суровини и произвежда специфични продукти, може да се заключи, че целият комплекс от взаимосвързани апарати и потоци работи в мащаба на обработката на суровините и производството на продукти като цяло, т.е. като система.
Съвкупност от взаимосвързани технологични потоци, работещи като единна единица, в която се извършва определена последователност от технологични операции за получаване на определен продукт, се нарича химико-технологична система (ХТС).
Трябва да се отбележи, че устройствата обикновено са доста сложни технологични системи, следователно те могат да се разглеждат и като CTS. Нека разгледаме тези опции на примера на колона за синтез на амоняк с три рафта, която е неразделна част от производството на амоняк (виж фиг. 1.1).
Фиг.1.1. Схеми на колоната за синтез на амоняк
а) Обща схема на колоната (апарата) за синтез на амоняк; b) Диаграма на оператора на колоната за синтез на амоняк
В един случай (фиг. 1.1, а) синтезната колона се разглежда като единична вертикална цилиндрична апаратура, в която азотно-водородната смес влиза през една разклонителна тръба, а преработеният газ излиза през другата. По този начин, ако не е необходимо да се вземат предвид процесите, протичащи вътре в колоната, тогава тя може да бъде изобразена като адиабатичен стехиометричен реактор с дадена степен на преобразуване. Ако е необходимо да се вземе предвид влиянието на процесите, протичащи вътре в колоната, например, за да се определинеобходимото количество катализатор по слоеве, активност на катализатора, необходима топлообменна повърхност и т.н., тогава е необходимо да се разгледа колоната, като се вземат предвид нейните елементи, които функционално влияят върху работата на апарата, например на ниво оператори на процеса (фиг. 1.1, b). В този случай той ще се състои от три слоя катализатор (поз. 141, 143 и 145), два топлообменника (поз. 133 и 139), два смесителя на потока (поз. 142 и 144) и разделител на потока (поз. 140).
По този начин, в зависимост от необходимостта, CTS може да се разглежда на всяко ниво на сложност на неговите елементи.
Елемент от XTS е част от XTS, която в определен смисъл е неделима.
Като по-сложен пример, нека разгледаме технологичната схема на производство на амоняк (фиг. 1.2 и фиг. 1.3).
Фиг.1.2. Функционална схема на производството на амоняк
Както може да се види на фиг.1.2, елементите на CTS на производството на амоняк са елементите, условно наричани CTS-1, CTS-2, CTS-3 и CTS-4, т.е. при конкретно разглеждане на CTS, няма нужда да ги детайлизираме. Иначе в конкретен план те са своеобразни "черни кутии", които изпълняват функциите по преобразуване на входните параметри в изходни. Ако е необходимо, всеки от тези елементи (или всички тези елементи) може да бъде детайлизиран. Например, Фигура 1.3 показва CTS на оператора XTS-1 в по-подробна операторна форма. При необходимост могат да се детайлизират и елементите на схемата, представена на фиг. 1.3.
Фигура 1.3. Операторска диаграма XTS-1
Така, най-общо казано, както самата технологична инсталация, така и всеки от нейните елементи (която също е технологична система, но на по-ниско йерархично ниво) могат да бъдат изобразени катосхема, показана на фиг.1.4.
Фиг.1.4. Принципна схема на елемент (подсистема) XTS
В този случай входните и изходните параметри на процеса (X,Y) включват параметрите на протичането на процеса: температура, поток, състав, налягане, топлина и т.н., управляващите параметри (U) – степента на отваряне на клапата, мощността на двигателя на компресора и т.н., параметрите на блока (K) – текущата активност на катализатора, активната повърхност на топлообменника и др. Тъй като входните и изходните технологични параметри характеризират потоците от материя и енергия, тогава както за режима на работа на цялата инсталация, така и за режима на работа на всеки от нейните елементи, е възможно да се съставят материални и енергийни баланси. По този начин изходните параметри на процеса ясно ще зависят от входните параметри на процеса, контролните параметри и параметрите на инсталацията:
В това уравнение функцията "f" характеризира протичащите процеси, които могат да бъдат показани с достатъчна степен на точност чрез набор от физични и химични закони на протичащите процеси и свързаните с тях промени в температурата, налягането, обема, концентрацията и др. в тези процеси. По този начин всеки елемент на CTS е вид подсистема, която също е елемент на CTS.
За да се класифицират елементите на CTS, се прилага йерархичен принцип. Обикновено има четири основни нива на йерархията на елементите (подсистемите) на CTS:
1. Типични CTP и тяхната комбинация в мащаба на машини и устройства;
2. Агрегати и комплекси, представляващи съвкупност от стандартни процеси в мащаба на производството и отделните им участъци;
3. Съвкупността от отрасли в мащаба на производството на продаваеми продукти;
4. Химическо предприятие като цяло.
какПо-горе беше казано, че това разделение по нива на йерархия е условно, следователно, в зависимост от конкретната задача, може да се наложи например да се разгледат типичните CTP на нивата на подсистемите на техните елементи (ниво под първото) или да се разгледа набор от предприятия в регионален мащаб (ниво над четвъртото). Въпреки това, когато преминавате към други нива или едновременно разглеждате КЕС на различни нива едновременно, трябва да вземете предвид универсалните принципи за изграждане на елементи (подсистеми) на КЕС и тяхното функциониране.