Классификация ХТС по структуре и по типу функционирования во времени
3.4. Классификация ХТС по структуре и по типу функционирования во времени.
Для того, чтобы выявить общие свойства различных ХТС их необходимо классифицировать. Единой общепринятой классификации ХТС в настоящее время не существует. При их разработке можно классифицировать ХТС по следующим признакам.
1. По типу функционирования во времени различают периодические, непрерывные, непрерывно-циклические и гибкие хтс.
Периодической называется система,потоки в которой периодически превращаются в нуль.
Непрерывной является система с непрекращающимися во времени количествами потока.
Непрерывно-циклические системы в целом работают в непрерывном режиме, но с циклически изменяющимися (количественно и качественно) потоками.
Гибкими называются быстро перестраиваемые системы в соответствии с внешними или внутренними возмущениями.
2. По структуре ХТС условно можно разделить на системы с открытой цепью и замкнутые. Системы с открытой цепью состоят из элементов и подсистем, через которые потоки проходят лишь один раз. Они характеризуются наличием последовательных, параллельных, байпасных и перекрестных связей. Как правило, эти системы характеризуются высокой степенью превращения исходных веществ. 3амкнугыми называются системы, содержащие хотя бы одну обратнyю связь по потоку сырья или энергии (рецикл). В зависимости от количества рециклов системы могут быть одноконтурными или многоконтурными.
3. По направлению потоков системы делят на четыре группы:
Рекомендуемые материалы
прямоточные, противоточные, с перекрестным током и смешанные.
Прямоток характеризуется однонаправленностью потоков в системе;
при противотоке направления потоков противоположны друг другу.
В смешанном варианте в системе в целом реализуется
противоток, а в отдельных, аппаратах прямоток. Иногда в системах
реализуется перекрестная подача реагентов, когда один компонент
подается сплошным потоком, а второй порционно, перпендикулярно ему от секции к секции.
Связи между элементами.
Структура ХТС - совокупность элементов и связей между ними. Взаимодействие отдельных элементов и подсистем ХТС и внешней среды, без которых не может происходить целенаправленное функционирование хтс, осуществляется благодаря наличию между ними определенной системы технологических связей, каждой из которых соответствует некоторый материальный или энергетический поток, называемый технологическим,
Для ХТС характерны следующие типы технологических связей:
- последовательные;
- последовательно-обводные (байпасы);
- параллельные
- перекрестные;
- обратные (рециклы),
Последовательная технологическая связь: выходящий из одного элемента поток является входящим для следующего элемента, а все они проходят через каждый элемент системы не более одного раза .
Эта связь применяется для увеличения степени использования сырья (каскад реакторов), для улучшения эффективности массообменных аппаратов (последовательная цепочка абсорберов и ректификационных колон).
Последовательно-обводная связь (байпас) является усложненным вариантом последовательной связи: поток разделяется и часть его проходит мимо аппарата (или группы аппаратов).
Следует подчеркнуть, что направления главного и побочного (байпасного) потоков совпадают, что позволяет отнести системы с байпасом к разомкнутым.
Основное применение байпасов - регулирование температуры
н адиабатических реакторах с экзoтeрмической реакцией (синтез метанола, аммиака), а также могут использоваться для повышения гибкости хтс.
Следует иметь в виду, что разделение потока приводит к увеличению времени пребывания реагентов в элементе 2, а также росту интенсивности процесса в элементе З. это может привести как к увеличению выхода продукта, так и к снижению селективности процесса.
Параллельная связь - поток распределяется по двум или нескольким параллельным аппаратам (или группам аппаратов). К этому типу связей относятся все возможные типы разветвленных потоков: разветвление в начале процесса (получение продукции из нескольких видов сырья); разветвление в конце процесса (переработка комплексного сырья с раздельным получением полезного продукта); разветвление в середине системы (например, резервирование мощностей).
Технологические звенья, составляющие параллельную структуры, имеют объединенные входы и выходы . При этом общий вход равен сумме отдельных цепочек, выход - сумме выходов. Параллельная связь применяется для повышения производительности и мощности ХТС, для повышения ее надежности и гибкости
Перекрестная связь представляет собой совокупность двух пересекающихся одно направленных потоков
Примером ее может служить серия экстракционных ячеек, когда одна фаза проходит через ячейки последовательно, а вторая вводится не одним потоком, а потоком, соответствующим числу ступеней (процесс разделения редкоземельных элементов экстракцией органическими растворителями из водных растворов).
К перекрестным связям относят прием, используемый для утилизации тепла путем нагрева в теплообменнике входящего в реактор потока отходящими газами .
Иногда эту систему относят к одноконтурным рециклам.
Обратная связь (рецикл) характеризуется наличием обратного потока, связывающего выход одною из последующих элементов с входом одного из предыдущих. Рецикл может быть между элементами, подсистемами, вокруг одного элемента. В глобальном варианте существуют рециклы и между системами различной сложности.
Элементы, связанные между собой обратным технологическим потоком, образуют замкнутую (или контypную) подсистему
Потоки, входящие в замкнyтyю систему или выходящие из нее, называются прямыми потоками .Они определяют выход продукта и расходные коэффициенты по сырью.
Внутренний технологический поток, соединяющий между собой элементы системы, направление которого совпадает с направлением прямых технологических потоков является главным технологическим потоком
Главный и прямой технологические потоки образуют основной технологический поток системы, от расхода которого зависит качество функционирования замкнутой хтс.
Внутренний технологический поток замкнутой подсистемы, направление которого противоположно направлению основного потока, называется обратным потоком или рециклом.
На входе к нему добавляется входной прямой поток, в котором столько свежих
исходных компонентов, сколько их затрачено на образование продукта за один цикл (с учетом различных потерь).
Рециклы классифицируются по структуре и составу потоков.
В зависимости от структуры замкнутых подсистем различают простые и сопряженные рециклы. В случае простого рецикла возврат осуществляется в одну точку или образуется в разных точках подсистемы.
По составу рецикл может быть полный, если состав прямого выходного и обратного потока совпадают или фракционным, когда возвращается поток, по составу отличный от прямого потока.
Вам также может быть полезна лекция "1.10 Клавиатура".
Процессы с рециклом характеризуются:
1)коэффициент циркуляции (кратность рециркуляции) показывает, во сколько раз главный поток больше прямого:r=x1/x0
2)Степень рециркуляции показывает, какая часть главного потока возвращается в процесс:
R= X цикл/х1 х1=х0+х цикл.
Последовательное, параллельное, бaйпасное и перекрестное соединение элементов относятся к «разомкнутым» системам («с открытой цепью»). Технологические потоки проходят через любой элемент системы один раз.
Наличие обратной связи делает систему «зaмкнyтoй», т. к. элемент охваченный обратной связью образует замкнутую подсистему ХТС.
