49.2. Методика проектування технологічних систем

магниевый скраб beletage

Може показатися, що завжди можна знайти всі альтернативніваріанти структур технологічних систем, принаймні, всі істотні варіа-нти. Але практика показує, що навіть давно розроблені структури тех-нологічних систем усе ще удосконалюються, що свідчить про те, якважко здійснювати синтез оптимальних ресурсозберігаючих техноло-гічних систем, що не наносять збитку навколишньому середовищу.

Як зазначено вище, через велику складність процедура систе-много проектування технологічної системи не може бути проведена водин етап. Тому існує визначена послідовність етапів проектування(ієрархія проектування) складних технологічних систем, що припускаєпослідовну багатоступінчасту процедуру, яку часто порівнюють з ци-булиною, що має складну структуру.

Розглянемо в найбільш загальному виді сучасну методикупроектування технологічних систем (рис. 55.2).

Як правило, для перетворення складних потоків сировини - Fу продукт - Р потрібен реактор.

Вибір типу і конструкції реактора:

реактори безперервної, періодичної або напівперіодичної дії;

ємнісні або трубчасті реактори;

ізотермічні, адіабатичні або політропічні реактори.

Вибір структури реакторної підсистеми:

одиночний реактор;

реактори, з'єднані паралельно або послідовно;

реакторна система з рециклом або без нього.

Розрахунок технологічних показників ефективності кожного

реактора і реакторної системи в цілому:

ступінь перетворення;

селективність;

вихід цільового продукту.

Проектування технологічних систем звичайно починають звибору сировини і визначення продуктів реакції, ступеня перетворен-ня в реакторі і т.д.

Як правило, сировина (живлення) у реакторі технологічних си-стем, до яких відносять і велику частину технологій харчових вироб-ництв, реагує не цілком. Крім того, частина сировини реагує з утво-ренням побічного продукту - BP поряд з необхідним цільовим проду-ктом. Тому, щоб виділити цільовий продукт із заданою чистотою вструктурі технологічних систем, необхідна система розподілу.

На рисунку 55.3 показана можлива система розподілу, щоскладена з двох ректифікаційних колон. Очевидно, що такий варіанттехнологічної схеми занадто неефективний з погляду споживанняенергії. Тому, треба забезпечити рекуперацію теплоти обраних техно-логічних потоків системи розподілу.

Рекуперувати тепло в структурі технологічних систем можнашляхом об'єднання (інтеграції) теплових потоків систем за рахунокобміну тепла між тими потоками системи ректифікації, які потрібноостудити і тими, котрі потрібно нагрівати. На рисунках 55.4 та55.5 показані два можливих варіанти теплообмінної системи в струк-турі системи розподілу, але можна запропонувати величезну безлічінших варіантів інтеграції теплоти внутрішніх потоків системи розпо-ділу.

Зміни конструкції і параметрів реактора впливають на складвихідного технологічного потоку: на виході змінюється концентраціясировини - F, збільшується концентрація продукту — Р и побічногопродукту — BP.

Корисно також досліджувати зміни в конструкції і проектниххарактеристиках самого реактора. Наприклад, можна було б збільши-ти розмір реактора для збільшення кількості реагуючої в ньому сиро-вини. Тепер на виході з реактора буде менше сировини, але більшепродукту і побічного продукту. Але може вийти так, що збільшеннявиходу побічного продукту виявиться більше, ніж збільшення виходуцільового продукту. Таким чином, на виході з реактора будемо мати тіж три компоненти, але буде менше концентрація сировини, більшеконцентрація цільового продукту і значно більша концентрація побіч-ного продукту (рис. 55.6). Ця зміна конструкції і характеристик реак-тора викликає необхідність зміни всієї системи розподілу, що можевідрізнятися від розглянутої вище.

На рисунку 55.7 показаний можливий варіант системи розпо-ділу, що відрізняється від розглянутого вище. Як бачимо, у ньому іс-нує об'єднання (інтеграція) теплових потоків. Але видно, що ця систе-ма розподілу далека від досконалості. Необхідно досліджити схемисистеми розподілу з інтеграцією (рекуперацією) тепла внутрішніхтехнологічних потоків систем.

На рисунках 55.8 та 55.9 показані два можливих варіанти тех-нологічних схем системи розподілу з рекуперацією тепла внутрішніхтеплових потоків з безлічі можливих варіантів. Оцінити різні варіантитехнологічних схем системи розподілу можна шляхом їхнього моде-лювання і розрахунку економічних (вартісних) показників.

Задача синтезу технологічних систем має подвійну складність.При оптимізації структури технологічних систем може бути безлічшляхів здійснення кожної окремої стадії процесу і безліч шляхів взає-мних ув'язувань окремих технологічних процесів. Після цього, нам щеприйдеться моделювати й оптимізувати робочі параметри для безлічіваріантів структур технологічних систем. На перший погляд це зда-ється задачею нездоланної складності, але є загальні підходи для тех-нологічного проектування, що представлені нижче.