Структуры химико-технологических систем

Каждый элемент ХТС выполняет определенные функции по преобразованию параметров входящих в него потоков в параметры выходящих потоков. Следовательно, каждый элемент ХТС можно рассматривать в этом смысле как преобразователь или технологический оператор (ТО), качественно и (или) количественно преобразующий параметры входных материальных и энергетических потоков Y₁, Y₂,, …, Y_n в физические параметры выходных материальных и энергетических потоков Z₁, Z₂, …, Z_n. Так, реактор конверсии оксида углерода представляет собой технологический оператор, осуществляющий как качественное (в состав выходного технологического потока входят новые химические компоненты оксид углерода (IV) и водород), так и количественное (увеличение температуры и изменение количественного состава выходного потока) преобразование физических параметров входного технологического потока, включающего оксид углерода (II) и водяной пар.

Типовые технологические операторы – это элементы химического превращения, теплообмена, массообмена, смесители и делители потоков, устройства для повышения и понижения давления, изменения агрегатного состояния вещества. Типовые технологические операторы подразделяются на основные и вспомогательные (рис. 2). С помощью таких операторов можно строить различные структуры ХТС, соединяя операторы различными технологическими связями.

 

Рис. 2. Классификация технологических операторов.

 

Математически в самом общем виде технологический оператор можно представить в виде функции:

 

Y = F (Z, ТПУ),

 

где Y – обобщенная характеристика параметров состояния выходных технологических потоков;

Z – обобщенная характеристика параметров состояния входных технологических потоков;

ТПУ – обобщенная характеристика технологических параметров управления.

Связимежду элементами выступают в виде трубопроводов, по которым передаются материальные и энергетические потоки. Связи могут быть внутренними(между аппаратами внутри ХТС) и внешними, если имеется связь между аппаратами разных ХТС.

При всем многообразии структур ХТС можно выделить основообразующие (типовые) составляющие, комбинации которых и их число обуславливает многообразие структур.

Выделяют несколько структурных составляющих химико-технологических систем с пятью типами связей между аппаратами: последовательной, параллельной, последовательно-обводной (байпас), обратной (рециркуляционной) и перекрестной (рис. 3).