Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство здравоохранения и социального развития Республики Казахстан

Южно-казахстанская государственная фармацевтическая академия

Кафедра: «Фармацевтической и токсикологической химии»

Дисциплина: «Общая химическая технология»

Реферат

Тема: Основные математические модели процессов в химических реакторах. Химическое производство

Выполнила: Атаходжаева Х.А.

Группа: 302 ТФПр

Проверил:преп. Асильбекова А.Д

Шымкент 2015

План

Введение

1. Математические модели химических реакторов

1.1 Математическая модель реактора идеального смешения

1.2 Математическая модель реактора идеального вытеснения

1.3 Математическая модель каскада реакторов идеального смешения

2. Организация химического производства

2.1 Химическое производство как система

2.2 Прогрессивные химико-технологические процессы

3. Моделирование химико-технологической системы

4. Организация ХТП

4.1 Выбор параметров процесса

5. Управление химическим производством

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Особенностью современного развития технологий является переход к целостным технолого-экономическим системам высокой эффективности, охватывающим производственный процесс от первой до последней операции и оснащенным прогрессивными техническими средствами. Уровень технологий любого производства оказывает решающее влияние на его экономические показатели, поэтому необходимо достаточное знание современных технологических процессов.

В деятельности предприятия технология является главным объектом для инвестиций, так как за счет прибыли, полученной от своевременно и разумно вложенных в технологию финансовых средств, обеспечивается проведение эффективной социально-экономической политики и достигается соответствующий жизненный уровень населения.

Для того, чтобы управлять производством, анализировать его хозяйственную деятельность, обеспечивать функционирование его подразделений, определять экономическую эффективность научно-технических разработок и их практического освоения, решать задачи количественного и качественного развития материально- технической базы производства за счет реализации последних достижений науки и техники, надо иметь конкретное представление о самом производстве, его структуре, передовых технологических процессах. Без знания конкретных технологий, технологических возможностей того или иного процесса, видов производимой продукции предприятие не может обеспечивать качественное выполнение поставленных перед ним задач.

1. 

1. Математические модели химических реакторов

Химические реакторы - аппараты, в которых осуществляется химическое превращение с целью получения определенного вещества в рамках одного технологического процесса.

В химической и смежных областях промышленности применяют всевозможные типы реакторов, имеющие существенные различия. Тем не менее установлены признаки, по которым все множество реакторов можно классифицировать. В качестве таких признаков (критериев) наиболее часто принимаются: фазовое состояние реагентов, характер операций питания реагентами и удаления продуктов реакции, режим движения реакционной среды, тепловой режим, конструктивные особенности.

1) В зависимости от фазового состояния реагирующих веществ реакторы могут быть:

а) гомогенными;

б) гетерогенными.

2) По характеру операций питания (загрузки) реагентами и удаления (выгрузки) продуктов реакции различают реакторы:

а) периодического действия. В реакторы периодического действия реагенты загружаются одновременно перед началом процесса, а через определенное время, необходимое для достижения заданной степени превращения, выгружается продукт реакции. Основные параметры химического процесса (состав, температура, давление) в них изменяются во времени. Продолжительность реакции может быть измерена непосредственно. Такие реакторы просты по конструкции и оснащаются небольшим вспомогательным оборудованием. Они используются главным образом для проведения опытных работ по изучению химической кинетики, в малотоннажных производствах или для переработки относительно дорогостоящих веществ.

б) непрерывного действия. Реакторы непрерывного действия и(ли с установившимся потоком) имеют непрерывное питание реагентами и непрерывное удаление продуктов реакции. В этом случае вместо продолжительности реакции, которая не может быть непосредственно замерена, пользуются величиной времени пребывания (контакта). Реакторы с установившимся потоком являются наиболее экономичными для переработки больших количеств продуктов или при реакциях, протекающих с высокими скоростями. Они требуют специального вспомогательного оборудования (мешалки, барботеры, инжекторы, теплообменники и т. п.), но зато позволяют надежно управлять качеством целевых продуктов.

в) полупериодического действия. Реакторы полупериодического действия (или с неустановившимися потоками) характеризуются различными вариантами питания и удаления продуктов реакции (например, реагенты подаются периодически при непрерывном удалении продуктов реакции, или один реагент поступает периодически, а другой непрерывно). Реакциями, протекающими в этих аппаратах, легко управлять за счет подачи реагирующих веществ, поэтому они широко используются в лабораторных условиях.

3) По режиму движения реакционной среды, или по структуре потоков вещества, реакторы подразделяют на аппараты:

а) идеального перемешивания;

б) идеального вытеснения;

в) вытеснения с продольным перемешиванием;

г) вытеснения с продольным и радиальным перемешиванием;

д) с комбинированной структурой потока.

4) По тепловому режиму реакторы разделяют на:

а) изотермические. Изотермические реакторы имеют одну постоянную температуру во всех точках реакционного пространства; скорость реакции в них зависит только от состава реакционной среды. Изотермический режим редко достигается без вспомогательных устройств для отвода (подвода) тепла. Обычно для соблюдения изотермических условий нужны теплоноситель, способный передать (отобрать) необходимое количество тепла, и соответствующая поверхность теплообмена.

б) адиабатические. Адиабатические реакторы характеризуются тем, что они не должны иметь обмена с внешней средой. Это практически достигается хорошей тепловой изоляцией.

в) политропические. В реальных реакционных аппаратах не всегда удается обеспечить изотермический или адиабатический режимы, и процесс протекает политропически.

5) По конструктивным признакам реакторы можно отнести к таким типам аппаратов:

а) трубчатые;

б) емкостные;

в) полочные;

г) комбинированные.

Описанная классификация свидетельствует о том, что реальные химические реакторы существенно отличаются друг от друга и, следовательно, задача построения математических моделей таких аппаратов должна решаться в каждом конкретном случае с учетом особенностей процесса и конструктивного оформления. При этом необходимо использовать модели определяющих «элементарных» процессов (например, для реакторов непрерывного действия - модели движения потоков веществ и химического превращения) и присоединить к ним уравнения, описывающие тепловой режим, изменение фазового состояния реагентов, конструктивные и другие особенности.

1.1 Математическая модель реактора идеального смешения

Уравнение такой модели записывают в виде математического выражения, характеризующего изменение концентрации в реакционной среде во времени, которое обусловливается, во-первых, движением потока (гидродинамический фактор) и, во-вторых, химическим превращением (кинетический фактор). Поэтому указанную модель следует строить на основе типовой модели идеального перемешивания с учетом скорости химической реакции, т.е. записать изменение концентрации как алгебраическую сумму:

(1)

где щr - скорость химической реакции.

Аналогичных уравнений записывают столько, сколько веществ участвует в реакции. Тогда переменная С будет концентрацией соответствующего i-го вещества (СA, CB, ...) и щr - скоростью реакции по тому же i-му веществу. Система указанных уравнений будет математической моделью рассматриваемого реактора идеального перемешивания с учетом изменения Ci во времени (динамическая модель).

Если принять, что исходным является вещество А, и заменить величины

(вещество А убывает), а также представить время пребывания как отношение реакционного объема к объемной скорости ф=V/ то уравнение (1) примет вид:

(2)

При установившемся режиме работы реактора, который характеризуется соблюдением условия , уравнение (2) можно записать так:

Уравнение (3) является статической моделью химического реактора идеального перемешивания в общем виде.

Решая системы из уравнений (3) можно найти основные параметры, характеризующие работу и экономичность химических реакторов данного типа: время пребывания исходного вещества в реакторе ф, от величины которого зависит объем аппарата (чем меньше ф, тем меньше V); изменение концентрации исходного вещества во времени; а также концентрации целевых и побочных продуктов.

Для учета теплового режима в реакторах идеального вытеснения используется уравнение:

где с - плотность реакционной среды, кг/м³;

СP - теплоемкость потока, Дж/(кг·К);

Твх - температура потока на входе в аппарат, К;

Т - температура на выходе из аппарата, К;

TjQ - тепловой эффект j-той реакции, Дж/моль;

rj- скорость j-ой реакции, моль/(м³·с);

k Т- коэффициент теплопередачи, Дж/(м²·с·К);

F - поверхность теплопередачи, м²;

тнT - температура теплоносителя, с которым идет теплообмен, К.

Для установившегося режима при условии равенства скорости входящего потока скорости выходящего потока х0 = х, и незначительно изменении теплоемкости и плотности (что возможно, если диапазон изменения температур Твх-Т невелик), уравнение (4) будет иметь вид:

1.2 Математическая модель реактора идеального вытеснения

Данную модель записывают в виде дифференциального уравнения, которое описывает распределение вещества в реакционной среде как за счет гидродинамических факторов, так и за счет химического превращения.

Следовательно, в общем виде такое математическое описание, построенное на основе типовой модели идеального вытеснения с учетом влияния скорости химической реакции, должно быть представлено алгебраической суммой:

Аналогичные уравнения записывают для всех участвующих в реакции веществ. В результате получим математическое описание процесса в реакторе вытеснения с учетом изменения переменной С (концентрация i-го вещества) во времени, т. е. динамическую модель.

Для установившегося режима работы реактора, когда , уравнение (5) описывает статику процесса химического превращения и после замены _{r = rA} (исходное вещество А убывает) принимает такой вид:

Если учесть, что линейная скорость а элемент длины то

уравнение (6) примет вид:

Теловой режим в реакторе идеального вытеснения описывается уравнением:

Уравнение теплового баланса для установившегося режима после преобразований

1.3 Математическая модель каскада реакторов идеального смешения

В промышленной практике по технологическим соображениям нередко требуется обеспечить полное перемешивание и такую степень завершения процесса, которую в единичном реакторе достигнуть невозможно. В подобных случаях используют цепочку последовательно соединенных реакторов идеального перемешивания, или каскад реакторов.

В общем виде математическое описание каскада РИС можно представить как систему обычных дифференциальных уравнений:

Так, например, для ячеечной модели, состоящей из трех ячеек одинакового объема (рисунок 1) при стационарных условиях мат. описание имеет вид:

[10].

2. 

2. Организация химического производства

2.1 Химическое производство как систем

Производственные процессы в химической промышленности могут существенно различаться видами сырья и продукции, условиям их проведения, мощностью аппаратуры и т. д. Однако при всем многообразии конкретных процессов современное химическое производство имеет одно общее: это сложная химико-технологическая система, состоящая из большого числа аппаратов и разнообразного оборудования (узлов) и связей (потоков) между ними. При этом под химико-технологической системой (ХТС) понимается совокупность всех процессов и средств для их проведения с целью получения продукта заданного качества и в требуемом количестве.

Особенность ХТП в том, что они протекают с высокими скоростями, при высоких температурах и давлениях в многофазных системах. Это определяет их сложность, большое число параметров, многочисленность связей между ними и взаимное влияние параметров друг на друга внутри ХТС.

Эффективное функционирование химического производства как ХТС предполагает решение ряда задач, как на стадии проектирования, так и на стадиях строительства предприятия и его эксплуатации. При решении этих задач:

- определяется характер и порядок размещения и соединения отдельных аппаратов в технологической схеме;

- определяется значение входных параметров сырья;

- устанавливаются значения технологических показателей системы;

- определяются конструкционные характеристики аппаратов системы;

- выбираются параметры технологического режима во всех аппаратах, влияющих на скорость процесса, выход и качество продукции.

В ходе решения этих задач и разрабатывается промышленное производство, т.е. осуществляется масштабный переход от лабораторного эксперимента к химическому предприятию. Сложность этой задачи выдвигает необходимость системного подхода при ее решении. При системном подходе любое химическое производство рассматривается как объект, взаимодействующий с внешней средой и обладающий сложным внутренним строением, большим количеством составных частей и элементов, взаимно связанных друг с другом и поэтому действующих как единое целое. В подобной системе различают элемент -- самостоятельную и условно неделимую единицу, и подсистему -- группу элементов, обладающую определенной целостностью. В химическом производстве элементом считают аппарат, подсистемой - группу аппаратов, технологическую установку. Между элементами и подсистемой существуют различные типы связи: материальные, энергетические, информационные, которые реализуются в форме потоков, переносящих вещество, энергию.

ХТС присущи некоторые общие признаки. К ним относятся: общая цель функционирования (выпуск химической продукции), многочисленность элементов и связей между ними, большое число параметров, характеризующих работу системы, высокая степень автоматизации процессов управления производством.

Химическое производство как ХТС представляет достаточно сложную иерархическую структуру, включающую 3 - 4 уровня.

[7].

2.2 Прогрессивные химико-технологические процессы

Химико-технологические процессы играют важную экономическую роль в народном хозяйстве страны, так как лежат в основе производства важнейших традиционных материалов: чугуна, стали, меди, стекла, цемента, химических волокон, пластмасс, каучука и резины, минеральных удобрений, бензина, кокса и новых видов сырья и материалов, заменяющих природные и применяющихся в различных отраслях промышленности. Большое достоинство химико-технологических процессов состоит также и в том, что они совершенствуют производство, улучшают его технико-экономические показатели. Велика роль этих процессов в создании энерго-, трудо- и ресурсосберегающих технологий. В настоящее время принята следующая классификация химико-технологических процессов:

1. По агрегатному состоянию взаимодействующих веществ:

а) однородные процессы (гомогенные);

б) неоднородные процессы (гетерогенные).

2. По значению параметров технологического режима:

а) низкотемпературные и высокотемпературные;

б) каталитические и некаталитические;

в) протекающие под вакуумом, нормальным и высоким давлением;

г) с низкой концентрацией вещества и высокой концентрацией вещества.

3. По характеру протекания процессов во времени:

а) периодические;

б) непрерывные.

4. По гидродинамическому режиму - два предельных случая перемешивания реагирующих компонентов с продуктами реакции:

а) полное смешение;

б) идеальное вытеснение, при котором исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции.

5. По температурному режиму:

а) изотермические процессы (температура постоянна во всем реакционном объеме);

б) адиабатические процессы (нет отвода или подвода тепла);

в) политермические процессы (тепло частично отводится или компенсируется подводом; температура в реакционном аппарате изменяется неравномерно).

6. По тепловому эффекту:

а) экзотермические (с выделением тепла);

б) эндотермические (с поглощением тепла).

К прогрессивным химико-технологическим процессам относятся биохимические, радиационно-химические, фотохимические и плазмохимические процессы.

Эти процессы сходны с каталитическими по механизму ускорения химических реакций, которые с участием соответствующих возбудителей идут по иному пути, чем в их отсутствие. Возбудителями служат световые излучения (фотохимические процессы), ионизирующие излучения высокой энергии (радиационно-химические процессы) и биохимические катализаторы - ферменты микроорганизмов.

Применение биохимических процессов в химической технологии имеет особенно большое будущее. В живой природе под действием высокоактивных биологических катализаторов - ферментов и гормонов - происходят всевозможные биохимические и каталитические реакции. Они происходят в атмосферных условиях (без повышения температуры, давления) с высоким выходом.

Техническая микробиология изучает новые биохимические методы производства самых разнообразных химических продуктов. Уже сейчас осуществлены на практике микробиологические синтезы антибиотиков, витаминов, гормонов. Особенно важное значение имеет использование биохимических методов для синтезе пищевых продуктов, в частности белков. Известно, что в мире ощущается недостаток белковых продуктов, и одним из основных путей расширения пищевых ресурсов является реализация производства белков биохимическими методами с помощью микроорганизмов. В промышленности давно используются следующие биохимические процессы - биологический синтез белковых кормовых дрожжей, различные формы брожения с получением спиртов и кислот, биологическая очистка сточных вод и т.п.

В настоящее время применяется синтез различных белковых материалов в промышленных масштабах народного хозяйства, в основном микробиологическим синтезом, ферментными системами микроорганизмов, а также промышленное использование микробиологического синтеза белков из легких масел, нормальных парафинов, метанола, этанола, уксусной кислоты и других органических соединений, получаемых преимущественно из нефти. Используя для микробиологического синтеза всего 4 % современной мировой добычи нефти, можно обеспечить белковый рацион 4 млрд. человек, т. е. почти все население земного шара.

С помощью некоторых бактерий, усваивающих водород, можно вовлечь в реакцию кислород и атмосферный диоксид углерода, при этом получить формальдегид и воду. Таким образом, бактерии синтезируют очень нужный химической промышленности формальдегид и очищают воздух от двуокиси углерода. Кроме того, сами бактерии могут быть использованы для производства кормов, так как наполовину состоят из полноценного белка.

Микробиологические процессы широко применяются в гидролизной промышленности при сбраживании сахаристых веществ в получении спиртов, виноделии, изготовлении кормовых дрожжей, в сыроварении, при обработке кож и т.п.

Биохимические процессы используются также для извлечения белков и углеводов из травы, древесных и сельскохозяйственных отходов, изготовления искусственной пищи из водорослей (таких, как хлорелла), синтеза пищевых масел, сахаров, жиров.

Радиационно-химические процессы происходят при действии ионизирующих излучений высокой энергии - электромагнитных излучений (рентгеновское излучение, a-излучение) и заряженных частиц высокой энергии (ускоренные электроны, b- и a- частицы, нейтроны). При облучении реагирующих веществ сначала происходит столкновение заряженных частиц с молекулами веществ с образованием нестабильных активированных молекул; последние распадаются на атомы или взаимодействуют с невозбужденными молекулами, образуя ионы и свободные радикалы, которые, взаимодействуя друг с другом или с непревращенными молекулами, образуют конечные продукты. Радиационно-химические процессы протекают с высокой скоростью, так как энергия активации резко снижается по сравнению с реакциями неактивированных молекул, энергетический барьер радиационно-химических реакций невелик (около 20 - 30 кДж/моль), поэтому радиационно-химические процессы могут осуществляться при относительно низких температурах [6].

В промышленности применяют многие реакции промышленного синтеза - галогенирования, сульфирования, окисления, присоединения по двойной связи и др. Большое значение радиационные методы имеют в технологии высокомолекулярных соединений, особенно в целях повышения механической прочности и термической стойкости полимеров путем «сшивания» макромолекул. В настоящее время применяется процесс радиационной вулканизации каучука; разработаны радиационно-химические методы производства прочных и термостойких изделий из полимеров (пленки, трубы, кабельная изоляция и др.) [3].

Фотохимические реакции происходят в природе и сравнительно давно используются промышленностью. Фотохимическими называются реакции, вызываемые и ускоряемые действием света. Их элементарный механизм состоит в активации молекул при поглощении фотонов. Большинство промышленных фотохимических реакций происходит по цепному механизму, т. е. молекулы, поглотившие фотон, диссоциируют, и активированные атомы или группы атомов служат инициаторами вторичных реакций. По такому типу протекают галогенирование углеводородов и других веществ, синтез полистирола, сульфохлорирование парафинов и т. п. [5].

Природный фотосинтез требует непрерывного подвода световой энергии. Синтез углеводородов из диоксида углерода воздуха совершается под действием солнечного света, поглощаемого пигментом растений - хлорофиллом (аналог гемоглобина крови). Квант лучистой энергии, поступая в реакционную смесь при ее облучении, является «активной частицей», передающей свою энергию для возбуждения атомов и молекул. Величина кванта энергии должна быть соответствующей энергии активации, это определяется длиной волны излучения. Так, например, известно, что фотобумагу проявляют при красном свете, так как длина волны красного излучения большая, и квант энергии недостаточен для возбуждения реакции разложения бромида серебра [4].

Механизм фотохимических реакций может быть различен.

· Реакция возможна, но идет с очень малой скоростью. Под действием излучения концентрация активных частиц увеличивается, реакция переходит в режим цепных и идет самопроизвольно с увеличивающейся скоростью. Например, смесь H 2 и Cl 2 может сохранятся очень долго, но при ультрафиолетовом облучении она реагирует со взрывом. Для реакций этого типа квантовый выход очень высокий. Квантовый выход - это отношение числа полученных молекул к числу поглощенных квантов энергии j.

· Реакция невозможна без дополнительного поступления энергии в систему. Если эта энергия поступает в виде излучения, то квантовый выход близок или равен единице (фотосинтез в растениях). Квантовый выход может быть и меньше единицы, если кванты лучистой энергии расходуются на побочные процессы. Примером применения фотохимических процессов в машиностроении и приборостроении является фототравление, когда под действием ультрафиолетового излучения ускоряется процесс растворения металла или полупроводника в тонком слое травителя. При фотокаталитических процессах фотоны поглощаются не регентами, а катализаторами, ускоряющими химическую реакцию, то есть реакция ускоряется в результате суммарного действия катализатора и световой энергии [1].

Плазмохимические процессы возможны при сильном нагревании веществ, в процессе которого происходит термическая диссоциация, и молекулы газовой фазы разлагаются на атомы, превращающиеся затем в ионы. Плазма - это ионизированный газ, содержащий заряженные частицы: газовые ионы и свободные электроны. В химической промышленности используется низкотемпературная плазма, в которой кроме газовых ионов и свободных электронов содержатся недиссоциированные молекулы. Плазмохимические процессы интенсифицируют химические реакции, а потому являются перспективными. Плазмохимические процессы - получение ацетилена и технического водорода из метана природного газа; этилена и водорода из углеводородной нефти; синтез цианистого водорода из азота и углеводородов; получение пигментного диоксида титана и др.

Большое будущее имеет осуществление процесса прямого синтеза оксида азота в плазме из атмосферного воздуха. Этот способ заменит многостадийный метод синтеза и окисления аммиака [2].

3. Моделирование химико-технологической системы

математический модель химический производство

Проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышленному производству при проектировании последнего решается методом моделирования. Моделированием называется метод исследования объектов различной природы на их аналогах с целью определения и уточнения характеристик вновь создаваемых объектов и процессов. Моделирование включает следующие стадии: создание модели, исследование модели, масштабный перенос результата исследования модели на оригинал.

В химическом производстве оригинал представляет производственный химико-технологический процесс с большим количеством связей между многочисленными элементами [9].

Существующие методы моделирования ХТП делятся на три группы:

1 Эмпирическое моделирование, при котором производство создается на основе лабораторных экспериментальных данных с последующей доработкой химико-технологического процесса в укрупненных лабораторных и заводских условиях. При эмпирическом моделировании моделями являются лабораторная, пилотная установка и опытное производство.

2 Физическое моделирование, основанное на использовании принципа подобия. Принцип подобия позволяет путем использования набора безразмерных критериев выделить из определенного класса явлений группу взаимно подобных явлений. Эти критерии связывают различные параметры процессов, протекающих как в лабораторных, так и производственных условиях. Процессы считаются подобными, если равны их критерии. При этом становиться возможным количественное перенесение результатов лабораторного эксперимента на производственный процесс.

3 Математическое моделирование - наиболее эффективный метод. При математическом моделировании вместо физических вещественных объектов используются математические величины и функциональные зависимости, а сама модель выражена в форме математических уравнений. Сущность математического моделирования заключена в математической интерпретации процесса переработки. Математическое моделирование позволяет исследовать объект, не поддающийся моделированию. Метод математического моделирования используется при исследовании, проектировании и создании новых химических производств, перестройке существующих ХТП, расчетов материального и энергетического балансов химического производства [8].



4. Организация ХТП

Выбор схемы процесса

Организация любого ХТП включает следующие стадии:

- разработку химической, принципиальной и технологической схем процесса;

- выбор оптимальных технологических параметров и установление технологического режима процесса;

- подбор типа и конструкции аппаратов;

- выбор конструкционных материалов для аппаратуры;

- установление контролируемых и регулируемых параметров на каждой стадии процесса [11].

Подготовка и организация ХТП начинается с выбора химической схемы процесса, т.е. схемы превращения сырья в целевой продукт, представленной в виде уравнений соответствующих химических реакций. Химические схемы разрабатываются на основе анализа возможных направлений синтеза с учетом свойств сырья, требований к качеству продукта, наличия энергетических ресурсов и т.п. Решающим критерием при выборе схемы является экономичность производства по тому или иному методу. Например, фосфорная кислота может быть получена из фторапатита тремя возможными схемами: разложение сырья серной кислотой, разложение сырья азотной кислотой и электротермическим методом через пятиокись фосфора.

В данном случае наиболее экономичный метод - сернокислотное разложение, т.е. химическая схема:

Са₅(Р0₄)з +5Na₂S0₄ =3Na₃Р0₄ + 5СаS0₄ [14].

На основании выбранной химической схемы составляется принципиальная схема ХТП. Принципиальная схема выражает связь между основными химическими, физическими и механическими операциями, представленными в условном изображении. Принципиальная схема позволяет оценить целесообразность и экономичность ХТП. Так, для рассмотренной выше химической

Структурная схема позволяет в первом приближении оценить целесообразность и экономичность выбранного ХТП.

Технологической схемой называется совокупность всех стадий ХТП, материально выраженных в аппаратах, машинах, коммуникациях. Она представляет, следовательно, последовательное изображение или описание процессов и аппаратов, составляющих химико-технологическую систему. В отличие от структурной схемы, на основе которой она разрабатывается, в технологической схеме аппараты изображаются в виде рисунков, упрощенно представляющих их внешний вид и реже, внутреннее устройство. При этом параллельно работающие аппараты одного назначения и конструкции (например, батарея выпарных аппаратов) изображают в виде одного аппарата.

В зависимости от назначения технологические схемы выполняются различной степени детальности [12].

Технологические и принципиальные схемы могут реализоваться в производстве в двух вариантах:

- Схемы с открытой цепью

- Циклические схемы.

Схемы с открытой цепью представляют ряд аппаратов, через которые все реагирующие вещества проходят лишь однократно (проточная схема). Они используются в производствах, в основе которых лежат необратимые или обратимые, но идущие с высоким выходом продукта, процессы, в которых по условиям равновесия может быть достигнута высокая степень превращения сырья без выделения целевого продукта из реакционной смеси, (например, производство ацетилена, суперфосфатов). Если степень превращения в одном аппарате невелика, то приходится последовательно включать в схему несколько однотипных аппаратов.

Схема с открытой цепью

Схема включает три подобных линии: производства реагента Ь из А и В, производство реагента М из С и Д и производство конечного продукта Я из Ь и М.

1 -смешение реагентов, 2- химические превращения, 3- разделение продуктов реакции, К, N Б -побочные продукты

Примером процесса с открытой цепью по газовой фазе может служить технологическая схема отделения кислотной абсорбции нитрозных газов в производстве разбавленной азотной кислоты. По открытой схеме строят производства, включающие в себя необратимые и обратимые процессы, идущие с большим выходом продукта. Если же выход продукта в одном аппарате составляет 4-5 % (синтез спиртов) или до 20% (синтез аммиака) и реагирующая смесь содержит лишь незначительные количества (инертных) примесей, то целесообразно строить производство по циклической схеме.

Циклическая схема предусматривает многократное возвращение в один и тот же аппарат всех реагирующих масс или одной из фаз в гетерогенном процессе вплоть до достижения заданной степени превращения исходных веществ Циркуляционные схемы используют в производствах, в основе которых лежат обратимые процессы, т. е. в которых при существующем режиме и значениях параметров (температура, давление, катализатор) по условиям равновесия не может быть достигнута за один проход через аппарат достаточно высокая степень превращения сырья (например, производство аммиака, метанола).

1 - смешение реагентов, 2-химические превращения, 3- разделение продуктов реакции, 4- теплообмен между продуктами реакции и исходными реагентами, А и В - исходные реагенты, Я - целевой продукт [13]

4.1 Выбор параметров процесса

Параметры ХТП выбираются так, чтобы обеспечить максимально высокую экономическую эффективность не отдельной его операции, а всего производства в целом. Так, например, для рассмотренного выше производства фосфорной кислоты сернокислотным разложением фторапатита, на себестоимость получаемой кислоты оказывает влияние более 13 различных факторов:

- на стадии подготовки сырья: степень измельчения и флотации фторапатита и конструкция аппаратов;

- на стадии выделения продукта: число операций фильтрации, температура промывки фосфогипса конструкция аппаратов;

- на производстве в целом: регион строительства предприятия, вид используемой энергии, источник водоснабжения и др.

Во многих случаях различные параметры процесса влияют на конечный результат его противоположным образом. Поэтому возникает необходимость определить оптимальные значения их, которые обеспечат минимальную себестоимость получаемого продукта. Так, для того же производства фосфорной кислоты, на стадии измельчения сырья при увеличении размеров частиц производительность мельницы возрастает, а стоимость операции измельчения падает. Однако при этом замедляется последующий процесс разложения измельченного сырья, уменьшается производительность реактора и, как следствие, стоимость этой операции возрастает.

Очевидно, что минимальные затраты на проведение обеих стадий, определяющие себестоимость фосфорной кислоты, будут достигнуты при некоторой оптимальной степени измельчения сырья, чему отвечает минимум на кривой [13].



5. Управление химическим производством

Сложность химического производства как многофакторной и многоуровневой системы, приводит к необходимости использовать в нем разнообразные системы управления отдельными производственными процессами, агрегатами, цехами и предприятиями в целом. На химических предприятиях внедрены автоматизированные системы управления АСУ.

АСУ называют системы управления предприятием на различных уровнях, в которых передача переработка и хранение информации о состоянии объекта выполняется автоматически с помощью экономико-математических методов с использованием компьютеров. В АСУ объединены своей деятельностью люди и технические средства.

В зависимости от уровня иерархии систем химической технологии различают следующие уровни управления:

1 Системы автоматического регулирования отдельными процессами химической технологии (САР). Они функционируют без участия человека и используются для управления отдельными аппаратами как средства автоматического регулирования.

2 Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП).

3 Автоматизированные системы оперативного управления химическим предприятием (АСУП).

САР и АСУТП созданы для автоматического регулирования входных параметров и для достижения определенных характеристик процесса на выходе. АСУТП тесно связана с технологией и аппаратурным оформлением ХТП и включает датчики величин, преобразователи, аппаратуру передачи информации, устройство контроля регулирования и регистрации информации.

АСУП выполняет функции совершенствования управления химическим производством и повышения его эффективности. АСУП предназначена для сбора, передачи и обработки производственно- экономической и социальной информации с целью подготовки и принятия управленческих решений по совершенствованию управления производства и повышению его эффективности.

В целом, система автоматического управления позволяет выбрать критерии эффективности управления всеми звеньями химико-технологической системы, разработать алгоритмы управления ими, рассмотреть способы сбора передачи и переработки информации, проанализировать надежность управления и взаимодействия человека с техникой в системе управления [15].



Заключение

1. Для процветания и конкурентоспособности предприятий важную роль играет своевременная смена технологий на более новые усовершенствованные в соответствии с требованиями рынка.

2. Развивая научно-технический прогресс, предприятия совершенствуют средства производства, вследствие чего повышают производительность и качество производимой продукции.

3. Стимулирование научно-технического прогресса - создание преимуществ в удовлетворении экономических и социальных интересов организаций и предприятий, разрабатывающих и осваивающих новую высокоэффективную технику.

4. В настоящее время большое внимание уделяется вложению денежного капитала в инновацию. Хотя это довольно рискованно, для многих предприятий это может быть единственной возможностью завоевать место на рынке, используя новейшее оборудование, последние достижения науки и техники, творческий потенциал талантливых инженеров, применяя достаточное знание современных технологических процессов.

5. Итак, при изучении и своевременном применении всех этих и многих других факторов, предприятия и организации могут достичь конкурентоспособности, процветания и получение прибыли.



Список использованной литературы

1. Санто Б. Инновация как средство экономического развития. Пер.с венг.- М.: Прогресс. - 1990.

2. Ф.Глисин, Взаимодействие промышленных предприятий России с зарубежными партнерами в области инновационной деятельности.// Вопросы статистики №6 1997.

3. Д.Львов - НТП и экономика переходного периода // Вопросы экономики №11 1991.

4. Твисс Б. Управление научно-техническими нововведениями. Сокр. пер. С анг. - М.: Экономика. - 1989.

5. С. Макконелл., Экономикс. Пер. С англ. - М.: Туран, 1996.

6. В.Логинов, Инновационная политика: 1994.

7. http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/d00106081.html

8. http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/d00131887.html

9. http://5ballov.qip.ru/referats/preview/39591//

10. http://revolution.allbest.ru/chemistry/00323373.html

11. Петров А. А., Поспелов И. Г., Шананин А. А. Опыт математического моделирования экономики. -- М.: Энергоатомиздат, 1996. -- 544 с. -- 1500 экз. -- ISBN 5-7036-0061-8.

12. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. -- 2-е изд., испр. -- М.: Физматлит, 2001. -- ISBN 5-9221-0120-X.

13. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учеб. для вузов -- 3-е изд., перераб. и доп. -- М.: Высш. шк., 2001. -- 343 с. -- ISBN 5-06-003860-2

14. Дьяконов В. П. Matlab R2006/2007/2008. Simulink 5/6/7. Основы применения. Серия: Библиотека профессионала. -- М.: Солон-Пресс, 2008. -- 800 с. -- ISBN 978-5-91359-042-8

15. В.Логинов, Инновационная политика: меры по активизации.// Экономист, №9, 1994.

Размещено на Allbest.ru

...