Структура и описание ТС

Исследовать промышленное устройство в целом при огромном многообразии его составных частей – задача не только сложная, но и малоэффективная. Представив промышленное производство как ТС, проведём дальнейшую систематизацию частей производства, представленных в структуре ТС. Цель систематизации – выделить подсистемы ТС для их исследования и изучения. Будем выделять подсистемы по двум признакам – функциональному масштабному.

Функциональные системы обеспечивают выполнение функций производства и его функционирование в целом.

Технологическая подсистема – часть производства, где осуществляется собственно переработка сырья в продукты, технологического процесса.

Энергетическая подсистема – часть производства, служащая для обеспечения энергией технологического процесса. В зависимости от вида энергии: тепловая, механическая, электрическая может быть представлена соответствующая подсистема.

Подсистема управления – часть производства для получения информации его функционировании и управления им. Обычно это – автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП).

В зависимости от цели исследования каждая из подсистем может быть представлена несколькими видами. Совокупность функциональных подсистем образует состав ТС.

Масштабные подсистемы выполняют определённые функции в исследовательности процессов переработки сырья в продукты как отдельные части технологического процесса. Масштабные подсистемы ТС можно систематизировать в виде иерархической структуры ТС.

В структуре ТС минимальный элемент - отдельный аппарат (реактор, абсорбер, ректификационная колонна, насос и т.д.). Это низший масштабный уровень I. Несколько аппаратов, выполняющих вместе какое-то преобразование потока, - элементы подсистемы II масштабного уровня (реакционный узел, система разделения многокомпонентной смеси и т.д.)

Совокупность подсистем второго уровня как элементы образуют подсистему III уровня (отделения или участки производства).

Совокупность отделений, участков образует ТС производства в целом.

Иерархическая структура ТС позволяет на каждом этапе сократить размеры исследуемой задачи, а результаты изучения подсистемы одного производства использовать в исследованиях другого.

Элементы и связи ТС

В описанной иерархической структуре отдельные аппараты или агрегаты предназначены для определенного изменения состояния потока.

Классификация элементов ТС проводится по их назначению.

Механические и гидромеханические элементы производят изменение формы и размера материала и его перемещение, объединение и разделение потоков. Эти операции осуществляются дробилками, грануляторами, смесителями, сепараторами, фильтрами, циклонами, компрессорами, насосами.

Теплообменные элементы изменяют температуру потока, его теплосодержание, переводят вещества в другое фазовое состояние. Эти операции осуществляются в теплообменниках, испарителях, конденсаторах, сублиматорах.

Массообменные элементы осуществляют межфазный перенос компонентов, изменение компонентного состава потоков без появления новых веществ. Эти операции проводят в дистилляторах, абсорберах, адсорберах, ректификационных колоннах, экстракторах, кристаллизаторах, сушилках.

Реакционные элементы осуществляют химические превращения, кардинально меняют компонентный состав потоков и материалов. Эти процессы происходят в химических реакторах.

Энергетические элементы осуществляют преобразование энергии и получение энергоносителей. К ним относят турбины, генераторы, приводы для выработки механической энергии, котлы – утилизаторы для выработки энергетического пара.

Элементы контроля и управления позволяют измерить параметры состояния потоков, контролировать состояние аппаратов и машин, а также управлять процессами, меняя условия их протекания. К ним относятся датчики (t, p, Q, состава и т.д.), исполнительные механизмы (вентили, задвижки, выключатели и т.д.), а также приборы для выработки и преобразования сигналов, информационные и вычислительные устройства (устройства сигнализации, системы автоматического регулирования, АСУ технологическим процессом).

В зависимости от изучаемой подсистемы один и тот же элемент может иметь разное назначение. Котел – утилизатор охлаждает поток в технологической подсистеме, он теплообменный элемент. В энергетической подсистеме котел – утилизатор вырабатывает пар и поэтому он – энергетический элемент.

Классификация связей (потоков). Потоки между аппаратами (связи между элементами) классифицирует по их содержанию.

Материальные потоки переносят вещества и материалы по трубопроводам различного назначения, транспортерами и другими механическими устройствами.

Энергетические потоки переносят энергию (тепловую, механическую, электрическую, а также топливо). Тепловая энергия и топливо для энергетических элементов передаются обычно по трубопроводам (пар, горячая вода, горючие газы и жидкости), механическая энергия – также по трубопроводам (газы под давлением) или через вал двигателя и другие элементы привода. Электрическая энергия передается по проводам, кабелям.

Информационные потоки используются в системах контроля и управления процессами и производством. Используются электрические провода и тонкие, капиллярные трубки в пневматических системах.

Структура связей. Определяется последовательностью прохождения потоков через элементы ТС и обеспечивает необходимые условия работы элементов системы.

Последовательная связь. Поток проходит аппараты поочередно. Применение: последовательная переработка сырья в разных операциях; более полная переработка сырья последовательными воздействиями на него; управление процессом путем необходимого управляющего воздействия на каждый элемент.

Разветвленная связь.

После некоторой операции поток разветвляется и далее отдельные

потоки перерабатываются различными способами. Используется для получения различных продуктов.

Параллельная связь.

Поток разветвляется, отдельные части его проходят разные аппараты, после чего потоки объединяются. Применение: 1) если мощность аппаратов ограниченна, то устанавливают несколько аппаратов параллельно, обеспечивая суммарную производительность всей системы. 2) использование периодических стадий в непрерывном процессе. В этом случае поочередно работает один из параллельных аппаратов. После завершения рабочего цикла одного аппарата поток переключают на другой аппарат, а отключенный подготавливают к очередному рабочему циклу.

Например, адсорберы с коротким сроком службы сорбента. Пока в одном происходит поглощение, в другой сорбент регенерируют. 3) резервирование на случай выхода из строя одного из аппаратов (так называемое “холодное” резервирование).

Обводная связь или байпас.

Часть потока, не поступая в аппарат, «обходит» его. Такая схема используется в основном для управления процессом. Например, в процессе эксплуатации теплообменника условия передачи теплоты в нем меняются (загрязнения поверхности, изменение нагрузки и т.д.). Поддерживают необходимые температуры потоков байпасированием им мимо теплообменника. Величину байпаса определяют как долю основного потока, проходящего мимо аппарата .

Различают простой и сложный байпасы.

Обратная (рециркуляционная) связь или рецикл.

Часть потока, после одного из аппаратов, возвращается в предыдущий. Через аппарат, в который направляется поток Vp. Проходит поток V больший, чем основной Vо, так что V=Vo +Vp. Количественно величину рецикла характеризуют двумя величинами: кратность циркуляции и отношением циркуляции . Очевидно, .

Если входящий из аппарата поток разветвляется и одна его часть образует обратную связь, то такая связь образует полный рецикл – составы входящего потока и рециркуляционного одинаковы. Такую схему используют для управления процессом, создания благоприятных условий для его протекания. Например, в ядерных реакторах скорость превращения в ценных реакциях возрастает по мере накопления промежуточных активных радикалов. Если на вход реактора вернуть часть выходного потока, содержащего активные радикалы, то превращение будет интенсивным с самого начала.

Возможен возврат (рецикл) части компонентов после системы разделения Р. Это – фракционный рецикл (возвращается фракция потока), Широко применяется для более полного использования сырья.

К фракционному рециклу относится схема, где свежая смесь нагревается в теплообменнике теплом выходящего из реактора потока. Рециркулирует тепловая фракция потока (а не компонентная, как в предыдущей схеме). Это схемы простого рецикла. Последняя схема – сложный рецикл.

Приведенные выше типы связей присутствуют практически во всех ТС, обеспечивая необходимые условия их функционирования.

Поиск по сайту: