АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Синтез и анализ ТС

Читайте также:
  1. FAST (Методика быстрого анализа решения)
  2. FMEA - анализ причин и последствий отказов
  3. I 5.3. АНАЛИЗ ОБОРАЧИВАЕМОСТИ АКТИВОВ 1 И КАПИТАЛА ПРЕДПРИЯТИЯ
  4. I. Два подхода в психологии — две схемы анализа
  5. I. Психологический анализ урока
  6. I. Сырье для промышленного органического синтеза.
  7. I. Финансовая отчетность и финансовый анализ
  8. I.5.5. Просмотр и анализ результатов решения задачи
  9. II. Анализ положения дел на предприятии
  10. II. Методы непрямого остеосинтеза.
  11. II. Основные проблемы, вызовы и риски. SWOT-анализ Республики Карелия
  12. II. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Задачи синтеза ТС:

Синтез, или построение, ТС заключается в определении основных технологических операций и их последовательности, выборе аппаратов и установлении связей между ними, определении параметров технологических режимов отдельных аппаратов и системы в целом, обеспечивающих наилучшие условия функционирования ТС. Постановка задачи синтеза ТС следующая:

Дано:

- вид и качество продукта, который необходимо производить;

- вид, состав и состояние исходных веществ (сырья);

- основные стадии технологического процесса переработки сырья в продукты и их характеристики;

- возможные аппаратурные решения для осуществления технологического процесса.

Определить:

- элементарный состав ТС 9 аппараты, машины, устройства и т.д.) для переработки сырья в продукты;

- структуру связей между элементами ТС, обеспечивающих последовательность стадий технологического процесса и функционирования всей системы;

- режимы отдельных элементов и системы в целом, обеспечивающие необходимые показатели производства и его эффективное функционирование.

При такой формулировке предполагается, что какие-то основы технологического процесса уже заданы на ранней стадии его проработки и их необходимо реализовать в разрабатываемой ТС. Возможна корректировка данных предварительной проработки процесса. Например, использование альтернативного сырья или источника энергии, применение иных стадий процесса или другого аппаратурного оформления процесса. Это может быть связано с наличием или отсутствием необходимого оборудования и его стоимостью, невозможностью транспортировки, условиями строительно-…….работ, условиями эксплуатации всей системы.

 

 

Принципы создания ТС

- максимальное использование сырьевых и энергетических ресурсов;

- минимизация отходов;

- эффективное использование оборудования.

Совокупность приемов и алгоритмов, обоснованных и проверенных решений, с помощью которых эти принципы осуществляются и которые применяются при синтезе ТС, называются эвристиками. Они позволяют повысить эффективность поиска решений, использовать имеющийся опыт, накапливать на будущее. Они же используются в автоматизированных системах синтеза ТС. Наиболее распространенные из них рассмотрим дальше.

 

Синтез ТС и сырьевые ресурсы (сырьевая подсистема ТС)

 

Исходными веществами для производства промышленных продуктов является сырьё, полупродукты и вторичное сырьё. Первые из названных исходных веществ – основные, их называют сырьевыми ресурсами.

Сырьевые ресурсы (сырье) – природные материалы, используемые в производстве промышленных продуктов.

Промышленное сырьё классифицируют: по происхождению – минеральное, растительное и животное; по запасам: возобновимые (ресурсы) и невозобновимые; по химическому составу- органическое и неораническое; по агрегатному состоянию- твёрдое, жидкое и газообразное.

Минеральное сырье – это добываемые из земных недр полезные ископаемые, которые при данном уровне развития техники экономически эффективно могут быть переработаны в промышленности в требуемые продукты. Они залегают в литосфере (твердой оболочке Земли) на глубине до 10 км и представлены различными минеральными ассоциациями в виде осадочных, изверженных и метаморфических горных парод. Многие элементы входят в химический состав литосферы, но лишь восемь их них составляют основную массу: О-47% (масс.); Si-28%; Al-9%; Fe-5%; Ca-4%; Na,K-3%; Mg-2%. Остальных 2%. Минеральное сырье принято делить на три вида: рудное, нерудное и горючее.

Рудным минеральным сырьем называются горные пароды, из которых получают металлы. В ходе переработки наряду с минеральными производят также химические продукты. Например, получение при производстве Cu, Zn, Ni.

Нерудное минеральное сырьё – это горные породы, используемые в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов и не являющиеся исходным материалом для производства металлов. Например, галит (NaCl)- нерудное сырьё в производстве ………….соды (NaOH) хлора.

Горючее минеральное сырьё содержит в своём составе углерод (углеродсодержащее): угли, нефть, горючие сланцы, природный газ. Они сгорают в кислородсодержащей среде и потому служат источник тепловой энергии (топливное сырьё). Кроме того горючее минеральное сырье – основа для очень широкой гаммы продуктов химических производств.

Растительное и животное сырьё имеет происхождение, соответствующее его названию. Растительное сырье - древесина, картофель, подсолнечник, сахарная свекла, хлопок, лён, конопля, отходы первичной обработки сельскохозяйственной продукции.

Животное сырьё – шерсть, кожа, жиры, отходы первичной обработки. Его перерабатывают в продукты питания (пищевое сырьё), в бытовые и технические продукты.

 

Воздух и вода. Земная кора (условно) включает атмосферу до высоты 15 км, гидросферу и литосферу. Воздух атмосферы и вода гидросферы также являются сырьём для промышленности. Азот для производства аммиака - ; кислород - во многих окислительных процессах. Вода служит источником получения водорода - и кислорода - , реагентом во многих химических процессах, при получении кислот, щелочей. Её применяют как вспомогательный материал для приготовления растворов твердых, жидких и газообразных веществ, в качестве абсорбента. Вода в чистом виде практически не существует, в ней всегда растворены различные соли. Высококонцентрированные соляные растворы (рапы) морских заливов используются для получения йода, брома.

Невозобновимое сырьё не восстанавливается совсем или восстанавливается значительно медленнее, чем идёт его использование. К нему принадлежат полезные ископаемые. Использование этого сырья неизбежно приводит к его исчерпанию. Например, исчерпание нефти произойдет через несколько десятилетий при потреблении современными темпами.

Возобновимое сырьё - это растительное и животное, некоторые виды минерального (например, соли, осажденные в озёрах и морских заливах). Восстановление возобновимоно сырья идёт с разной скоростью. Темпы расхода возобновимого сырья должны соответствовать темпам его потребления. Иначе оно станет невозобновимым.

Полупродукты – вещества и материалы, являющиеся исходными в производстве продуктов и полученные из природного сырья в другом производстве. Например, аммиак в производстве кислоты и бензол в синтезе алкил бензолов. Эти полупродукты получают из природного сырья: аммиак – из природного газа, воды и воздуха, а бензол – из нефти или угля.

В большинстве производств исходными веществами являются полупродукты. Поэтому и природные материалы, и полупродукты называются первичным сырьём.

Вторичное сырьё – используемые в производстве продукции вещества и материалы, являющиеся невостребованными в других производствах. Источниками их являются отходы производства и отходы потребления.

Отходы производства – остатки сырья и вспомогательных материалов, которые утратили свои первоначальные качества, а также продукты, не являющиеся целью производственного процесса (дополнительные продукты).

Отходы потребления- бывшие в употреблении вещества и изделия, восстановление которых экономически нецелесообразно.

Основные пути их использования в промышленном производстве следующее:

1) извлечение, регенерация непрогеагированного сырья и материалов и возврат в производство; 2) извлечение ценных компонентов как продуктов производства; 3) выделение компонентов и придания им с помощью специальных операций товарной ценности; 4) использование отходов как исходных веществ и материалов в других производствах или других отраслях промышленности.

Во всех случаях предполагается одно их двух назначений вторичного сырья как исходного материала:

- вторичное сырьё частично или полностью заменяет первичное в каком-либо производстве;

- на основе вторичного сырья создаётся новый технологический процесс, отличный от применяемого в производстве того же продукта из первичного сырья.

Очевидно, что вторичное сырье сберегает природные ресурсы.

Классическим применением является полная замена природной селитры на получаемую из аммиака, производимого из природного газа и воздуха.

До 30 % серной кислоты - производится из отходящих газов цветной металлургии и процессов обессеривания нефти.

 

Добываемое из недр Земли сырье кроме целевых компонентов содержит бесполезные (пустая парода) и вредные примеси. В большинстве случаев содержание примесей относительно велико, поэтому приходится проводить обогащение сырья: оно необходимо для уменьшения затрат на переработку сырья, улучшает качество продукта и уменьшает расходы на транспорт сырья к месту производства. Основные методы обогащения следующие:

Обогащение твердого сырья.

Рассеивание (грохочение) применяется для разделения твердой пароды, содержащей минералы различной прочности и образующей при измельчении зерна различного размера. Последовательное прохождение измельчённого сырья через грохоты – сита с отверстиями разных размеров – позволяет выделить фракции, обогащенные целевыми минералами. Например, при обогащении фосфатных руд.

Гравитационное обогащение основано на различных плотностей минералов пустых парод. Их разделяют в определённых средах: в жидкости, в потоке воды или воздуха (мокрое и сухое).

Электромагнитное и электростатическое обогащение основано на различии магнитной проницаемости или электрической проворности компонентов сырья. Проходя на транспорте магнитное или электрическое поле фракции разделяются. Применяется при разделении некоторых видов рудного сырья.

Флотация (плавать на поверхности) – широко применяется способ обогащения, основан на различной смачиваемости частиц минерального сырья. Во флотационную машину поступает смесь воды и мелких частиц обогащаемой руды (пульпа) и подается воздух. Гидрофобные частицы (не смачиваемые водой) прилипают к пузырькам воздуха и выносятся вместе с ними на поверхность, образуя пену, которая удаляется специальным устройством. В пульпу вводят специальные добавки. Одни для стабилизации пузырьков, предотвращая из разрушение в пене. Другие (флотационные реактивы) для изменения смачиваемости частиц. Применяемые для разделения полиметаллических сульфидных руд; обогащение каменных углей и т.д.

Термическое обогащение основано на различной плавкости компонентов сырья. Например, при нагревании серосодержащей руды легкоплавкая сера раньше других компонентов переходит в жидкое состояние и отделяется.

Химическое обогащение основано на различии химической активности компонентов сырья по отношению к определенным химическим реагентам. Происходит химическая реакция с последующим выделение образовавшегося соединении осаждением, испарением, плавлением и т.д. Применяется для удаления балластных органических примесей обжигом твердой пароды.

Экстракция используется для извлечения целевых компонентов из твердого и жидкого сырья. Это один из основных методов извлечения редких металлов из минерального сырья.

Разделение жидких и газовых смесей.

При этом используются различие температур кипения. Различие растворимости, сорбционных, химических и др. свойств компонентов смеси. Наиболее широкое разделение таких смесей используют на нефтяных месторождениях.

Нефть – смесь углеводородов с примесями кислородных, сернистых и азотистых соединений – разделяют перегонкой на составные части (фракции)- бензин, керосин, мазут и т.д.

Вместе с нефтью часто добывается нефтяной (попутный) газ – смесь различных углеводородов, водяных паров, азота и некоторых других компонентов. Транспортировать такой газ по трубопроводам практически невозможно – водяные пары и тяжелые углеводороды конденсируются в трубах. Поэтому попутный газ предварительно разделяют на газоперерабатывающих заводах.

Синтез ТС и энергетические ресурсы (энергетическая подсистема).

 

В промышленном производстве протекают разнообразные процессы, связанные или с выделением энергии или с её затратой, или со взаимными превращениями и переходами. Энергия затрачивается на подготовку сырья, осуществление различных превращений, выделение продуктов, транспортировку материалов и т.д.

Энергоемкость производства (расход энергии на единицу получаемой продукции) – один из важнейших показателей эффективности производства. Энергию выражают в различных единицах (кДж; кВт·час и др.), в том числе в единицах условного топлива (1кг твердого топлива и 1 газообразного и теплотой сгорания 29,3МДж). Энергоемкость производств отдельных продуктов нефтехимической промышленности выражается в тоннах условного топлива (ТУТ) на получение тонны продукта, например, на производство этилена затрачивается 2,8 .

Основные виды энергии применяемые в производствах, зависят от характера технологического процесса.

Тепловая энергия может быть получена за счет сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива в различных устройствах. Тепловая энергия применяется для осуществления самых разнообразных процессов – нагрева, плавления, сушки, выпаривания. Дистилляции, тепловой адсорбции. В качестве теплоносителей используют топочные газы, получаемые сжиганием топлива, водяной пар, горячую воду и др. жидкости (масла, расплавы солей и др.)

Электрическая энергия используется для превращения в механическую в электропроводах различных машин (станки, насосы, компрессоры, дробилки, центрифуги и т.д.), а также для проведения электрохимических (электролиз), электротермических (плавление, нагревание), электромагнитных процессов. В промышленности осуществляют процессы, связанные с использованием электростатических явлений, - осаждение пылей и туманов, электрокрекинг углеводородов.

Световая энергия в последнее время преобретает всё большее значение для проведения фотохимических реакций.

Фотоэлектрические явления (превращение световой энергии в электрическую) применяют для автоматического контроля и управления технологическими процессами.

Используют также энергию других видов излучений и атомных превращений для проведения радиационно-химических превращений и ядерно-химических акций.

Источники энергии условно делятся на первичные и вторичные.

Первичные источники энергии – источники (вещества), энергетический потенциал которых является следствием природных процессов и не зависит от деятельности человека. К ним относятся: ископаемые горючие и радиоактивные вещества; нагретые до высокой температуры воды недр Земли (термальные воды), Солнце, ветер, энергия рек, морей, океанов. Среди первичных источников энергии преобладают газообразное и жидкое топливо, т.е. тепло, получаемое из ТЭЦ и котельных установок самих предприятий.

Первичные источники энергии подразделяют на невозобновимые и возобновимые. Невозобновимые – ископаемые горючие вещества (уголь, нефть, природный газ, сланцы); возобновимые – все источники энергии, являющиеся продуктами деятельности Солнца и природные явлений на поверхности Земли: ветер, энергия рек, морей, океанов, растительные продукты биологической деятельности (древесина и др.). В настоящее время используют главным образом невозобновимые источники энергии, приимущественно газовое и жидкое топливо.

 

 

Вторичные источники энергии – вещества, обладающие энергетическим потенциалом и являющиеся побочными продуктами деятельности человека: отходящие горючие органические вещества; отработанные горячие теплоносители промышленных производств (газ, вода, пар); горячие и находящиеся под давлением технологические потоки и т.д.

Энергетическая ценность источников энергии определяется количеством энергии, которая может быть получена при сжигании 1 кг или 1 м3 топлива.

Каменный уголь – 8,0

Кокс – 7,2

Торф- 4,0

Коксовый газ – 4,8

Природный газ- 10,8

Уран – 22,5·10

Целесообразность применения некоторых источников энергии определяется не только их энергетическая ценностью, но и запасами их в природе, географическим положением, доступностью и некоторыми др. факторами.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.008 сек.)