Хіміко-технологічна система
Хімічне виробництво - сукупність машин, апаратів і інших пристроїв, пов'язаних між собою матеріальними трубопроводами та паропроводами, лініями електричними, транспортними і зв'язку (для інформації та управління). Всі вони взаємопов'язані і функціонують разом, забезпечуючи отримання продукції і виконуючи інші функції виробництва. Такий об'єкт називається системою.
Система - сукупність елементів і зв'язків між ними, що функціонує як єдине ціле. Для дослідження таких об'єктів, їх властивостей, особливостей функціонування розвинена теорія систем.
У хімічному виробництві елементи - це машини, апарати та інші пристрої; зв'язку - це матеріальні трубопроводи, паропроводи та ін. які з'єднують машини, апарати. В елементах відбувається перетворення потоків (зміна їх стану - поділ, змішання, стиснення, нагрів, хімічні перетворення і т.д.). Зі зв'язків потоки передаються з одного в інший. Це дозволяє представити хімічне виробництво як хіміко-технологічну систему.
Хіміко-технологічна система (ХТС) - сукупність апаратів, машин та інших пристроїв (елементів) і матеріальних, теплових, енергетичних та інших потоків (зв'язків) між ними, що функціонує як єдине ціле і призначена для переробки вихідних речовин (сировини)
в продукти.
Реакційний вузол також можна уявити як систему - сукупність реакторів, теплообмінників, змішувачів (елементів) і потоків між ними (зв'язків), що функціонує як єдине ціле. По відношенню до ХТС в цілому ця підсистема - частина великої системи.
Залежно від мети дослідження не всі апарати будуть впливати на питання, що цікавлять дослідників властивості ХТС. Якщо мета досліджень - визначення продуктивності, виходу продукту та інші матеріальні показники, то теплообмінники, насоси та інше обладнання, що не змінює склад потоків, можна не включати в ХТС. Якщо мета досліджень - забезпечення виробництва енергією, то в систему включають енергетичне обладнання як її елементи.
Хімічне виробництво складається з десятків і сотень різнорідних апаратів і пристроїв, пов'язаних між собою різноманітними потоками. Дослідити його в цілому при величезному різноманітті його складових частин - завдання не тільки складна, але і малоефективна. Фактично дослідження складних ХТС зводиться до вивчення її підсистем. Будемо виділяти підсистеми за двома ознаками - функціональному і масштабного.
Реакційний вузол - за масштабом мала підсистема у всьому технологічному процесі переробки сировини в продукти. Енергетична підсистема за масштабом охоплює все виробництво, але виконує певну функцію.
Функціональні підсистеми забезпечують виконання певних функцій виробництва і його функціонування в цілому.
Технологічна підсистема - частина виробництва, де здійснюється власне переробка сировини в продукти хіміко-технологічного процесу.
Енергетична підсистема - частина виробництва, що служить для забезпечення тепловою, силовий, електричною енергією хіміко - технологічного процесу. Залежно від виду енергії може бути представлена відповідна підсистема.
Підсистема управління - частина виробництва для отримання інформації про його функціонування та управління ім. Зазвичай це автоматизована система управління технологічним процесом (АСУТП).
Приблизно так само функціональні підсистеми представлені в технічній документації з виробництва. Сукупність функціональних підсистем утворює склад ХТС.
Масштабні підсистеми як окремі частини хіміко - технологічного процесу виконують певні функції в послідовності процесів переробки сировини в продукти.
Масштабні підсистеми ХТМ також можна систематизувати у вигляді їх ієрархічної послідовності - ієрархічної структури ХТС (рис. 7).
У структурі ХТС мінімальний елемент - окремий апарат (реактор, абсорбер, колона ректифікації, насос та інше). Це нижчий масштабний рівень. Кілька апаратів, що виконують разом якесь перетворення потоку, елементи підсистеми наступного масштабного рівня (реакційний вузол, система поділу багатокомпонентної суміші і т. Д.). Відділення або ділянки виробництва, наприклад у виробництві сірчаної кислоти - відділення випалу серосодержащего сировини, очищення і осушення сірчистого газу, контактна, абсорбція, очищення газів, що відходять утворюють наступний масштабний рівень. Сукупність відділень, ділянок утворює ХТМ виробництва в цілому. Описане виділення підсистем умовно.
Мал. 7. Ієрархічна структура
хіміко-технологічної системи
Аналіз ХТМ полягає в отриманні відомостей про стан ХТС, показники її ефективності та функціонуванні системи, а також про вплив на ці дані хімічної схеми, структури технологічних зв'язків, властивостей і стану елементів і підсистем, умов експлуатації.
Аналіз ХТС здійснюється при розробці і проектуванні нового хімічного виробництва, при експлуатації діючого виробництва, для порівняння різних варіантів реалізації процесу, при модернізації і реконструкції виробництва.
Синтез або побудова ХТМ полягає у визначенні основних технологічних операцій і їх послідовності, виборі апаратів і встановлення зв'язків між ними, визначення параметрів технологічних режимів окремих апаратів і системи в цілому, що забезпечують найкращі умови функціонування ХТС.