Файл: Пинаев Г.Ф. Основы теории химико-технологических процессов учеб. пособие.pdf

Потоки Ртт (появляющиеся іпри k = m или l=tri) назы­ вают зацикливающими потоками или простыми рециркулята-

кой, направленной от исходных материалов к конечным тро-

подсистемы. Аналогичные уравнения процесса могут быть написаны для всех узлов системы, и в результате получаем возможность аналитического описания структуры процесса.

Используя теорию графов, структуру системы можно представить с помощью матриц инцидентности, строки кото­ рых образованы узлами системы, а столбцы — коммуника­

то на пересечении /-го столбца и т - й строки матрицы поме­ щаем ± 1 .

Химически различимые вещества, входящие в технологи­ ческие потоки узлов системы, называют химическими .компо­ нентами. Поскольку компоненты потоков т - го узла участвуют в одном физико-химическом процессе, то они находятся в хи­ мическом контакте и образуют m-ю физико-химическую сис­ тему. Таким образом, структуру функциональных систем можно устанавливать согласно правилу: каждому химическо­ му контакту потоков системы отвечает ее узел.

Вход и выход т - й подсистемы независимо от их развет­ вленное™ можно рассматривать как объединения потоков индивидуальных компонентов.

Важной характеристикой технологических потоков явля­ ется кинематика, т. е. зависимость величины потока от вре­ мени. Потоки считают непрерывными, если в течение дли­ тельного времени их величины не обращаются в нуль.

10

Особым случаем непрерывных потоков являются потоки ста­ ционарные, величина которых постоянна и не зависит от вре­ мени. Потоки называют периодическими, если они периодиче­ ски (прерываются, т. е. когда величина их время от времени обращается в нуль. Различают технологические потоки и по их практическому назначению. Так, исходные материалы под­ разделяют на сырье, вспомогательные материалы, энергети­ ческие материалы и т. д. В некоторых случаях следует учи­ тывать неконтролируемые исходные материалы (попадающие в аппаратуру примеси, продукты коррозии, влагу и воздух, проникающие в результате подсосов и т. д.).

Конечные продукты химического производства классифи­ цируют следующим образом: целевые продукты*, побочные продукты, отходы, промышленные выбросы (последние — неконтролируемые потоки).

Существуют различные единицы для выражения величин потоков. Обычно величины потоков получают как отношения объемов веществ, перенесенных потоком, ко времени и изме­ ряют кубическими метрами в секунду, час или сутки, метра­ ми или кубическими сантиметрами в секунду и т. д. Такие величины называют объемными потоками и с помощью их характеризуют потоки жидкостей или газов.

Наряду с перечисленными используют величины потоков, которые представляют отношение масс веществ ко времени (тонны в секунду, час или сутки; килограммы или граммы в секунду и т. д.).-Такие величины называют массовыми или весовыми потоками; с их помощью характеризуют потоки веществ независимо от агрегатного состояния. В некоторых случаях используют мольные (молярные) потоки, измеряемые числом молей в единицу времени.

§ 1.4. Химическое оборудование

Для осуществления химико-технологических процессов используют следующие типы оборудования.

1. Реакторы — аппараты для проведения химических ре­ акций или физико-химических превращений. Примеры реак­ торов — колонны синтеза в производстве аммиака, обжиго­ вые печи и контактные аппараты в производстве серной кис­ лоты, печи крекинга в нефтехимической промышленности, доменные печи в металлургии и т. д.

2. Транспортирующие устройства и коммуникации — устройства для перемещения технологических материалов и изоляции их от внешней среды. Примеры коммуникаций — трубопроводы, газопроводы, желоба, транспортные галереи и т. д.; транспортирующие устройства — компрессоры, насо­ сы, транспортеры и т. д.

11

3.Приводы и машины — электродвигатели, краны, элек­ трокары и т. д.

4.Преобразователи разветвленности — устройства или

многокомпонентного потока на несколько различающихся по составу потоков. Первые называют смесителями, вторые — разделителями. В смесителях не только объединяются пото­ ки, но и равномерно распределяются вещества внутри объе­ диненного потока. Чаще смесители бывают механическими аппаратами, а иногда диффузионными или массообменными (например, насытители, сатураторы). Разделители по кон­ струкции могут быть простыми (сепараторы, циклоны и т. д.), сложными механическими устройствами (центрифуги, ваку­ ум-фильтры и т. д.) или аппаратами; работа которых основы­ вается на физических явлениях (электрофильтры, электро­

тогда как разделение гомогенного потока на компоненты — процесс несамопроизвольный.

5. Преобразователи кинематики потоков —• накопители (бункеры, емкости, баки, газгольдеры), питатели, дозаторы, вентили и т. д.

6.Устройства для воздействия на форму и размер частиц веществ —• дробильно-размольное, брикетно-прессовое обору­ дование, грануляторы и т. д.

7.Тепловое и энергетическое оборудование — теплообмен­ ники, топки, электронагреватели, паропроводы и т. д.

8.Кибернетическое оборудование — оборудование для управления производством (автоматика, вычислительные и информационные машины).

Основной характеристикой большинства видов оборудова­ ния является их пропускная способность, измеряемая величи­ ной проходящего через аппарат или машину суммарного тех­ нологического потока. Для определения пропускной способ­ ности оборудования употребляются в качестве синонимов термины производительность и мощность. Исключение со­ ставляют реакторы, производительность которых измеряют величиной прироста потока целевого продукта или величиной убыли потока сырья при прохождении через реактор.

Величины потоков зависят не только от пропускной спо­ собности оборудования, но и от загруженности системы, т. е. от того, загружена ли система нацело или нет. Поэтому раз­ личают максимально возможную и реальную пропускную способность оборудования.

12