1 Определение и основные понятия хтс

Химико-технологическая система (ХТС) – это совокупность физико-химических процессов и средств для их реализации. ХТС включает:

- собственно физико-химический процесс;

- аппарат, в котором он проводится;

- средства для контроля и управления процессом и связи между ними.

Схема ХТС как объекта исследования показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема ХТС как объекта исследования

Химико-технологический процесс (ХТП) есть изменение состояния веществ, протекающее при тех или иных условиях.

Химико-технологическая система характеризуется параметрами.

Параметры ХТС – это физические или химические величины, которые характеризуют особенность протекания физико-химических явлений в ХТП, условия проведения и особенности инженерно-аппаратного оформления каждого ХТП.

Различают конструкционные и технологические параметры ХТС.

Конструкционные параметры ХТС – это геометрические характеристики конструкций элементов системы (объем, диаметр, высота аппарата, размеры слоя насадки в аппарате и др.).

Технологические параметры ХТС – это физико-химические величины, характеризующие свойства, механизм и кинетику ХТП, происходящие в элементах системы (константы скорости химических реакций, коэффициенты массо- и теплопередачи и т.д.).

Параметры технологического режима – это основные физико-химические факторы внутри элементов системы, которые влияют на скорость ХТП, на выход и качество получаемых продуктов (температура, давление, гидравлические условия перемещения потоков компонентов, активность катализатора и др.)

Значение всех параметров ХТП в данный момент времени называют технологическим режимом. Значения всех параметров, обеспечивающих цель процесса, есть нормальный технологический режим.

Нормальный технологический режим задают и оформляют в виде технологической карты. В ней приводят перечень параметров, значение которых необходимо поддерживать на определенном уровне и указываются допускаемые диапазоны их изменения.

Входные переменные ХТС – это параметры входных технологических потоков (ТП) системы (расход сырья, состав сырья, его температура), а также параметры окружающей ХТС среды (влажность, радиоактивное излучение и т. д.)

Выходные переменные – это параметры выходных ТП (расходы готового продукта, его качество, температура и т. д.).

Выходные переменные можно разделить на параметры состояния потока (массовый расход, объемный расход, состав продуктов, температура, давление) и параметры свойств потока (теплоемкость, вязкость, плотность и т. д.).

Состояние ХТС – это набор выходных переменных ХТС, которые характеризуют функционирование системы в каждый момент времени. Выходные переменные ХТС часто называют переменными состояния или фазовыми переменными.

Каждая система обладает структурой. Под структурой понимают совокупность элементов и связей между ними, обладающую инвариантностью (неизменностью) на определенном отрезке времени. Элементом системы является материальный объект, выполняющий определенные функции в рамках системы и не подлежащий дальнейшему членению.

Элементы объединяются в систему с помощью связей. Связь – это физический канал, по которому происходит обмен веществом, энергией и информацией между элементами системы (внутренняя связь) и между отдельными системами (внешняя связь). На рисунке 2 показаны внешние связи системы.

Рисунок 2 – Внешние связи ХТС

По физическому смыслу связи подразделяют на материальные, энергетические и информационные. Первые два типа связей относятся к технологическим. Материальные связи представляют собой потоки сырья, вспомогательных материалов, полупродуктов, продуктов, твердых, жидких и газообразных отходов. К энергетическим относят потоки топлива, хладагентов и теплоносителей, линии электропередачи. С инженерной точки зрения, технологические связи в ХТС представлены в виде магистралей, трубопроводов, газо- и водопроводов, топливопроводов, электрокабелей и т. д. Информационные связи поступают в систему в виде пневмо- и электросигналов от информационного оборудования.