Организация и оптимизация химико-технологических процессов

 

Для большинства химико-технологических процессов проектируются нестандартные реакторы, зачастую изготавливаемые в единственном экземпляре. На производственных установках применяются не только одиночные, самостоятельно работающие реакторы, но и их комбинации.

При всей сложности химико-технологических процессов существуют типовые соединения оборудования между собой, объединяющих их в единую схему. К ним относятся: последовательное соединение, параллельное соединение, последовательно-обводное (байпасное) соединение и рециркуляционное соединение

Последовательное соединение:

 

Последовательное соединение является основным соединением технологических аппаратов между собой. При этом соединении весь технологический поток, выходящий из предыдущего элемента химико-технологического процесса, полностью поступает на последующий элемент, причем каждый элемент поток проходит только один раз.

Последовательное соединение применяют, когда необходимо провести технологический процесс с выделением какого либо компонента после каждой стадии (например, в многоступенчатом воздушном компрессоре после каждой ступени сжатия происходит охлаждение газа и выделение капельной влаги).

 

Параллельное соединение:

 

При параллельном соединении, технологический поток разделяется на несколько потоков, которые поступают на различные элементы химико-технологического процесса, причем каждый аппарат поток проходит только один раз. Выходящие из элементов потоки могут объединяться в один поток, а могут выходить раздельно.

Достоинства:

- параллельное подключение дополнительного аппарата позволяет увеличить нагрузку по сырью при сохранении неизменной степени превращения или, возможно, достичь более высокой степени превращения (без изменения скорости подачи сырья) за счет увеличения времени пребывания.

- параллельное соединение применяют, когда необходимо увеличить надежность производства и обеспечить возможность его работы с минимальной производительностью без снижения эффективности работы оборудования (в случае необходимости, параллельные линии могут быть отключены по экономическим соображениям или для ремонта);

 

Последовательно-обводное (байпасное) соединение:

 

При последовательно-обводном (байпасном) соединении через ряд последовательно соединенных элементов химико-технологического процесса проходит только часть потока, а другая часть обходит часть аппаратов, а затем соединяется с частью потока, прошедшего через элементы химико-технологического процесса.

Достоинства:

- при байпасном соединении вследствие уменьшения потока, идущего через реактор, увеличивается время пребывания в реакторе и увеличивается степень превращения сырья в продукты (в реакторе);

- байпасное соединение применяется при конструировании реакторов для проведения обратимых экзотермических реакций путем смешения "горячего" потока после реактора с "холодным" байпасным потоком, что позволяет достичь высокой степени превращения и оптимальных температур, и следовательно высоких скоростей химических реакций (каталитические реактора, например, окисления SO₂ в SO₃ или синтеза аммиака);

 

Рециркуляционное соединение:

 

Рециркуляционное соединение характеризуется наличием обратного технологического потока в системе последовательно соединенных элементов, который связывает выход одного из последующих элементов с входом одного из предыдущих элементов. Химико-технологические процессы с использованием этой связи характеризуются коэффициентом рециркуляции, т.е. отношением рециркулирующего потока к суммарному (коэффициент всегда меньше единицы).

Достоинства:

- рециркуляция позволяет достичь максимального использования сырья (особенно для обратимых реакций) и увеличить скорость процесса за счет увеличения концентрации исходных реагентов, которая достигается при выделении целевого продукта на линии рецикла и возвратом исходных реагентов в "голову" процесса (например, цикл синтеза аммиака);

- рециркуляция позволяет уменьшить полноту протекания побочных химических реакций посредством разбавления сырья продуктами реакции, поступающими в "голову" процесса по линии рецикла.

- рециркуляцию непрореагировавшей части исходного реагента (сырья) применяют с целью: - увеличения выхода целевого продукта на исходный реагент;

- подавления побочных реакций путем изменения соотношения реагентов в рабочей зоне реактора.

Обозначим:

L – количество свежего исходного реагента (свежее сырье) в загрузке реактора, кмоль/ч;

R – количество рециркулята в загрузке, кмоль/ч;

P – количество получаемого целевого продукта, кмоль/ч;

Выход целевого продукта на суммарную загрузку (в молярных долях) равен:

 

 

 

То же на свежее сырье:

 

ar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

 

Рециркуляцию количественно характеризуют коэффициентом рециркуляции: