Системный анализ процессов химической технологии Лекция 2 Преподаватель:профессор ИВАНЧИНА ЭМИЛИЯ ДМИТРИЕВНА

Модели химического производства План Химическая модель; Химическая модель; Графическая модель; Графическая модель; Математическая модель; Математическая модель;

Химическая модель Химическая модель строится на основе химических реакций процесса (основных и побочных). В случае многокомпонентных процессов (нефтехимической и нефтеперерабатывающей отрасли) записывают формализованную химическую модель. Формализованная модель не содержит промежуточных стадий превращения сырья в продукт.

Химическая модель составляется в виде схемы превращений и-П АрН н-П k1k1 k2k2 k3k3 k4k4 и-П – изо-парафины; н-П – парафины нормального строения; Н – нафтены; Ар – ароматические углеводороды. Химическая модель позволяет выполнить анализ различных способов преобразования сырья в продукт и выбрать наилучшую технологию производства

При сравнении различных химических схем учитывается не только стоимость сырья и продуктов, а также оборудования, но и доступность сырья, и возможность реализации продукции. Химическая модель позволяет также выбрать оптимальное оборудование процесса. Например, из приведенной химической модели процесса каталитического риформинга следует, что основные реакции превращения парафиновых или нафтеновых углеводородов являются эндотермическими и протекают с выделением водорода. Следовательно, температура процесса превращения сырья в продукт будет уменьшаться, поэтому для поддержания оптимального режима необходимо проводить процесс в несколько стадий с возможностью промежуточного подогрева. Поэтому промышленные установки производства бензинов включают трех- и четырех реакторные схемы с промежуточными секционными печными блоками. Таким образом, химические модели используются как при разработке и проектировании промышленных процессов, так и при их эксплуатации.

Одной химической модели недостаточно для проектирования и эксплуатации химического процесса, поэтому используют также и графические модели.

Графическая модель Строится на основе химической модели; Строится на основе химической модели; Позволяет получить наглядное представление о связях между аппаратами; Позволяет получить наглядное представление о связях между аппаратами; Включает в себя: Включает в себя: а) функциональную схему; б) технологическую схему; в) структурную схему.

Любая графическая модель может быть представлена в виде одной из трех схем: функциональной, технологической, структурной. Основу любой из этих схем составляет химическая модель. Функциональная схема показывает последовательность технологических стадий производства, а именно, подготовку сырья, химические превращения, выделения и очистки продуктов.

Функциональная схема Показывает технологическую связь между стадиями какого-либо производства Стадия подготовки сырья Стадия химического превращения Стадия выделения и очистки продуктов

Рассмотрим функциональную схему производства бензинов 1. Подготовка и первичная переработка нефти, ЭЛОУ, АВТ 2. Разделение нефти на фракции 3. Стадия гидроочистки 4. Стадия облагораживания бензина 5. Стабилизация Фракционирование продукта и получение товарных бензинов

Таким образом, данная схема дает общее представление о функционировании завода. Функциональная схема так же, как и химическая модель служит предпосылкой для аппаратурного оформления процесса. Функциональная схема является основой для разработки эскизной части проекта. Например, из приведенной функциональной схемы видно, что аппаратурное оформление будет состоять из дегидраторов для стадии первичной подготовки нефти, колонн ректификации для разгонки нефти, реакторов гидроочистки и печного блока для подогрева сырья до температуры процесса гидроочистки, блока каталитического риформинга, стабилизационной колонны и сепараторов. Следующей разновидностью графической модели является технологическая схема производства

Технологическая схема Наиболее наглядно описывает производство Технологическая схема блока каталитического риформинга бензинов ЛК-6У: 1 – смеситель; 2 – теплообменник; 3 – змеевик; 4,5,6 – реакторы; 7 – сепаратор; 8 – колонна.

В узел смешения 1 подается бензиновая фракция нефти 85–180°С, предварительно подготовленная, которая после смешения с водородсодержащим газом (ВСГ) нагревается в сырьевом теплообменнике 2 и последовательно проходит стадии химического превращения в реакторах 4,5,6 с предварительным подогревом в печах 3. На выходе из последнего реактора 6 газо продуктовый поток направляется в сырьевой теплообменник, и происходит рекуперация тепла. Из теплообменника газо продуктовый поток направляется в сепаратор 7, где он разделяется на два потока: ВСГ и нестабильный катализат, который содержит растворенные газы. Далее нестабильный катализат направляется в колонну стабилизации 8, где также происходит разделение на два потока: стабильный катализат и углеводородные газы. Оба потока являются продуктами переработки нефти.

Технологическая схема, как и химическая, может быть детальной или подробной, а может быть формализованной или упрощенной. В формализованной схеме однотипные аппараты изображаются упрощенными блоками. Например, блок теплообменников, сепараторов. Элементами технологической модели являются аппараты и технологические связи между ними. Данная модель является более подробная, чем функциональная, так как позволяет выделить технологическую направленность каждого из блоков.

Структурная схема Позволяет выделить однотипные блоки ХТС. Содержит поток рецикла ВСГ.

Математическая модель Позволяет количественно описать химическое производство; Позволяет количественно описать химическое производство; Состоит из двух групп уравнений: Состоит из двух групп уравнений: а) математическое описание элементов ХТС; б) описание технологических связей между аппаратами