Посмотрим на важнейшие химические производства, показанные во второй части учебника ОХТ [37], не глазами беззащитных студентов, а с позиции надежности систем сегодня, т.е. спустя 30 лет.
В качестве аналога для «типизации» предлагается производство серной кислоты из серного колчедана с применением печей обжига с псевдоожиженным слоем типа КС-450. Уже в середине 60х годов стала ясна низкая работоспособность этой ХТС и, далее ее не стали тиражировать. Одна из причин этого обстоятельства – слабая изученность гидродинамики и процессов тепло-массообмена в псевдоожиженном слое.
Другой аналог для «типизации» - производство азотной кислоты из аммиака под двумя давлениями. Глядя на рис. 25 на стр. 63 в [37], где изображена принципиальная технологическая схема этого производства, воочию видно, что авторы [37] предлагают студентам в их будущей деятельности технологами функционально связывать «хвост» ХТС с ее «головой». Причем, видно, что эта связь обратная и положительная: чем хуже, тем хуже. Студенты тех лет так хорошо освоили курс ОХТ по учебнику [37], что через некоторое время стали разрабатываться и создаваться энерготехнологические ХТС с ничтожной надежностью. В частности, линия АК–72 (первый запуск осуществлен в 1975 году) характерна тем, что часть их из общего тиража даже запустить не удалось, а линия К–700 из-за малой работоспособности не дошла даже до стадии проекта.
В [37] рассказывается о линии производства фосфорной кислоты (правда, довольно кратко) из природного апатита. Эта технология является до сих пор головной болью в химической промышленности из-за малой надежности. Последнее связано со слабой изученностью процесса кристаллизации гипса, которая приводит к внезапным отказам то карусельного вакуум фильтра, то устройства выгрузки гипса из кристаллизатора, то насосов для суспензии.
Сама концепция «типизации» технологических приемов, оборудования, клишируемая в сознание студентов-технологов, представляется совершенно криминальной. Действительно, один и тот же технологический прием, один и тот же вид оборудования в разных ХТС имеет сам разную вероятность работоспособности и разную работоспособность самой ХТС. Более того, в одной ХТС какой-то агрегат в разных местах по схеме имеет разную вероятность работоспособности. И примеров этому несть числа.
В обеих частях учебника [37] слово «надежность» или «работоспособность» не встречается ни разу. Студенту внушается идея: «Технолог, фантазируй как угодно, а твоя ХТС все равно будет прекрасно работать!»
Очень показательно отношение некоторых химиков-технологов к практической реализуемости, т.е. надежности, разрабатываемых ХТС, которое демонстрирует работа [38]. Это, ни много, ни мало, учебник для студентов ВУЗов, обучающихся по химико-технологическим специальностям. Название учебника очень моногозначительное: «Введение в теорию химико-технологических систем». Это по существу учебник в двух частях по ОХТ (общая химическая технология), издан в 1997 году. Следовательно, в учебнике, рекомендованном Министерством общего и профессионального образования РФ, отражено современное концептуальное состояние умов преподавателей ОХТ. Эти концепции и принципы анализа и синтеза ХТС сейчас клишируются, впечатываются в сознание студентов, будущих разработчиков и создателей ХТС.
В предисловии постулируются позитивные идеи: студент должен «уяснить значение отношений между процессами и элементами и научиться прогнозировать поведение элемента в системе и системы в целом при изменении условий функционирования». Авторы поставили «перед собой задачу развития системного мышления у обучаемых» и использовали «методологию системотехнического изучения ХТС на всех ее уровнях». «Главную задачу, на которую ориентирован курс ОХТ, можно сформулировать как обучение основам системного проектирования».
Однако, конкретные рекомендации студентам расходятся с идеями - самая показательная в этом глава 9 в [38]: «Синтез ХТС (проектирование систем)». Авторы [38] являются сторонниками иерархического метода проектирования систем, разработанного М. Дугласом. В этом методе проблема синтеза решается поэтапно.
Исходными данными для синтеза является состав и фазовое состояние входящих потоков сырья; состав и состояние покидающих систему продуктов, режимные параметры процессов.
Требуется разработать состав и структуру производящей системы, ее технологические и технические характеристики.
Сначала рассматривается подсистема у будущей ХТС – обработка сырья, подготовка его к химическому превращению. Строится функциональная схема: сделай то, добейся такого-то результата, потом сделай это и …. В соответствии с функциональной схемой далее строится структурная схема с указанием аппаратуры и оборудования. Получается что-то вроде украшения – бус, а ниткой является технологический поток, бусинки – аппараты. Связь между переделами прямая: выход сырьевого потока из одного передела является входом в другой. По существу, здесь показывается, ЧТО надо делать с сырьем, чтобы приготовить его для входа в химический реактор. Конечно, здесь неизбежна многовариантность и в последовательности переделов, и в выборе процессов, и в переборе аппаратуры и оборудования.
На втором этапе проводится классификация компонентов реакционной смеси с позиций направлений переработки (маршрутов) для каждого из них, назначается цепочка переработки компонент в реакторах.
На третьем этапе из всей ХТС выделяется еще одна подсистема – разделение. Снова разрабатывают функциональную схему (ЧТО делать и в какой последовательности), и на ее основе создают структурную схему разделения компонентов в реакционных смесях с указанием соответствующей аппаратуры. И здесь, конечно, неизбежна многовариантность и в выборе процессов, и в выборе оборудования.
Для каждого варианта структурной схемы подсистем ХТС рассматривается степень превращения компонент сырья в целевые продукты. Если эта степень по экономическим показателям недостаточна, то организуется рецикл: ценные компоненты сырья из стадии разделения направляются в «голову» ХТС для повторной переработки. Конечно, рецикловый поток надо снова подготовить для входа в подсистему реакторов: снова разрабатывается функциональная и затем структурная схема обработки этого потока, и снова многовариантность.
Особое внимание авторы [38] отводят синтезу тепловых сетей. Этот синтез проводят после того, как разобрались с материальными потоками, но теплообменники пока не имеют теплоносителей (хладоагентов) для изменения температуры технологического потока вдоль всей ХТС. Здесь поступают предельно рационально: для нагрева используют переделы с выделением теплоты, для охлаждения – с поглощением. Иными словами, организуются потоки масс из одного места ХТС в другое с целью изменения термического потенциала технологического потока. Это делается для экономии энергии и количества хладоагента со стороны. И здесь при разработке тепловой сети ХТС возникает многовариантность и в структуре и в выборе теплового оборудования.
Общее число вариантов создания подсистем и самой ХТС огромно, как выбирать «хороший»? И что такое «хорошо»? В [38] концепция выбора – экономическая, есть много критериев экономической природы и в натуральном выражении и в стоимостном. Но, оказалось, что эти критерии антагонистичны, тогда в [38] предлагается проводить сравнение вариантов по крупным экономическим показателям: прибыль, себестоимость, приведенные затраты и т.п.
