Технологиялық процесті таңдау

Процесті таңдауды эксперименталды және есептеу жолымен де жүргізуге болады. Эксперименталды жол үлкен қаражатты және ұзақ уақытты талап ететіндіктен, процесті таңдаудың теориялық негіздерін жасақтау мәселесі өзекті болуда.

Технологиялық процесті таңдауды есептеу жолымен жүргізу физика-химиялық, термодинамикалық, қоспалардың тепе-теңдігі жайлы және де процесті техникалық тұрғыдан жүзеге асырудың мүмкіндігі жайлы нақты мәліметтер болған жағдайда мүмкін болады. Қоспаның немесе заттың қасиетінің өзі процестің дәл осы тәсілмен немесе тәсілдердің тобымен жүзеге асырылуына алдын ала баға беруге мүмкіндік береді.

Процесті жүргізудің жекелеген тәсілдерін таңдау сатысының өзінде-ақ жүйелік сұрақтарды шешу қажет. Бұл, жеке аппаратты жобалау қойылған өзіндік мақсат емес екендігін, яғни жобалау жұмыстары мүмкіндігінше масса мен энергияның жоғалмауын қамтамасыз ете алатындай етіп жүргізу қажет екендігін аңғартады. Көптеген жағдайларда технологиялық сызбанұсқаның тиімді критериі оның жекелеген элементтерінің критерилерінің аддитивті функциясы бола алмайды. Ол жекелеген процестердің параметрлерінің және технологиялық сызбанұсқаның шеңберінде өзара және қоршаған ортамен әрекеттесуінің параметрлерінің күрделі функциялары болып табылады. Бұл ең бастысы материалдық және энергетикалық ағындардың утилизациясымен байланысты.

Жүйелі сараптау стратегиясына сәйкес технологиялық сызбанұсқаның тиімдендіруші ауыспалыларды екі топқа бөлу ыңғайлы – локальды және жүйелі (немесе глобальды). Жүйелі параметрлердің оптималды мәндерін бүкілдей өндірістің (міндетті түрде жекелеген элементтерінің ғана емес) жұмыс ісеп тұруының оптималды шарттары анықтайды. Мысалы,

Мысалы, ректификациялық бағананың жоғарғы өнімінің жылуын кубтық өнімді қыздыру үшін (температураның қажетті айырымдары бар болса) энергияның көзі ретінде екінші реттік пайдаланатын болса флегмалық сан сол бағана үшін оптималды болатын мәннен жоғары болуы мүмкін, себебі ағын температураның қажетті айырымдарынан басқа сәйкес жылулық қуатқа ие болуы керек.

Локальды айнымалыға жеке аппараттың жұмыс жағдайын сипаттайтын параметрлерді жатқызу қажет, мысалы булы ағынның жылдамдығы, тарелка сандары және саптаманың биіктігі. Бұл параметрлер жүйелі параметрлердің бекітілген мәндерінде аппараттың жұмыс істеуінің оптималды режимін толық сипаттайды, бірақ соңғылар өзгергенде локальді параметрлердің мәндері де өзгереді.

Жүйелік параметрлер технологиялық сызбанұсқаның оптималдылық критериларын құрайды және аппараттың жекелеген сипаттамаларынан басқа сызбанұсқаның жалпыламалық параметрлерін де қамтиды. Жеке аппараттарды немесе қондырғыларды жобалау кезінде бұл параметрлердің немесе оны құраушылардың мәндері тепе-теңдіксіздер типіндегі шектеулер болып табылады. Жүйелі параметрлерді қамтитын оптималдылық критерилары негізінде тәсілдердің локалды сипаттамасы бойынша альтернативті топтан жекелеген өнімдерді бөліп алудың тәсілдеріне ең соңғы шешуші таңдау жасалынады.

Процесті жүргізудің тәсіліне негіздемесі бар таңдау (альтернативті процестердің тобынан) бірқатар факторларды ескере отырып жасалуы қажет, нақтылап айтқанда: қоспаның және жеке құрамдас бөліктердің физика-химиялық және термодниамикалық қасиеттерін сараптау нәтижесінде; химиялық және фазалық теңбе-теңдік шарттарын зерттеу; жекелеген қондырғылардың термодинамикалық сарапталынуы; қондырғылардың құндық сипаттамаларын бағалау.

Химиялық өндіріс горизонтал бағытты иерархиялық құрылымды сипатты көрсетеді: шикізатты даярлау, химиялық өзгеру және өнімдерді бөліп шығару. Сатылардың әрқайсысы анықтаушы құбылыстың табиғатымен ерекшеленетін әртүрлі процестердің ерікті сандарына ие, мысалыға:

а) гидродинамикалық процестер: аппараттарда және құбыржелілерде сұйықтар мен газдардың жылжуы; біртекті емес газ-сұйықтық (тұман), газ-қатты зат (шаң-тозаң), сұйықтық-қатты зат (суспензиялар), сұйықтық-сұйықтық (эмульсия) жүйесін алу және бөлу;

б) жылулық процестер: қайнау, булану, конденсация, буландыру;

в) диффузиялық процестер: экстракция, абсорбция, адсорбция, кристалдандыру, мембраналық процестер, ректификация және т.б.

г) химиялық процестер: реакторлардағы химиялық өзгерістер;

д) биохимиялық процестер: реакторларда, аэроқабырғаларда және т.б. биохимиялық түр-өзгерістер;

е) механикалық процестер: қатты заттарды ұсақтау және оларды тасымалдау, сусылдауық заттарды сепарировать ету және т.б.

Модельдердің блоктық құрылымына қарай химиялық өндірістің типтік процестерін жекелеген құрушылар түрінде көрсетуге болады, бұл 2-кестеде көрсетілген. Бұл құраушылар жеке үлгілердің меңзелінуіне байланысты әр түрлі дәрежеге дейін жеткізіліп бөлшектелініп сипаттамаланылады.

Кесте 2

Химиялық технологияның типтік процестерін құраушылар