Презентация на тему Системный подход в изучении ХТП

ее основные прин-ципы:

возможность независимого рассмотрения системы, отвлекаясь от

кон-кретной ее природы;

зависимость эффективного функционирования системы от ее состава и структуры, взаимосвязь и взаимообусловленность отдельных элемен-тов системы;

возможность изучения системы путем расчленения ее на отдельные элементы;

возможность исследования системы на различных уровнях.

Производственный процесс на химическом предприятии можно рас-сматривать как химико-технологическую систему (ХТС), предназначенную для выпуска химической продукции высокого качества с минимальными затратами ресурсов и вредного воздействия на окружающую среду.

в которой каждая единица подчиняется законам причинно-следственных связей отдельных

частей, обуславливающих выполнение определенной слож-ной функции, которая и возможна лишь благодаря структуре и большому числу взаимосвязанных и взаимодействующих друг с другом элементов.

объективной действительности, живой и неживой природе, обществе.
Второй класс составляют

системы концептуальные, идеальные, раз-личной степени полноты и точности, в большей или меньшей степени адекватные реальным системам.
Такие системы иногда называют абстрактными.

К третьему классу относят системы, которые спроектированы, скон-струированы и созданы человеком для своих целей.
Эти системы называют искусственными.

Системы, составляющие четвертый класс, – это смешанные системы, в которых органически слиты элементы естественной или общественной природы и элементы, созданные человеком.

в определенные соот-ношения с другими ее частями.
Компонентами могут

являться любые подсистемы и элементы.

Подсистема – это составная часть системы, которая сама образована из компонентов, имеющих аналогичные свойства.
Следовательно, это тоже система, но более низкого порядка.

Элемент – это часть системы, являющаяся пределом членения в рам-ках данного качества системы.
Она представляет собой элементарный носитель данного качества.

В химическом производстве элементами могут служить отдельные аппараты (реактор, теплообменник, ректификационная колонна, насос, сепаратор, компрессор).
Это справедливо, если в качестве системы рассматривается произ-водство, цех, отделение, то есть любая часть технологии.

уровень, то есть изучение общего поведения системы, ее основных

характеристик, исключая вопросы структуры.

2. Высший уровень, на котором изучаемая система рассматривается в ее взаимодействии с другими системами, например с окружающей средой.

3. Низший уровень, когда исследуются все элементы и внутренние связи системы, эффективность функционирования ее отдельных элементов, вы-являются ее недостатки, определяется степень влияния низшего уровня структуры на общие свойства системы.

специфичес-кими связями и отношениями, среди которых наиболее значимыми яв-ляются

координация и субординация.

Координация отражает пространственную горизонтальную упорядочен-ность составляющих частей системы, то есть взаимодействие компонен-тов одного уровня организации.

Субординация отражает вертикальную упорядоченность, которая преду-сматривает подчинение и соподчинение разноуровневых составляющих системы.

разделено на под-системы и элементы. В частности, если рассматривать

завод, то подсисте-мой может быть цех или отдельная технологическая установка.
Элементами в данном случае являются машины и аппараты.

2. Между цехами и даже отдельными аппаратами (элементами) суще-ствуют материальные, энергетические и информационные связи. Эти свя-зи особенно выражены в непрерывном производстве. Такое производство связано с другими системами, одни из которых поставляют сырье, энер-гию, воду, а другие потребляют продукты и отходы. Эти системы отобра-жают среду, в которой существует данное производство.

химическом производстве матери-альные и энергетические являются главными, так как

разрыв хотя бы од-ной из них может привести к прекращению функционирования произ-водства. Химическое производство не может содержать изолированные аппараты, то есть любой аппарат (реактор, колонна, теплообменник) из всего множества аппаратов связан, по крайней мере, с одним другим ап-паратом.

4. Химической отрасли, как и любой ее части, присуща еще опреде-ленная структура отношений и взаимосвязей. В частности, в рамках отрас-ли есть определенные отношения между объединениями и заводами в виде взаимной передачи сырья и продуктов. Это же можно отнести и к це-хам, но в рамках одного предприятия.

получения необходимых продуктов, либо выделено из отрасли для выяснения,

например, воз-можности его реконструкции.

6. Поскольку любое химическое производство может функциониро-вать только при непрерывной поставке сырья, энергии, воды из других производств, то отсюда следует, что оно может работать только в среде, то есть при наличии других систем.

7. Любое производство базируется на конкретной технологии, опреде-ляющей его структуру. Для производства тех или иных продуктов созда-ется определенная технология, отражающая структуру. И наоборот, произ-водство определенной структуры может выпускать только определенную продукцию.

иерархия, например, завод – цех – отделение – установка

– аппарат. Это же отражается и в технологии.

9. Производство работает таким образом, чтобы выпускать опреде-ленные продукты или полупродукты.

10. В зависимости от того, как протекают процессы во времени и в пространстве, возможно либо непрерывное, либо периодическое их функ-ционирование. Если процессы протекают в одном аппарате и распреде-лены во времени, то такие установки являются установками периодичес-кого действия. Если же каждый процесс протекает в своем аппарате, а все они осуществляются одновременно, то такие установки являются установ-ками непрерывного действия.

длительное время (до уни-чтожения) будет выпускать единожды заданные продукты.

Периодичес-кие установки также выпускают определенную продукцию, но дискретно во времени.

12. Все существующие технологические установки совершенствуются и, следовательно, изменяются, но сохраняют при этом поставленную цель. При этом, как правило, изменение в одной подсистеме или элементе вле-чет изменение в других взаимосвязанных элементах или подсистемах.

режимы функционирования под влиянием измене-ния собственных параметров системы и

внешних возмущающих воз-действий.

Управляемость – это свойство системы достигать желаемой цели (за-данного состава продукции, производительности в каждой подсистеме) при тех ограниченных ресурсах управления, которые имеются в реальных условиях эксплуатации.

Устойчивость – это способность системы возвращаться в исходное состояние после прекращения действия возмущения.

Помехозащищенность – это способность системы эффективно функ-ционировать в условиях действия внешних и внутренних помех.

Все химико-технологические системы обладают характеристическими свойствами.

и структуры системы зависит ее функционирование;

нельзя изучать отдельные элементы

системы в отрыве от других, по-скольку между ними существует обратная связь;

полное знание отдельного элемента не означает полное знание всей системы в целом;

для изучения состава и структуры системы используется метод деком-позиции (расчленение целого на части);

для изучения свойств системы используют метод стратификации.

Основные положения системного подхода

автоматическом регулировании параметров процесса и включает следующие данные:
количество и

химический состав исходных, промежуточных, вспомо-гательных и конечных продуктов, то есть содержит все сведения, не-обходимые для составления материального баланса по производству в целом;
термодинамические и физико-химические показатели всех веществ, то есть содержит все сведения для составления энергетического баланса производства в целом;
последовательность отдельных операций и процессов;
типы, число и взаимосвязь применяемых машин и аппаратов;
способы автоматического регулирования всех потоков и контроля па-раметров, при которых происходит процесс.

Способ производства рассматривается как последовательное описа-ние операций, протекающих при определенных условиях в определенных аппаратах.
Такое описание называется технологической схемой.

указанием основных технологических параметров процесса, характерис-тикой используемого основного оборудования,

систем регулирования и блокировок, со ссылкой на чертеж технологической схемы.

На чертеже указывают оборудование, направление движения мате-риальных потоков сырья, продуктов, теплоносителей, вспомогательных материалов, места контроля и регулирования технологических парамет-ров процесса, а также сигнализации и блокировок.

Технологическая схема снабжается спецификацией оборудования, технологических линий и привязкой контрольно-измерительных (КИП) и регулирующих приборов (РП).

структуры, числу химических стадий, направлению технологических по-токов, их числу.

не применяются в химической технологии, так как они уступают

по ряду основных показа-телей схемам непрерывной структуры:

производительности,
стационарности химико-технологического процесса,
возможности рекуперации энергии,
создания оптимальных условий процесса в каждом аппарате ввиду их пространственной разобщенности.

движения сырья по технологическим аппаратам схемы.
Существуют процессы с

открытой цепью и циклические (круговые).
В процессах с открытой цепью превращение исходного сырья в ко-нечный продукт совершается за один проход через систему аппаратов.
Циклическую схему применяют в случае низкой степени превраще-ния сырья за один проход через реактор, когда непревращенное сырье рециркулируют в начало технологического процесса и смешивают со све-жим исходным сырьем и снова направляют в процесс превращения.
Такое непревращенное сырье называют рециклом, а способ его орга-низации – принципом рециркуляции.

полного использования сырья в условиях ограни-ченной степени превращения;

наличие высокой

скорости реакции и ее стационарности;

возможность проведения процесса при неблагоприятных кинетичес-ких и термодинамических условиях;

возможность управления процессом путем изменения количества, со-става и температуры рецикла.

материальными связями.
Элементами операторной схемы служат соединенные материальны-ми связями

технологические операторы. Операторные схемы дают на-глядное представление о физико-химической сущности технологических процессов, используемых системой для последовательного превращения сырья в готовый продукт.
Операторами в ХТС называют химические и физические процессы, с помощью которых осуществляется последовательное превращение ис-ходного сырья в товарный продукт.
Функцией оператора в подсистеме является преобразование физи-ческих параметров входящих в него материальных и энергетических по-токов (состав, температура, давление) в соответствующие параметры выходящих потоков.

превра-щение
Межфазный массообмен
Смеше-ние
Разделение
Нагрев
Сжатие
Изменение агрегатного состояния

име-ющих несколько входов и выходов, соединенных между собой сплош-ными

линиями, изображающими материальные связи. В отличие от опе-раторной схемы, на структурной схеме изображают также энергетичес-кие связи, которые чаще располагают перпендикулярно блоку и показы-вают пунктиром. При разработке структурной схемы изображения опе-раторов заменяют прямоугольниками, которые затем объединяют в систему материальными (горизонтальные линии) и энергетическими (вертикальные линии) связями.
На основе структурной схемы составляют энергетические и тепловые балансы, необходимые для расчета энергоемкости системы и определе-ния требуемых поверхностей теплообмена аппаратов.

Принципиальная технологическая схема – упрощенный вариант изо-бражения производственного процесса – представлена технологическими аппаратами, необходимыми для промышленной реализации разработан-ной технологии, последовательно соединенными материальными линия-ми.

тогда, когда сырье по составу или другим параметрам состояния

не соответствует требованиям следующей за ней подсистемы химичес-кого превращения. Операторами этой подсистемы, кроме операторов хранения и транспортировки исходных продуктов и вспомогательных материалов, могут быть также нагрев, испарение, охлаждение, сжатие, измельчение, плавление, смешение, очистка;

химического и/или физического превращения сырья. Подсистема яв-ляется главной среди подсистем в ХТС. Именно в ней в одну или несколь-ко стадий получают целевой продукт;

предназначена для разделения полученной в подсистеме химического превращения реакционной

массы на отдельные компоненты или смеси более узкого состава, чем исходная смесь. Реакционную массу, получен-ную в химическом реакторе, разделяют разными приёмами операцион-ной техники. К ним относят ректификацию, экстракцию, абсорбцию, ад-сорбцию, фильтрацию. Здесь получают несколько потоков: непревра-щенного сырья, целевого продукта, побочных продуктов, рециклов;

обработки технического целевого продукта для доводки его до то-варного состояния. Подсистема служит для доведения целевого продукта до заданного требованиями стандарта уровня качества и придания ему товарного вида. Сюда входят операции хранения и транспортировки, отгрузка продукта в торговую сеть, расфасовка, маркировка, укупорка.

и технологи-ческих установок в целом;

сокращение, где это возможно, числа

стадий производства;

снижение энергозатрат путем создания энерготехнологических схем на основе максимального использования вторичных энергоресурсов;

создание малоотходных и безотходных технологий, экологизация про-изводства;

создание гибких технологических схем с возможностью увеличения числа продуктовых потоков и ассортимента товарной продукции;

использование новейших достижений науки и техники;

комплексная автоматизация производственных процессов;

использование модульного принципа в конструировании аппаратов.

включающий технические и организационные мероприя-тия.
На каждом из этапов

разработки возникает множество вопросов, ре-шения по которым могут быть найдены только в результате глубокого и всестороннего исследования, как функционирования отдельных аппара-тов, так и всей технологической системы в целом.

Разработка любого реального химико-технологического объекта ба-зируется на анализе комплекса химических, физико-химических, меха-нических, теплотехнических и экономических явлений, характеризующих все процессы.
Это связано с тем, что производство нельзя рассматривать как сумму отдельных технологических операций и процессов.
Каждый отдельный агрегат производства непосредственно косвенно влияет на другие узлы или аппараты.

анализ, в задачи которого входят:

разработка формализованных моделей, описывающих

структуру, функции и свойства систем;

характеристика иерархического строения систем и взаимосвязей раз-личного уровня;

определение общих свойств системы исходя из свойств составляющих ее подсистем;

определение интегральной функции системы на основе функций ее отдельных элементов.

следующим этапам:

согласование и распределение материальных и энергетических пото-ков, определение

общей нагрузки на аппараты;

выбор и расчет технологического оборудования;

определение затрат на все производство и рассмотрение различных вариантов технологической схемы;

окончательный выбор технологической схемы производства.

При рассмотрении любого производства как сложной системы пред-варительно необходимо изучить связи между элементами системы (ап-паратами), выявить совокупность управляемых и неуправляемых пара-метров, способных влиять на показатели разрабатываемого процесса.

технологический объект, выделяют два класса основных задач:

1. задачи синтеза,

состоящие в выборе структуры и значений параметров на основе заданных свойств системы

Синтез ХТС – это операция по выбору типов элементов и структуры технологических связей между ними, определению параметров элемен-тов и технологических потоков системы, которые в итоге обеспечивают оптимальное значение критерия эффективности.

оптимального маршрута синтеза целевых продуктов из различных исходных веществ,

используя известные типы реакций;

при заданном химическом маршруте синтеза целевых продуктов из ис-ходных веществ определение топологии ХТС (выявление технологичес-кой схемы), выбор параметров элементов и потоков, которые будут обеспечивать функционирование системы при оптимальном значении критерия эффективности;

при заданных типах и свойствах её элементов, обеспечивающих реали-зацию различных технологических процессов, выбор элементов и опре-деление структуры технологических связей ХТС, при которой будет до-стигаться оптимальный показатель эффективности;

определение технологической схемы разделения, параметров элемен-тов и технологических потоков при заданных типах разделительных эле-ментов.