![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Разработка и построение функциональной схемы.Стр 1 из 4Следующая ⇒
Графические изображения химико-технологических систем.
Г. Н. Кононова, В. Н. Цыганков Графические изображения химико-технологических Учебное пособие Издание 2-ое, дополненное.
Сдано в печать 2007. Формат 60х90/16 Бум. офсетн. Печать офсетн. Уч. изд. л. 1, 6. Тир. 100 экз. Заказ № 4 8
117571, Москва, ИПЦ МИ'ГХТ им. М. В. Ломоносова. Проспект Вернадского, 86. УДК 66.01: 66.047.6 + 303.732 Кононова Г. Н., Цыганков В. Н. Графические изображения химико-технологических систем. Учебное пособие. – ИПЦ МИТХТ им. М. В. Ломоносова, 2007. – 20 с.
В учебное пособие вошли материалы для самостоятельной работы студентов направления бакалавриата: № 521500 «Менеджмент» по дисциплине «Основы системных закономерностей технологических процессов» и № 657100 «Прикладная математика».
Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М. В. Ломоносова в качестве учебного пособия.
© Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М. В. Ломоносова, 2007 г. Разработка и построение функциональной схемы. При разработке химико-технологических систем / ХТС / можно выделить два основных уровня: 1. Оценка химического взаимодействия, положенного в основу химико-технологического процесса / ХТП / - химическая концепция метода. 2. Организация ХТП в ХТС - технологическая концепция метода. Химическая концепция представляет собой обоснование / термодинамическое, кинетическое и физико-химическое / протекающих превращений, дает оценку максимальным возможностям разрабатываемого метода, а также накладывает соответствующие ограничения на параметры процесса, качество сырья и продукта, вспомогательные материалы и т.п. На ее основе рождается химическая схема процесса - схема превращения сырья в целевые продукты. Для реализации этого превращения необходима соответствующая обработка сырья, а для выделения целевого продукта, его очистки, отделения от примесей и т.п. - применение соответствующих приемов и операций. Для описания последовательности этих действий используются различные графические описания - схемы. В качестве первого уровня наглядного изображения ХТС после разработки химической концепции метода является функциональная схема системы. Она показывает, какие технологические операции и в какой последовательности необходимо осуществить для реализации разработанного химического процесса в промышленном масштабе. В самом обобщенном виде эта схема может быть представлена в виде классической триады химического производства / рис. 1.1 /. Она представляет собой совокупность блоков, каждый из которых соответствует необходимой функции*), которую требуется реализовать. Связи между блоками обозначаются соответствующими стрелками, указывающими направления потоков. Эта схема детализируется путем представления каждого макроблока в виде совокупности блоков, отвечающим определенным операциям / т.е. " функциям " - откуда и название *) Функция – от латинского слова functio – деятельность, обязанность, назначение. схемы /. Например подготовка сырья может быть представлена последовательными блоками: измельчения, рассева, смешения, нагрева; химическое превращение может включать разложение руды, экстракцию, синтез; разделение - ректификацию, конденсацию и сепарацию, фильтрацию, центрифугирование и т.п. Непрореагировавшее сырье Рис.1.1. Функциональная схема химического производства, 1, 2, 3 - подсистемы ХТС.
Уровень детализации схемы и, соответственно, количество блоков внутри каждой подсистемы определяется степенью отработки каждого этапа к моменту разработки схемы, а также поставленной задачей. На рис.1.2 представлена более детализированная функциональная схема условной ХТС. Такая схема позволяет получить общее представление о функционировании ХТС и является предпосылкой для аппаратурного оформления системы и разработки технологической схемы. Рассмотрим построение функциональной схемы на примере производства азотной кислоты. Соответствующая ей химическая схема может быть сведена к четырем основным стадиям: 1. Окисление аммиака 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O ∆ H < 0 (1) 2. Окисление NO в NO2 2NO + O2 ↔ 2NO2 ∆ H < 0 (2) 3. Абсорбция нитрозных газов / смеси оксидов азота / водой 3NO2 + H2O→ 2HNO3 + NO (3) 4. Каталитическая очистка отходящих газов CH4 + 4NO → CO2 + 2N2 + 2H2О (4)
Продукт Отходы
Рис.1.2. Функциональная схема ХТС.
При разработке химической концепции метода было установлено, что процесс окисления аммиака необходимо проводить на платиновом катализаторе при температурах 800-900°С, давлении 0, 8 МПа и мольном соотношении О2/NH3 = 1, 7.
Следовательно, прежде, чем проводить окисление аммиака, необходимо: смешать аммиак со сжатым воздухом до соответствующих параметров; очистить исходные вещества от примесей из-за высокой чувствительности к ним платинового катализатора; нагреть исходную смесь до температуры, обеспечивающей проведение реакции в автотермическом режиме. Окисление NO в NO2 - гомогенный, экзотермический процесс. Следовательно, полученные после окисления аммиака газы необходимо охладить, а после окисления NO в NO2 также необходимо охлаждение в соответствии с оптимальными условиями процесса абсорбции. При этом отделяется некоторое количество азотной кислоты, образовавшейся попутно из NO2 /реакция 2 / и H2O /реакция I/. Поскольку абсорбция оксидов азота проходит не на 100 %, необходимо предусмотреть очистку отходящих газов от оксидов азота перед выбросом их в атмосферу. На рис.1.3 приведена функциональная схема производства азотной кислоты. Химическая система получения HNO3 имеет мощный источник энергии в виде тепловых эффектов реакций окисления аммиака и оксида азота (II). Высокопотенциальное тепло реакции окисления аммиака может быть использовано для производства пара в котле - утилизаторе /парогенераторе /, а пар может использоваться, например, для привода паровой турбины компрессора в цехе синтеза аммиака. Более низкопотенциальное тепло после окисления NO регенерируется путем подогрева входящих потоков /воздуха и газов после абсорбции/ отходящими после окисления NO нитрозными газами. При очистке отходящих поcле абсорбции газов от оксидов азота температура потока составляет ≈ 700°С. Перед выбросом в атмосферу их тепловая энергия может быть превращена в механическую и использована для привода газовой турбины компрессора сжатия воздуха. Таким образом, производство азотной кислоты является энерготехнологическим, поскольку в нем наряду с товарной азотной кислотой производится энергия, которая может быть использована в данном производстве или передана в другие цеха.
Рис.1. 3. Функциональная схема получения азотной кислоты.
Функциональная схема энерготехнологической системы производства азотной кислоты представлена на рис. 4. Сравнивая две схемы / рис 1.3 и рис 1.4 / видно, как меняется функциональная схема по мере углубления степени проработки отдельных этапов процесса.
Рис.1. 4. Функциональная схема энерготехнологического производства HNO3.
|