Последовательность разработки технологической схемы

После сбора и обработки данных на разработку технологической схемы приступают к составлению операционной технологической схемы. Результаты изображают графически: отдельные процессы обозначают прямоугольником или кружками, пути перемещения материалов - сплошными линиями различной толщины. Каждому процессу и технологической линии присваивается номер; весь чертеж называется схемой материальных и технологических потоков производства.

Такая схема дает только общее представление о характере проектируемого производства, поэтому следующим этапом является составление операционных блок-схем отдельных стадий производства.

Блок- схема обычно включает следующие стадии:

- подготовка сырья;

- проведение химического превращения;

- выделение и очистка целевого продукта;

- создание товарной формы целевого продукта.

Пример блок-схемы представлен на рис.5.1.

Рис. 5.1. Примерная схема стадий технологического процесса:

1 - подготовка сырья, 2 - химическое превращение, 3 - выделение не превращенного сырья, выделение и очистка целевого продукта, 5 - придание товарной формы целевому продукту, 6 - регенерация и очистка непревращенного сырья, 7 - регенерация и очистка вспомогательных веществ, 8 - обезвреживание отходов

Следующим этапом детализации блок-схемы является разбивка каждой ста-

дии процесса на отдельные физико-химические и химические операции. Это один из важнейших моментов проектирования, определяющий технический уровень и качество всего проекта.

Анализ большого числа технологических схем показал, что чаще всего встречается ограниченное число операций. К ним можно отнести:

- подачу и выдачу газообразных, жидких и твердых веществ с их дозировкой, раз-

бавлением или концентрированием;

- массообменные процессы - растворение, кристаллизация, простая перегонка и ректификация, экстракция, абсорбция, адсорбция, десорбция;

- гидромеханические процессы - осаждение, фильтрование, центрифугирование;

- теплообменные процессы - нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, выпаривание, сушка;

- механические процессы - дробление, измельчение, классификация и дозирование твердых веществ; транспортирование и перемешивание жидкостей;

- химические процессы - хлорирование, нитрование, окисление, восстановление, гидрирование, пиролиз и т.д.

На этом этапе решаются вопросы о непрерывном, периодическом или полупериодическом режиме проведения отдельных операций с учетом экономической эффективности их работы. Прежде чем приступить к определению состава операций стадии подготовки сырья необходимо уточнить, какие формы состояния сырья наиболее рациональны для проведения в дальнейшем химических превращений в оптимальных условиях. Следует стремиться к созданию однофазной системы в аппаратах, где происходит химическое превращение, так как однофазные системы позволяют упростить технологическое и конструктивное оформление химического процесса и легче поддаются комплексной автоматизации. Наиболее предпочтительна работа с жидкостями, так как в этом случае можно обрабатывать в единице объема реактора большую массу реагентов в единицу времени по сравнению с газовыми системами. Но газовые (паровые) системы имеют ряд достоинств, например, возможность смешивать любые вещества в любом соотношении. Наименее предпочтительно использование трех и более фаз в одном аппарате.

Изучив стандарты и технические условия (ТУ) на сырьевые продукты, выбирают процессы и операции перевода их в рациональную форму. Чаще всего встречаются операции приема жидких, твердых и газообразных продуктов, операции дозирования, взвешивания, растворения, перемешивания, измельчения и пр.

При приеме сырьевых материалов в зимних условиях иногда приходится предусматривать их предварительный подогрев для уменьшения вязкости или плавления в железнодорожной цистерне перед перекачкой. В случае создания склада на открытой площадке предусматривается постоянный подогрев емкостей.

При приеме газообразных материалов уделяется внимание удалению конденсированных фаз, например фильтрованием, осушкой, сорбцией и т.д. Иногда приходится прибегать к увлажнению газов, например для безопасной работы с ацетиленом в него добавляется «транспортный» водяной пар.

При приеме и удалении из цеха твердых материалов уделяется внимание механизации следующих основных операций:

- доставка материалов в цех, разгрузка и размещение их в цехе;

- вскрытие тары и ее обработка;

- подготовка материалов к использованию;

- доставка материалов к технологическим аппаратам и их дозировка;

- обработка и удаление твердых и сыпучих отходов производства;

- переработка твердых целевых продуктов.

В некоторых случаях на стадии подготовки сырья приходится осуществлять процессы и операции по повышению качества сырья в связи с тем, что требования технологического процесса превышают показатели стандартов или ТУ. Обычно применяются процессы перегонки, сорбции, сушки, фильтрования и т. п.

Иногда приходится использовать и химические процессы, например гидрирование для удаления следов ацетилена, разложение перекисей, которые могут образоваться во время хранения ряда продуктов, и т.д.

Особого внимания требует составление схемы стадий химического превращения, так как проведение технологического процесса при этом во многом предопределяет экономическую эффективность всего производства в целом. Исходными данными для составления операционной схемы в этом случае являются данные по термодинамике, кинетике, механизму химической реакции, данные о фазовом состоянии реагентов. На основании этих данных необходимо задаться определенным типом аппарата. При проведении стадии химического превращения приходится иметь дело с явлениями различной физико-химической природы химическими, тепловыми, диффузионными и гидромеханическими Они, как правило, совмещены в объеме аппарата и характеризуются большим числом элементов и связей, иерархий уровней элементарных физико-химических эффектов, связанных цепью причинно-след­ственных отношений. Поэтому необходимо стремиться, прежде всего, провести качественный анализ физико-химической системы и процессов, протекающих в ней, при этом глубина детализации зависит от степени изученности рассматриваемой системы и явлений, связанных с проектируемым процессом.

На основе проведенного анализа можно составить набор операций, обеспечивающих стадию химического превращения, и определить их локализацию. Результаты анализа можно представить в текстовом виде или дополнить текст графической иллюстрацией (см. пример на рис. 5.2).

Рис. 5.2. Блок-схема физико-химических процессов, протекающих в

гетерофазном реакторе с мешалкой

Выбирая определенную операцию или их набор, надо точно уяснить достигаемую цель. Необходимо иметь представление, как осуществляется та или иная операция. Например, целью перемешивания может являться:

- ускорение течения химической реакции;

- равномерное распределение твердых частиц в объеме жидкости;

- интенсификация теплообмена.

Перемешивание может происходить как в реакционных аппаратах, так и в специальных аппаратах-смесителях или в трубопроводах. Перемешивание может осуществляться механическими мешалками, газом или паром, циркуляцией с помощью насосов, вибраторами или пульсаторами.

При составлении операционной схемы стадии выделения целевого продукта решаются задачи:

- выпуск готовой продукции в соответствии с требованием стандартов и технических условий;

- максимально возможная утилизация побочных продуктов;

- выделение и регенерация не прореагировавшего сырья и вспомогательных продуктов.

Обычно эти задачи решаются за счет использования процессов дистилляции и ректификации, кристаллизации, переосаждения, сорбционных процессов и т.д. Критерием выбора процесса или комбинации процессов является соответствие требованиям стандартов и экономическая эффективность. Набор операций зависит от принятия решения по выбору вывода из цеха готовой продукции (по трубопроводам, в цистернах, бочках, контейнерах, мешках и т.п.).

Операционная схема должна решать и вопросы удаления отходов производства. Под отходами производства понимают удаляющиеся в технологическом процессе продукты, которые не могут быть использованы ни на данном, ни на другом предприятии, и поэтому подлежат уничтожению или обезвреживанию.

Отходами могут быть отработанная охлаждающая вода, отходящие газы, жидкие органические соединения, химически загрязненные водные стоки, кислотно-ще-

лочные стоки, твердые отходы и т.д. Газовые отходы перед выбросом в атмосфе-

ру могут очищаться в скрубберах, циклонах, электрофильтрах или подаваться на факел к печам сжигания.

В зависимости от конкретных условий предусматриваются как общезаводские установки по переработке и обезвреживанию отходов, так и цеховые.