Слайд 3.9до. Далее Слайд 3.10 от

Технологическая схема дает наиболее полное качественное представление о процессе. Каждый элемент процесса показан на ней в виде условного общепринятого стандартного изображения, технологические связи показаны направленными линиями со стрелками. По схеме можно судить о типах и способе соединения элементов (аппаратов, реакторов и машин), о последовательности отдельных технологических процессов. Технологическую схему можно использовать для изображения ХТС как на стадии эксплуатации, так и на стадии проектирования (рис. 3.3).

Рассмотренные модели ХТС относятся к качественным (обобщенным).  

Другая часть моделей ХТС – математические – дает количественное описание процесса. Все математические модели можно разделить на символические и иконографические.

Символическая (аналитическая) модель – это совокупность математических соотношений – формул, уравнений, неравенств. Эти соотношения позволяют определить физические параметры состояния технологических потоков на входе системы в зависимости от факторов, воздействующих на систему, параметров входных технологических потоков (Х), параметров окружающей среды (V), технологических (D) и конструкционных (К) параметров элементов системы.

Эти соотношения для отдельного элемента ХТС, отображаются зависимостью

,

(3.1)

где Y – вектор выходных параметров.

Если в системе N элементов (аппаратов, реакторов), то для всех составляются подобные зависимости. Естественно, что для каждого элемента системы эта функциональная зависимость принимает конкретный вид.

Иконографические математические модели – наглядное графическое отображение либо таких качественных свойств технологической структуры ХТС, по которым можно определить количественные характеристики системы, либо функциональные математические соотношения между параметрами и переменными, входящими в символическую математическую модель.

Математические иконографические модели подразделяют на три группы: топологические модели (графы), структурные блок-схемы и сетевые модели.

Топологические модели представляют в виде графов. Граф – это фигура или конфигурация, образованная совокупностью нескольких точек (вершин или узлов); некоторые из них могут быть соединены отрезками прямых, ломаных или кривых линий. Линии могут иметь направление (тогда они называются дугами и ребрами) или не иметь его.

Для химико-технологического процесса часто вершинами графа являются его элементы, а дуги показывают связь между элементами. Существуют различные типы графов ХТС. Все зависит от того для каких элементов системы составляют граф, какие свойства элементов и какие связи между элементами нас интересуют.

Предположим, что необходимо знать характеристику общих материальных потоков между элементами процесса получения аммиака. Граф отображающий это представлен на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Материальный потоко-граф по общим расходам:

2, 5, 8 – номера вершин, соответствующих номерам операторов на операторной схеме, изображенной на рис. 3.7; i – источник, соответствующий поступлению сырья с физическим потоком; - стоки веществ; m₁ - m₆ – массовые потоки по общему  расходу вещества.

Как видно из рисунка 3.8 в отличие от операторной схемы на графе отсутствуют вершины, соответствующие элементам 1, 3, 4, 6, 7 и 9 т.к. в них не изменяются общие массовые расходы. При этом источник i на рисунке 3.7 соответствует общему количеству сырья, подаваемого в систему с потоком M₁. Сток соответствует количеству продукта, выводимого из системы с потоком M₁₄; – количеству NH₃, выводимым с потоком M₈.

Если рассматриваемый процесс интересует с точки зрения тепловых характеристик, то составляют тепловой потоковый граф. Вершины этого графа соответствуют элементам системы, которые изменяют количество теплоты физических потоков, источникам и стокам теплоты ХТС. При этом дуги отвечают тепловым потокам.

Структурная блок-схема – это иконографическая математическая модель, которая соответствует символической математической модели.

На структурной блок-схеме каждый технологический оператор изображают в виде блока (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Блок структурной блок-схемы: X и Y – векторы параметров состояния входного и выходного технологических потоков; [K] – набор коэффициентов передачи, представленной в виде матрицы.