Дәріс 9 – ХТЖ-ң модельдері

Мазмұны:

1. ХТЖ-ңбаяндамалымодельдері

2. ХТЖ-ң графикалық модельдері

ХТЖ модельдерін екі топқа бөлуге болады: баяндамалы (формула, теңдеулер түрінде) және графикалық. Аталған топтардан модельдердің бірнеше түрін бөлуге болады:

А. баяндамалы: химиялық, операционды, математикалық

Б. графикалық: функциональді, технологиялық, құрылыстық, арнайы.

Химиялық модель шикізаттың өнімге өңделуін қамтамасыз ететін негізгі реакциялармен көрсетіледі. Мысалы, сутек пен азоттан аммиакты синтездеу бір химиялық теңдеумен көрсетілген 3Н₂ + N₂ ↔ 2NH₃.

Табиғи газдан өндіру бірнеше химиялық реакциялардың жүруіне негізделген: CH₄ + H₂O = CO + 3H₂ – су буымен метанды конверсиялау; СО+Н₂О = СО₂ + Н₂ – көміртек оксидін конверсиялау; 3Н₂ + N₂ = 2NH₃ – аммиакты синтездеу.

Бұл теңдеулер – химиялық сызбанусқа – шикізаттың өнімге айналуының негізгі жолын көрсетеді.

Операционды модель шикізаттың өнімге өңделуінің негізгі стадияларын көрсетеді.

Химиялық және операционды сызбанусқалар өндіріс және оның негізгі сатылары жайлы мағлумат береді.

Математикалық модель. ХТЖ функционирлеуі туралы сандық қорытындылау үшін математикалық модель болу керек. Элементте ағындардың түрленуі болады. Элементтегі процесстің математикалық моделі k-элементің және оған кірген Y_k және одан шыққан X_k ағындар параметрлерінің арасындағы байланыстарды орнатады. Ағын көрсеткіштері – бұл оның шамасы, концентрация, температура, қысым, жылу мөлшері. Шыққан ағын күйіне кейбір U_k параметрлер әсер етеді, олар процесті басқарады немесе эксплуатация процесінде алмасады. Жалпы түрде . Y_k, X_k, U_k үстіндегі сызықтар көптеген параметрлерді (концентрация, температура және т.б.) білдіреді. ХТЖ – дегі байланыстар қай элементтен қай элементке ағын берілетінін көрсетеді. Байланыс теңдеуі: , мұнда =1 L элеменінен шығып k элементіне кірген ағын үшін, , егер L және k элементтер арасында байланыс болмаса.

2. Функциональді модель химиялық және операционды модельдер негізінде қурылады және химиялық технологиялық процестің сатыларын және олардың өзара байланыстарын көрсетеді. Аммиак өндірісінің функциональды моделін (2 сурет) қарастырайық. Аммиак синтезі үш стадиядан турады: А. Аммиак синтезі 3Н₂ + N₂ ↔ 2NH₃. Б. Аммиакты бөліп шығару. В. Әректтеспей қалған сутек пен азотты реакторға қайтару (А стадиясына). Схема рециклмен.

Рис.1 Аммиак өндірісінің функциональды схемасы

Технологиялық модель жүйе элементтерін, олардың қосылу реттілігін және технологиялық операциялар реттілігін көрсетеді. Технологиялық схемада әрбір элемент (агрегат, аппарат, машина) жалпы қабылданған бейнеге ие, олар оның сыртқы түріне сәйкес келеді. Байланыстар стрелкасы бар сызықтармен немесе трубопровод түрінде көрсетіледі. Аппаратардың орналасуы олардың цехтағы ретпен қойылуына сәйкес келеді.

2 суретте аммиакты синтездеудің қысқаша технологиялық схемасы көрсетілген.

2 сурет – Аммиак синтезінің технологиялық схемасы: 1-синтез колоннасы (реактор), 2- сулы тоңазытқыш, 3- жылуалмастырғыш, 4- ауалы тоңазытқыш, 5-сепаратор, 6- аммиак жинағы, 7-циркуляциялық компрессор, 8-конденсациялық колонна, 9-буландырғыш.

Технологиялық схеманы өндірістің берілген әдісінің ғылыми жұмысы, сондай ақ схемалар, түйіндер және аппараттарды конструктивті өндеу нәтижесінде алады. Құрылысты модель (схема) технологиялыққа қарағанда ХТЖ элементтері геометриялық фигуралар (тік бұрыш, дөңгелек) түрінде болады. 3 суретте 2 суреттегідей аммиак синтезінің құрылыстық схемасы көрсетілген

3 сурет – аммиак синтезінің құрылыстық схемасы. 2 суреттегі белгілер.

Онда ХТЖ құрылысының жалпы сипаттамасы көрсетілген, ағын бағыттары оңай ілеседі. Байланыс байқампаздығы математикалық сипаттаманы оңай қуруға мүмкіндік береді.

Арнайы модельдерді (схемаларды) ХТЖ анализінде және есептеулерінде арнайы математикалық аппараттар мен есептеуші әдістерді қолдана отырып пайдаланады. Мұндай схемалардың бірі – операторлы. Егер құрылысты схемада барлық элементтер белгісіз болса, операторлы схемада әрбір элемент «технологиялық оператор» деп аталатын арнайы белгілермен көрсетілген. 4 аммиак синтезінің операторлы схемасы көрсетілген.

Рис. 4 – аммиак синтезінің операторлық схаемасы

Рис. 5 – Технологиялық операторлар: а – химиялық өзгерістер, б - массаалмасу, в – араластыру, г – бөлу, д – қыздыру - суыту, е – қысу, кеңею, ж – агрегаттық күйі өзгеру.

Мұндай схеманы ЭВМ-да автоматизирленген есептеулерде қолданған ыңғайлы.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. ХТЖ-ң модельдерін жіктеу.

2. Сода өндірісінің химиялық моделін келтіріңіз.

3. ХТЖ-ң грфикалық моделдері.

Ұсынылған әдебиеттер:

1. Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.

2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.

3. Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.

4. Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959

5. Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.