Организация процессов

По способу организации химико-технологические процессы подразделяют на периодические, непрерывные и комбинированные.

Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени (температура, давление, концентрация и другие параметры в ходе процесса изменяются). При этом исходные вещества периодически загружаются в аппарат и обрабатываются, а готовый продукт выгружается, т. е. все стадии процесса обычно осуществляются в одном аппарате, но в разное время. Таким образом, все периодические процессы нестационарны.

Периодические процессы могут протекать как в замкнутых системах, не обменивающихся веществом с окружающей средой, так и в открытых системах.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием, непрерывной загрузкой исходных материалов и выгрузкой конечного продукта. При этом все стадии процесса протекают одновременно, но в разных точках аппарата (или аппаратов), причем в каждой его точке параметры процесса во времени не изменяются.

Непрерывные процессы обязательно осуществляются в открытых системах, т. е. в системах, обменивающихся веществом с окружающей средой.

Комбинированный процесс представляет собой либо непрерывный процесс, отдельные стадии которого проводятся периодически, либо такой периодический процесс, одна или несколько стадий которого проводятся непрерывно.

Периодические процессы целесообразно применять в производствах небольшого масштаба, при часто меняющемся ассортименте выпускаемой продукции. Проведение процессов по непрерывному принципу позволяет значительно повысить производительность аппаратуры и качество получаемых продуктов, полностью автоматизировать и механизировать производство. Поэтому в промышленности, особенно в многотоннажных производствах, периодические процессы повсеместно вытесняются непрерывными. Применение периодических процессов оправданно в малотоннажных производствах с часто меняющимся ассортиментом выпускаемой продукции.

Большинство химико-технологических процессов многостадийно и включает обычно несколько последовательных стадий. Часто одна из стадий осуществляется значительно медленнее остальных, лимитируя скорость протекания всего процесса. В этом случае для того, чтобы увеличить общую скорость процесса, целесообразно воздействовать прежде всего на лимитирующую стадию. Знание того, какая стадия данного процесса является лимитирующей, часто позволяет упростить анализ, описание и интенсификацию процесса.

Применение математических моделей к описанию и изучению основных процессов.

Метод – совокупность приемов практического или теоретического освоения действительности.

Применительно к курсу ПиАХТ таким методом является моделирование - физическое и математическое. Под моделированием понимают метод исследования объектов (в данном случае процессов, протекающих в каком-то аппарате - натуре) на их моделях.

При физическом моделировании (масштабировании) экспериментально исследуемый объект (модель) отличается от натуры масштабом, физическая же природа явления (процесса) остается той же. Т.е. любой процесс обкатать сначала в «пробирке», а потом внедрять в укрупненном виде.

При математическом моделировании исследуют процесс (влияние на него различных параметров-давления, температуры, скорости потока и т.п.) путем решения систем уравнений, описывающих этот процесс, дополненных граничными условиями (т. е., в отличие от физического моделирования, при математическом моделировании исследования проводят на теоретической или идеальной модели). Поскольку такие расчеты связаны с большим объемом трудоемких вычислений, математическое моделирование обычно выполняют с помощью ЭВМ.

Подробнее остановимся на мат. моделировании.

Математическое моделирование – это по существу определение свойств и характеристик рассматриваемого явления (процесса) путем решения (как правило, с помощью ЭВМ) системы уравнений, описывающих этот процесс - математической модели.

При этом очень важно составить модель так, чтобы она достаточно точно отражала основные свойства рассматриваемого процесса и в то же время была доступной для исследования. Однако: опыт, будучи основой всякого исследования, поставляет в то же время исходные данные и для математического моделирования, т.е. математическое моделирование по существу является одним из методов физического моделирования и составляет с ним единую систему исследования объектов познания.

Математическое моделирование особенно важно там, где не совсем ясна физическая картина изучаемого явления, не познан внутренний механизм взаимодействия и, следовательно, нет возможности описать данное явление обобщенным уравнением. В процессе численного эксперимента происходит по существу уточнение исходной физической предпосылки (модели). Путем расчетов на ЭВМ различных вариантов ведется накопление фактов, что дает возможность в конечном счете произвести отбор наиболее реальных и вероятных ситуаций. Математическое моделирование позволяет резко сократить сроки научных и проектных разработок. По сравнению с натурным экспериментом это обычно и дешевле, и быстрее.

Общая схема процесса математического моделирования (численного эксперимента) включает 8 последовательных этапов: