2.3. Алгоритм системной разработки и/или усовершенствования ресурсо- и энергосберегающей техники

Основой для выбора конструкции аппарата являются технико-экономические и экологические показатели. Например, производство минеральных удобрений, относящееся также к сложным ХТС, можно представить независимо от осуществляемого процесса всего тремя группами аппаратов (после декомпозиции, например, по способу смешения с помощью: 1 - движущегося корпуса; 11 - Механического активатора; 111 - Газообразного агента).

Первая группа наиболее широко представлена в технологии удобрений вращающимися барабанами (гладкостенными и. с насадкой) и применяется для гранулирования, химического взаимодействия, сушки, охлаждения и ряда других процессов. Вторая группа - это, главным образом, емкостная аппаратура с перемешивающими устройствами, дробилки, грохоты. Наконец, группу со стационарными механическими элементами составляют аппараты колонного типа и с псевдоожиженным слоем. Последние пригодны для гранулирования, классификаций по размерам, тепломассообменных процессов.

Современная технология минеральных удобрений в зависимости от исходного сырья, качества конечного продукта, степени отработанности процесса, наличия требуемого оборудования, экологических условий в зоне строительства завода и других показателей может осуществляться по разным схемам. Например, только производство фосфатов аммония реализовано в промышленности в пяти вариантах, а осуществленных и отработанных в промышленных условиях значительно больше.

Однако все технологические схемы предусматривают одновременное или последовательное осуществление таких операций как тонкое измельчение фосфоритного сырья, смешение порошка фосфоритной муки с кислотой или смешение газообразного, жидкого аммиака с кислотой, осуществление химической реакции с выделением тепла, выходом газообразной фазы, выпаривание образовавшихся пульп, гранулирование из жидкости с ее сушкой или охлаждением, смешение фаз в разном сочетании и получение продукта с широким диапазоном физических свойств, классификация по размерам, дробление, охлаждение гранулированного продукта, очистка отработанных газов от пыли и вредных примесей.

Эти процессы реализуются в указанных выше трех группах аппаратов, что позволяет при подборе оборудования линии свести к минимуму число типов используемой аппаратуры, упростив ее эксплуатацию и ремонт. В технологии удобрений можно выделить несколько стадий производства, обладающих достаточной автономностью, независимо от схемы. Эта самостоятельность характеризуется получением полупродукта определенного качества. В любой технологии удобрений присутствует смешение реагентов и осуществление химической реакции; предварительное удаление влаги сушкой или выпаркой; гранулирование и окончательное удаление влаги; классификация по размерам и дробление крупной фракции; охлаждение готового продукта; абсорбция вредных примесей из отходяших газов. Последний процесс является вспомогательным в получении продукта, но основным для охраны окружающей среды и здоровья людей - и должен рассматриваться особо.

Остальные процессы можно условно разбить на три группы: 1) химическое взаимодействие, 2) гранулирование и сушка, 3) дробление и классификация. Это деление условно, поскольку каждый процесс включает, как правило, в той или иной мере элементы всех групп, а для успешного ведения любого процесса необходимы определенного качества гомогенизация или разделение компонентов. В зависимости от кинетики процесса проводят смешение: с последующим выводом смеси в виде готового продукта; с последующим разделением компонентов; с обновлением поверхности контакта ее скоростью, согласованной со скоростью химической реакции или тепло-массообмена. Один и тот же тип смешения требуется в разных по своей сущности процессах, в связи с чем, они могут осуществляться в конструктивно сходных смесителях [10].

Операторная модель производства стеклянного волокна (пример на рис. 2.5) является базовой схемой для реализации в промышленности комплекса новых малоотходных и экологически чистых производств и выбора оптимальных режимов их функционирования.

В систему входят следующие подсистемы, операторы и процессоры.

А. Подсистема выработки непрерывного стеклянного волокна с показателями качества, соответствующими стандарту:

1. Оператор выработки непрерывного стекловолокна (процессоры: 1 - намотки стеклонити на бобины, 2 - смачивания (склеивания) пучка волокон замасливателем, 3 - формирования пучка волокон, 4 - расплавления стеклошариков,.5 – дозирования стеклошариков).

В. Подсистема выработки стеклянных шариков:

1. Оператор выработки готовых стеклошариков (процессоры: I - охлаждения отжига готовых стеклошариков, 2 - формования (обкатывания) заготовок стеклокапли в шарики, 3 - транспортировки заготовок стекломассы, 4 - дозирования струи стекольной массы на заготовки, 5 - формирования струи стекломассы).

С₁. Подсистема образования стекломассы из компактированной шихты с заданными показателями:

1. Оператор образования стекломассы из компактированной стекло шихты с заданными показателями (процессоры: 1 - охлаждения (студки) стекломассы, 2 - гомогенизации стекломассы, 3 - осветления стекломассы, 4 - стеклообразования, 5 -силикатообразования);

II. Оператор пламенного нагрева стекломассы (процессоры: 1 - пламенного нагрева стекломассы, 2. - дозирования топлива);

II 1. Оператор дозирования и загрузки компактированной шихты и стеклобоя (процессоры: 1 - дозирования компактированной шихты, 2 - дозирования стеклобоя, 3 - транспортировки компактированной шихты, 4 - транспортировки стеклобоя);

IV. Оператор использования (утилизации) тепла отходящих газов (процессоры 1 - утилизации тепла отходящих газов, 2 - дозирования воздуха).

С₂. Подсистема классификации компактированной шихты по фракциям:

1. Оператор классификации компактированной шихты (процессоры: 1 - транспортировки возвратных фракций мелочи, 2 - классификации компактированной шихты по фракциям, 3 - дробления компактированной шихты).

Сз. Подсистема образования компактированной шихты с заданными технологическими и структурно-деформационными свойствами:

1. Оператор охлаждения и упрочнения компактированной шихты (процессоры: 1 - транспортировки компактированной шихты и просыпи, 2 - упрочнения компактированной шихты за счет протекания твердофазных реакций и тепломассообменных процессов);

II. Оператор образования компактированной шихты в виде плитки с заданными технологическими и структурно-деформационными свойствами (процессоры: 1 - охлаждения (сушки) плитки после ее выхода из валков, 2 - образования из порошкообразной шихты компактированной в виде плитки, 3 – предварительного уплотнения порошкообразной шихты, 4 - дозирования возвратных фракций мелочи, 5 - дозирования порошкообразной шихты.

С4. Подсистема увлажнения и смешения порошкоо6разной шихты): 1. Оператор увлажнения и смешения порошкообразной шихты (процессоры: J - смешения исходных компонентов в гомогенную (гетерогенную) смесь, 2 - увлажнения и дозирования связующего компонента, 3 - дозирования компонентов шихты (1- 8).

Для подсистемы образования шихты с заданными свойствами оператор образования плитки (валковой пресс) может быть охарактеризован группой параметров, определяющих протекание физико-химических процессов и состояние подсистемы в текущий момент времени.

Аналогично анализируют операторную модель с эколого-экономических позиций (ранжируют факторы экологической безопасности и ресурсосбережения, сопоставляют параметры и т. п.).