2. КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Химико-технологическая система (ХТС) многоассортиментного производства - это упорядоченная последовательность технологических процессов производства одного или нескольких  целевых или промежуточных продуктов и множество технологических аппаратов с системой материальных и энергетических связей между ними, необходимое и достаточное для производства этого продукта [2].

По режиму функционирования различают ХТС периодического действия, непрерывного действия, а также смешанного типа, когда в пределах одной ХТС содержатся аппараты периодического и непрерывного или периодического и полунепрерывного действия.

Наибольшее распространение в многоассортиментных производствах нашли системы, содержащие аппараты только периодического действия или  оборудование периодического и полунепрерывного действия.

Малотоннажные производства организуются, как правило, на системах периодического действия. По числу продуктов системы периодического действия делятся на однопродуктовые, называемые также индивидуальными, и многопродуктовые,  а по числу стадий - на одностадийные и многостадийные.

Индивидуальные схемы предназначены для выпуска единственного продукта.  Для них характерно «жесткое» соответствие аппаратурного оформления схемы реализуемому технологическому процессу, поэтому такие ХТС   наиболее рациональны с технологической точки зрения. В ГАПС индивидуальные схемы применяются сравнительно редко – в случаях, когда по каким либо причинам совмещение технологических процессов выпуска различных продуктов невозможно или нежелательно (существенно разные требования к оборудованию, большие различия числа и видов технологических стадий, большие объемы выпуска продуктов).

Многопродуктовые системы, в свою очередь, делятся на совмещенные и гибкие.

Однопродуктовым (индивидуальным) ХТС соответствует единственный многостадийный технологический процесс, в результате которого может быть получен один или несколько целевых продуктов.

Многопродуктовые системы предназначены для выпуска множества последовательно или одновременно производимых продуктов.

Совмещенные ХТС ориентированы на множество последовательно реализуемых, различающихся между собой, многостадийных технологических процессов. В каждый момент времени на совмещенной схеме нарабатывается один продукт, причем маршруты обработки партий различных продуктов и число задействованных для этого аппаратурных стадий схемы могут быть неодинаковыми. Очевидным преимуществом совмещенных схем перед индивидуальными является снижение капитальных затрат на производство продукции.

К числу основных правил организации режима функционирования совмещенных ХТС, обусловленных сложностью реализуемых технологических процессов, относятся: 1) исключение возможности смешения различных партий сырья и полуфабрикатов, последовательно обрабатываемых в аппаратах стадий схемы; 2) недопустимость застоев реакционной массы в ожидании начала следующей стадии обработки. Первое правило упрощает контроль технологических процессов и обслуживание оборудования, препятствует смешению недоброкачественных партий с другими. Второе обусловлено неустойчивостью большинства полуфабрикатов продуктов многоассортиментных производств, поэтому по завершении обработки партии материалов в аппаратах предыдущей стадии она должна без задержки передаваться в аппараты следующей. Заметим, что имеются исключения из сформулированных правил  организации выпуска продуктов: процессы производства ряда продуктов содержат технологические стадии (главным образом, стадии подготовки сырья и разделения), после которых допускается длительное хранение и смешение различных партий полуфабриката.

Понятие структура ХТС обозначает систему связей между основными аппаратами ее аппаратурных стадий по материальным потокам. В работе [2] приведена классификация технологических структур многоассортиментных производств. Жесткая структура характеризуется неизменными связями между аппаратурными стадиями, в том числе и  при переходе на производство другого продукта. Частично гибкая структура характеризуется жесткими связями между аппаратурными стадиями, которые могут меняться при переходе на производство другого продукта. В случае гибкой структуры коммутация аппаратов может меняться как по окончании, так и во время  выпуска каждого из продуктов.

ГХТС имеет переменную (перестраиваемую) технологическую структуру. При переходе с выпуска одного продукта на другой происходит изменение структуры схемы, т.е. для нового продукта технологический маршрут, в общем случае, изменяется. Свойство ГХТС изменять структуру в процессе функционирования носит название структурной гибкости. ГХТС может характеризоваться также свойством технологической гибкости, т.е. изменять в широком диапазоне режимные параметры: температуру, давление при производстве разнообразных продуктов ассортимента на одинаковом оборудовании. Свойством конструктивной гибкости обладают ХТС, имеющие в своем составе аппараты, конструкцию которых можно быстро изменять без значительных затрат труда. ГХТС ориентированы на реализацию нефиксированного множества технологических процессов, при этом ассортимент продуктов и маршруты обработки их партий предполагаются переменными. Такие схемы снабжаются «гибкими», легко переключаемыми коммуникациями между аппаратурными стадиями, что позволяет легко переориентировать их на выпуск новых марок продукции. Оборудование каждой из аппаратурных стадий ГХТС пригодно для реализации широкого спектра характерных для данного производства технологических стадий. Возможность широкого применения ГХТС в настоящее время ограничена сложностью, большим разнообразием реализуемых технологических процессов и как следствие – многообразием специфических требований к оборудованию (вид аппарата, защитное покрытие и т.п.) и необходимостью длительной очистки аппаратов, которая в производствах химических красителей и полупродуктов занимает несколько суток. Отметим также трудности формирования парка резервного оборудования ГХТС, вызванные частой сменяемостью требований к ассортименту продуктов и объемам их выпуска, сложностью прогнозирования  этих изменений при проектировании производства.

Таким образом, гибкими химико-технологическими системами называются системы, обладающие в большей или меньшей степени свойствами структурной, технологической и конструктивной гибкости.

Для современной промышленности тонкого органического синтеза характерно быстрое изменение ассортимента продукции в сочетании с небольшим объемом их выпуска. Поэтому неизбежным для таких производств является использование ГХТС. Одной из основных задач при анализе ГХТС в этих условиях является исследование возможностей производства данного продукта в нужном количестве на действующей схеме.

Несмотря на то, что конкретные ХТС отличаются большой сложностью и разнообразием структур, практически все конкретные структуры могут быть сведены к небольшому числу типовых структур с характерным соотношением направлений соединяющих их потоков.

Последовательная технологическая связь – это такая связь, когда поток, выходящий из аппарата стадии, является входящим для аппарата следующей стадии и все технологические потоки проходят через аппарат стадии не более одного раза. Последовательное соединение аппаратов стадий схемы – основной прием в химической технологии многоассортиментных производств, так как оно соответствует многошаговому принципу переработки сырья в качественно различных аппаратах стадий.

Параллельная технологическая связь - это такая связь, когда выходящий из аппарата стадии поток разбивается на несколько параллельных подпотоков. Параллельная технологическая связь применяется для повышения мощности, надежности, гибкости ХТС, а также при параллельном получении на базе одного исходного вещества двух или нескольких продуктов.

Последовательно-обводная технологическая связь (байпас) - это такая технологическая связь, при реализации которой часть выходного потока из аппарата  стадии минует некоторые аппараты стадий ХТС в последовательной цепи стадий ХТС, а затем снова объединяется с основным потоком. Байпас широко применяется в системах переработки с последующим смешением, где для обеспечения заданного состава и качества продукта необходимо переработать не весь поток, а лишь часть его. Потоки смешиваются в таком соотношении, чтобы получился продукт заданного качества.

Обратная технологическая связь характеризуется наличием рециркуляционого потока, связывающего выход  аппарата последующей стадии ХТС с входом  аппарата предыдущей стадии. Обратная технологическая связь предусматривает многократное возвращение потоков в один и тот же аппарат стадии.

По особенностям технологической структуры ХТС разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутых ХТС технологические потоки проходят через аппарат любой стадии только один раз. Замкнутыми называются ХТС, содержащие, по крайней мере, одну обратную технологическую связь по потокам массы, энергии или комбинированную