7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АО ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ХТС

Аппаратурное оформление (АО) ХТС - это число и основные размеры серийных аппаратов выбранных типов и конструкции, необходимые для выпуска продуктов заданного ассортимента в плановых объемах за отведенное время. Индивидуальная ХТС выпускает единственный продукт, число ее аппаратурных стадий, как правило, равно числу технологических стадий синтеза выпускаемого продукта.

Исходные данные для определения АО:

- число аппаратурных стадий в системе - J ;

- тип основного аппарата каждой стадии x_j, j=1,2,...,J (например, 0 - емкостной аппарат, 1 - фильтр-пресс (ФП),   2- роторная вакуумная сушилка (РВС),  3 - фильтры и сушилки других типов);

- совокупность типоразмеров серийных аппаратов, выбранных для оснащения каждой стадии VS_j={V_j¹, V_j²,..., V_j^k};

- плановый объем выпуска продукта Q[т];

- фонд рабочего времени, отведенный на выпуск продукта Т[час];

- материальные индексы стадий g_j[кг/т, л/т], j=1,J (для ФП и РВС два индекса: объемный - g_i и массовый - m_j );

- удельные  производительности фильтров и сушилок   a_j[л/м²час, кг/м²час], если x_j>0 ;

- толщина слоя осадка для фильтрпрессов d_j [мм], если x_j=1;

- длительность обработки партий продуктов в емкостных аппаратах t_j[час], если x_j=0 

( для фильтрпрессов   ₎

- доля основной операции в общем времени занятости фильтров и сушилок обработкой одной партии продукта h_j[%], если x_j>0;

- допустимые пределы изменения коэффициентов заполнения емкостных аппаратов и РВС j_*j, j_j^*. Примеры определения АО индивидуальной ХТС, содержащей одну аппаратурную стадию приведены в Приложении 4.

Определение АО ХТС, включающей несколько стадий:

1. Выбор значений числа аппаратов на стадиях, обычно n_j=1, j=1,2,...J. Если на какой-либо стадии зафиксировано n_j>1, то выбирается режим функционирования ее аппаратов (синхронно или с равномерным запаздыванием).

2. Предварительное определение длительности цикла обработки партий продукта T_ц=max{p_j}, x_j<2. Поскольку для большинства типов фильтров и сушилок длительность обработки партий заранее не известны, значения p_j   (минимального периода между выпуском двух последовательных партий) вычисляется только для стадий, оснащаемых емкостными аппаратами и фильтрпрессами.

3. Расчет числа выпускаемых партий продукта и их размера:

                                       .                                                                        (5)

4. Выбор размеров аппаратов стадий ХТС. Объемы емкостных аппаратов должны удовлетворять ограничениям:

                                      .                                              (6) 

Поверхности фильтр-прессов

                                      .                                                            (7)

Для определения поверхностей фильтров других типов и объемов сушилок, кроме РВС, используется зависимость длительности обработки партии от основного размера аппарата

                                   .                                                                                                          (8)

При фиксированном числе аппаратов величина  t_j  не может превышать T_ц n_j , следовательно:

                   .                                                                               (9)

Первоначально промежуточные емкости в ХТС не вводятся, поэтому максимально возможные значения t_j, x_j>1 следует определять с учетом продолжительности одновременной работы фильтров (сушилок) и непосредственно связанных с ними емкостных аппаратов: .

Если значение положительно, то вместо соотношения (9) можно использовать:

                  .                                                      (10)

Может сложиться ситуация, когда даже максимальный допустимый стандартный размер аппарата окажется слишком мал. Чаще всего в таких случаях увеличивают число аппаратов на лимитирующей стадии, выбирая для ее аппаратов режим обработки партий с равномерным запаздыванием, и уменьшают таким образом величину T_ц. В результате увеличивается число партий и уменьшается их размер. Возможны и другие выходы из этой ситуации. Если это стадия с x_j>1 , то можно принять решение о введении в ХТС до или (и) после нее промежуточных емкостей и использовать для определения размера аппаратов соотношение (9). Можно также принять решение об установке на стадии одного из допустимых аппаратов и рассчитать необходимую продолжительность обработки партии по соотношению (31). Если эта стадия оснащается емкостными аппаратами и возможна синхронная обработка равных долей партии в разных аппаратах, то можно увеличить число аппаратов и использовать для выбора их объема соотношение:

                                                                                                                            (11)

5. Вычисление значений t_j(x_j>1), соответствующих выбранным размерам аппаратов, корректировка значений t_j(x_j=0) с учетом выбранного режима совместной работы емкостных аппаратов с фильтрами и сушилками, определение значения  T_ц . Если это значение совпадает с предварительным, то расчет закончен, в противном случае необходимо повторить его сначала с новым предварительным значением Т_ц  .

Эффективность того или иного варианта АО ХТС рекомендуется оценивать по приведенным затратам на производство продукции, т.е. сумме капитальных затрат на оборудование и расходов, связанных с его эксплуатацией. Оценить с достаточной точностью эксплуатационные расходы на этапе определения АО ХТС практически невозможно, т.к. для проведения тепловых расчетов аппаратов ХТС, расчетов затрат на транспортировку веществ между аппаратами, на обслуживание оборудования недостаточно информации. Известно, что при изменении вариантов АО эксплуатационные расходы меняются незначительно, поэтому чаще всего в качестве критерия эффективности АО ХТС используют капитальные затраты на основное оборудование.

Капитальные затраты рассчитываются на основе прейскурантных цен стандартных аппаратов. Для упрощения расчетов формируют функциональные зависимости стоимости аппаратов различных типов и исполнений от их основных размеров (методами приближения табличных зависимостей). Наиболее популярный вид этой зависимости - a_jV_j^{b j}, например, для емкостных аппаратов 0.583V^0.43, для барабанных вакуум-фильтров (БВФ) - 0.756V^0.43(тыс. руб в ценах до 1991 г.).

Пример: определить АО ХТС, состоящей из  3-х стадий, Q=300 т, Т=500 ч (рис. 18).

         Ст. 1                     Ст. 2                            Ст. 3

        g₁=300л/т                g₂=500 л/т                     g₃=1500кг/т

                t₁=3 ч                     t₂=4 ч                          a₃=5 кг/м²час

     f_*1=0.3                    f_*2=0.4                           h₃=100%

                       f^*₁=0.8                   f^*₂=0.7

Рис. 21.

Стандартные объемы емкостных аппаратов: 0.1, 0.25, 0.4, 0.63, 1, 1.6, 2.5, 3.2, 5, 6.3, 10 м³. Стандартные поверхности БВФ: 1, 3, 5, 10, 20, 40 м² .

Пусть: n₁=n₂=n₃=1 T_ц=t₂=4ч, m.