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化工過程分析與合成6

上傳人:合*** 文檔編號:218860212 上傳時間:2022-08-27 格式:PPT 頁數:68 大?。?86KB
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《化工過程分析與合成6》

簡介:

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1、化工過程分析與合成6前言按最終產品的輸出形式,工業加工過程可分為:連續、離散和間歇過程間歇過程在化工生產和人們日常生活中占有重要的地位精細化工、生物化工等高技術密集和知識密集的新興產業廣泛用于食品、聚合物、藥品、分子篩、增塑劑、抗氧劑、染料和涂料等產品生產歷史30年代以前,絕大多數化工過程采用間歇操作,自動化水平低,勞動強度大,而且產品質量不穩定向連續化生產過渡80年代以來,從商品化學品生產轉向專用的功能化學品生產;從大規模過程轉向小規模的具有彈性的過程;從連續加工轉向間歇加工;從過去靠價格競爭轉向現在靠質量競爭;從過去靠投資來推動開展轉向靠信息來推動開展等等從技術上講,目前有91的間歇過程可

2、以用連續過程來替代間歇過程具有靈活多變的特性,即它可以用同一套多用途、多功能的設備生產多種類型的產品因此間歇過程仍占有重要地位6.1 間歇過程與連續過程習慣上稱非連續化工過程為間歇化工過程。間歇過程通常被定義為“將有限量的物料,按規定的加工順序,在一個或多個設備中加工,以獲得有限量產品的加工過程。如果需要更多的產品,必須重復該過程。間歇過程既不是連續過程也不是離散過程。但具有連續過程和離散過程的特點間歇與連續過程在有關部門的應用情況技術密集性動態性多樣性柔韌性不確定性6.1.1 間歇化工的特點6.1.2 間歇過程與連續過程的比較動態特性是間歇過程的本質,而連續過程的本質是穩態操作在間歇過程中,

3、原料必須按配方規定的加工任務和順序,在適宜的設備中進展加工。在連續過程中,原料連續參加,各加工任務同時進展通過詳細的系統分析,可找到連續過程的瓶頸問題,而間歇過程的瓶頸問題隨產品及操作策略而改變。間歇過程中的設備尺寸的設計并不是很準確的能夠用來生產多個產品。連續過程中的平安系統,主要是降低系統的停車時間。間歇過程不需要。間歇過程通常為小批量、高附加值的化學品而設計的,一個生產周期只能生產一批產品。連續過程通常是為需求量很大的特定產品而設計的,原料連續參加,產品連續排出。間歇過程必須對整個生產過程,進展有效的排序或進展生產時間表安排。由于間歇過程的柔韌性和彈性,它適合于市場供求不穩定的產品的生產

4、。連續過程那么適合于市場供求穩定的產品的生產。對于市場需求量很大的產品,其初始階段一般也是用間歇過程生產的6.1.3 間歇過程根本概念間歇過程的設備單純的間歇設備TBU半連續設備SCU中間存貯設備IS間歇過程的分類根據生產產品的數量根據生產流程的構造間歇過程的操作方式間歇設備或間歇級的根本操作順序是:進料、加工、等待倒空、倒空、清洗、等待進料、進料,構成了一個操作循環。在間歇j獨立操作過程中,某臺設備加工兩批物料的時間間隔稱為“該設備的循環時間,整個間歇級加工兩批物料的時間間隔稱為“間歇級j的循環時間。順序地從工廠得到兩批產品之間的時間間隔稱為“限定循環時間LCT,也稱為“批間隔,記為TL。假

5、設間歇級j的循環時間等于TL,那么該間歇級構成了間歇操作過程的“瓶頸,因此把它稱為“時間限制級。在同一個間歇級中可能有多臺平行操作設備,它們可以同步或異步方式操作。所謂異步操作是指第j個間歇級有mj臺一樣設備,在不同時間交替加工第j-1級來的不同物料。這時該間歇級的循環時間為該級中一臺設備循環時間的1/mj。假設將第j-1級來的同一批物料分配在第j級的mj個平行設備中同時加工,那么稱這些平行單元為“同步操作。此時間歇級j的批量為該級中一臺設備批量的mj倍非覆蓋式操作限定循環時間和一批進料完全通過此過程的停留時間TR相等覆蓋式操作過程的限定循環時間或批間隔,取決于具有最大級循環時間的限制級即時間

6、限制級異步覆蓋式操作過程的限定循環時間或批間隔,取決于具有最大級循環時間的限制級即時間限制級6.2 過程動態模型及模擬所有間歇操作過程都是非穩態或動態過程。對間歇過程的建模要求,比對連續過程中由于擾動所產生的動態過程更嚴格間歇過程的模擬可用來了解過程中各參數隨時間的變化,以確定此間歇單元過程的操作時間和最適宜操作條件間歇過程的根本操作單元有:加料、反響、冷卻、加熱、混合、過濾、精餾、枯燥、溶劑萃取和結晶等6.2.1 混合過程操作目標是:混合后產物流中組分A的濃度CA和溫度T符合規定要求由于是二元體系,確定了一種組分的濃度,另一組分濃度也就確定了。因此,此例中對B組分的濃度不必另行考慮根據過程的

7、特征和操作目標,可以確定過程的狀態變量為:槽中液位h 反響混合物中組分A的濃度CA混合物的溫度T總物料衡算:組分A衡算方程分部所以假設取液態純A和純B為基準物態,0為基準溫度,那么物流i的焓可表示為系統的能量衡算方程可列出能量衡算混合過程可望在良好的控制下進展,以至產物流濃度CA的變化不大。在此條件下,HS可以假定為常數。假設再假定Cp1=Cp2=Cp整理可得6.2.2 間歇、半連續反響過程的模型、模擬和優化1. 間歇操作反響器對于間歇操作的理想攪拌反響器,可以認為反響混合物是均勻的,也就是說既不出現溫度梯度也不出現濃度梯度質量衡算:與環境交換的熱量:由一般熱量衡算式可得:生產能力LP是指單位

8、時間產物Ai的生產量。間歇操作反響器的LP是基于整個反響周期的持續時間t2的生產量計算的,t2包括到達預期轉化率所需的時間tR和反響器裝量、卸料、清洗、加熱和冷卻所需輔助時間ta因為X=(ni,0-ni)/ni,0,故有通過將表達式X/(tR+ta)對tR求導數,并設為零,即可求解。其結果經變換后為將轉化率對反響時間作圖,那么可產生最正確轉化率在動力學的情況下,隨著準備時間的增加,為了使反響器的生產能力最大,必須提高轉化率6.3 間歇過程的最優時間表6.3.1 時間表問題時間表問題或稱生產調度,是間歇生產安排中的重要局部。生產時間表的開發是間歇過程優化的主要問題。時間表的需要不是來自加工操作的

9、本質,如連續,半連續或間歇,也不是由被加工的物料的性質決定的,而是因為在不同產品之間必須劃分出一個裝置上的生產時間,所以需要時間表例:有四種產品A、B、C和D需要用四臺間歇設備、和按一定的順序進展加工可能的方案:1.按產品次序,一個產品加工完成后再加工另一個。缺點是一些設備的閑置時間過長。2. 穿插使用各臺設備??赡艿臅r間表表中遵循了一個約束條件,即各產品均有它自己的加工次序。在排序理論中稱表中的加工次序為“技術約束,與此技術約束相容的時間表為“可行時間表,反之為“不可行時間表。對于簡單問題,可用觀察方法列出所有的可行和不可行時間表。n個產品、m臺設備,在一個特定設備上每一種排列均可給出n!m

10、種排列的加工次序。n4,m4 有4!4331776種可能5個產品,4臺設備的問題,時間表總數為5!42.1108。此數據說明,解時間表問題有很大困難,必須采用很巧妙的方法,有時即使用了很巧妙的方法,某些問題求解所用的時間也可能很長四產品四設備問題的最優化時間表1. 時間表問題的主要假設、符號說明和目標函數假設有n個產品J1,J2,,Jn,需要在m臺間歇設備M1,M2, ,Mm上進展加工,用Oij表示第i個產品用第j臺設備處理。在排序理論中將產品視為“作業(Job) ,而將設備視為“處理器(Processor)主要假設(a) 各個產品是一個實體。盡管此產品可承受不同的操作,但不能同時進展同一產品

11、的兩個操作。因此,在我們的討論中不能有這樣的情況,即同時生產幾種中間體,然后再將它們摻合成最終的產品。(b) 沒有優先問題。各個操作一旦開場以后,必須在這臺處理器加工直到完成規定的操作。(c各產品有m個不同的操作,在每一臺設備上完成一個操作。不允許在同一臺設備上對某一產品加工兩次。同樣,應堅持在每一臺設備上加工各個產品,產品不允許跳過一臺或多臺設備。(d) 不能中途放棄,各產品必須被加工到完成。(e)加工時間與時間表無關,設備調整到正常狀態所需要的時間與操作次序無關;在兩臺設備之間輸送產品的時間可忽略。(f) 允許有中間貯罐,產品可等待到下一臺要用的設備空出來。但在有的問題中被加工的產品必須連

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