Структура ХТС

Структура ХТС – это способ соединения элементов в единую систему. Она может быть очень разной и сложной, но всегда является комбинацией из четырех основных структур:
1) последовательное соединение операторов;
2) параллельное соединение операторов;
3) обводное (байпасное) соединение операторов;
4) обратное соединение операторов (рецикл).

При последовательном соединении аппаратов весь технологический поток, выходящий из предыдущего элемента поступает полностью в последующий элемент; при этом через каждый элемент схемы поток проходит лишь один раз.

При параллельном соединении технологический поток разделяется на несколько более мелких потоков, поступающих в различные элементы системы. Выходящие из этих элементов потоки могут объединяться в один поток или выходить из системы раздельно. Через каждый элемент поток проходит один раз.

Рассматриваемые структуры используется в производстве при соединении в технологическую цепочку любых аппаратов, в том числе и химических реакторов. Рассмотрим, какие технологические задачи решаются при использовании различных вариантов соединения реакторов.
Последовательное и параллельное соединение реакторов, осуществляют при необходимости увеличения производительности установки. При заданной скорости химической реакции производительность установки, работающей в непрерывном режиме, можно увеличить
1) при достижении более высокой степени превращения реагента за счет увеличения времени пребывания реагентов в реакционной зоне;
2) путем увеличения количества перерабатываемого сырья в единицу времени при сохранении α = const.
В обоих случаях это приводит к увеличению объема реакционной зоны (объема реактора).
где Vp – объем реактора (м3); Vоб. – объемная скорость подачи сырья (м3/час); τ – время пребывания реагентов в реакционной зоне (час).
В случае повышения производительности за счет повышения времени пребывания реагентов в реакторе (τ) используют последовательное соединение реакторов; для повышения объемной скорости подачи сырья (Vоб.) применяют параллельную схему соединения реакторов.
Последовательное включение реакторов используют также при оптимизации условий проведения отдельных стадий технологического процесса; параллельное соединение удобно для оптимальной организации производства (попеременное включение реакторов).
Обводное соединение элементов – это ряд последовательно соединенных аппаратов, через которые проходит лишь часть технологического потока. Другая часть потока обходит один или несколько аппаратов и затем соединяется с основной частью потока. При байпасном соединении направление главного и побочного потоков совпадают; каждый проходит через какой-либо элемент только один раз. Обвод широко применяется для создания оптимального температурного и концентрационного режима.

На рисунках: 1 – прямой поток (m1), 2 – главный поток (m2), 3 – побочный поток (m3).
              В случае байпаса m1 = m2 + m3, для рецикла m2 = m1 + m3

Рецикл характеризуется наличием в цепи последовательно соединенных элементов хотя бы одного обратного потока. В отличие от ранее рассмотренных схем это замкнутая система. Различают суммарную (общую) и фракционированную рециркуляцию. При суммарной рециркуляции реакционная смесь после выхода из реактора разделяют на два потока, из которых один возвращают снова в реактор, а второй направляют на установку разделения. Суммарную рециркуляцию используют для торможения быстрых экзотермических реакций, если продукты не оказывают влияния на ход химического превращения. При фракционной рециркуляции из реакционной смеси отделяют продукты, а непревращенные реагенты возвращают в реактор. Большая часть промышленных процессов оформлена по схеме с фракционной рециркуляцией.
Циклические системы характеризуются степенью рециркуляции, показывающей, какая доля главного потока после его разветвления возвращается в процесс, то есть долю рецикла в общей загрузке реактора: и коэффициентом рециркуляции, который показывает, во сколько раз главный поток больше прямого, то есть во сколько раз общая загрузка реактора больше потока свежего сырья: