Быстрый процесс дизайна
Используйте это структурированный подход, который сочетает в себе предварительные экспериментальные данные методы прогнозирования и эвристики, чтобы быстро создавать и шелкографии альтернатив на ранних этапах нового проекта.
Большинство стратегических продукта и процесса развития принятия решений на самых ранних этапах жизненного цикла проекта - подробные данные о кинетике реакций, фазовое поведение, химические свойства и т.д., являются неполными или неизвестны, а инвестиционные решения должны приниматься на основе преимущественно качественный и некоторые количественные данные, полученные в ходе открытия этапа. Кроме того, растет давление с целью сократить время разработки новых продуктов и процессов.
Процесс развития, как правило, осуществляется в эволюционным путем, в которых технологическая схема разработана на основе опыта и проверенных наилучшей практики, а не на систематическую основу для создания альтернативных процессах. Хотя этот подход дает полезные проекты быстро и надежно, не поощрять использование новых технологий, а также не позволит для сравнения альтернативных проектов. Главная опасность в рамках традиционного подхода прыгает на решение, прежде чем проблема действительно понял.
В этой статье описывается, как возможные варианты процесса определены с использованием главным образом качественной информации, некоторые ключевые количественные данные, а также совместной работы по открытию химиков и инженеров-конструкторов концептуальной. Определение вариантов может помочь инвестиционных решений, а также может помочь направить экспериментальных программ и процесса развития.
Процесс развития можно рассматривать как состоящий из трех этапов:
1. химии открытие и предварительные процесса развития (первые 4-6 недель)
2. химия процессов и концептуального проектирования (ближайшие 3-6 месяцев)
3. подробное механическое оборудование и дизайн (ближайшие 6-12 месяцев).
Фаза 1: Discovery химии и предварительные процесс развития
Фаза 1 является наиболее важным этапом в процессе развития на добавленную стоимость химических веществ. Многие маршруты химической, которые могут потребовать различного сырья, реализуются. Поисковые эксперименты проводятся для проверки реакции в предлагаемый маршрут желаемого полупродуктов и продуктов. Предварительные экспериментальные данные включают качественную информацию о скорости реакций и количественных данных о конверсии, выход и селективность.
Решения должны приниматься на выбор химических маршрут, так что дальнейшие работы могут быть сосредоточены на данном маршруте. Традиционно, химической маршрут выбирается исходя из затрат сырья материалов. Вместе с тем, другие важные факторы должны быть приняты во внимание, прежде чем выбор.
Предварительный набросок схемы можно указать сложность производственного процесса. Экономическое преимущество более дешевого сырья могут быть ограничены гораздо дороже производства. После учета таких факторов, как наличие и стоимость сырья (которые зависят от реакции селективность), производственный процесс обоснования и сложности, наиболее перспективного химического маршрут выбран. Если затраты сырья материалов для конкретного маршрута, выше, чем цены продукта, развитие этого маршрута прекращается.
Предварительная схема процесса также определены ключевые области, в которых экспериментальные усилия должны быть целенаправленными. Возможные проблемы обращения с отходами должны быть определены как можно раньше, поэтому экономика обращения с отходами должны быть в рамках этапа 1 деятельности.
Через несколько методик для ранних стадиях процесса разработки. Метод опубликованы др. Шарратт и др. (1) использует качественные знания о реакции системы с целью определения альтернатив в ранних стадиях процесса разработки. Он включает определение скорости процессов (таких, как реакция, массоперенос, и т.д.) и фаз, находящихся, а также использование движущих сил для работы с этими скорости процессов и этапов создания процесса рецепт.
Этой статьей предусматривается расширение методологии, разработанной др. Schembecker и др. (2) для генерации и отбора альтернатив на основе качественного и полуколичественного данных в ходе Фазы 1 процесса развития. Результаты 1 этапа являются предприятия химической маршрут (ы), по оценкам, затраты сырья материалов, предварительный эскиз производственного процесса схема (ы), и объем программы исследований для определения ключевых данных и моделей, необходимых для процесса проектирования в рамках Фазы 2 .
Важным аспектом Фаза 1 является формирование интеллектуальной собственности. Важнейшей составляющей успеха в Фаза 1 это команда открытия химиков и инженеров-конструкторов концептуальных работая плечом к плечу под тем же лидером в той же лаборатории.
Фаза 2: Процесс химии и концептуальный дизайн
Фаза 2 сосредоточена на получении более точную оценку схемы и блок операций для выбранного химического маршрута. Эксперименты проводились для определения влияния таких параметров, как реагент молярных соотношениях, катализатор состава, температуры и давления на селективность и переходов. Эксперименты также с целью определения физических свойств (определены на этапе 1), необходимых для концептуального проектирования. Фаза 2 имеет целью определить размеры оборудования, коммунальные услуги пользования, сырьевых материалов, а также инвестиционных и эксплуатационных затрат.
Информация, полученная на этом этапе должна быть достаточной для надежного экономического анализа, который дает желаемый внутренняя норма доходности (IRR) для инвестиций. Потенциальные альтернативы схемы анализируются различные нескольких ключевых переменных (например, реакции конверсии, мольное соотношение реагентов корма и т.д.) для изучения их влияния на IRR. Эксперименты в этой фазе продолжать, пока не будет огромным шагом в IRR. Если IRR для процесса не сделать предприятие прибыльным, работы по развитию прекращается.
Потенциально прибыльных альтернатив схемы являются обследование с целью определения наиболее экономически привлекательных доступными схемы процесса. Расчеты выполнены, чтобы проверить предсказания концептуальных осуществлять проектирование. Оптимизация проводится для ключевых переменных процесса.
Результатом этапа является 2 технологической схемы с указанием предполагаемых размеров оборудования, технологических условий эксплуатации и Расходы, приведенные для всех потоков. Новая интеллектуальная собственность создается для защиты окончательная схема производства и всех экономически жизнеспособных альтернатив, которые были выявлены, а также новых катализаторов, составы вещества, условий эксплуатации и т.д.
Как и в фазе 1, важнейшей составляющей успеха является тесное сотрудничество между химиками и инженерами концептуального дизайна. Инженеры должны доставить критерий остановки (например, каких-либо существенных изменений в IRR) для прекращения направление исследований, а также определить стимулы для открытия новых направлений исследований или продолжение уже существующих.
Фаза 3: Подробная механического оборудования и дизайна
Если проект окажется выгодным в Фазе 2. всех потоков в технологической схеме фиксируются. Материалы для строительства важных технологического оборудования определены. Физические и химические стабильности каталитической материалы, затем определяется.
Подробная механических и конструкции оборудования осуществляется прийти к достаточно точные размеры оборудования и многое другое моделирования выполняются на этом этапе. Достоверная оценка капитальных и эксплуатационных затрат определяется на основе поставщика котировок.
Результатом этапа 3 является технология корпусе, подходящем для передачи с к строительной компании для реализации экспериментального завода.
Быстрая разработка в рамках Фазы 1
1 показаны некоторые из инструментов, используемых на каждом этапе процесса разработки. В отличие от фазы 1, систематические методы для Фазы 2 и 3 более зрелых (3). В оставшейся части этой статьи вводит новую методику (с учетом существующих методов), и демонстрирует ее применение для быстрого проектирования в рамках Фазы 1 процесса развития.
Данная методика создает реакторе и разделение альтернатив с помощью систематических методы, основанные на качественных и полуколичественного информации. Альтернатив Далее проводится анализ для выбора экономически привлекательных маршрутов химических и технологических схем. Генерации альтернатив также определяет области, где еще эксперименты, необходимые для выбора и проектирования операций (например, определение фазового равновесия в разработке жидкостной экстракции единица).
Тип реактора, его характеристики и условия реакции важных вопросов, которые должны быть рассмотрены на ранней стадии процесса синтеза, так как они влияют не только на производительность реактора, а также разделение следующем разделе. Кроме того, только основные качественные данные от первоначальных экспериментов доступны на ранних стадиях процесса разработки. Влияние таких как температура, катализатор, концентрации реагентов, режим эксплуатации, преобразования и типа реактора может быть осуществлена только с больших экспериментальных усилий и более подробные расчеты, которые оправданы только после того, проект находится на этапе 2.
Автоматизированной методологии, основанной на инструмент под названием PROSYN (процесса синтеза) использует базы данных, цифровой процедур и эвристики для оказания помощи схемы поколения использования ограниченных данных (4). Процедура состоит из первого определения альтернативных типов реакторов и технологических условий, которые могут достичь желаемых целей в реакционной системе.
Методы, которые поддерживают инструменты для выявления реакции и разделения альтернатив очень важны. Например, это полезно для правильного моль остатков смогут оценить сырьевых материалов процесса. Эта задача может быть сложным для сложных химии со многими реакции, и это полезно использовать алгоритмические методы, которые могут сократить затраты в таких расчетах (5, 6).
Физические свойства имеют важное значение в процессе синтеза. Номер 7, отличный обзор современное состояние термодинамики жидкости фаз. Желаемых термодинамических данных зачастую не известны. Существует обширная литература об усилиях по оценке отсутствует из известных свойств молекулярных структур, как правило, путем деления молекулы в ее состав групп и оценки вклада каждой группы к определенному термодинамические свойства. UNIFAC метод широко используется для оценки пар-жидкость равновесия (VLE) и жидкостей равновесия (ЛПЭ) для многокомпонентных смесей неэлектролитов (8). Группа методов вклад могут также быть использованы для прогнозирования чистой свойств компонентов, в том числе кипения, критическое давление, энтальпия образования и т.д. (9).
Концептуальные средства проектирования, обычно связанные с Фаза 2 могут быть использованы для оценки возможности предварительного схемы разделения на этапе 1. Технико-экономическое обоснование инструментов в Mayflower и FORTUNE программы полезны для создания схем процесса (10). Коммерческая эквиваленты включают обобщать и SPLIT программ с Aspen Technology.
Чтобы использовать эти инструменты, физические свойства системы должны быть описаны термодинамические модели, такие как уравнения NRTL. UNIFAC модели и т.д. Во время открытия этапа, многие его свойства, в том числе бинарных параметров взаимодействия для VLE и ЛПЭ, неизвестно. Этот быстрый подход к проектированию использует методы прогнозирования и приближается к свойствам компонентов, для которых методы прогнозирования не могут быть использованы. Термодинамических пакет создан таким образом, не является точной, но во многих случаях достаточно для создания эскизов разделения системы.
После сбора предварительных схем процесс был быстро определили, они должны быть ранжированы отсеять нижней альтернатив. Лучше всего было бы ранжировать их на основе IRR, но это не представляется возможным в рамках Фазы 1, так как ни оборудования, ни размеры утилита обычаи известны. Тем не менее, можно быстро оценить все материальные Расходы, приведенные всей схемы (5, 6), и эта информация служит основой для ранжирования альтернатив схемы (см. ниже).
Пример: Этап 1 процесса развития MMA
Метилметакрилат (ММА) используется для производства полиметилметакрилата (например, оргстекла), жесткий прозрачный пластик, используемый в строительстве, мебели, бизнес-знаки и автомобилей. MMA могут быть изготовлены разными путями химической (11, 12), три из которых рассмотрены здесь.
Первой задачей в области сбора и отбора альтернатив объединить все реакции данные, полученные химиками и соответствующие данные из литературы. Они включают преобразование, выход и селективность данных, а также от температуры и давления в ходе реакции.
В этом примере, данные условия реакции и их влияние на цены на каждом из этих маршрутов взяты из литературы. Кинетические модели не доступен для всех реакций. Качественная информация о влиянии параметров реакции по ставкам, а также условий проведения реакции (например, температур, давлений и т.д.). Известно, однако, и используются для определения условий работы для химических реакций. Реакция данные приведены в таблице 1.
Далее, собственности пакета для расчета термодинамических фазового поведения смесей для каждого маршрута готов. Чистой свойств компонента имеются в наличии, но бинарных параметров взаимодействия для модели фазового равновесия не доступны для многих пар компонент. Некоторые свойства он может получить из коммерческих баз данных, а остальные свойства либо определяется с помощью методов интеллектуального или приблизительно. Таблица 2 представляет собой матрицу из источников бинарных параметров взаимодействия ацетона маршрут, подобные таблицы составляются по другим маршрутам.
Реактор выбор отвозят на цели высокие селективности. Реактор анализ выполняется с помощью эвристических и математического анализа вместе с экспериментальными данными, а также правил, описанных в Schembecker и др.. (2). Анализ реакции определяет параметры, в том числе модели перемешивания, температуры и давления, степень конверсии и т.д., и считает, что взаимозависимость реакции параметры.
Ацетон маршрут
Реакция ацетона с цианистый водород (HCN) для производства ацетона cyanohydrin происходит в жидкой фазе при 25 ° С и 1 атм, это обратимый с равновесной константой, близкой к 14. Есть никаких известных побочных реакций, а ставка второго порядка по отношению к HCN. Плагин проточного реактора (ПФР) выбран для этой реакции шаг, поскольку он имеет более высокую селективность, чем в других реакторов. Отделение непрореагировавшего ацетона и HCN он может проводиться с использованием дистилляции.
Ацетон cyanohydrin вступает в реакцию с серной кислотой для получения промежуточных сульфата methacrylamide. Из-за наличия воды, побочным продуктом Реактор анализ предполагает использование ПФР по производству сульфата methacrylamide из ацетона cyanohydrin на 90 ° C, а также с помощью PFR для преобразования нежелательных Другие побочные реакции включают ацетон, HCN, ацетон сульфанат и формамида сульфата. Серной кислоты и сульфата methacrylamide тяжеловесы. и удаляются на дне ректификационной колонны; дистиллят поступает еще один столбец, который восстанавливает ацетона cyanohydrin для переработки обратно в реактор.
Methacrylamide сульфата затем реагирует с метанолом при давлении 8-10 атм сформировать MMA и аммония бисульфат. Диметиловый эфир (DME), как правило, образуется в качестве побочного продукта: серия непрерывных реакторов перемешивали-цистерны (CSTRs) он может использоваться, чтобы избежать или уменьшить его формирования. Продукции через тяжести поселенец, который удаляет тяжелые компоненты. Процесс поток подается на перегонки, при которой косвенное разделить удаляет серной кислоты в дно из первого столбца. Смеси метанола, воды и MMA удаляется как стороны потока в верхней части колонки, а также легких фракций удаляются, как дистиллят.
Рисунок 2 является карта вычетов кривой метанол-вода-MMA смеси, когда область ЛПЭ указывает заштрихованной области. (Большинство коммерческих симуляторов процесс может быть использован для построения карты остаток кривой: это один был создан с помощью инструментов в Mayflower.) Это показывает, что MeOH-MMA азеотропа является самым низким котла, и он может удалить, как дистиллят. Днища состав лежит на краю воды MMA и жидкостей дает разделить чистой воды в водную фазу. Органической фазы, состоящей из воды и MMA, отправляется в ректификационной колонны, где свет-кипяток-MMA азеотропа является дистиллята и чистый ММА дна. Вода-MMA азеотропа является возвращается в графин.
Рисунок 3 представляет собой схематическое изображение процесса. Эта схема не очень сложная и имеет относительно простые задачи разделения. Никаких других перспективных альтернатив ацетона маршрута были найдены.
Разработка и стоило Howsheet в рамках Фазы 2, дальнейшие эксперименты необходимы для определения кинетики реакции ацетона cyanohydrin с серной кислотой, а также оценить образования DME в этерификации. Присутствие сульфатных солей делает прогнозы имущества физических неточными. Эксперименты должны быть выполнены, чтобы определить физические свойства необходимые при разработке некоторых блок операций показано на рисунке 3.
трет-бутанола маршрут
MMAis сделал коммерчески с трет-бутанол (Т-BuOH) компаний в Японии.
трет-бутанола окисляется в паровой фазе на основе молибдена катализатором при 300-420 ° С с образованием метакролеин. Использование ПФР при наиболее высокой температуре дает возможность высшим преобразования, считая, Есть никаких побочных реакций. Метакролеин далее окисленных над фосфорномолибденовой-кислотной основе катализатора при 270-350 ° C для производства метакриловой кислоты (MAA). Окисления метакролеина не зависит от присутствия непрореагировавшего т-BuOH, поэтому нет разделения требуется после шага окисления т-BuOH. Метакролеин окисления осуществляется в ПФР на самом высоком температуры для достижения высокой конверсии. CO и CO2 образуются побочные продукты нам в реакции.
Анализ смеси метакролеин-т-BuOH-вода-MAA показывает, что метакролеин воды азеотропа является самым низким котел, и может быть удалена, дистиллята. Все это непрореагировавшего метакролеин возвращается в стадии окисления метакролеин. Т-BuOH-вода-MAA смесь направляется в ректификационной колонны, где т-BuOH воды азеотропа удаляется как дистиллят и смеси MAA и воды получается поток дна.
Эстерификация MAA с метанолом дает MMA. Поскольку реакция проводится при атмосферном давлении и сравнительно низкой температуре (80 ° C), каких-либо существенных образования DME не ожидается. PFR предпочтительнее, чем смешения, поскольку она требует меньшей объему реактора.
Низкий котел среди продуктов реакции MeOH-MMA азеотропа (состоящего в основном из MeOH). , который удаляется, как дистиллят и вторично в этерификации реактора. Смесь воды, MAA и MMA отправляется графин, где вода отделяется, как в водную фазу. Органическую фазу, состоящую из MAA, MMA и воды, отправляется в ректификационной колонны. MAA получена как поток днищ и перерабатывается в этерификации реактора. Дистиллята состоит из MMA и воды, это сливали получить водную фазу чистой воды и органической фазы, состоящей из MMA и воды. Органическую фазу подается в ректификационной колонны, которая производит чистую MMA, как поток дна. Дистиллята MMA-азеотропа воды, которая перерабатывается в графин. Рисунок 4 является схема этого процесса.
Эксперименты, необходимые для разработки и стоимость этой схемы в рамках Фазы 2 включает измерения кинетики реакции окисления реакции, и определения VLE и ЛПЭ данные для смеси, содержащие метанол, вода, MAA и MMA.
Несколько вариантов этой схемы могут быть получены. Например, если избыточный MeOH используется в реактор этерификации для обеспечения полной конверсии MAA, этот процесс будет, как показано на рисунке 5А. Сделают первый ставки до увольнений, которые следуют этерификации будет больше, хижина разделения системы гораздо проще. MAA полимеризуется при высоких температурах, особенно, когда концентрация MAA высока. Таким образом, ректификационные колонны для смесей, содержащих MAA должен он работает на более низком давлении.
Кроме того, жидкостной экстракции может быть использован для разделения MAA от других компонентов, как показано на рис 5B.
Альтернатив в 4 и 5 не были найдены в патентной литературе или, продемонстрировав тем самым способность быстрого методологии проектирования для создания новой интеллектуальной собственности.
Этилен маршрут
MMA могут быть изготовлены из этилена через метакролеин, ПРОПИОНАЛЬДЕГИД или (как считается здесь) propanoic кислоты.
Первым шагом является карбонилирования этилена в форме propanoic кислоты (PROP) в результате реакции этилена с СО и воды при давлении 23-51 цель и температуре 130-170 ° C (13). Propanoic ангидрида (ПАК) образуется в качестве побочного продукта. Необращенных этилена и СО восстановить в мгновение ока барабана. Вода в ходе реакции образуется он мог удалить, прежде чем следующий шаг реакции, но поскольку вода является продуктом на следующем этапе, не стоит это делать.
Propanoic кислота подвергается реакции конденсации с формальдегидом в форме MAA. Propanoic ангидрид реагирует с формальдегидом в форме MAA и propanoic кислоты (14). Непрореагировавшие формальдегида удаляется как дистиллят с водой, и дно поток подается на ректификационной колонны, где MAA удаляется как пар дна. Смеси propanoic кислоты, PAA и вода подается в другую ректификационной колонны, где низкокипящих ПАК воды азеотропа, дистиллят, формы 2 жидкой фаз; после поэтапного раскол, чистая вода выпускается в виде водного потока. Органическую фазу с ПАА и вода возвращается в реакции конденсации.
MAA подается в реактор этерификации метанолом. Схема разделения на выходе из реактора этерификации идентична схеме, использованной в трет-бутанола маршрута (рис. 4).
Схема для этого реактора и система разделения на рисунке 6.
Разработка и стоило схемы в рамках Фазы 2, эксперименты должны определить реакцию кинетики реакции конденсации, а также VLE и ЛПЭ данные для смеси PROP, PAA, MAA и воды.
Схема может он упрощается с помощью избыточного метанола в этерификации реакции, как показано на рисунке 7A. Кроме того, поскольку MAA полимеризуется при высоких температурах, изменить конденсации шаг, MAA может быть получен с помощью жидкостной экстракции, а не дистилляции низкого давления, как показано на рисунке 7B.
Несколько других альтернатив процесс может быть сгенерирован для данного химического вещества маршрут, хижина все они являются вариациями на темы уже определены в 6 и 7. Они могут подвергнуть дальнейшему анализу в рамках Фазы 2, если объединить этилена выживает Фаза 1 критериев оценки и делает ее Фаза 2.
Альтернатив в рисунках 6 и 7 не были обнаружены в существующих патентов или литературе, раз продемонстрировав способность быстрого методологии проектирования для создания новой интеллектуальной собственности.
Ранняя смета расходов
Результаты этапа 1 (открытие / развития) представляет собой набор потенциально привлекательных альтернатив процесса по каждому химическому веществу маршрут в стадии рассмотрения. Сложность проведения реакций и разделения по каждому маршруту, имеет важное значение для получения качественной оценки производственных затрат.
Процесс альтернатив для трет-бутанола и этилена маршруты более сложные, чем ацетон маршрута. Ацетон маршрута, однако, создает гораздо больше отходов, а также утилизации отходов расходы должны считал.
Наличие сырья для каждого из маршрутов будет зависеть от компании реализации проекта. Например, если ацетона получают как побочный продукт от другого химического процесса, что фирма работает и доступна в качестве дешевого сырья, ацетон маршрут может он желательным. Транспорт цианистого водорода может оказаться проблематичным, так что сайт, который не дает HCN не может предпочесть ацетона маршрута.
Сырье и материалы расходы на 3 маршруты составляются в таблице 3. (Цены взяты из Химический Рынок Reporter, ноябрь 2003.) Известные селективности данных (табл. 1) были приняты во внимание для определения сырого потребления материалов.
Разница между ценой продукта и сырья стоимость материала в таблице 3 представляет собой запас для производственных затрат и отдачи от инвестиций. Предполагая, что сырье не производятся на месте, в любой из маршрутов, этилена маршрут низкие затраты сырья материалов.
Общая стоимость производства продукта MMA представляет собой сумму затрат сырья материалов, капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Во время первой фазы быстрого проектирования, оборудования шестерки не известны. Капитальные и эксплуатационные затраты могут его оценкам, основан на наблюдении, что размер оборудования сильно зависит от входного Расходы, приведенные.
По приблизительной оценке, в общей сумме капитала и эксплуатационных расходов может, следовательно, быть получены путем суммирования входе потоков для всех подразделений в схемы. Размер оборудования зависит от Расходы, приведенные, а число единиц в схемы приходится на число Расходы, приведенные, которые суммируются. комбинированный расход массового схемы является предполагается, что прямо пропорционально ее капитальные и эксплуатационные затраты.
Индекс массы определяется как отношение суммы всех входе массового Расходы, приведенные на уровень производства в целевой продукт. Чем выше индекс массы, тем выше ожидаемых капитальных и эксплуатационных затрат. Индекс массы позволяет качественное сравнение схем, пригодных для принятия решений на стадии 1 этапа нового проекта.
Масса индексы 3 MMA маршруты появятся в первой колонке таблицы 4.
Для сравнения маршрутов, сумма стоимости сырья с капитальные и эксплуатационные затраты должны его оценкам. Беспристрастное сравнение может быть выполнено по нормализации стоимость сырья и индекс массы (которая представляет капитальные и эксплуатационные затраты).
С трет-бутанола маршрут имеет самый низкий индекс массы, она назначается нормированные значения индекса массы 1,0 и индексы других маршрутов массового были нормированы к этому. Кроме того, этилена маршрут низкой стоимости сырья, поэтому ее нормированная стоимость сырья составляет 1,0, а расходы других маршрутов были нормированы к этому (табл. 4).
Нормированные общей стоимости по каждому маршруту, является взвешенной суммы нормированных стоимости сырья и нормализованного индекса массы. Например, если стоимость сырья составляет 50% от общей стоимости продукции, нормированной Общая стоимость представляет собой сумму 0,5 раза нормированные стоимости сырья и 0,5 раза нормированного индекса массы. Нормированные общей стоимости по каждому маршруту, в зависимости от веса возложенных на стоимость сырья показано на рисунке 8.
Рисунок 8 показывает, что трет-бутанола маршрута стоит дороже, чем ацетон маршрут на нижнем конце типичная кривая стоимости сырья. Как сырье приходится более от общей суммы расходов, трет-бутанол маршрут гораздо дороже, чем два других маршрутов. Анализ рис 8, таким образом, позволяет предположить, что трет-бутанола маршрута не должны быть продолжены.
Для сырьевых химикатов, сырья обычно составляет 37% до 87% от общего объема производства продукции затраты (15). Исходя из этого диапазона, ацетон и этилена маршруты выглядеть экономически привлекательным. Ацетон маршрут гораздо менее чувствительны к весу возложенных на стоимость сырья, чем этилена маршрут.
Для окисления продуктов, таких как MMA, сырье обычно составляют 75% от общей стоимости продукта (15), где нормированные общая стоимость обоих маршрутов ацетона и этилена маршрут очень близки. Эти маршруты должны быть проанализированы далее в рамках Фазы 2, где более детальные оценки капитальных и операционных расходах, а также расходов сырья материалов определить экономически более привлекательным маршрутом. Эти более детальные расходы требуют лучшей оценки термодинамических свойств так, что концептуальное проектирование оборудования могут быть выполнены вместе с экономическим анализом.
Фаза 2: Что химиков и инженеров работать?
Ацетон маршрута. Реакция ацетона cyanohydrin с серной кислотой необходимо изучить более подробно, так как реакция показатели большое влияние на общий процесс. Реакция условия для преобразования нежелательные промежуточные ( Процесс химики и инженеры должны определить влияние температуры на скорость реакции, конверсия ацетона cyanohydrin как промежуточные продукты, и превращение
Этерификации реакции (Шаг 3) производит диметилового эфира в качестве побочного продукта. Экспериментальные измерения селективность по MMA будет определять метанола потребления.
Более точную оценку VLE между водой и ацетоном cyanohydrin необходимо проверить, что чистая вода может быть удален из его смеси с ацетоном cyanohydrin после Шаг 2. Схематическое на рисунке 3 видно, что жидкость-жидкость раскола дает чистой воды в водную фазу. Экспериментально измеренные ЛПЭ данных, необходимых для надежной концептуальной структуры разделения системы.
Этилен маршрута. Кинетики реакции конденсации реакции должны быть определены. Преобразование играет важную роль в решении вопроса о размерах разделения системы, которая позволяет восстанавливать непрореагировавшего propanoic кислоты и ПАК от MAA и воды. Конденсации propanoic кислоты и ПАК имеет очень низкую преобразования. Это приводит к большей утилизации потоков и, следовательно, больше оборудования. Эксперименты должны быть проведены для разработки новых катализаторов и изучение влияния реакции показателей в сторону увеличения конверсии и сокращения общей суммы расходов на этом маршруте.
Жидкостей равновесия поведение смеси воды, MAA и MMA должна быть измерена экспериментально проверить разделения схеме указаны на рисунке 6. Потому что MAA полимеризуется при высоких температурах и ректификационные колонны должен работать при более низком давлении, влияние температуры на MAA полимеризации в присутствии воды и других компонентов, должны быть известны до принятия решения о пороговой температуры (и, следовательно, давление) для столбцов . Операционная колонны низкого давления дистилляции, как правило, дорого, поэтому использовать извлечения колонны может стать экономически привлекательным. В зависимости от результатов экспериментов по термической устойчивости MAA, альтернативных добыче колонки могут быть изучены, что потребует экспериментальное измерение ЛПЭ вместе с добычей растворителей выбора.
Закрытие мысли
Использования систематических методов в сочетании с единой команды открытия химиков и инженеров-конструкторов концептуальных приводит к быстрой генерации вариантов процесса с использованием ограниченных экспериментальных данных. Быстрое методологии разработки представили здесь определяет ключевые направления дальнейших исследований и иной деятельности, процесса развития. Она направлена на руководство усилия процессе развития от тупиков и к пути, ведущие к прибыльному мирового уровня производственных процессов.
Важные решения, которые должны он сделал во время открытия этапа должно полагаться не только на бизнес-аспекты, но и на химические и технологические аспекты химической маршрута. Таким образом, наличие и стоимость сырья, а также сложность этого процесса должны быть приняты во внимание при выборе маршрута химии.
Цель этапа 2 заключается в выборе маршрута химии и производстве использованием более точной оценки стоимости. Быстрое методологии разработки могут быть эффективно использованы в качестве руководства для разработки программы и в то же время создавать новые интеллектуальной собственности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шарратт, П. и др.., "Формирование инновационных проектов Процесс использования ограниченных данных". J. Chem. Technol. Biotechnol., 78 (2-3). с. 156-160 (февраль-март 2003).
2. Schembecker, Г. и др. /., "Синтез химических схем процесса с помощью знаний Сотрудничество Интеграция системы", Chem. Е.. Симп. Серия 133, с. 333-341 (1994).
3. Barnicki, SD, и JJ Siirola, "Процесс синтеза перспективных", Comp. Химреагент Eng., 28 (4), с. 441-446 (апрель 2004).
4. Schembecker, Г. и др. /. ", READPERT - разработка, выбор и проектирование химических реакторов," Хим. Eng. Сб., 34 (3), с. 317-322 (июнь 1995).
5. Gadewar, SB, и др.. ", Систематический метод реакции Инварианты и Моль средств за комплекс химии", Comp. Химреагент Eng., 25 (9-10), с. 1199-1217 (сентябрь 2001).
6. Gadewar, SB, и др.., "Реакция Инварианты и Моль остатки растений, комплексы", штат Индиана Eng. Химреагент Рез., 41 (16), с. 3771-3783 (сентябрь 2002).
7. Prausnitz, JM, и FW Таварес, "Термодинамика равновесия жидкость-фазный для стандартных операций технологий химического машиностроения". Айше J., 50 (4), с. 739-761 (апрель 2004).
8. Fredenslund, А. и др. /., "Группа-Вклад Оценка коэффициентов активности в неидеальных жидких смесей," Айше J., 21 (6), с. 1086-1099 (ноябрь 1975).
9. Марреро, J., и Р. Гани, "Группа-Вклад основе оценки чистого компонента Свойства", жидкостей фазовых равновесий, 183-184, с. 183-208 (июль 2001).
10. Хасс, RS, и др.. ", Компьютерные средства для проектирования реактивных систем дистилляции", Comp. Химреагент Eng., 23 (специальный выпуск), с. S955-S962 (1999).
11. Уоткинс, KJ, "Расширение созданию нестандартно," Хим. Eng. Новости, 79 (12), с. 16 - 17 (19 марта 2001).
12. "Кирк и Отмер Энциклопедия химической технологии". John Wiley
13. Спайви, JJ, и др.., "Новые катализаторы для синтеза экологически чистым МЕТИЛМЕТАКРИЛАТА", штат Индиана Eng. Химреагент Рез., 36 (11), с. 4600-4608 (ноябрь 1997).
14. Gogate, MR, и др.., "Годовой технический отчет по DE-AC22-94PC94065", Министерством энергетики США, Питтсбург Центр энергетических технологий, Питсбург, Пенсильвания (декабрь 1996.)
15. Грумер, Е. Л., Chem. Eng., 74 (9), с. 190 193 (апрель 1967).
Sagar B. Gadewar
ОТО, INC
Герхард Schembecker
Университет Дортмунд
Майкл Догерти F.
Университет Калифорнии, Санта-Барбара
САГАР B. GADEWAR является старшим инженером исследований в ОТО, Inc (861 Уорд д.ф.-м.н., Санта-Барбара, Калифорния 93111, телефон: (805) 696-6660 X104, факс: (805) 696-6761, E-почта: < HREF = "mailto: sagar@gadewar.com"> <sagar@gadewar.com />). Его исследовательские интересы включают реакции в сочетании с перегонкой, концептуальное проектирование комплексных химии и переработке природного газа в жидкие углеводороды. Он получил BTech в области химического машиностроения Univ. Мумбаи (UDCT), а также докторскую степень в области химического машиностроения Univ. Массачусетс в Амхерсте, и он является членом Айше.
ГЕРХАРД SCHEMBECKER был назначен профессором растений и процесс проектирования в Дортмунде Univ. (Кафедра биохимической и химической инженерии, Univ. Дортмунда 0-44221 Дортмунд, Германия, телефон: 49-231-755-2524, факс: 49-231-755-2341; Email: <A HREF = "mailto: schembecker@bci.unidortmund.de "> schembecker@bci.unidortmund.de </ A>) в сентябре 2005 года. Он является соучредителем консалтинговой фирмы процесса Design Center и работает на более чем 100 промышленных проектов процессе синтеза. Его исследовательские интересы включают концептуальное проектирование (био) химические процессы, с особым интересом в хроматографических и процессов кристаллизации. Он получил диплом (1988) и докторскую (1992) в области химического машиностроения Дортмунд Univ.
Майкл Ф. Доэрти является профессором химического машиностроения в Univ. Калифорнии в Санта-Барбаре (факультет химического машиностроения, Univ. Калифорнии, Санта Барбара, Калифорния 93106-5080, телефон: (805) 893-5309, факс: (805) 893-4731, E-почта: <A HREF = "mailto: mfd@engineering.ucsb.edu"> mfd@engineering.ucsb.edu </ A>). Его исследования и педагогические интересы связаны с химической процесса проектирования и синтеза, а также разделения систем проектирования с особым интересом в одновременном реакции и сепарации и кристаллизации органических материалов. Он получил степень бакалавра в области химической инженерии из Имперского колледжа в Лондоне, и степень доктора философии в области химической инженерии в Тринити-колледже в Кембридже, и он является членом Айше.
