Стратегия за выдающиеся успехи в процессе развития
Вот как интегрировать общей деятельности для процесса развития и выявления практики, которые способствуют коммерческому развитию процесса.
Процесс развития начинается в лаборатории. Инновации в области химии и катализа обеспечить маршруты для создания новых продуктов или альтернативные маршруты для принятия существующих продуктов в дешевле, безопаснее и более экологически безопасным способом. Для многих новых продуктов или процессов, очень мало известно на ранних стадиях о химических реакций и кинетики, физические свойства, или требуемую производительность. Таким образом, традиционные представления о концепции и технологического оборудования, которые предполагают, что большинство основных параметров, необходимых для инженерного процесса проектирования, как известно или имеются в различных базах данных, должны быть изменены и расширены по своим масштабам.
Сегодня компании должны определить лучшие возможности из своих портфелей исследований, проведение соответствующих научных исследований и разработок, развитие этого процесса, и масштабы его производства. Все это должно быть достигнуто при минимальных ресурсах и в рекордно короткие сроки, потому что когда коммерческий потенциал является очевидным давлением начать производство как можно скорее неумолима.
Процесс развития необходимо развиваться, чтобы подняться на эти вызовы. Ключом к успеху является способность определить или создать много возможностей, оценить их быстро и оперативно устранить эти со слабыми перспективами, которая требует способность идентифицировать и создания критически важных данных, и использовать эти данные для определения возможности процесса как можно скорее.
Это требует плавного рабочего процесса, который учитывает все виды деятельности, необходимые для перевода лабораторных химии в коммерческий процесс. В данной статье рассматривается философия процесса развития, рассматривает его деятельности, и определяет важные вопросы, и практики, будет содействовать процессу развития.
Обзор процесса
Лучшие результаты процесса интеграции многих видов деятельности, которые разбросаны по всей взаимосвязанной слоев в рабочем процессе развития. Лук схема (1) предоставляет удобную платформу для обсуждения этих слоев. Как показано на рисунке 1, это (изнутри) бизнес-слой, химии слоя реактора слоя, разделения слоев, энергия слоя и слоя полезность системы. Хотя каждая из слоя зависит от нижележащих слоев, процесс развития не является однонаправленной, а, скорее, это:
* Эволюционно - начать только с наиболее важными характеристиками, и постепенно совершенствовать процесс включает moredetailed проблемы с увеличением точности
* Модульные - разделить усилия в области развития на более мелкие проблемы, которые могут быть удобно обрабатывается с помощью систематических методов разработки, программные средства, а также экспериментальные протоколы
* Одновременно - рассмотреть все аспекты развития в начале процесса.
Когда подразделение решил сделать нужный продукт, подходящий химии искал. Лабораторное исследование реакции производительности дает представление о реакторе условий эксплуатации и распределения продукта. Это используется для синтеза реакторного блока, а также служит основой для синтеза процесса разделения.
Эволюционный подход начинается с минимальным количеством деталей. Концептуального проектирования в виде общей блок-схема процесса развивается вместе с баланса массы (энергетического баланса могут быть также включены). Предположения отмечены и основные данные, которые необходимы, но недоступны определены. Это становится в центре внимания последующих исследований и разработок.
Горстка процесса альтернатив на основе той же или другой химии могут оказаться под соображения-Тион одновременно. Чтобы оценить их дальнейшего, более подробно должны быть добавлены к схемы. Критические пункты, которые оказывают сильное воздействие на возможности процесса или расходов направлены в первую очередь. Эти меры могут включать реактор, ключевые разделения или очистки меры, или другие. На данный момент, модульный подход, становится очевидным, так как различные задачи выполняются параллельно.
Однако, чтобы достичь наилучших результатов, деятельность во всех слоях должны быть синхронизированы с общей цели - развивать лучшие процесса возможно. Хотя различные исследователи работают над разными частями проекта, ситуаций следует избегать, где отдельные лица ищут оптимальное решение один аспект проблемы без учета процесса в целом. Например, катализатора с высоким выходом может быть не достаточно стабильна, чтобы быть использованы в процессе температурах в течение длительного периода времени, или, возможно, работающих при высокой селективности будет лучше, чем действующие на высокий урожай. Таким образом, тесное сотрудничество между различными исследователями и инженерами, которая необходима, например, с помощью мультидисциплинарных команд процесса развития (2).
Одновременных характер такого подхода предполагает обеспечение скорейшего рассмотрения всех аспектов процесса развития, в том числе те, которые традиционно считаются в конце стадии проектирования. Например, безопасность и экологические вопросы решаются с самого начала. Потенциальные загрязняющих веществ определяются рано, и либо изменение дизайна чтобы ликвидировать или свести их к минимуму или расходов на конец ofpipe лечения учитываются в процессе экономики. Кроме того, процесс опасности раннего выявления, чтобы воспользоваться своей природе более безопасных альтернатив проектирования и избежать процесса изменения позже. Руководящие принципы по своей природе безопасным дизайн (3) и дизайн для предотвращения загрязнения (4, 5) имеются.
Чем больше деталей добавил, имеющиеся альтернативы оцениваются и проверяются на сокращение резерва кандидатов. Наряду с экономическими критериями, безопасности и воздействия на окружающую среду стало дополнительных показателей для процесса отбора. Последние стоимость компонентов, которые могут быть слишком высокими, чтобы смягчать и может вынудить изменения в основной химии или процесса. Дополнительные критерии, как управляемость и гибкость, могут быть включены, в случае необходимости.
Как дизайн, эволюционирует в более-бетонных схемы, соседние слои подробно направлены на сокращение энергетических затрат этот процесс, используя такие методы, как анализ пинча, а затем дизайн утилиты системы. Конечная цель заключается в создании технологической схемы (ПФО) с подробным массового и энергетического баланса, который затем может стать основой для детального инжиниринга.
Процесс развития деятельности
Процесс развития деятельности подразделяются на три категории: синтез, экспериментальные или моделирования. Взаимодействий между этими тремя компонентами диск усилий в области развития вперед.
Синтез. Синтез компонентов усваивает имеющейся информации и служит основой для всех других видов деятельности. Одна из ключевых задач является синтез концепции, или генерации альтернатив. Альтернативные маршруты химии определены в химии слоя, альтернативных конфигураций реактора в реакторе слоя, разделения и схемы последовательности в слое увольнений, и так далее. На начальном этапе, очень немногие ограничения вводятся и богатый набор альтернатив генерируется. Это время вне мышления ящик. Точный метод для генерации альтернатив будет меняться от случая к случаю, но систематические методы концептуального проектирования следует придерживаться, когда таковая имеется (например, иерархическая конструкция для схемы синтеза, а остаток кривая карта анализа для перегонки последовательности столбец).
Синтез компонентов также несет ответственность за выявление и установление приоритетности жизненно важную информацию, и источников его от соответствующих экспериментов и моделирования. Как правило, укороченной модели и лишь несколько экспериментальных точек данных, необходимых на начальном этапе дизайна. Как картина становится яснее, ориентированных измерений и детального моделирования могут быть необходимы для поддержки выбора одной конструкции над другой.
Данные решающее значение для отбора альтернатив или для проектирования определяются как можно раньше, чтобы они в нужный момент. Например, в неоднородном профиля температуры в реальном реакторе может привести к "горячих точках", где образование побочных продуктов может доминировать. Чтобы оценить это, данные по побочным продуктом образования в условиях, в обычном рабочем диапазоне температур имеют важное значение. Если потребность в таких данных предполагается, в то время как ранние реакции еще изучается, данные могут быть получены при небольших дополнительных усилий.
Экспериментальные. Хорошо разработанная экспериментальная программа играет важную роль в процессе развития. Тем не менее, основное внимание уделяется предоставлению только правильные данные своевременно. Эксперименты могут проводиться в рамках базового исследования, и в ответ на рекомендации синтеза шаг. В любом случае, целей в ходе экспериментов, а также ожидаемые выгоды, должны быть четко определены заранее.
Важно проводить эксперименты по welldefined условий, с тем, что собранные данные можно реально использовать для моделирования и дизайна. Важными параметрами, которые необходимо измерять и регистрировать должны решаться заранее. Таким образом, тесное сотрудничество между ученый и инженер-технолог имеет важное значение.
Моделирование. Моделирование помощи в принятии решений на всех этапах процесса разработки. Они используются, чтобы определить возможные проекты на единицу деятельности, создания массовых и энергетических балансов (которые служат основой для процесса отбора альтернатив), а также оптимизации проектирования и эксплуатации переменных.
Моделирование также может стимулировать новые разработки технологий путем выявления регионов дизайн пространства, где лучше операция, скорее всего, но где данные отсутствуют. Например, если процесс моделирования показывают, что работает на более низком давлении обеспечивает гораздо лучше, чем экономика текущего дизайна высокого давления, возможно, целесообразно разработать катализатор, который может работать при более низком давлении.
Модели должны быть соизмеримы с выбранной цели исследования и дополнительные данные доступны в любой стадии развития. Выбирая из иерархии или библиотеки моделей рекомендуется. Шорт-Кат или базовых моделей, которые используются в начальной стадии. Поскольку развитие доходов и более подробная информация, уровень детализации модели может быть увеличена до обеспечить более точных проектно-сметной документацией. Анализ чувствительности можно определить параметры или явлений, доминирующей производительности, и может выявить влияние неопределенности параметров модели.
В таблице 1 приведены примеры синтеза, экспериментальной и моделирования деятельности в каждом слое процесса развития. Каждый слой и ключевые вопросы, которые проявляются, наряду с практикой, чтобы облегчить процесс развития, теперь будут рассмотрены более подробно.
Бизнес слоя
Бизнес-слой инициирует процесс развития путем определения продукта для коммерческих технико-экономическое обоснование производства. Выбор может быть сделан на основе предварительных R
Этот уровень также отвечает за проведение периодического обзора проекта решить, остановить или продолжить в зависимости от возможностей и экономических критериев.
Химия слоя
После deteimining нужный продукт, следующим шагом должна принять решение о химии маршрута. Несколько вариантов химии могут быть недоступны, хотя и не все маршруты могут иметь ту же степень технологической зрелости. Оптимальный маршрут зависит от ряда факторов и может меняться со временем. Например, большинство 13-бутадиен настоящее время приходится на паровой крекинг нефть, в то время как около 30 лет назад, дегидрирования бутана и бутенов является важным источником.
Наличие и стоимость сырья и энергии имеют важное значение, равно как и интеллектуальной собственности позиции компании и технологических ноу-хау. Эти соображения могут привести две компании к разработке успешных процессов, основанных на совершенно иной аптеки.
Окружающей среды и безопасности могут сделать существующие маршруты неприемлемо для будущих растений. Из-за повышенной осведомленности об экологических проблемах и evertightening загрязнения окружающей среды и техники безопасности, маршруты на основе опасных химических веществ или растворителей и те, которые генерируют большие объемы отходов, все чаще избегают. Так, например, дифенил карбоната (DPC), предшественник поликарбоната в расплаве процесса полимеризации, традиционно изготавливается путем прямого phosgenation фенола. Тем не менее, несколько альтернативных маршрутов для ЦОД, которые не работают фосгеном были разработаны и реализованы в промышленности (6).
Если несколько вариантов реакции доступны для целевого продукта, оценка маршрутов является ключевым развивающимся процессом, недорогой, безопасный и экологически чистый, обеспечивая максимальную отдачу от инвестиций.
Методология оценки могут включать в себя различные уровни детализации. Простой ввод / вывод анализа на основе разницы между передачей расходов на товары и сырье дает верхнюю границу рентабельности. Эта оценка может быть уточнена, если данные по реакции дает имеются. Более подробные экономические расчеты возможны после того, план схема становится более четким.
Количество деталей, необходимых может зависеть от вида продукта. Как правило, нижний уровень детализации может быть достаточно для фармацевтической продукции или специальности, а для газа и нефтехимических продуктов, довольно подробная оценка дизайна, возможно, следовало бы определить оптимальный маршрут.
Инновации в области химии и катализа часто обеспечивают наибольший потенциал для сокращения производственных затрат. Тем не менее, развитие rimescale длинная (лет), и, как любая фундаментальных исследований, вероятность успеха невелика. R
С раннего сотрудничества между технологов и ученых-исследователей, потенциальные выгоды от нововведения могут быть оценены до значительные средства расходуются в ее развитии. Потенциальные технические препятствия могут быть определены (например, если растворитель образует азеотропную в системе, и будет трудно восстановить), а также критически важных данных, в случае их отсутствия, можно выявить ранние измерения.
Реактор слоя
Когда один или более потенциальных маршрутов химии были определены, дальнейшее развитие продолжается по двум параллельным направлениям - схема развития и конструкции реактора. Цель в реакторе слой состоит в разработке системы реактора, которые обеспечат лучший реакции выступление с общей точки зрения процесса. Это важно, потому что выбор реакторов и дизайна может повлиять на производительность процесса и стоимости в центральной дороги. Хотя реакция инженерных уже достаточно развит, ключ к развитию процесса в более короткие сроки, с меньшим количеством ресурсов, и с лучшими результатами, чтобы иметь более веские рабочий процесс, как указано здесь.
Реакция анализа. Хорошее понимание реакции химии и по своим характеристикам является необходимым первым шагом в процессе принятия решений относительно типа реактора и конструкции. Тем не менее, механистического понимания может занять много времени для развития, особенно для каталитических реакций и, когда несколько реакций параллельно или последовательно. Основное внимание следует уделять на развитие инженерной модели, которая отражает тенденции и чувствительности основных переменных и их влияния на эффективность реакции. Особое внимание следует обращать на следующие:
* Какие основные компоненты и пути реакций в химии?
* Есть определенные продукты в равновесии?
* Есть ли определенные компоненты препятствуют определенные реакции?
* Какие катализатора ядов и дезактивацию катализатора характеристики (если применимо)?
Исследование должно проводиться в соответствующих микрореакторах следующие известные принципы моделирования кинетики реакции, такие, как избежать транспортных ограничений и других не idealities. Важно изучить реакций под корма условиях, ожидаемых в конкретной операции, например, с питанием переработки. Это поможет определить катализатора яды и последствия любого продукта или торможения равновесия ограничений. Важно также, чтобы изучить эффекты, которые масштабе времени, что является большим по сравнению с кинетикой реакции, такие, как долгосрочные дезактивации катализаторов.
Реакция химии моделей, разработанных таким образом, может быть в сочетании с подходящей модели реактора в качестве основы для синтеза реактора и конструкторских расчетов. Более того, без проведения детальных расчетов, она может обеспечить понимание выбора нескольких вариантов дизайна, такие как выбор ограничения реагентов, способ связаться, степень backmixing, политика тепла управления, и уровень конверсии для высокой селективности .
Реактор синтеза. После реакции химии рассматривается в микрореакторах и лабораторных реакторов, реакторов типа выбрали для лабораторных исследований и опытно-промышленной установки, и в конечном итоге расширить для промышленных масштабах реактора. Это не является необычным, чтобы найти, что лучший реактор для исследований в области развития не является оптимальным с точки зрения общей перспективы завода. Таким образом, предполагается, что реактор будет синтезирован путем выявления доминирующих проблем в реакции системы, и выбор реактора атрибуты и функции, которые максимизируют эффективность реакции.
Реактор может считаться составной многих атрибутов реактора, некоторые из которых приводятся в таблице 3.
Рассмотрим, например, раствор перемешивают танк реактора (STR) и восходящего упакованы пузырь колонки реактора (PBC), оба из которых могут быть использованы для каталитического газожидкостных реакций. различия реакторов относятся к: катализатор размера частиц (частиц в STR намного меньше частиц, чем в ПКТ); твердой фазы объемной доли (что гораздо больше в КПБ), степень mixedness (STR хорошо смешанные, а КПБ ближе к вытеснения, особенно в газовой фазе), а также тепла управления (STR могут обеспечить близких к изотермическим операции с использованием внутренней куртки или катушек, а кроме тепла или удаления трудно в КПБ) . В зависимости от атрибутов имеют важное значение для рассматриваемой реакции, один из этих реакторов может быть предпочтительнее других.
Доступные варианты реакторов ограничивается реакцией системы на рассмотрении, и конструкции реактора определяется главным образом по:
* Высокая экзотермичности или эндотермичность
* Реакции равновесия ограничений, медленная скорость реакции, или избирательности вопросы
* Дезактивацию катализатора (и является ли он является обратимым или необратимым)
* Массообмена ограничения (газ-жидкость, твердое тело-жидкость, поровой диффузии и т.д.)
* Смешения контролируемых реакций
* Другие вопросы (безопасность ограничения, ограничения перепада давления, высокой вязкости жидкости и т.д.).
После того как ключевые вопросы, как известно, реактор синтеза может быть ориентирована на решение этих.
Рассмотрим каталитического дегидрирования пропана на пропилен. Реакция высоко эндотермической, требуя 124 кДж / моль пропилена производства. Пропилена избирательности высоком уровне, но преобразования ограничивается равновесия, и при высоких температурах и низких давлениях благоприятные (коммерческие подразделения действуют на близком к атмосферному давлению, и при температуре около 600C). Кроме того, металлического катализатора становится коксующихся быстро во время работы, и часто decoking необходимо. Таким образом, ключевой вопрос: что реактора можно решать вопросы (1) поставки большого количества теплоты реакции при высоких температурах и (2) регенерации катализатора? В самом деле, несколько конструкций на основе радиальных движущимся слоем реакторов (UOP), с неподвижным слоем катализатора реакторов (Ламмес), прямой топливе трубчатых реакторов (Уде), а в кипящем слое реактора (SnamprogettiYarsintez) имеются. Каждый проект имеет несколько иной подход к решению этих вопросов (7).
Систематические реактора синтеза методы доступны для многих систем реакции. Например, эффект смешения на избирательность может быть одним из ключевых вопросов для быстрого однородном жидкофазных реакций. Синтез цель заключается в определении лучших реактора геометрии, агитатор типа и скорости, корма места и времени кормить Кроме того, и тепло-политики в области управления. Это может быть достигнуто при рассмотрении взаимодействия между реакцией и перемешивание в различных масштабах (8, 9). [Этот вопрос также обсуждается в статье Дики и Паттерсон на с. 40-47 по этому вопросу. -] Редактор
В случае газожидкостных реакций, важным шагом является определение режима массопереноса и реакции (10). Это может оказать влияние ли лучший реактор типа реактора перемешивают, пузырь колонки, упакованные колонки или другой газ-жидкость контактор (11, 12).
Реактор развитию и расширению масштабов деятельности. Тип реактора выбрали в процессе синтеза является дальнейшее развитие путем расширения масштабов, а также более детальные моделирования гидродинамических, транспорта и кинетических процессов. Хотя расширение масштабов протоколов для многих систем реакции хорошо понимал, масштаб деятельности по-прежнему чем-то искусство для многих типов реакторов.
Шкала деятельности трудно основном из-за неопределенности в прогнозировании, как гидродинамика, перемешивания и heatand массообмена изменения поведения со шкалой. Ключом к правильной масштабов, следовательно, определить и сохранить контрольный явлений для реактора производительности.
Надежный подход к расширению масштабов использования данных из benchand опытно-промышленные исследования и холодной модели (реактор макетов используется для проверки гидродинамики, но где не происходит реакция), а также средства моделирования, такие как вычислительная гидродинамика (CFD) для проверки конструкции. Летчик-завод реакторы имеют важное значение, особенно для новых типов реакторов и для тех, кто со сложной гидродинамики, такие как кипящем слое.
Цветоделение слоя
Разделение системы синтеза направлена на достижение следующих целей, в наименее дорогим способом:
* Восстановить максимальное количество желаемый товар в нужном чистоты
* Восстановить непрореагировавшего сырья и другие ценности
* Создать чистку поток, который отвечает экологическим требованиям.
Зная характеристики чистоты продукта, перерабатывать и очищать потоки важно, так как разделение расходов быстро расти, как восстановление или чистота приближается к 100%. Характеристики (за исключением чистота продукта) должна решаться на основе общих положений о процессе, а не путем просмотра система разделения в изоляции.
Например, если данные на утилизацию поток может быть ослаблено путем реактора катализатора или более мощный, простой системе разделения может быть достаточно. Дальнейшее упрощение может привести к сокращению числа компонентов в системе, например, с использованием той же растворителя для реакции и сепарации. Наконец, компромисс между затратами на восстановление компонента и его стоимость может быть рассмотрен вопрос, особенно когда побочные продукты имеют значение в качестве топлива.
Руководящие принципы для синтеза процессов разделения (13). Начальные предположения о наиболее логическое разделение метода. Это требует анализа движущих сил для разделения, исходя из состояния смеси должны быть разделены (состав, температура и давление), и имеющаяся информация физической собственности. Такие критерии, как возможности процесса, стоимость продукта, а также чувствительность продукта тепла или загрязняющих веществ (например, при пищевой промышленности), также вступают в игру. Если перегонки является жизнеспособным выбором, как правило, рассматривается прежде чем любой другой.
Для равновесия процессов на основе разделения, движущей силой для разделения и применимых границы раздела часто могут быть визуализированы на карте границы раздела, например, карту вычетов кривой (РКК), или твердой и жидкой диаграммы фазового равновесия. Такие диаграммы показывают, в какой степени разделения с использованием определенного движущей силой может быть достигнута.
После разделения ограничения понял, допустимых последовательностей, разделения могут быть изучены. Систематические методы для этого имеются на какую-то часть работы. Например, использование остатков кривой карты (14), которые показывают термодинамические ограничения, установленные в пар-жидкость равновесия, становится стандартной практикой при разработке системы дистилляции. [Статья об использовании РКМ выбрать entrainers для разделения азеотропной смеси перегонкой запланировано на март 2009 вопрос КЭП - редактор]. Кроме того, кристаллизации процессов на основе разделения могут быть синтезированы с помощью кристаллизации отсека карты (15), в которых подчеркивается разделение пределах, установленных твердой и жидкой равновесия. Иногда, гибридные последовательность разделение может достичь желаемого, где разделение какого-либо одного метода разделения не справляется само (16).
Самое большое препятствие для разделения процесса синтеза является отсутствие физических данных моделей собственности и на стадии раннего развития, особенно когда в процессе участвует электролитов, сложных молекул, таких как полимеры или поверхностно-активных веществ, или многокомпонентных жидкостей систем. Таким образом, шаг за шагом, подход, при котором только критические данные получены или оценочные, рекомендуется, чтобы эскиз вероятной границы разделения и возможные последовательности разделения. Ориентированные эксперименты могут быть проведены, чтобы проверить возможности кандидатов процессов. Такой подход позволяет более полный поиск с минимальными усилиями. После того как план разработки известно, важно разработать более точный термодинамические модели для того, чтобы выполнить окончательный выбор, разработка и оптимизация процесса.
Реактор-интерфейса увольнений
Развитие реактора и система разделения не может происходить в изоляции. Для достижения наилучшего общего процесса, важно учитывать взаимодействие между ними. Реактора определяет нагрузку на разделение системы, в то время утилизации в реактор может влиять на работу точкой для максимальной общей урожайности.
Лабораторные исследования основные характеристики реакции обычно используют очищенные муравей повторно действовать с в качестве корма. Однако из-за присутствия утилизации цикла реактора кормов в самом процессе могут быть совершенно разными. Важно, чтобы определить влияние вторичных компонентов реактора производительности, что может быть сделано путем проведения соответствующих пики реактора питание во время лабораторных исследований. После того как предельно допустимый уровень примесей в реакторе корма Известно, что система разделения могут быть спроектированы для достижения этой цели.
С другой стороны, если некоторые продукты реакции особенно трудно отделить, конструкции реактора могут быть изменены, чтобы уменьшить образование этих компонентов.
Рассмотрим реакцию 2 [стрелка вправо] до н.э. на рисунке 2, который показывает план карта кривая вычетов для этой тройной системы. Поскольку B и C форме азеотропе высокой конверсии будет производить смеси, из которой трудно восстановить чистой B и C. два этапа реакции разделения показано на рисунке 2 (внизу) предоставляет возможным решением. После частичной реакции в первом реакторе, B извлекается в виде продукта в первом столбце дистилляции. Реакция завершена во втором реакторе, после чего C могут быть восстановлены.
Используя такие взаимодействия между реактора и система разделения может привести к более высокой производительности, чем если бы они были разработаны в изоляции. Еще один известный пример синергии является использование реактивного увольнений (таких, как реактивные дистилляции), которые часто используются для преодоления ограничений, реакции равновесия.
Энергия слоя
Затраты на энергию имеют решающее значение при определении возможности процесса, особенно для товаров химических веществ. Энергетического анализа, таким образом, одним из важных компонентов процесса развития, и могут быть выполнены на двух уровнях.
На стадии концептуализации процесса, грубый анализ энергии осуществляется. Это требует довольно Ютил информации, но ценный в рейтинге параметры процесса с точки зрения потребления энергии. Для сравнения потребления энергии для различных маршрутов химии, энтальпии различие между продуктами и реагентов могут быть рассчитаны на основе стандартных теплот образования. После черновой набросок схемы известно, предварительная смета расходов на энергию может быть сделан на основе технологических установок, которые в больших потребителей энергии.
Более детальный анализ энергии возможным после реакции, разделения и переработки системы находятся на месте и схема довольно ясна. Цель на данном этапе заключается в оптимизации рекуперации тепла и их интеграции в процесс и разработать соответствующие сети теплообменник (HEN). Кроме того, соответствующий набор утилит для процесса может быть решен.
Пинч-технологии для термической интеграции (17), wellestablished, а при правильном применении, может снизить расходы на коммунальные услуги значительно. Тем не менее, для того, чтобы получить значимые результаты, обработки данных потока необходимо извлечь правильно, как показано на следующем простом примере.
Рис. 3 иллюстрирует процесс, который включает в себя реактор, где происходит экзотермическая реакция. Непрореагировавшие реагентов, возмещаются в первом столбце дистилляции, после восстановления и очистки продукта во втором столбце. Процесс моделирования показывают, что реактор тепловой сбалансированной, но охлаждения и нагрева нагрузки на процесс разделения, являются значительными. Если бы только существующие теплообменники считаются в шнуре анализа, минимальные требования к утилита просто сумма reboiler пошлин на горячей утилиты (160 единиц) и конденсатора пошлин на холодной утилиты (200 единиц).
Однако этот расчет не принимать во внимание все технологических потоков, которые могут быть интегрированы тепла. Чтобы сделать это, процесс изображен на рисунке 3b с дополнительных теплообменников, которые указывают технологических потоков претерпевает изменения температуры (они не обязательно должны соответствовать фактическим теплообменники). Композитных кривых для этого процесса (рис. 3, c) просто сюжет температуры против кумулятивных теплового потока во всех горячих потоков охлаждении (горячей композитных кривая) и холодных потоков при нагревании (холодная композитных кривая).
Тепло интеграции технологических потоков можно где кривые перекрытия вдоль оси х. Часть кривой холодного без горячей кривой непосредственно над ним означает минимальное количество внешних горячей утилиты необходим в процессе (84 единиц). Кроме того, минимальные требования охлаждения утилита представляет часть горячей кривая без холодной кривой непосредственно под ней (124 единиц). Эти цифры намного ниже, чем полученные в предыдущем анализе. Кроме того, тепло-интеграции расчет показывает, что вместо добавления холодный поток корма непосредственно в реактор, реактор может быть использован для пара высокого давления поколения.
Тепло интеграции осуществляется, как правило, когда план процесс достаточно фиксированным. Кроме того, можно использовать для оценки ли процесс модификации будет ниже энергетических потребностей.
Утилита системы слоя
Дополнительные улучшения общей энергоэффективности завод может быть достигнуто за счет оптимизации инфраструктуры и эксплуатации утилита завод, который обеспечивает необходимые пара и электрической энергии для процесса (ов). Это особенно актуально для крупных производственных объектов, где существует сложное взаимодействие между производством и полезность растений. Спрос на коммунальные услуги варьируется в зависимости от производственных мощностей на заводе сайта. Кроме того, побочные продукты от процесса растения могут быть переработаны в утилите завод в качестве топлива. Кроме того, затраты на топливо и внешних поставок, власти меняются постоянно. Для достижения оптимальных результатов работы утилиты завода должна быть настроена на регулярной основе.
Это может быть достигнуто с помощью общей модели сайте (18), математическая модель для утилиты завода и его связи с химическими процессами. Хотя оптимизации dayto день операции является главной целью, общей анализа сайт может быть использован и во многих других путей, таких как:
* Определения правильной цены пара и электрической энергии, и как они влияют на спрос
* Выявление узких мест в текущем завод полезности, и самый лучший способ, чтобы изменить существующую инфраструктуру (если требуется)
* Оценки экономики предлагаемых проектов по улучшению эффективности процесса или для повышения потенциала
* Благоприятных стратегических и долгосрочных решений в отношении планирования производства, на веб-узле обслуживания планирования, ценообразования и т.д.
Другие важные вопросы
В дополнение к слоям, представляющих основные аспекты химического процесса развития, другие важные вопросы должны решаться также. Интеллектуальная собственность в результате усилий в области развития процесса должно быть обеспечено. И, в то время как безопасность и экологические вопросы должны быть рассмотрены на протяжении всей разработки, в определенный момент официального опасности и работоспособности (HAZOP) и оценка экологических последствий (ОЭП) должны быть проведены исследования. Система управления дизайна, удобство, завод размещения и схема установки также являются важными факторами.
Для специальных химических веществ и фармацевтических препаратов, важно не только для обеспечения химических веществ, но и сделать их право атрибуты продукта, такие, как морфология, форма, цвет, распределения частиц по размерам и т. д. Эти процессы включают в себя многие операции единицы (например, , распылительной сушки, агломерация, гранулирование, покрытие и т.д.), которые не поддаются слоя подхода обсуждаются здесь. Таким образом, рабочий процесс, изложенных в этой статье, должны быть изменены с учетом этого, а также систематические методы должны быть использованы если таковой имеется (19).
Заключительные мысли
Процесс развития совместных действиях. Очень важно, чтобы управлять ресурсами, временем и различными технологиями, такими, что лучший выбор конструкцию могут быть внесены в кратчайшие сроки и с наименьшим количеством ресурсов. Эволюционный подход к процессу развития в различных слоях начинается с "общую картину". Критические вопросы определены как можно раньше, с тем чтобы соответствующие средства и методы можно использовать для их решения. На каждом этапе разработки, синтеза, моделирования и экспериментальной деятельности двигаться вперед в скоординированно. Необходимая информация потоков между собой компонентов. Каждая итерация цикла общей приводит к большей определенности в отношении поведения системы, и, следовательно, более жесткие конструкции для этого процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смит, Р., Б. Linnhoff, "Дизайн Сепараторы в контексте общих процессов," Хим. Eng. Рез. Des., 66, с. 195-228 (май 1988).
2. Мюллер, J., и др.. ", Принять совместные рабочие группы продуктов для процесса развития," Хим. Eng. Прогресс, 101 (7), с. 47-50 (июль 2005).
3. Ульрих, GD, а PT Васудеван, "Предпроектные с учетом безопасности," Хим. Eng. Прогресс, 102 (7), с. 27-37 (июль 2006).
4. Ульрих, GD, а PT Васудеван, "Предпроектные по предупреждению и ограничению загрязнения", Chem. Eng. Прогресс, 103 (6), с. 53-60 (июнь 2007).
5. Chen, H., и DR Шоннард, "Систематические основы для экологически сознательной конструкции химических процессов: Ранний и подробные этапы проектирования", штат Индиана Eng. Химреагент Рез., 43 (2), с. 535-552 (2004).
6. Delledonne Д., и др.., "Достижения в области производства и применения диметилового Карбонат", Appl. Чатал. , 221, с. 241-251 (2001).
7. Calamur, Н. и М. Carrera ", пропилен," Кырк-Отмер Энциклопедия химической технологии (Интернет-издание).
8. Baldyga, J., и др.., "Взаимодействие между химической реакции и смешивание в различных масштабах," Хим. Eng. Sci., 52 (4), с. 457-466 (1997).
9. Samant, К., К. Н. Г. развития в жидкой фазе Взволнованная реакторов: синтез, моделирование, и расширение масштабов ", Айше J., 45, с. 2371 (1999).
10. Doraiswamy, Л. К., М. Шарма, "гетерогенных реакций, Vol. 2", М., Хобокен, штат Нью-Джерси (1984).
11. Келкар, В. В., К. Н. Г. скрининг-процедуры для синтеза многофазных Изотермические реакторы ", Айше J., 44 (7), с. 1563-1578 (1998).
12. Келкар, В. В., К. Н. Г. Скрининг многофазных реакторы для Nonisouiermal несколько реакций, "Айше J., 46 (2), с. 389-406 (2000).
13. НБУ, H., "Выбор процесса разделения", в Справочник по технологии разделения процесса ", Руссо, RW, изд. М.: Мир, Хобокен, штат Нью-Джерси, с. 982-995 (1987).
14. Doherty, М. и М. Мэлоун, "Концептуальное проектирование перегонки Systems," Мак-Гро-Хилл, Нью-Йорк, NY (2001).
15. Wibowo, К. и К. Н. Г. Единый подход для синтеза Кристаллизация основе процессы разделения, "Айше J., 46 (7), с. 1400-1421 (2000).
16. Берри, Д. и К. Н. Г. Синтез CrystallizationDistillation гибридных процессов разделения ", AlChE J., 43 (7), с. 1751-1762 (1997).
17. Linnhoff, B., "Пинч-анализ - государство-Of-Обзор-Арт", Chem. Eng. Рез. Des., 71 (5), с. 503-522 (1993).
18. Хирата, К., и др.. ", Multi-Site Утилита интеграции - Промышленные тематическое исследование", Comp. Химреагент Eng., 28, с. 139-148 (2004).
19. Фунг, KY, и др. Jil., "Систематические Итерационная процедура Detemtining Гранулятор эксплуатационных параметров", AlChE J., 52, с. 3189-3202 (2006).
VAIBHAVV. Келкар
Лионель O'YOUNG
CLEARWATERBAY Technology, Inc
Vaibhav Келкар, доктор философии, ведущий инженер по ClearWaterBay Technology, Inc (4000 Валли кв. Suite 100, грецкий орех, CA 91789, телефон: (909) 595-8928, факс: (909) 595-6899, E-почта: <a href="mailto:kelkar@cwbtech.com"> <kelkar@cwbtech.com />). Он имеет несколько лет опыта работы в развитии химической и полимерной, с особым акцентом на синтез реактора и развития. Он получил степень бакалавра наук в области химического машиностроения Univ. Мумбаи (UDCT), Индии, и докторскую степень в области химического машиностроения Univ. Амхерст штата Массачусетс. Он является членом Айше.
Лионель O'YOUNG, доктор философии, президент и соучредитель CiearWaterBay Technology, Inc (<a href="mailto:lionel@cwbtech.com"> <lionel@cwbtech.com />). Он имеет более чем 15-летним опытом в процессе синтеза и развития, с несколькими патентами процесса в его пользу. Ранее он работал в корпорации Mitsubishi Chemical, Союз Карбид корпорации, и Linnhoff марта в различных инженерных и руководящих должностях. O'Young имеет степень бакалавра и доктора в области химического машиностроения Univ. Манчестер (ранее UMIST), Манчестер, Великобритания. Он является членом Айше и Айше получил в вычислительной практике премии в 2007 году.
Благодарности
Авторы хотели бы выразить признательность д-р Крис Wibowo и Madhura Chiplunkar за их замечания и предложения.
