Processdesign

Den här artikeln handlar om processdesign inom kemiteknik. För processdesign i ledningssammanhang, se affärsprocess .

Inom kemiteknik är processdesign valet och sekvenseringen av enheter för önskad fysisk och/eller kemisk omvandling av material . Processdesign är centralt för kemiteknik, och det kan anses vara toppen av det fältet, som samlar alla fältets komponenter.

Processdesign kan vara design av nya anläggningar eller det kan vara modifiering eller utbyggnad av befintliga anläggningar. Designen börjar på en konceptuell nivå och slutar i slutändan i form av tillverknings- och byggplaner.

Processdesign skiljer sig från utrustningsdesign, som i sin anda ligger närmare konstruktionen av enhetsoperationer. Processer innefattar ofta många enhetsoperationer .

Dokumentation

Processdesigndokument tjänar till att definiera designen och de säkerställer att designkomponenterna passar ihop. De är användbara för att kommunicera idéer och planer till andra ingenjörer som är involverade i konstruktionen, till externa tillsynsmyndigheter, till utrustningsleverantörer och till byggentreprenörer.

I ordningsföljd av ökande detaljer inkluderar processdesigndokument:

• Blockflödesdiagram (BFD): Mycket enkla diagram som består av rektanglar och linjer som indikerar stora material- eller energiflöden.
• Processflödesdiagram (PFD): Vanligtvis mer komplexa diagram över större enhetsoperationer såväl som flödeslinjer. De inkluderar vanligtvis en materialbalans, och ibland en energibalans, som visar typiska eller designade flödeshastigheter, strömsammansättningar och ström- och utrustningstryck och temperaturer.
• Rör- och instrumentdiagram (P&ID): Diagram som visar varje rörledning med rörklass (kolstål eller rostfritt stål) och rörstorlek (diameter). De visar också ventilering tillsammans med instrumentplaceringar och processkontrollscheman .
• Specifikationer : Skriftliga designkrav för alla större utrustningsartiklar.

Processdesigners skriver vanligtvis bruksanvisningar om hur man startar, driver och stänger av processen. De utvecklar ofta också olycksplaner och projektioner av processdrift på miljön.

Dokument bevaras efter byggandet av processanläggningen för driftpersonalen att hänvisa till. Dokumenten är också användbara när ändringar av anläggningen planeras.

En primär metod för att utveckla processdokumenten är processflödesscheman .

Designöverväganden

Det finns flera överväganden som måste göras när man utformar en kemisk processenhet. Designkonceptualisering och överväganden kan börja när produktens renhet, avkastning och genomströmningshastighet är definierad.

Mål som en design kan sträva efter att inkludera:

• Genomströmningshastighet
• Processutbyte
• Produktens renhet

Begränsningar inkluderar:

• Kapitalkostnad: mängden budget eller investering för att konstruera en process från slut till slut.
• Tillgängligt utrymme: området på marken för att bygga anläggningen.
• Säkerhetsfrågor : hänsyn till riskanalys av industriolyckor eller farliga kemikalier.
• Miljöpåverkan och beräknade avloppsvatten och utsläpp
• Avfallsproduktion/återvinning: hantera avfall som produceras som biprodukt av processen för att inte skada omgivningen.
• Drifts- och underhållskostnader: representerar den rörliga kostnaden för driften av anläggningen.

Andra faktorer som designers kan inkludera är:

• Pålitlighet
• Redundans
• Flexibilitet
• Förväntad variation i fodermaterial och tillåten variation i produkt.

Källor till designinformation

Designers börjar vanligtvis inte från början, särskilt för komplexa projekt. Ofta har ingenjörerna från pilotanläggningar tillgängliga eller data från fullskaliga driftsanläggningar. Andra informationskällor inkluderar patentskyddade designkriterier som tillhandahålls av processlicensgivare, publicerade vetenskapliga data, laboratorieexperiment och leverantörer av råvaror och verktyg.

Designprocessen

Design börjar med processsyntes - val av teknik och kombinationer av industriella enheter för att uppnå mål. Mer detaljerad design fortsätter när andra ingenjörer och intressenter skriver under på varje steg: konceptuell till detaljerad design.

Simuleringsprogram används ofta av designingenjörer. Simuleringar kan identifiera svagheter i design och göra det möjligt för ingenjörer att välja bättre alternativ. Men ingenjörer förlitar sig fortfarande på heuristik, intuition och erfarenhet när de utformar en process. Mänsklig kreativitet är en del av komplexa konstruktioner.

Se även

• Kemi ingenjör
• Kemisk fabrik
• Kemisk process
• Processintegration
• Processimulering
• Kemisk processmodellering
• Miljöteknik
• Industriell process
• Lista över kemiska processimulatorer
• Processteknik
• Processsäkerhet
• Enhetsprocess

Rekommenderade kemiteknikböcker

•   Sinnott och Towler (2009). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design (5:e upplagan). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750685511 .
•   Ullmanns (2004). Kemiteknik och anläggningsdesign . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31111-8 .
•   Moran, Sean (2015). An Applied Guide to Process and Plant Design (1:a upplagan). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128002421 .
•   Moran, Sean (2016). Process Plant Layout (2:a upplagan). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128033555 .
•   Peter, Frank (2008). Design av processanläggningar . Wiley. ISBN 9783527313136 .
•   Kister, Henry Z. (1992). Destillationsdesign (1:a upplagan). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6 .
•   Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6:e upplagan). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7 .
•   Bird, RB , Stewart, WE och Lightfoot, EN (augusti 2001). Transportfenomen (andra upplagan). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-41077-2 . {{ citera bok }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
•   McCabe, W., Smith, J. och Harriott, P. (2004). Enhet Operations of Chemical Engineering (7:e upplagan). McGraw Hill. ISBN 0-07-284823-5 . {{ citera bok }} : CS1 underhåll: flera namn: lista över författare ( länk )
•   Seader, JD & Henley, Ernest J. (1998). Separationsprocessprinciper . New York: Wiley. ISBN 0-471-58626-9 .
•   Chopey, Nicholas P. (2004). Handbook of Chemical Engineering Calculations (3rdEdition ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-136262-2 .
•   Himmelbau, David M. (1996). Grundläggande principer och beräkningar i kemiteknik (6:e upplagan). Prentice-Hall. ISBN 0-13-305798-4 .
•   Redaktörer: Jacqueline I. Kroschwitz och Arza Seidel (2004). Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (5:e upplagan). Hoboken, NJ: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-48810-0 . {{ citera bok }} : |author= har ett generiskt namn ( hjälp )
•   King, CJ (1980). Separationsprocesser (2:a upplagan). McGraw Hill. ISBN 0-07-034612-7 .
•   Peters, MS & Timmerhaus KD (1991). Anläggningsdesign och ekonomi för kemiingenjörer (4:e upplagan). McGraw Hill. ISBN 0-07-100871-3 .
•   JM Smith, HC Van Ness och MM Abott (2001). Introduktion till kemiteknik termodynamik (6:e upplagan). McGraw Hill. ISBN 0-07-240296-2 .

externa länkar

• Chemical Process Design Open Textbook (Northwestern University av Fengqi You )

• A General Framework for Process Synthesis, Integration, and Intensification (OSTI / Texas A&M University)