Processteknik

Processteknik är förståelsen och tillämpningen av de grundläggande principerna och naturlagarna som gör det möjligt för människor att omvandla råvaror och energi till produkter som är användbara för samhället, på industriell nivå . Genom att dra fördel av naturens drivkrafter såsom tryck- , temperatur- och koncentrationsgradienter , samt lagen om bevarande av massa , kan processingenjörer utveckla metoder för att syntetisera och rena stora mängder av önskade kemiska produkter. Processteknik fokuserar på design, drift, kontroll, optimering och intensifiering av kemiska, fysikaliska och biologiska processer. Processteknik omfattar ett stort antal industrier, såsom jordbruk , fordon , bioteknik , kemi , livsmedel , materialutveckling , gruvdrift , kärnkraft , petrokemi , läkemedel och mjukvaruutveckling . Tillämpningen av systematiska datorbaserade metoder på processteknik är "process systems engineering".

Översikt

Processteknik innebär användning av flera verktyg och metoder. Beroende på systemets exakta natur måste processer simuleras och modelleras med hjälp av matematik och datavetenskap. Processer där fasförändring och fasjämvikter är relevanta kräver analys med hjälp av termodynamikens principer och lagar för att kvantifiera förändringar i energi och effektivitet. Däremot analyseras processer som fokuserar på flödet av material och energi när de närmar sig jämvikter bäst med hjälp av disciplinerna vätskemekanik och transportfenomen. Discipliner inom mekanikområdet behöver tillämpas i närvaro av vätskor eller porösa och dispergerade medier. Materialtekniska principer måste också tillämpas när det är relevant.

Tillverkning inom området processteknik involverar en implementering av processsyntessteg. Oavsett vilka verktyg som krävs, formateras sedan processteknik genom användning av ett processflödesdiagram (PFD) där materialflödesvägar , lagringsutrustning (som tankar och silos), transformationer (som destillationskolonner , mottagare/huvudtankar, blandning, separationer, pumpning, etc.) och flödeshastigheter specificeras, samt en lista över alla rör och transportörer och deras innehåll, materialegenskaper såsom densitet , viskositet , partikelstorleksfördelning , flödeshastigheter, tryck, temperaturer och material av konstruktion för rörledningar och enhetsdrift .

Processflödesdiagrammet används sedan för att utveckla ett rörlednings- och instrumenteringsdiagram (P&ID) som grafiskt visar den faktiska processen som inträffar. P&ID är tänkta att vara mer komplexa och specifika än en PFD. De representerar ett mindre rörigt förhållningssätt till designen. P&ID:n används sedan som grund för designen för att utveckla "systemdriftsguiden" eller " funktionell designspecifikation " som beskriver hur processen fungerar. Den vägleder processen genom drift av maskiner, säkerhet i design, programmering och effektiv kommunikation mellan ingenjörer.

Från P&ID kan en föreslagen layout (allmänt arrangemang) av processen visas från en vy ovanifrån ( tomtplan ) och en sidovy (höjd), och andra ingenjörsdiscipliner är inblandade såsom civilingenjörer för platsarbete (jordförflyttning) , grundkonstruktion, konstruktionsarbeten av betongplattor, konstruktionsstål för att stödja utrustningen, etc. Allt tidigare arbete är inriktat på att definiera omfattningen av projektet, sedan utveckla en kostnadsuppskattning för att få konstruktionen installerad, och ett schema för att kommunicera tidsbehovet för konstruktion, inköp, tillverkning, installation, driftsättning, uppstart och pågående produktion av processen.

Beroende på nödvändig noggrannhet i kostnadsuppskattningen och tidsplanen som krävs, tillhandahålls i allmänhet flera iterationer av design till kunder eller intressenter som återkopplar deras krav. Processingenjören införlivar dessa ytterligare instruktioner (omfattningsrevideringar) i den övergripande designen och extra kostnadsuppskattningar, och scheman utvecklas för finansieringsgodkännande. Efter finansieringsgodkännande genomförs projektet via projektledning .

Huvudsakliga fokusområden inom processteknik

Processtekniska aktiviteter kan delas in i följande discipliner:

Processdesign : syntes av energiåtervinningsnätverk , syntes av destillationssystem ( azeotropa ), syntes av reaktornätverk, hierarkiska nedbrytningsflödesscheman, optimering av överbyggnad, design av flerproduktsbatch-anläggningar, design av produktionsreaktorer för produktion av plutonium, design av kärnubåtar.
Processkontroll : modellförutsägande kontroll, kontrollerbarhetsmått, robust kontroll, olinjär kontroll, statistisk processkontroll, processövervakning, termodynamikbaserad kontroll, betecknad med tre väsentliga punkter, en samling av mätningar, metod för att ta mätningar och ett system för att kontrollera önskat mått.
Processoperationer : schemaläggning av processnätverk, flerperiodsplanering och optimering, dataavstämning, realtidsoptimering, flexibilitetsåtgärder, feldiagnos.
Stödverktyg: sekventiell modulär simulering, ekvationsbaserad processsimulering , AI / expertsystem , storskalig icke-linjär programmering (NLP), optimering av differentiella algebraiska ekvationer (DAE), blandad heltals icke-linjär programmering (MINLP), global optimering, optimering under osäkerhet och implementering av kvalitetsfunktioner (QFD).
Processekonomi: Detta inkluderar användning av simuleringsprogram som ASPEN, Super-Pro för att ta reda på brytpunkten, nuvärde, marginalförsäljning, marginalkostnad, avkastning på investeringen för industrianläggningen efter analys av värme och massöverföring av plantan.
Process Data Analytics: Tillämpa dataanalys och maskininlärningsmetoder för processtillverkningsproblem.

Processteknikens historia

Olika kemiska tekniker har använts i industriella processer sedan urminnes tider. Det var dock inte förrän termodynamikens tillkomst och lagen om bevarande av massa på 1780-talet som processteknik utvecklades ordentligt och implementerades som sin egen disciplin. Den kunskapsuppsättning som nu är känd som processteknik skapades sedan ur trial and error under hela den industriella revolutionen.

Termen process , som den relaterar till industri och produktion, går tillbaka till 1700-talet. Under denna tidsperiod började efterfrågan på olika produkter drastiskt öka och processingenjörer krävdes för att optimera processen i vilken dessa produkter skapades.

År 1980 uppstod konceptet med processteknik från det faktum att kemitekniska tekniker och metoder användes i en mängd olika industrier. Vid denna tidpunkt hade processteknik definierats som "den uppsättning kunskap som är nödvändig för att designa, analysera, utveckla, konstruera och driva, på ett optimalt sätt, de processer där materialet förändras". I slutet av 1900-talet hade processteknik expanderat från kemiteknikbaserad teknik till andra tillämpningar, inklusive metallurgisk ingenjörskonst , jordbruksteknik och produktteknik .

Se även

externa länkar