Подходы и этапы разработки технологического пакета

Thread Content

Подходы и этапы разработки технологического пакета: Технологический пакет комплексных химических технологий YD-liutaize является самым важным элементом всей системы, из-за чего многие специалисты в области химии отступают, считая его слишком сложным для понимания и боясь делать хоть какие-либо шаги в его направлении. Опираясь на свой восьмилетний опыт практической работы, я хочу высказать свое мнение. Приветствую критику и замечания от профессионалов в этой области! Подходы и этапы разработки: 1. Определение технологического процесса. За исключением небольшого числа новых продуктов, в большинстве отечественных химических технологий технологический процесс уже в основном определен. Для получения одинакового продукта из одинаковых сырьевых материалов, если существует несколько технологических процессов, проводится отдельный анализ и сравнение каждого из них с целью определения наилучшего варианта. Рассматриваются в основном следующие аспекты: 1. Требуемые параметры, такие как температура и давление. Результаты, достигаемые с помощью нескольких вариантов, схожи; следует отдать предпочтение тому варианту, при котором проще задавать параметры работы ； 2. Инвестиции ； 3. Энергопотребление ； 4. Безопасность ； 5. Охрана окружающей среды ； 6. Требования к материалу ； 7. Качество продукции ； 8. Нарушение ли авторских прав. II. Сбор данных: основные данные собираются путем экспериментов (в лабораторных условиях, в масштабах пилотных проектов, в промышленных масштабах и т. д.) или путем изучения литературы, статей, технических книг и других источников информации — всеми возможными способами (при соблюдении законодательства). Включает: физические свойства всех веществ, участвующих в технологии, и взаимное воздействие между ними, все происходящие реакции, катализаторы, механизмы реакций и т. д. В то же время необходимо обеспечить защиту интеллектуальной собственности, возникающей в ходе всего процесса. Что касается реакции, то она является основой всей системы; она находится в самом центре так называемой «модели лука». Если с реакцией возникают проблемы, вся остальная работа становится бесполезной. Если реакция ошибочна, то вся основа системы тоже ошибочна. Поэтому это очень, очень, очень важно! Реакции делятся в зависимости от наличия катализатора: каталитические реакции, некаталитические реакции ； По фазовому состоянию: однородные реакции, неоднородные реакции. Независимо от типа реакции, разработчик технологического пакета должен иметь глубокое понимание этой реакции и четко осознавать её механизм. Ученым, занимающимся исследованиями исключительно в лабораторных условиях, трудно создать качественный набор технологий. Это обусловлено двумя факторами: первый — отсутствие опыта в области инженерной реализации ； Фактор второй: отсутствие опыта производства, накопленного после индустриализации. Даже техническим специалистам, занимающимся исключительно проектированием, трудно правильно разработать технологический пакет из-за отсутствия понимания механизма реакции и соответствующих данных, а также из-за нехватки производственных данных и опыта. Даже техническим специалистам, занимающимся исключительно производством, трудно справиться с этой задачей из-за отсутствия опыта в области исследований и разработок, а также данных. В случае каталитической реакции разработчикам технологического пакета необходимо знать как минимум физические характеристики катализатора, такие как прочность, пористость, плотность упаковки, активные компоненты, носитель и т. д. Кроме того, необходимо знать химические свойства катализатора, такие как коэффициент превращения в реакции, селективность, факторы, влияющие на реакцию (включая температуру, давление, расход, соотношение компонентов), скорость потока газа, факторы, влияющие на деактивацию и отравление катализатора, параметры термодинамического равновесия реакции, уравнения кинетики реакции, этапы контроля реакции и так далее. Конечно, эти данные также могут быть предоставлены сотрудниками проектной группы, специализирующимися на разработке катализаторов. В случае некаталитической реакции также необходимо знать механизм реакции, факторы, влияющие на нее, уравнения кинетики реакции, этапы контроля реакции, количество поглощаемой/выделяемой энергии, последствия перегрева, а также меры по предотвращению выхода реакции из-под контроля. Распространенными видами разделения в установках для химической переработки с последующей рециркуляцией являются разделение газа и жидкости, абсорбция, газоотделение, десорбция, дистилляция и т. д. Расчеты для обычных резервуаров для разделения выполняются, как правило, исходя из диаметра капель, разделяемых. Для высокоэффективных резервуаров для разделения обычно устанавливаются специальные технологические требования. Ключ к процессу абсорбции заключается в поиске подходящего абсорбента. Процесс дистилляции основан на нарушении первоначального равновесия между газовой и жидкой фазами; разделение достигается путем изменения парциальных давлений. Процесс декомпрессии является обратным процессом к абсорбции. В обычной дистилляции разделение осуществляется на основе температуры кипения. Однако, если при разделении присутствуют сопряженные субстанции или вещества с очень малой разницей в температурах кипения, можно использовать специальные методы дистилляции, такие как дистилляция с сопряжением, экстрактивная дистилляция или дистилляция при изменяющемся давлении. Необходимо определить это на основе анализа конкретных характеристик вещества, подлежащего разделению. Если в базе данных отсутствуют параметры двойного взаимодействия, необходимо измерить данные о равновесии газа и жидкости или получить их из соответствующих источников. Затем проводится регрессионный анализ этих данных для определения параметров двойного взаимодействия, что позволяет выполнять точные расчеты по разделению компонентов. Циклы обычно делятся на циклы в газофазе и циклы в жидкой фазе; они предназначены для удовлетворения потребностей реакций или процессов разделения. В химических установках степень превращения реагентов в одном проходе обычно невысока. Чтобы добиться более высокого выхода продукта, необходимо использовать циклический процесс, как это делается на установках по синтезу аммиака, мочевины, углекислого аммония, при гидрогенизации каменноугольного дегтя, при производстве мелиамина, метанола, этиленгликоля и т. д. Кроме того, в некоторых системах с трудноотделимыми компонентами для получения высокого выхода и качественного продукта также применяется циклический метод. Чем больше объем циркуляции и чем выше падение давления при циркуляции, тем выше энергопотребление. Здесь существует огромный потенциал для снижения энергозатрат. Как правило, чем больше циклов, тем выше степень сложности процесса, а также увеличивается сложность его проектирования, управления и эксплуатации. О энтальпии и удельной теплоемкости всех веществ/потоков, участвующих в технологиях сбора тепла, а также о тепле реакций, тепле плавления и т. д. для всех реакций. В устройстве осуществляется восстановление тепла посредством теплообмена в зависимости от температуры и количества тепла (приоритет отдается восстановлению тепла непосредственно внутри устройства; если же восстановление тепла внутри устройства невозможно, то рассматривается возможность его восстановления на уровне всего завода). При проектировании сетей теплообмена необходимо учитывать не только теоретические аспекты, но и практическую осуществимость процесса. Следует также учитывать такие факторы, как коррозия, образование кристаллов, засорение, а также влияние газо-жидкой фазы на катализатор, вызванные процессом теплообмена. Для передачи импульса собираются такие параметры всех потоков, как вязкость и давление испарения; при двухфазном потоке избегается пистонного потока, а за счёт рациональной компоновки оборудования снижается потеря импульса, что позволяет экономить энергию. III. Разработка пакета технологий для моделирования процессов: проведение полного моделирования процесса является неотъемлемым условием. Существуют две крайние и неверные точки зрения на моделирование процессов. Мнение первое: симуляция процессов — это универсальный инструмент; всё можно получить путем его симуляции ； Мнение второе: симуляция процессов бесполезна, на нее влияет слишком много факторов, поэтому точных расчетов сделать невозможно. Оба вышеупомянутых мнения подобны попытке ощупать слона вслепую; они не позволяют объективно понять симуляционное программное обеспечение. Ниже автор, опираясь на собственный практический опыт, изложит свою точку зрения: 1. Симуляция процессов весьма помогает в понимании технологии; особенно после полной симуляции процесса происходит качественный скачок в понимании всей системы ； 2. Симуляция процессов — это не просто ввод данных и получение результатов; она требует значительного количества ручного анализа. Необходимо по отдельности анализировать каждое изменение параметра, факторы, влияющие на него, а также изменения в всей системе, вызванные изменением того или иного параметра. Кроме того, ключевые данные необходимо сопоставлять и анализировать с данными, полученными в ходе экспериментов, пилотных испытаний, промышленного производства и т. д., чтобы дальнейше скорректировать данные модели ； 3. Симуляция процессов не является всемогущей: без входных данных не будет и выходных, а при ошибке во входных данных выходные данные обязательно будут ошибочными. Даже при правильном вводе результаты могут не совпадать с данными экспериментов или производства. Необходимо тщательно проанализировать такие несоответствия и выявить причины противоречий ； 4. Применение моделирования процессов позволяет **сократить время разработки технологического комплекса, уменьшить объем лабораторных работ, направлять производство и прогнозировать тенденции развития данных** ； 5. Благодаря моделированию процессов можно получить полные данные о балансе материалов и энергии, параметры физических свойств и т. д., что служит основой для проектирования и производства ； 6. Можно провести комплексное сравнение различных вариантов с помощью моделирования, тем самым определив наилучший вариант. Конкретные шаги выполнения работы (ниже приведен личный стиль, предназначенный только в качестве ориентира): 1. Определение метода анализа физических свойств на основе их характеристик ； 2. Начните с рассмотрения реакции: если она подвержена влиянию только термодинамического равновесия, то можно использовать модуль реактора для химического равновесия и получить соответствующие параметры путем регулировки разницы температур, обеспечивающей равновесие. Если реакция, помимо термодинамического равновесия, подвержена влиянию кинетики реакции, то с помощью анализа экспериментальных данных можно вывести уравнение скорости реакции и соответствующие параметры (включая активационную энергию, предэкспоненциальный коэффициент, коэффициент адсорбции, константы равновесия адсорбции/реакции и т. д.). Эти параметры затем используются в модулях, отвечающих за моделирование реакций, в процессах симуляции. Результаты симуляции сравниваются с экспериментальными данными, анализируются и корректируются. Цель — сделать модель предсказуемой, чтобы обеспечить надежную основу для масштабирования в промышленных условиях ； 3. Решение проблем разделения и теплообмена: на основе собранных ранее данных и предварительно разработанной схемы проводятся модельные расчеты (включая регрессию параметров вещества, анализ теплообменников и т. д.). Выявленные проблемы анализируются и корректируются; при этом проводится сравнительный расчет различных возможных схем с целью нахождения оптимального варианта. После определения оптимальной схемы дальнейшая работа направлена на отладку отдельных устройств ； 4. Соответствие коммунальным услугам (минимум спецификаций при одновременном учете инвестиций). На этом моделирование практически завершено. Надеюсь, что такое упрощенное изложение не введет некоторых людей в заблуждение. Поскольку химические технологии действительно невероятно сложны и обширны, чтобы достичь глубокого понимания хотя бы одной из их сторон, может потребоваться вся жизнь, но этого всё равно может оказаться недостаточно. IV. После завершения точного полного моделирования для PFD, PID и таблиц данных об оборудовании можно получить полную схему потока материалов (PFD). Исходя из схемы работы типовых узлов оборудования, учитывая особенности и требования технологического процесса, а также привлекая специалистов по приборостроению, совместно реализуется регулирование по принципу PID. На основе информации о потоках на диаграмме PFD определяется экономичная скорость потока, вычисляется падение давления в трубопроводах, после чего определяется диаметр труб. С учетом потребностей при запуске и остановке процесса учитываются такие факторы, как замена компонентов, нагрев или восстановление катализатора, защитные меры при остановке процесса, предварительное сульфирование и т. д., а также необходимые линии для запуска и остановки процесса. Проводятся проектные расчеты для всех устройств: для стандартных устройств определяются подробные параметры и принципы выбора материалов, а для нестандартных устройств — размеры, габариты, высота, внутренние компоненты и т. д. Реактор: определяется на основе комплексного учета характеристик реакции; конкретно это включает в себя тип реакции (быстрая/медленная реакция, реакция газ-жидкость/газ-газ/жидкость-жидкость/газ-твердое тело, каталитическая/некаталитическая реакция и т. д.), свойства катализатора (если речь идет о каталитической реакции), скорость протекания реакции, этапы контроля реакции, время пребывания реагентов в реакторе, распределение материала, процесс передачи тепла, эффекты масштабирования и другие факторы, которые учитываются при проектировании реактора. Колонны: бывают колонны с наполнителем и пластинчатые колонны; также существуют колонны, в которых часть состоит из наполнителя, а часть — из пластин. У колонн с наполнителем обычно небольшое падение давления, тогда как у пластинчатых колонн оно выше. Колонны с наполнителем, как правило, требуют более высокой плотности распыления по сравнению с пластинчатыми колоннами. Кроме того, свойства материала также оказывают значительное влияние на выбор колонны. В соответствии с требованиями к разделению оптимизируется положение подачи сырья, корректируются коэффициент обратного потока и количество теоретических пластин; в зависимости от свойств материала выбирается подходящий коэффициент перелива. После этого производится расчет конструкции колонны: определяются нагрузки газовой и жидкостной фаз на каждую пластину/наполнитель, объем жидкости, плотность орошения и падение давления. Теплообменник: достаточно импортировать данные из симуляции процесса в программу для расчета теплообменников для проведения расчетов. Автор обычно использует режим проверки из HTRI для проведения расчетов. При моделировании процесса температурная разница между холодной и горячей частями системы контролируется на уровне ≥8°C; при этом старается избегать ситуаций, когда температуры совпадают. Учитывается также тепловой сопротивление из-за наличия загрязнений, необходимость очистки, эффект теплового расширения, а также необходимый запас прочности. В зависимости от климатических условий в месте строительства и наличия источников воды учитывается возможность использования воздушного охлаждения. Воздушное охлаждение обычно применяется в тех случаях, когда нагрузка на систему велика, а температурная разница невелика. Для условий, требующих высокой эффективности теплообмена, небольшой разницы температур между холодной и горячей сторонами, низкого давления на трубопроводах и ограниченного пространства, рекомендуются высокоэффективные теплообменники. Компрессор: тип компрессора определяется в зависимости от объема газа, соотношения давлений и состава перекачиваемого газа. Исходя из конкретных условий на предприятии, таких как стоимость электроэнергии, объем избыточного пара, возможность использования котлов, возможность создания собственной электростанции, цена угля и т. д., после комплексного анализа определяется, будет ли использоваться привод от электроэнергии или от пара. При использовании электропривода, как правило, первоначальные затраты на компрессор невелики, он занимает мало места, а объем работ по его эксплуатации и техническому обслуживанию минимален. Однако при учете стоимости готовой продукции электроэнергия обычно дороже пара. При использовании парового привода, как правило, первоначальные инвестиции в компрессор высоки, он занимает много места, а объем работ по его эксплуатации и техническому обслуживанию велик. Однако, учитывая стоимость готовой продукции, пар обычно дешевле электроэнергии. Конечно, есть и исключения среди заводов, поэтому необходимо учитывать особенности каждого случая и ни в коем случае нельзя делать общие выводы! Кроме того, при использовании парового привода необходимо учитывать, будет ли компрессор работать в режиме полного охлаждения, с использованием отводимого пара или с использованием обратного давления (это требует комплексного учета в рамках общего баланса пара на предприятии). Если компрессор работает в режиме полного охлаждения или с использованием отводимого пара, также необходимо определить, будет ли охлаждение осуществляться с помощью воды или воздуха – это влияет на расход пара на компрессор. Сепаратор: на основе предыдущих расчетов достаточно составить таблицу данных об оборудовании. Резервуары: включают буферные резервуары, промежуточные резервуары, резервуары для готовой продукции и т. д.; их выбор определяется на основе времени пребывания продукта в резервуаре, срока хранения, а также с учетом требований производственных процедур (таких как необходимость ручного отбора проб, требования к упаковке продукта, условия смены персонала и т. п.). Другое оборудование: нестандартное оборудование — необходимо указать подробные размеры, тип внутренних компонентов, детальные параметры и технологические характеристики ； Оборудование для формовки, с указанием подробных технологических параметров, требований к процессу производства, принципов выбора материалов и т. д. V. Необходимо подготовить описания проекта, спецификации приборов, инструкции по взаимодействию различных устройств, а также предложения относительно расположения оборудования. Для этого необходимо использовать полный набор технических данных SHSG 052-2003, содержащий все необходимые указания. Работа требует соблюдения всех этих правил. Кроме того, здесь учитываются множество факторов: оборудование, приборы, санитарные нормы, безопасность, экология, анализ, материалы для трубопроводов, планировка, производственные процессы и т. д. Поэтому создание качественного, готового к применению в практике набора технических данных невозможно без совместных усилий многих людей. Для этого, несомненно, нужна хорошая команда, включающая специалистов в области исследований и разработок, технологий, инженерии, производства и т. д. Шестой пункт: необходимо подготовить два руководства — руководство по анализу и лабораторным испытаниям, а также руководство по эксплуатации. Для создания этих руководств требуется не только глубокое понимание процессов производства, но и большое количество данных, полученных в результате экспериментов и пилотных испытаний. Кроме того, необходимо проанализировать участие специалистов и технических сотрудников производства в его разработке, чтобы полученный руководство могло использоваться для обучения персонала, для руководства при запуске и остановке оборудования, а также при ликвидации аварий, и тем самым играть реальную роль.