Интеграция процессов

Интеграция процессов — это термин в химической технологии , который имеет два возможных значения.

Целостный подход к проектированию процесса , который подчеркивает единство процесса и с самого начала учитывает взаимодействие между различными единичными операциями , а не оптимизирует их по отдельности. Это также можно назвать интегрированным проектированием процесса или синтезом процесса . Эль-Халваги (1997 и 2006 гг.) и Смит (2005 г.) хорошо описывают этот подход. Важным первым шагом часто является проектирование продукта (Cussler and Moggridge 2003), при котором разрабатывается спецификация продукта, соответствующая его требуемому назначению.
Пинч-анализ — метод проектирования процесса, позволяющий минимизировать потребление энергии и максимизировать рекуперацию тепла, также известный как интеграция тепла , интеграция энергии или пинч-технология . Этот метод рассчитывает термодинамически достижимые энергетические цели для данного процесса и определяет способы их достижения. Ключевым моментом является температура пинча , которая является наиболее ограниченной точкой в процессе. Наиболее подробное объяснение методов дано Linnhoff et al. (1982), Шеной (1995), Кемп (2006) и Кемп и Лим (2020), а также ярко проявляется в Смите (2005). Это определение отражает тот факт, что первым крупным успехом интеграции процессов стал анализ термического пинча для решения энергетических проблем, впервые предложенный Линнхоффом и его коллегами. Позже были разработаны другие пинч-анализы для нескольких приложений, таких как сети массообмена (Эль-Халваги и Манусиутакис, 1989), минимизация использования воды (Ванг и Смит, 1994) и переработка материалов (Эль-Халваги и др., 2003). Очень успешным расширением стал «Водородный пинч», который был применен для управления водородом на нефтеперерабатывающих заводах (Ник Халле и др., 2002 и 2003). Это позволило нефтеперерабатывающим предприятиям минимизировать капитальные и эксплуатационные затраты на поставку водорода, соблюсти все более строгие экологические нормы, а также повысить производительность установок гидроочистки.

Описание

В контексте химического машиностроения интеграцию процессов можно определить как целостный подход к проектированию и оптимизации процессов, который использует взаимодействие между различными подразделениями для эффективного использования ресурсов и минимизации затрат.

Интеграция процессов не ограничивается проектированием новых заводов, но также охватывает проектирование модернизации (например, установку новых агрегатов на старом заводе) и эксплуатацию существующих систем. Ник Халле (2001) объясняет, что благодаря интеграции процессов отрасли промышленности зарабатывают больше денег на сырье и капитальных активах, становясь при этом более чистыми и устойчивыми. ^[1]

Основным преимуществом интеграции процессов является рассмотрение системы в целом (т.е. комплексный или целостный подход) с целью улучшения ее конструкции и/или работы. Напротив, аналитический подход будет пытаться улучшить или оптимизировать технологические единицы по отдельности, не обязательно используя преимущества потенциального взаимодействия между ними.

Например, используя методы интеграции процессов, можно определить, что процесс может использовать тепло, отводимое другим агрегатом, и снизить общее потребление энергии, даже если агрегаты сами по себе не работают в оптимальных условиях. Такая возможность будет упущена при аналитическом подходе, поскольку он будет стремиться оптимизировать каждый блок, и после этого будет невозможно повторно использовать тепло внутри компании.

Обычно методы интеграции процессов используются в начале проекта (например, нового завода или усовершенствования существующего) для отбора перспективных вариантов оптимизации конструкции и/или эксплуатации технологического завода.

Также его часто используют в сочетании с инструментами моделирования и математической оптимизации для выявления возможностей для лучшей интеграции системы (новой или существующей) и снижения капитальных и/или эксплуатационных затрат.

Большинство методов интеграции процессов используют Pinch-анализ или Pinch Tools для оценки нескольких процессов как единой системы. Поэтому, строго говоря, оба понятия не одно и то же, даже если в определенных контекстах они используются как синонимы. В обзоре Ника Халле (2001) поясняется, что в будущем в этой области следует ожидать появления нескольких тенденций. В будущем кажется вероятным, что граница между целями и проектированием будет размыта и что они будут основываться на большем количестве структурной информации о сети процессов. Во-вторых, вполне вероятно, что мы увидим гораздо более широкий спектр применений интеграции процессов. В области разделения еще многое предстоит сделать, причем не только в сложных дистилляционных системах, но и в системах разделения смешанного типа. Сюда входят процессы с участием твердых веществ, такие как флотация и кристаллизация. Использование методов интеграции процессов при проектировании реакторов быстро прогрессирует, но все еще находится на ранних стадиях. В-третьих, ожидается появление нового поколения программных инструментов. Появление коммерческого программного обеспечения для интеграции процессов имеет фундаментальное значение для его более широкого применения в проектировании процессов.

Ссылки

^ Халле, Ник (июль 2001 г.). «Ярко гореть: тенденции в интеграции процессов» . Химический технологический прогресс . Архивировано из оригинала 4 февраля 2008 года.

Касслер, Э.Л. и Моггридж, Г.Д. (2001). Дизайн химической продукции . Издательство Кембриджского университета (Кембриджская серия по химической инженерии). ISBN 0-521-79183-9
Эль-Халваги, ММ, (2006) «Интеграция процессов», Elsevier
Эль-Халваги, ММ, (1997) «Предотвращение загрязнения посредством интеграции процессов», Academic Press
Эль-Халваги, М.М., Ф. Габриэль и Д. Харелл, (2003) «Строгое графическое планирование для сохранения ресурсов с помощью сетей переработки/повторного использования материалов», штат Индиана, инженер. хим. Рез., 42, 4319-4328
Эль-Халваги М.М. и Манусиутакис В. (1989). Синтез массообменных сетей. Айше Дж. 35(8), 1233-1244.
Халле, Ник, (2001 г.), « Яркое горение: тенденции в интеграции процессов », «Прогресс химической инженерии», июль 2001 г.
Халле, Н. Ян Мур, Деннис Ваук, «Оптимизация использования водорода при минимальных инвестициях», Petroleum Technology Quarterly (PTQ), Spring (2003).
Кемп, IC (2006). Пинч-анализ и интеграция процессов: Руководство пользователя по интеграции процессов для эффективного использования энергии, 2-е издание . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 0-7506-8260-4 . Включает загружаемое программное обеспечение для работы с электронными таблицами.
Кемп, И.К. и Лим, Дж.С. (2020). Пинч-анализ для сокращения выбросов энергии и выбросов углекислого газа: Руководство пользователя по интеграции процессов для эффективного использования энергии, 3-е издание . Включает загружаемое программное обеспечение для работы с электронными таблицами. Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-102536-9 .
Линнхофф Б., Д. У. Таунсенд, Д. Боланд, Г. Ф. Хьюитт, БЕА Томас, А. Р. Гай и Р. Х. Марсланд, (1982) «Руководство пользователя по интеграции процессов для эффективного использования энергии», IChemE, Великобритания.
Шеной, Ю.В. (1995). «Синтез сети теплообменников: оптимизация процесса путем анализа энергии и ресурсов». В комплекте два компьютерных диска. Компания Gulf Publishing, Хьюстон, Техас, США. ISBN 0-88415-391-6 .
Смит, Р. (2005). Проектирование и интеграция химических процессов . Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-48680-9

Вок, Деннис (сентябрь 2002 г.), «Водород: ответственность или актив?» , «Прогресс химического машиностроения» , архивировано из оригинала 12 апреля 2008 г.
Ван, Ю.П. и Р. Смит (1994). Минимизация сточных вод. хим. англ. наук, 49, 981-1006.

[Hallale_2001-1] Халле, Ник (июль 2001 г.). «Ярко гореть: тенденции в интеграции процессов» . Химический технологический прогресс . Архивировано из оригинала 4 февраля 2008 года.

[1]