In der chemischen Verfahrenstechnik bezeichnet Prozessdesign die Auswahl und Abfolge von Anlagenteilen zur gewünschten physikalischen und/oder chemischen Umwandlung von Stoffen. Prozessdesign ist von zentraler Bedeutung für die chemische Verfahrenstechnik und kann als deren Höhepunkt betrachtet werden, da es alle ihre Komponenten vereint.

Prozessdesign kann die Planung neuer Anlagen oder die Modifizierung oder Erweiterung bestehender Anlagen umfassen. Der Designprozess beginnt auf konzeptioneller Ebene und mündet schließlich in Fertigungs- und Bauplänen.

Die Prozessplanung unterscheidet sich von der Anlagenplanung, die eher der Planung von Verfahrensschritten entspricht. Prozesse umfassen oft viele Verfahrensschritte .

Dokumentation

Prozessdesigndokumente dienen der Definition des Designs und stellen sicher, dass die Designkomponenten zusammenpassen. Sie sind hilfreich, um Ideen und Pläne mit anderen am Design beteiligten Ingenieuren, externen Aufsichtsbehörden, Geräteherstellern und Bauunternehmen zu kommunizieren.

Prozessdesigndokumente umfassen in aufsteigender Reihenfolge ihres Detaillierungsgrades:

  • Blockflussdiagramme (BFD): Sehr einfache Diagramme, die aus Rechtecken und Linien bestehen, welche die wichtigsten Material- oder Energieflüsse darstellen.
  • Prozessfließbilder (PFD): Typischerweise komplexere Diagramme der wichtigsten Verfahrensschritte sowie der Fließleitungen. Sie enthalten üblicherweise eine Stoffbilanz und manchmal eine Energiebilanz, die typische oder Auslegungsdurchflüsse, Zusammensetzungen der Ströme sowie Drücke und Temperaturen in Strömen und Anlagen aufzeigt. Es ist das Schlüsseldokument bei der Prozessauslegung. [ 1 ]
  • Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagramme (R&I-Fließbilder): Diagramme, die jede einzelne Rohrleitung mit Angabe der Rohrklasse (Kohlenstoffstahl oder Edelstahl) und des Rohrdurchmessers darstellen. Sie zeigen außerdem Ventile, Instrumentenstandorte und Prozessleitsysteme .
  • Spezifikationen : Schriftliche Konstruktionsanforderungen an alle wichtigen Ausrüstungsteile.

Prozessdesigner erstellen typischerweise Betriebshandbücher für die Inbetriebnahme, den Betrieb und die Abschaltung des Prozesses. Häufig entwickeln sie auch Unfallpläne und Prognosen zu den Umweltauswirkungen des Prozessbetriebs.

Die Dokumentation wird nach der Errichtung der Prozessanlage für das Betriebspersonal aufbewahrt. Sie ist auch bei geplanten Anlagenänderungen hilfreich.

Eine primäre Methode zur Erstellung von Prozessdokumenten ist die Prozessflussdiagrammerstellung .

Designüberlegungen

Die Konzeption und die Überlegungen zum Design können beginnen, sobald die Ziele definiert und die Einschränkungen identifiziert sind.

Zu den Zielen, die ein Design anstreben kann, gehören:

Zu den Einschränkungen gehören:

  • Kapitalkosten: Investitionen, die zur Umsetzung des Entwurfs erforderlich sind, einschließlich der Kosten für neue Ausrüstung und der Entsorgung veralteter Ausrüstung.
  • Verfügbarer Platz: die Fläche auf dem Grundstück oder im Gebäude, die für die Aufstellung neuer oder modifizierter Geräte zur Verfügung steht.
  • Sicherheitsbedenken : Unfallgefahr und Gefahren durch Gefahrstoffe.
  • Umweltauswirkungen und prognostizierte Abwasser- , Emissions- und Abfallproduktion.
  • Betriebs- und Wartungskosten.

Weitere Faktoren, die Designer berücksichtigen können, sind:

Quellen für Designinformationen

Konstrukteure beginnen in der Regel nicht bei null, insbesondere bei komplexen Projekten. Oftmals verfügen die Ingenieure über Daten aus Pilotanlagen oder aus dem laufenden Betrieb. Weitere Informationsquellen sind firmeneigene Auslegungskriterien von Prozesslizenzgebern, veröffentlichte wissenschaftliche Daten, Laborexperimente sowie Daten von Rohstoff- und Betriebsmittellieferanten.

Designprozess

Die Planung beginnt mit der Prozesssynthese – der Auswahl der Technologien und der Kombinationen industrieller Anlagen zur Zielerreichung. Die detailliertere Planung erfolgt, sobald weitere Ingenieure und Stakeholder die einzelnen Phasen – von der Konzeptphase bis zur Detailplanung – freigegeben haben.

Simulationssoftware wird häufig von Konstruktionsingenieuren eingesetzt. Simulationen können Schwächen in Konstruktionen aufdecken und Ingenieuren ermöglichen, bessere Alternativen zu wählen. Dennoch stützen sich Ingenieure bei der Prozessgestaltung weiterhin auf Heuristiken, Intuition und Erfahrung. Menschliche Kreativität ist ein wesentlicher Bestandteil komplexer Konstruktionen.

Siehe auch

  • Sinnott und Towler (2009). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design (5. Aufl.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750685511Die
  • Ullmann (2004). Chemieingenieurwesen und Anlagenplanung . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-31111-8Die
  • Moran, Sean (2015). An Applied Guide to Process and Plant Design (1. Aufl.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128002421Die
  • Moran, Sean (2016). Anlagenplanung (2. Aufl.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0128033555Die
  • Peter, Frank (2008). Anlagenplanung im Verfahrenstechnikbereich . Wiley. ISBN 9783527313136Die
  • Kister, Henry Z. (1992). Destillationsdesign (1. Aufl.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-034909-6Die
  • Perry, Robert H. & Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6. Aufl.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7Die
  • Bird, RB , Stewart, WE und Lightfoot, EN (August 2001). Transportphänomene (2. Aufl.). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-41077-2Die{{cite book}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  • McCabe, W., Smith, J. und Harriott, P. (2004). Unit Operations of Chemical Engineering (7. Aufl.). McGraw Hill. ISBN 0-07-284823-5Die{{cite book}}: CS1 Wartung: Mehrere Namen: Autorenliste ( Link )
  • Seader, J. D. & Henley, Ernest J. (1998). Trennverfahrensprinzipien . New York: Wiley. ISBN 0-471-58626-9Die
  • Chopey, Nicholas P. (2004). Handbuch der Berechnungen im Chemieingenieurwesen (3. Auflage). McGraw-Hill. ISBN 0-07-136262-2Die
  • Himmelbau, David M. (1996). Grundlagen und Berechnungen in der chemischen Verfahrenstechnik (6. Aufl.). Prentice-Hall. ISBN 0-13-305798-4Die
  • Herausgeberinnen: Jacqueline I. Kroschwitz und Arza Seidel (2004). Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology (5. Aufl.). Hoboken, NJ: Wiley-Interscience. ISBN 0-471-48810-0Die{{cite book}}: |author=hat einen generischen Namen ( Hilfe )
  • King, CJ (1980). Trennverfahren (2. Aufl.). McGraw Hill. ISBN 0-07-034612-7Die
  • Peters, MS & Timmerhaus KD (1991). Anlagenplanung und Wirtschaftlichkeit für Chemieingenieure (4. Aufl.). McGraw Hill. ISBN 0-07-100871-3Die
  • J. M. Smith, H. C. Van Ness und M. M. Abbott (2001). Einführung in die chemische Verfahrenstechnik (6. Aufl.). McGraw Hill. ISBN 0-07-240296-2Die

Referenzen

  1. ^ Sinnott, R. K. (2005). Coulson & Richardson's Chemical Engineering (4. Aufl.). Amsterdam Paris: Elsevier Butterworth-Heinemann. S. 133. ISBN 978-0-7506-6538-4Die