Технологическое проектирование
Изучение изготовления продукции из сырья

Технологическая инженерия — это понимание и применение фундаментальных принципов и законов природы , которые позволяют людям преобразовывать сырье и энергию в продукты , полезные для общества, на промышленном уровне . [1] Используя движущие силы природы, такие как градиенты давления , температуры и концентрации , а также закон сохранения массы , инженеры-технологи могут разрабатывать методы синтеза и очистки больших количеств желаемых химических продуктов. [1] Технологическая инженерия фокусируется на проектировании, эксплуатации, контроле, оптимизации и интенсификации химических, физических и биологических процессов. Их работа включает анализ химического состава различных ингредиентов и определение того, как они могут реагировать друг с другом. Инженер-технолог может специализироваться в ряде областей, включая следующие:

-Переработка сельскохозяйственной продукции -Производство продуктов питания и молочных продуктов -Производство пива и виски -Производство косметики -Производство фармацевтической продукции -Нефтехимическое производство -Переработка полезных ископаемых -Производство печатных плат

Обзор

Технологическая инженерия подразумевает использование множества инструментов и методов. В зависимости от точной природы системы процессы необходимо моделировать и моделировать с использованием математики и компьютерной науки. Процессы, в которых важны фазовые изменения и фазовые равновесия, требуют анализа с использованием принципов и законов термодинамики для количественной оценки изменений энергии и эффективности. Напротив, процессы, которые фокусируются на потоке материала и энергии по мере приближения к равновесию, лучше всего анализируются с использованием дисциплин механики жидкости и явлений переноса. Дисциплины в области механики необходимо применять в присутствии жидкостей или пористых и дисперсных сред. Принципы материаловедения также необходимо применять, когда это уместно. [1]

Производство в области технологического проектирования включает в себя реализацию этапов синтеза процесса. [2] Независимо от точных требуемых инструментов, технологическое проектирование затем форматируется с использованием схемы технологического процесса (PFD), где указаны пути движения материалов , оборудование для хранения (такое как резервуары и силосы), преобразования (такие как ректификационные колонны , приемные/напорные резервуары, смешивание, разделение, перекачка и т. д.) и скорости потока , а также список всех труб и конвейеров и их содержимого, свойства материалов, такие как плотность , вязкость , распределение размеров частиц , скорости потока, давления, температуры и материалы конструкции для трубопроводов и операций установки . [1]

Затем схема технологического процесса используется для разработки схемы трубопроводов и приборов (P&ID), которая графически отображает фактический происходящий процесс. P&ID должны быть более сложными и конкретными, чем PFD. [3] Они представляют собой менее запутанный подход к проектированию. Затем P&ID используется в качестве основы для разработки «руководства по эксплуатации системы» или « спецификации функционального проектирования », которая описывает работу процесса. [4] Она направляет процесс посредством работы оборудования, безопасности при проектировании, программирования и эффективной коммуникации между инженерами. [5]

На основе P&ID можно показать предлагаемую компоновку (общую компоновку) процесса сверху ( план участка ) и сбоку (фасад), а также привлечь других инженеров-специалистов, таких как инженеры-строители для работ на площадке (земляные работы), проектирование фундамента, проектирование бетонных плит, металлоконструкций для поддержки оборудования и т. д. Вся предыдущая работа направлена ​​на определение объема проекта, затем на разработку сметы расходов для установки конструкции и графика для информирования о временных потребностях для проектирования, закупки, изготовления, установки, ввода в эксплуатацию, запуска и текущего производства процесса.

В зависимости от необходимой точности оценки стоимости и требуемого графика, несколько итераций проектов обычно предоставляются клиентам или заинтересованным сторонам, которые возвращают свои требования. Инженер-технолог включает эти дополнительные инструкции (изменения объема) в общий проект и дополнительные оценки стоимости, а графики разрабатываются для утверждения финансирования. После утверждения финансирования проект выполняется через управление проектами . [6]

Основные направления деятельности в области технологического проектирования

Деятельность по технологическому проектированию можно разделить на следующие дисциплины: [7]

  • Проектирование процессов : синтез сетей рекуперации энергии , синтез систем дистилляции ( азеотропных ), синтез сетей реакторов, иерархические схемы разложения, оптимизация надстройки, проектирование многопродуктовых периодических установок, проектирование производственных реакторов для производства плутония, проектирование атомных подводных лодок.
  • Управление процессами : управление с прогнозированием на основе модели, меры управляемости, надежный контроль, нелинейный контроль, статистический контроль процессов, мониторинг процессов, управление на основе термодинамики , обозначаемое тремя основными элементами: набор измерений, метод проведения измерений и система управления желаемым измерением. [8]
  • Операции процесса : планирование сетей процессов, многопериодное планирование и оптимизация, согласование данных, оптимизация в реальном времени, меры по обеспечению гибкости, диагностика неисправностей.
  • Поддерживающие инструменты: последовательное модульное моделирование, моделирование процессов на основе уравнений , ИИ / экспертные системы , крупномасштабное нелинейное программирование (NLP), оптимизация дифференциально-алгебраических уравнений (DAE), смешанно-целочисленное нелинейное программирование (MINLP), [9] глобальная оптимизация, оптимизация в условиях неопределенности [10] [11] и развертывание функции качества (QFD). [12]
  • Экономика процесса: [13] Сюда входит использование программного обеспечения для моделирования, такого как ASPEN, Super-Pro, для определения точки безубыточности, чистой приведенной стоимости, предельных продаж, предельных затрат, окупаемости инвестиций промышленного предприятия после анализа тепло- и массопереноса предприятия. [13]
  • Аналитика данных процессов: применение методов анализа данных и машинного обучения для решения задач технологического производства. [14] [15]

История технологического инжиниринга

Различные химические методы использовались в промышленных процессах с незапамятных времен. Однако только с появлением термодинамики и закона сохранения массы в 1780-х годах технологическая инженерия была должным образом разработана и внедрена как отдельная дисциплина. Набор знаний, который сейчас известен как технологическая инженерия, был выкован методом проб и ошибок на протяжении всей промышленной революции. [1]

Термин процесс , как он относится к промышленности и производству, восходит к 18 веку. В этот период времени спрос на различные продукты начал резко расти, и инженерам-технологам требовалось оптимизировать процесс, в котором эти продукты создавались. [1]

К 1980 году концепция технологического проектирования возникла из того факта, что методы и практики химической инженерии использовались в различных отраслях промышленности. К этому времени технологическое проектирование было определено как «набор знаний, необходимых для проектирования, анализа, разработки, построения и эксплуатации оптимальным образом процессов, в которых материал изменяется». [1] К концу 20-го века технологическое проектирование расширилось от технологий, основанных на химической инженерии, до других приложений, включая металлургическое машиностроение , сельскохозяйственное машиностроение и проектирование продуктов .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg Даль Понт, Жан-Пьер, ред. (2012). Технологическое проектирование и управление промышленностью . Лондон: ISTE. ISBN 978-1-118-56213-0. OCLC  830512387.
  2. ^ Моди, Дэвид (2011). «Обзор проектирования химических процессов». Труды Канадской ассоциации инженерного образования . doi : 10.24908/pceea.v0i0.3824 . S2CID  109260579.
  3. ^ «Узнайте, как читать чертежи P&ID — полное руководство». hardhatengineer.com . 3 ноября 2017 г. . Получено 11 сентября 2018 г. .
  4. ^ "Спецификация функционального дизайна". Историк на тропе войны . 2 апреля 2006 г. Получено 11 сентября 2018 г.
  5. ^ Баркель, Барри М. "Схемы трубопроводов и приборов" (PDF) . AICHE . Получено 11 сентября 2019 г. .
  6. ^ Хейсиг, Питер; Кларксон, Джон; Вайна, С., ред. (2010). Моделирование и управление инженерными процессами . Лондон: Springer. ISBN 978-1-84996-199-8. OCLC  637120594.
  7. ^ Гроссманн; Вестерберг. "Исследовательские проблемы в проектировании систем процессов" (PDF) . Университет Карнеги-Меллона . Получено 17 ноября 2023 г. .
  8. ^ Кершенбаум, Л.С. (2006). «Управление процессами». Руководство от А до Я по термодинамике, тепло- и массообмену и гидродинамике . Thermopedia. doi :10.1615/AtoZ.p.process_control. ISBN 0-8493-9356-6. Получено 15 сентября 2019 г. .
  9. ^ Sahinidis, NV (2019). «Смешанно-целочисленное нелинейное программирование 2018». Оптимизация и инжиниринг . 20 (2): 301–306. doi : 10.1007/s11081-019-09438-1 .
  10. ^ Сахинидис, Николаос В. (2004). «Оптимизация в условиях неопределенности: современное состояние и возможности». Компьютеры и химическая инженерия . 28 (6–7): 971–983. doi :10.1016/j.compchemeng.2003.09.017.
  11. ^ Нин, Чао; Ю, Фэнци (2019). «Оптимизация в условиях неопределенности в эпоху больших данных и глубокого обучения: когда машинное обучение встречается с математическим программированием». Компьютеры и химическая инженерия . 125 : 434–448. arXiv : 1904.01934 . doi : 10.1016/j.compchemeng.2019.03.034. S2CID  96440317.
  12. ^ «Создание лучшей системы доставки: новое партнерство в области инжиниринга и здравоохранения». Национальный центр биотехнологической информации . 2005. Получено 15 сентября 2019 г.
  13. ^ ab Couper, James R. (2003). Экономика технологических процессов . Нью-Йорк: Marcel Dekker. ISBN 0-8247-5637-1. OCLC  53905871.
  14. ^ "Тематическая коллекция: Анализ данных процессов" . Получено 17 ноября 2023 г.
  15. ^ Шан, Чао; Ю, Фэнци (2019). «Анализ данных и машинное обучение для интеллектуального производственного процесса: последние достижения и перспективы в эпоху больших данных». Engineering . 5 (6): 1010–1016. Bibcode :2019Engin...5.1010S. doi : 10.1016/j.eng.2019.01.019 .
  • Передовая технология технологических процессов в Университете Крэнфилда (Кренфилд, Великобритания) [ нерабочая ссылка ]
  • Центр Сарджента по инжинирингу технологических систем (Империал)
  • Инженерия технологических систем в Корнелльском университете (Итака, Нью-Йорк)
  • Кафедра технологического инжиниринга в Университете Стелленбоша
  • Группа по исследованию процессов и моделированию интеллектуальных систем (PRISM) в Университете имени Бригама Янга (BYU)
  • Инженерные технологические системы в CMU
  • Лаборатория инженерии технологических систем Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена
  • Лаборатория инженерии технологических систем (MIT)
  • Консалтинг по технологическому проектированию в Канаде
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Process_engineering&oldid=1251967276"