Интеграция процессов

Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют соответствующие встроенные цитаты . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, введя более точные цитаты. ( Апрель 2014 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Интеграция процессов — термин в химической инженерии , имеющий два возможных значения.

1. Целостный подход к проектированию процесса , который подчеркивает единство процесса и рассматривает взаимодействие между различными операциями блока с самого начала, а не оптимизирует их по отдельности. Это также можно назвать интегрированным проектированием процесса или синтезом процесса . El-Halwagi (1997 и 2006) и Smith (2005) хорошо описывают этот подход. Важным первым шагом часто является проектирование продукта (Cussler и Moggridge 2003), которое разрабатывает спецификацию для продукта, чтобы он соответствовал требуемому назначению.
2. Анализ пинча , метод проектирования процесса для минимизации потребления энергии и максимизации рекуперации тепла, также известный как интеграция тепла , интеграция энергии или технология пинча . Метод вычисляет термодинамически достижимые энергетические цели для данного процесса и определяет, как их достичь. Ключевым моментом является температура пинча , которая является наиболее ограниченной точкой в ​​процессе. Наиболее подробное объяснение методов дано Линнхоффом и др. (1982), Шеной (1995), Кемпом (2006) и Кемпом и Лимом (2020), а также оно широко представлено в Смите (2005). Это определение отражает тот факт, что первым крупным успехом в области интеграции процессов был анализ термического пинча, решающий энергетические проблемы и впервые предложенный Линнхоффом и его коллегами. Позднее были разработаны другие анализы пинча для нескольких приложений, таких как массообменные сети (El-Halwagi и Manousiouthakis, 1989), минимизация воды (Wang и Smith, 1994) и рециркуляция материалов (El-Halwagi и др., 2003). Очень успешным расширением стал «Hydrogen Pinch», который был применен к управлению водородом на нефтеперерабатывающих заводах (Nick Hallale и др., 2002 и 2003). Это позволило нефтеперерабатывающим заводам минимизировать капитальные и эксплуатационные затраты на поставку водорода для соответствия все более строгим экологическим нормам, а также увеличить выход гидроочистки.

В контексте химической инженерии интеграцию процессов можно определить как комплексный подход к проектированию и оптимизации процессов, который использует взаимодействие между различными подразделениями с целью эффективного использования ресурсов и минимизации затрат.

Интеграция процессов не ограничивается проектированием новых заводов, но также охватывает проектирование модернизации (например, новые блоки, которые будут установлены на старом заводе) и эксплуатацию существующих систем. Ник Халлейл (2001) объясняет, что благодаря интеграции процессов отрасли получают больше прибыли от своего сырья и основных фондов, становясь при этом чище и более устойчивыми. ^[1]

Главное преимущество интеграции процессов заключается в том, что система рассматривается как единое целое (т. е. интегрированный или целостный подход) с целью улучшения ее конструкции и/или эксплуатации. Напротив, аналитический подход будет пытаться улучшить или оптимизировать технологические единицы по отдельности, не обязательно используя потенциальные взаимодействия между ними.

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

Обычно методы интеграции процессов применяются 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 лучшей интеграции системы (новой или существующей) и снижения капитальных и/или эксплуатационных затрат.

Большинство методов интеграции процессов используют анализ Pinch или инструменты Pinch для оценки нескольких процессов как единой системы. Поэтому, строго говоря, обе концепции не являются одинаковыми, даже если в определенных контекстах они используются взаимозаменяемо. Обзор Ника Халлейла (2001) объясняет, что в будущем в этой области следует ожидать нескольких тенденций. В будущем, по-видимому, граница между целями и проектированием будет размыта, и они будут основаны на более структурной информации относительно технологической сети. Во-вторых, вероятно, что мы увидим гораздо более широкий спектр приложений интеграции процессов. Еще многое предстоит сделать в области разделения, не только в сложных системах дистилляции, но и в смешанных типах систем разделения. Это включает процессы, включающие твердые вещества, такие как флотация и кристаллизация. Использование методов интеграции процессов для проектирования реакторов быстро прогрессирует, но все еще находится на ранних стадиях. В-третьих, ожидается появление нового поколения программных средств. Появление коммерческого программного обеспечения для интеграции процессов имеет основополагающее значение для его более широкого применения в проектировании процессов.

• Касслер, Э. Л. и Моггридж, Г. Д. (2001). Проектирование химических продуктов . Cambridge University Press (серия Cambridge по химическому машиностроению). ISBN 0-521-79183-9 
• Эль-Халваги, ММ, (2006) «Интеграция процессов», Elsevier
• Эль-Халваги, ММ, (1997) «Предотвращение загрязнения путем интеграции процессов», Academic Press
• Эль-Халваги, М.М., Ф. Габриэль и Д. Харелл, (2003) «Тщательное графическое планирование для сохранения ресурсов с помощью сетей переработки/повторного использования материалов», штат Индиана, инженер. хим. Рез., 42, 4319-4328
• Эль-Халваги, ММ, и Манусиутакис, В. (1989). Синтез сетей массообмена. AIChE J. 35(8), 1233-1244.
• Халлейл, Ник (2001), «Яркое пламя: тенденции в интеграции процессов», Chemical Engineering Progress, июль 2001 г.
• Халлейл, Н. Ян Мур, Деннис Вок, «Оптимизация водорода при минимальных инвестициях», Petroleum Technology Quarterly (PTQ), весна (2003)
• Kemp, IC (2006). Pinch Analysis and Process Integration: A User Guide on Process Integration for the Efficient Use of Energy, 2nd edition . Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-8260-4 . Включает загружаемое программное обеспечение для работы с электронными таблицами. 
• Kemp, IC и Lim, JS (2020). Pinch-анализ для снижения энергопотребления и углеродного следа: руководство пользователя по интеграции процессов для эффективного использования энергии, 3-е издание . Включает загружаемое программное обеспечение для электронных таблиц. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-102536-9 . 
• Линхофф, Б., Д. В. Таунсенд, Д. Боланд, Г. Ф. Хьюитт, Б. Э. А. Томас, А. Р. Гай и Р. Х. Марсланд, (1982) «Руководство пользователя по интеграции процессов для эффективного использования энергии», IChemE, Великобритания.
• Шеной, У. В. (1995). «Синтез сети теплообменников: оптимизация процесса с помощью анализа энергии и ресурсов». Включает два компьютерных диска. Gulf Publishing Company, Хьюстон, Техас, США. ISBN 0-88415-391-6 . 
• Смит, Р. (2005). Проектирование и интеграция химических процессов . John Wiley and Sons. ISBN 0-471-48680-9 

• Vauck, Dennis (сентябрь 2002 г.), «Водород: ответственность или актив?», Chemical Engineering Progress , архивировано из оригинала 12 апреля 2008 г.
• Ван, Я. П. и Р. Смит (1994). Минимизация сточных вод. Химия. Инж. Науки, 49, 981-1006