WikiDer > Технологический инжиниринг

Process engineering

Технологический инжиниринг это понимание и применение фундаментальных принципов и законов природы, которые позволяют нам преобразовывать сырье и энергию в продукты, полезные для общества на промышленном уровне.[1] Воспользовавшись движущими силами природы, такими как градиенты давления, температуры и концентрации, а также законом сохранения массы, инженеры-технологи могут разработать методы для синтеза и очистки больших количеств желаемых химических продуктов.[1] Технологический инжиниринг фокусируется на проектировании, эксплуатации, управлении, оптимизации и интенсификации химических, физических и биологических процессов. Технологические процессы охватывают широкий спектр отраслей, таких как сельское хозяйство, автомобильный, биотехнический, химический, еда, материальное развитие, добыча полезных ископаемых, ядерный, нефтехимический, фармацевтический, и разработка программного обеспечения. Применение систематических компьютерных методов в технологическом проектировании называется «инженерией технологических систем».

Обзор

Инжиниринг процессов включает использование множества инструментов и методов. В зависимости от точного характера системы, процессы необходимо моделировать и моделировать с использованием математики и информатики. Процессы, в которых важны фазовый переход и фазовое равновесие, требуют анализа с использованием принципов и законов термодинамики для количественной оценки изменений энергии и эффективности. Напротив, процессы, которые сосредоточены на потоке материала и энергии по мере приближения к равновесию, лучше всего анализировать с использованием дисциплин механики жидкости и явлений переноса. Дисциплины в области механики должны применяться в присутствии жидкостей или пористых и дисперсных сред. При необходимости также необходимо применять принципы материаловедения.[1]

Производство в области технологии производства включает в себя выполнение этапов синтеза процесса.[2] Независимо от того, какие именно инструменты требуются, технологический процесс затем форматируется с использованием Диаграмма процесса (PFD) где материальный поток пути, складское оборудование (например, резервуары и силосы), преобразования (например, ректификационные колонны, ресиверы / напорные баки, смешивание, разделение, откачка и т. д.) и скорость потока указаны, а также список всех труб и конвейеров и их содержимого, свойства материала, такие как плотность, вязкость, Распределение частиц по размерам, расход, давление, температура и материалы конструкции для трубопроводов и единичные операции.[1]

Затем блок-схема процесса используется для разработки схема трубопроводов и КИПиА (P&ID), который графически отображает текущий процесс. P&ID должны быть более сложными и конкретными, чем PFD.[3] Они представляют менее запутанный подход к дизайну. Затем P&ID используется в качестве основы для разработки «руководства по эксплуатации системы» или «спецификация функционального дизайна", в котором описывается работа процесса.[4] Он направляет процесс через работу оборудования, безопасность при проектировании, программировании и эффективное общение между инженерами.[5]

Предлагаемая схема (общая схема) процесса может быть показана на диаграмме P&ID сверху вниз (план участка) и вид сбоку (возвышение), а также другие инженерные дисциплины, такие как инженеры-строители для строительных работ (землеройные работы), проектирования фундамента, работ по проектированию бетонных плит, конструкционной стали для поддержки оборудования и т. д. Все предыдущие работы направлены на определение объема проекта, затем на разработку сметы затрат для установки конструкции и график, чтобы сообщить временные потребности для проектирования, закупок, изготовления, установки, ввода в эксплуатацию, запуска и текущего производства процесса.

В зависимости от необходимой точности сметы затрат и требуемого графика, клиентам или заинтересованным сторонам, как правило, предоставляется несколько итераций проектов, которые подтверждают свои требования. Инженер-технолог включает эти дополнительные инструкции (пересмотр объема работ) в общий проект и дополнительную смету затрат, а графики разрабатываются для утверждения финансирования. После утверждения финансирования проект реализуется через управление проектом.[6]

Основные направления в технологическом проектировании

Технологическую деятельность можно разделить на следующие дисциплины:[7]

  • Разработка процесса: синтез восстановление энергии сети, синтез дистилляция системы (азеотропный), синтез реакторных сетей, схемы иерархической декомпозиции, оптимизация надстройки, проектирование многопродуктовых серийных установок, проектирование производственных реакторов для производства плутония, проектирование атомных подводных лодок.
  • Контроль над процессом: управление с прогнозированием модели, меры управляемости, робастное управление, нелинейное управление, статистическое управление процессами, мониторинг процессов, термодинамика-основанный контроль, обозначаемый тремя основными элементами: набором измерений, методом проведения измерений и системой управления желаемым измерением.[8]
  • Технологические операции: планирование технологических сетей, многопериодное планирование и оптимизация, согласование данных, оптимизация в реальном времени, меры гибкости, диагностика неисправностей.
  • Вспомогательные инструменты: последовательное модульное моделирование на основе уравнений моделирование процесса, AI/экспертные системы, крупномасштабное нелинейное программирование (НЛП), оптимизация дифференциально-алгебраических уравнений (ДАУ), смешанно-целочисленное нелинейное программирование (MINLP),[9] глобальная оптимизация, оптимизация в условиях неопределенности,[10][11] и развертывание функции качества (QFD).[12]
  • Экономика процесса:[13] Это включает использование программного обеспечения для моделирования, такого как ОСИНА ,Супер-профи для определения точки безубыточности, чистой приведенной стоимости, предельных продаж, предельных затрат, рентабельности инвестиций промышленного предприятия после анализа тепломассообмена предприятия.[13]
  • Аналитика данных процесса: применение аналитика данных и машинное обучение методы решения производственных проблем.[14][15]

История технологического процесса

С незапамятных времен в промышленных процессах использовались различные химические методы. Тем не менее, только с появлением термодинамики и закона сохранения массы в 1780-х годах технология процессов была должным образом разработана и реализована как отдельная дисциплина. Набор знаний, который сейчас известен как технологическая инженерия, был создан методом проб и ошибок на протяжении всей промышленной революции.[1]

Период, термин процесс, поскольку это относится к промышленности и производству, восходит к 18 веку. В этот период времени спрос на различные продукты начал резко возрастать, и от инженеров-технологов требовалось оптимизировать процесс, в котором эти продукты были созданы.[1]

К 1980 году концепция технологического процесса возникла из того факта, что химическая инженерия методы и методы используются в различных отраслях. К этому времени технологический процесс был определен как «набор знаний, необходимых для проектирования, анализа, разработки, построения и управления оптимальным образом процессов, в которых изменяется материал».[1] К концу 20-го века технологические процессы расширились от технологий, основанных на химической инженерии, до других приложений, включая металлургическое машиностроение, Агротехника, и разработка продукта.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Технологический инжиниринг и промышленный менеджмент. Даль Пон, Жан-Пьер. Лондон: ISTE Ltd. 2012. ISBN 9781118562130. OCLC 830512387.CS1 maint: другие (связь)
  2. ^ Моди, Дэвид (2011). «Обзор проектирования химических процессов». Труды Канадской ассоциации инженерного образования. Дои:10.24908 / pceea.v0i0.3824. S2CID 109260579.
  3. ^ «Узнайте, как читать чертежи P&ID - полное руководство». hardhatengineer.com. Получено 11 сентября 2018.
  4. ^ «Спецификация функционального дизайна». Историк на тропе войны. 2 апреля 2006 г.. Получено 11 сентября 2018.
  5. ^ Баркель, Барри М. «Схемы трубопроводов и приборов» (PDF). Айше. Получено 11 сентября 2019.
  6. ^ Моделирование и управление инженерными процессами. Хейсиг, Питер, 1962-, Кларксон, Джон, 1961-, Вайна, С. (Шандор), 1952-. Лондон: Спрингер. 2010 г. ISBN 9781849961998. OCLC 637120594.CS1 maint: другие (связь)
  7. ^ Проблемы исследования в области проектирования технологических систем Авторы: Игнасио Э. Гроссманн и Артур В. Вестерберг, факультет химического машиностроения Университета Карнеги-Меллон в Питтсбурге, Пенсильвания
  8. ^ Кершенбаум, Л. "Контроль над процессом". Термопедия. Получено 15 сентября 2019.
  9. ^ Сахинидис, Н.В. (2019). «Смешано-целочисленное нелинейное программирование 2018». Оптимизация и инжиниринг. 20 (2): 301–306. Дои: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. Дои:10.1016 / j.compchemeng.2003.09.017.
  11. ^ Нин, Чао; Ты, 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. Дои:10.1016 / j.compchemeng.2019.03.034. S2CID 96440317.
  12. ^ «Построение лучшей системы предоставления услуг: новое партнерство в области инженерии и здравоохранения». Национальный центр биотехнологической информации. Получено 15 сентября 2019.
  13. ^ а б Р., Купер, Джеймс (2003). Экономика технологического проектирования. Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0824756371. OCLC 53905871.
  14. ^ https://www.mdpi.com/journal/processes/special_issues/data_analytics
  15. ^ Шан, Чао; Ты, Фэнци (2019). «Аналитика данных и машинное обучение для интеллектуального непрерывного производства: последние достижения и перспективы в эпоху больших данных». Инженерное дело. 5 (6): 1010–1016. Дои:10.1016 / j.eng.2019.01.019.

внешняя ссылка