ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Опытные установки и масштабный переход из "Основы создания технологического процесса получения полимеров" Все это касается только химической реакции. Существуют еще проблемы, возникающие при поиске путей разделения реакционных смесей, выделения главного и побочных продуктов реакции, их очистки, возвращения в цикл непрореагировавших исходных веществ, регенерации растворителей, транспортирования твердых и гетерогенных систем и т. п. Следует еще иметь в виду, что если проблемы основного синтеза обычно тщательно и детально исследуются в лаборатории, то целый ряд других существенных вопросов, как правило, из поля зрения исследователя выпадают или по самому своему характеру (например, транспортирование) в лабораторных условиях не могут быть решены. [c.240] Считается, что методы моделирования химико-технологнче-ских процессов прошли три основных этапа эмпирическое моделирование, моделирование на основе теории подобия и математическое моделирование [197]. Согласно [197] первый этап — эмпирическое моделирование — начался в конце XIX — начале XX века и длился вплоть до 50—60-х годов. Второй этап — моделирование на основе теории подобия — получил распространение в 40—60-е годы. Третий этап — метод математического моделирования является в настоящее время доминирующим. Однако, сложность, многофакторность химико-технологических процессов вообще, а процессов получения полимеров в особенности, практически исключает возможность его применения для составления полного математического описания. Даже в производстве таких крупнотоннажных полимеров, как полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол,. математические модели сегодня разработаны лишь для отдельных стадий синтеза и не охватывают всего технологического процесса. Для других, менее проработанных технологий получения полимеров математическое моделирование еще весьма робко делает свои первые шаги. [c.241] Несколько иначе обстоит дело с моделированием на основе теории подобия. Плодотворность самой теории подобия, позволившей представлять протекание сложных физико-химических процессов в виде безразмерных комплексов — критериев подобия, нагляднее всего проявилась в науке о процессах и аппаратах общей химической технологии. Здесь теория подобия стала краеугольным камнем. На ее основе были развиты и получили широкое распространение самые разнообразные методы исследования и расчетов химической аппаратуры, многие из которых являются незаменимыми и в настоящее время. Но применительно к вопросам моделирования кинетических зависимостей в химических процессах возможности теории подобия оказались явно недостаточными. [c.241] Справедливости ради следует сказать, что его значение и по сей день весьма существенно, и пока рано считать устаревшими такие понятия, как инженерный опыт и интуиция . Наоборот, те же инженерный опыт и интуиция, вооруженные современными знаниями, в том числе и в области теории подобия и математического моделирования, вложенные в опытную установку, позволяют получать наиболее достоверные исходные данные, которые значительно снижают степень риска при увеличении масштаба реализации химико-технологического процесса. Таким образом, речь идет не столько об эмпирическом моделировании, сколько о моделировании экспериментальном, которое заключается в том, что масштабный переход от лабораторных исследований к промышленному производству наиболее целесообразно проводить путем создания промежуточных опытных установок с использованием всех достижений современной теоретической науки, и в первую очередь теории подобия и методов математического моделирования. Поэтому и рассмотрение масштабного перехода следует начать с обзора опытных установок. [c.242] По классификации ГИАП в химической промышленности различают три типа опытных установок лабораторные модельные и стендовые (пилотные установки) опытно-промышленные. [c.242] К модельным установкам высокого давления относятся установки, работающие под давлением газов и жидкостей свыше 1000 МПа, для которых Р-У для каждого аппарата не превышает 0,1 МПа-м . [c.243] Модельные установки, работающие под избыточным давлением до 0,07 МПа, независимо от агрессивности среды могут создаваться объемом до /50 установки промышленного масштаба (как для каждого аппарата, так и для установки в целом). [c.243] Опытно-промышленные установки — это установки, создаваемые на промышленных предприятиях как самостоятельные, так и на базе одного блока или одной технологической линии цеха предприятия для освоения нового технологического процесса производства, аппаратуры, систем автоматического контроля, регулирования и безопасности проведения технологического процесса. [c.243] Число параметров, которые должны быть исследованы на лабораторной установке, практически не ограничено. Они будут каждый раз меняться в зависимости от того, моделью какого химико-технологического процесса является данная конкретная установка. Но главное остается непреложным — установка должна снабдить разработчиков первыми сведениями, первыми исходными данными, которые необходимы для проектирования изучаемой технологии. Это первый этап масштабного перехода. [c.244] Модельные и стендовые (пилотные) установки являются, по существу, следующим, вторым этапом моделирования химикотехнологического процесса. Эти установки имеют более крупные размеры. О них можно сказать то же, что и о лабораторных установках, с той лишь разницей, что назначение этих установок —. расширить, уточнить, дополнить те исходные данные для проектирования, которые были получены на лабораторной установке. Принципиальным отличием модельной установки от лаборатор- ной является тип используемой аппаратуры. [c.244] Таким образом, именно здесь начинается инженерный поиск в области аппаратурного оформления технологического процесса, возможно, потому, что модельная установка уже может дать достаточное количество полупродуктов для испытания моделей аппаратов как вновь конструируемых, так и типовых (например, центрифуги, фильтры, сушилки и т. д.). Поэтому на этом этапе начинается работа с машиностроительными организациями по разработке и подбору необходимых аппаратов и машин. [c.245] То же следует сказать и о проработке основных принципов контроля, автоматизации и управления производством. Наличие рабочих сред позволяет организовать разработку и испытание новых аналитических приборов и средств автоматизации. [c.245] Особое внимание необходимо уделить мероприятиям по охране окружающей среды. Для этого нужно идентифицировать все отходы, сточные воды, газовые выбросы, проработать все варианты и возможности утилизации отходов, изыскать потенциальные потребности и согласовать технические требования к реализуемым отходам производства. Очень важно проработать вопросы обезвреживания химически загрязненных сточных вод и газовых выбросов. При этом особое внимание следует обратить на наличие на все применяемые в технологии и образующиеся в процессе синтеза индивидуальные химические вещества нормативов предельно допустимых концентраций как в стоках, сбрасываемых в водоемы или на биоочистные сооружения, так и в газовых выбросах. Эта работа должна начинаться на этапе лабораторных исследований, так как разработка таких нормативов специализированными институтами Минздрава СССР требует длительного времени (не менее одного года), но модельная установка уже должна предоставить материал для исследований и подготовить все необходимые данные, без которых проектирование и последующее согласование проектной документации в органах Госкомгидромета невозможно. [c.245] Для организации самих модельных установок необходимо иметь лабораторный регламент, монтажную схему со спецификацией оборудования, КИП, арматуры и трубопроводов чертежи обших видов основных аппаратов и технические условия на их изготовление, установочные чертежи для их монтажа и сметно-финансовый расчет. [c.246] Опытно-промышленные установки (иногда их называют опытно-промышленным производством) —это последний промежуточный этап масштабного перехода. В них уже все должно быть, как в будущем производстве. Во всяком случае увеличение масштаба промышленного объекта по сравнению с опытно-промышленным не может быть более 10 (обычно трех-, пятикратное). В составе опытно-промышленной установки должна быть реализована полная технологическая схема с рециклами, регенерацией растворителей и переработкой отходов, потому что циркулирующие в ней продуктовые потоки уже исчисляются кубометрами и не могут быть просто так выведены на сторону или, наоборот, введены со стороны. Все должно производиться и перерабатываться внутри установки. Вырабатываемая продукция и реализуемые отходы должны иметь конкретных потребителей. Должны быть решены вопросы расфасовки и упаковки, тары и транспорта. [c.246] Аппаратурное оформление опытно-промышленной установки должно включать головные образцы того основного технологического оборудования, которое было разработано и изготовлено по данным модельной установки. То же касается приборов и средств контроля и автоматизации. Все они проходят испытания и доводку в процессе эксплуатации опытно-промышленной установки. Так же уточняются и дополняются технические требования к типовому оборудованию. Особое внимание следует обратить на межцеховое транспортирование сырья, полупродуктов и готовой продукции. Эти вопросы должны быть окончательно отработаны на опытно-промышленной установке. [c.246] Как правило, создание опытно-промышленной установки рассматривается как задача капитального строительства, а потому необходим полный объем проектно-сметной документации, предусмотренный строительными нормами и правилами. [c.246] Таким образом, переход от лабораторных исследований к проектированию промышленного производства может быть осуществлен только путем экспериментального моделирования на опытных установках с постепенным увеличением размеров аппаратуры и последовательным усложнением технологической схемы и выполняемых операций. В общем случае это должно происходить в три этапа — лабораторная установка, модельная или стендовая (пилотная) установка и опытно-промышленная установка. Такой путь до минимума снижает степень риска при строительстве крупнотоннажного промышленного производства. [c.246] Однако всегда ли этот путь оптимален Не связан ли он с неоправданными затратами времени и ресурсов Действительно, для того чтобы пройти его полностью, практически требуется от 5 до 7 лет. Это большой срок, и с ним можно согласиться только в случае создания сложных, многостадийных технологических процессов получения новых конструкционных полимерных материалов. В более простых случаях обычно ограничиваются двумя этапами. При этом, если для проведения процесса требуется специализированное оборудование, то задачи лабораторной и модельной установок, могут быть совмещены за счет исключения лабораторной установки, если же нет необходимости в специальной аппаратуре, то можно от лабораторной установки сразу переходить к опытно-промышленной. Следует только иметь в виду, что никакие упрощения и облегчения на пути от лабораторных исследований к проектированию промышленного производства не освобождают разработчиков новой технологии от ответа на любые вопросы проектировщиков. Полнота исходных данных для проектирования не должна зависеть от того, каким путем — коротким или длинным — они получены. [c.247] С этой точки зрения следует рассмотреть еще одну проблему — когда наиболее целесообразно подключать к работе над будущим процессом инженеров-технологов, проектировщиков Чем раньше, тем лучше. Проектировщик-технолог должен быть участником создания даже лабораторной установки. Однако здесь он только консультант-советчик. Его нужно посвящать во все вопросы работы лабораторной установки, и он должен участвовать в обсуждении результатов ее работы. К созданию модельной установки его можно привлечь уже и как участника ее проектирования. Во всяком случае, ни один из вопросов, связанных с разработкой нового или подбором типового оборудования, не может и не должен решаться без проектировщиков. Так что на этапе создания модельной установки исследователь и проектировщик должны работать в тесном содружестве, постоянно дополняя друг друга. Опытно-промышленная установка является результатом коллективного труда проектировщиков разных специальностей, так как для ее строительства необходима про-ектно-сметная документация в полном объеме. Наоборот, здесь уже от исследователя ждут советов, рекомендаций, пояснений к выданным им исходным данным для проектирования, но он также должен быть привлечен к обсуждению любой ситуации, возникающей при проектировании технологической части, и именно он дает заключение о ее соответствии полученным на предыдущих этапах исходным данным. [c.247] Вернуться к основной статье