Химический завод - Chemical plant

BASF Химический завод Портсмут сайт в Западный Норфолк зона Портсмут, Вирджиния, Соединенные Штаты. Завод обслуживается Железная дорога Содружества.
Часть набор на
Химическая инженерия
Основы
Единичные процессы
Аспекты
Глоссарии
Категория Категория

А химический завод является производственный процесс завод который производит (или иным образом обрабатывает) химикаты, обычно в больших масштабах.[1] Общая цель химического завода - создать новое материальное богатство за счет химического или биологического преобразования и / или разделения материалов.[2] Химические заводы используют в производственном процессе специализированное оборудование, агрегаты и технологии. Другие виды заводов, такие как полимерные, фармацевтические, пищевые и некоторые предприятия по производству напитков, электростанции, нефтеперерабатывающие заводы или другой нефтеперерабатывающие заводы, переработка природного газа и биохимические заводы, воды и Сточные Воды лечение и загрязнение В контрольном оборудовании используется множество технологий, которые имеют сходство с технологиями химических заводов, например, жидкостные системы и системы химических реакторов. Некоторые сочтут нефтеперегонный завод или фармацевтический или полимер производитель чтобы быть эффективным химическим заводом.

Нефтехимия заводы (заводы, использующие химические вещества из нефти в качестве сырья или сырье) обычно расположены рядом с нефтеперегонный завод к свести к минимуму транспорт затраты на сырье, производимое заводом. Специальная химия[3] и тонкий химикат растения обычно намного меньше по размеру и не так чувствительны к местоположению. Были разработаны инструменты для преобразования базовой стоимости проекта из одного географического местоположения в другое.[4]

Химические процессы

Использование химических заводов химические процессы, которые представляют собой подробные промышленные методы преобразования химического сырья в продукты. Один и тот же химический процесс может использоваться более чем на одном химическом заводе, с возможно разной производительностью на каждом заводе. Кроме того, химический завод на участке может быть построен для использования более чем одного химического процесса, например, для производства нескольких продуктов.

Химический завод обычно имеет большие емкости или секции, называемые единицы или линии которые связаны между собой трубопровод или другое оборудование для перемещения материалов, которое может нести потоки материала. Такие материальные потоки могут включать жидкости (газ или жидкость в трубопроводе) или иногда твердые вещества или смеси, такие как суспензии. Общий химический процесс обычно состоит из этапов, называемых единичные операции которые встречаются в отдельных единицах. Сырье, поступающее в химический процесс или завод в качестве сырья для преобразования в продукт, обычно называется сырье, или просто подача. В дополнение к сырью для установки в целом, входящий поток материала, который должен обрабатываться в конкретном блоке, аналогичным образом может считаться сырьем для этого блока. Потоки вывода от завода в целом являются конечными продуктами, а иногда потоки вывода от отдельных единиц могут считаться промежуточными продуктами для своих единиц. Однако конечные продукты с одного завода могут быть промежуточными химическими веществами, используемыми в качестве сырья на другом заводе для дальнейшей обработки. Например, некоторые продукты нефтеперерабатывающего завода могут использоваться в качестве сырья на нефтехимических заводах, которые, в свою очередь, могут производить сырье для фармацевтических заводов.

Либо сырье (я), продукт (ы), либо оба могут быть индивидуальными. соединения или смеси. Часто нецелесообразно полностью разделять компоненты в этих смесях; Конкретные уровни чистоты зависят от требований к продукту и экономики процесса.

Операции

Химические процессы могут выполняться в непрерывный или партия операция.

Пакетная операция

В партия операции производство происходит последовательно во времени дискретными партиями. Подача партии сырья (материалов) (или заряжен) в процесс или установку, затем происходит химический процесс, затем удаляются продукты и любые другие выходы. Такое серийное производство может повторяться снова и снова с новыми партиями сырья. Периодический режим обычно используется на небольших предприятиях, таких как производство фармацевтической продукции или специальных химикатов, с целью повышения прослеживаемости, а также гибкости. товар или нефтехимия в то время как серийные заводы чаще встречаются в специальность и тонкий химикат производство, а также фармацевтический активный ингредиент (API) производство.

Непрерывная работа

В непрерывный операции, все этапы выполняются непрерывно во времени. Во время обычной непрерывной работы подача и удаление продукта представляют собой непрерывные потоки движущегося материала, которые вместе с самим процессом происходят одновременно и непрерывно. Химические заводы или агрегаты в непрерывном режиме обычно находятся в устойчивое состояние или приблизительное установившееся состояние. Устойчивое состояние означает, что количества, относящиеся к процессу, не меняются с течением времени во время работы. Такие постоянные количества включают поток скорость потока, скорость нагрева или охлаждения, температуры, давление, и химический состав в любой данной точке (месте). Непрерывная работа более эффективна во многих крупномасштабных операциях, таких как нефтеперерабатывающие заводы. Некоторые установки могут работать непрерывно, а другие - в периодическом режиме на химическом заводе; например, см. Непрерывная перегонка и Периодическая перегонка. Количество первичного сырья или продукта в единицу времени, которое завод или установка может обрабатывать, называется вместимость этого завода или подразделения. Например: мощность нефтеперерабатывающего завода может быть выражена в бочки из сырая нефть очищенный в день; в качестве альтернативы мощность химического завода может быть указана в тонны продукта, произведенного в день. В реальной повседневной работе установка (или установка) будет работать на процент от своей полной мощности. Инженеры обычно предполагают 90% рабочего времени для установок, которые работают в основном с жидкостями, и 80% времени безотказной работы для установок, которые в основном работают с твердыми частицами.

Агрегаты и жидкостные системы

Конкретный единичные операции проводятся в определенных видах подразделений. Хотя некоторые агрегаты могут работать при температуре или давлении окружающей среды, многие агрегаты работают при более высоких или более низких температурах или давлениях. Сосуды на химических заводах часто цилиндрический с закругленными концами, форма, которая может выдерживать высокое давление или вакуум. Химические реакции может преобразовывать определенные виды соединения в другие соединения в химические реакторы. Химические реакторы могут быть упакованные кровати и может иметь твердые неоднородные катализаторы которые остаются в реакторах по мере прохождения жидкостей, или могут быть просто сосудами с мешалкой, в которых происходят реакции. Поскольку поверхность твердых гетерогенных катализаторов иногда может «отравиться» от отложений, таких как кокс может потребоваться регенерация катализаторов. Псевдоожиженные слои также может использоваться в некоторых случаях для обеспечения хорошего перемешивания. Также могут быть отряды (или подразделения) для смешивание (в том числе растворение), разделение, обогрев, охлаждение или их комбинация. Например, химические реакторы часто имеют перемешивание для перемешивания и нагревание или охлаждение для поддержания температуры. При проектировании заводов в больших масштабах, тепло, выделяемое или поглощаемое химическими реакциями должны быть рассмотрены. Некоторые растения могут иметь единицы с культурами организмов для биохимических процессов, таких как ферментация или фермент производство.

Дистилляция единица в Италия

Процессы разделения включают фильтрация, поселение (седиментация), добыча или выщелачивание, дистилляция, перекристаллизация или атмосферные осадки (с последующей фильтрацией или отстаиванием), обратный осмос, сушка, и адсорбция. Теплообменники часто используются для обогрева или охлаждения, в том числе кипячение или конденсация, часто в сочетании с другими установками, такими как дистилляционные башни. Также может быть хранилище танки для хранения сырья, промежуточных или конечных продуктов или отходов. Резервуары для хранения обычно имеют индикаторы уровня, чтобы показать, насколько они полны. Могут быть структуры, удерживающие или поддерживающие иногда массивные единицы и связанное с ними оборудование. Часто есть лестницы, лестницы или другие ступеньки, по которым персонал может добраться до точек в установках для отбора проб, осмотра или обслуживания. Площадь завода или объекта с многочисленными резервуарами для хранения иногда называют нефтебаза, особенно на нефтебаза.

Гидравлические системы для транспортировки жидкостей и газов включают трубопроводы и трубки различного диаметра, различные типы клапаны для управления или остановки потока, насосы для перемещения или нагнетания жидкости, и компрессоры для нагнетания или перемещения газов. Сосуды, трубопроводы, трубки и иногда другое оборудование, работающее при высокой или очень низкой температуре, обычно покрывают изоляция для безопасности персонала и поддержания температуры внутри. Гидравлические системы и агрегаты обычно имеют приборы такие как датчики температуры и давления и измерение расхода устройства в выбранных местах на заводе. онлайн анализаторы для анализа химических или физических свойств стали более распространенными. Растворители иногда можно использовать для растворения реагенты или материалы, такие как твердые вещества для экстракции или выщелачивания, чтобы обеспечить подходящую среду для протекания определенных химических реакций, или чтобы их можно было иначе рассматривать как жидкости.

Проектирование химического завода

Блок-схема для типичного нефтеперегонный завод

Сегодня фундаментальные аспекты проектирование химические заводы сделаны инженеры-химики. Исторически так было не всегда, и многие химические заводы были построены бессистемно до того, как дисциплина химическая инженерия установился. Химическая инженерия была впервые создана как профессия в Соединенном Королевстве, когда первый курс химической инженерии был прочитан в Манчестерском университете в 1887 году. Джордж Э. Дэвис в виде двенадцати лекций, посвященных различным аспектам промышленной химической практики.[5] Как следствие Джордж Э. Дэвис считается первым в мире инженером-химиком. Сегодня химическая инженерия - это профессия, и профессиональные инженеры-химики с опытом могут получить статус дипломированного инженера через Институт инженеров-химиков.

При проектировании заводов обычно коммерциализируется менее 1 процента идей новых конструкций. Во время этого процесса решения, как правило, исследования затрат используются в качестве первоначального отбора для исключения нерентабельных проектов. Если процесс кажется прибыльным, учитываются другие факторы, такие как безопасность, экологические ограничения, управляемость и т. Д.[2] Общая цель проектирования завода - построить или синтезировать «оптимальные проекты» в окрестности желаемых ограничений.[6]

Много раз химики исследовать химические реакции или другие химические принципы в лаборатория, обычно в небольшом масштабе в "периодических" экспериментах. Полученная химическая информация затем используется инженерами-химиками вместе с их собственным опытом для преобразования в химический процесс и увеличения размера партии или производительности. Обычно небольшой химический завод под названием пилотный проект предназначен для предоставления проектной и эксплуатационной информации перед строительством крупного завода. Исходя из данных и опыта эксплуатации, полученных на пилотной установке, масштабная установка может быть спроектирована на большую или полную мощность. После определения фундаментальных аспектов конструкции завода, механический или инженеры-электрики могут быть связаны с механическими или электрическими деталями соответственно. Строительные инженеры могут участвовать в проектировании станции, чтобы гарантировать, что конструкции могут поддерживать вес агрегатов, трубопроводов и прочего оборудования.

Агрегаты, потоки и жидкостные системы химических заводов или процессов могут быть представлены блок-схемы которые являются очень упрощенными диаграммами, или технологические схемы которые несколько подробнее. Потоки и другие трубопроводы показаны линиями со стрелками, показывающими обычное направление потока материала. На блок-схемах единицы часто просто показаны в виде блоков. На технологических схемах могут использоваться более подробные символы и показаны насосы, компрессоры и основные клапаны. Вероятные значения или диапазоны расходов материалов для различных потоков определяются на основе желаемой производительности установки с использованием расчетов материального баланса. Энергетические балансы также составляются на основе горячность реакции, тепловые мощности, ожидаемые температуры и давления в различных точках для расчета количества нагрева и охлаждения, необходимого в разных местах, и для определения размеров теплообменников. Более подробно проект химического завода можно показать на схема трубопроводов и КИПиА (P&ID), на котором показаны все трубопроводы, трубки, клапаны и приборы, обычно со специальными символами. Отображение всей установки в P&ID часто затруднено, поэтому часто в одной P&ID отображаются только отдельные блоки или определенные гидравлические системы.

В конструкции установки размеры блоков рассчитаны на максимальную производительность, с которой каждый может работать. Точно так же размеры труб, насосов, компрессоров и связанного оборудования выбираются в зависимости от пропускной способности, с которой они должны работать. Коммунальные системы, такие как электроэнергия и воды поставка также должна быть включена в проект завода. Возможно, потребуется включить дополнительные трубопроводы для нестандартных или альтернативных рабочих процедур, таких как запуск и останов установки или установки. Конструкция жидкостных систем обычно включает запорные клапаны вокруг различных агрегатов или частей установки, чтобы часть установки могла быть изолирована в случае возникновения такой проблемы, как утечка в единице. Если используются клапаны с пневматическим или гидравлическим приводом, необходима система нагнетательных трубопроводов к исполнительным механизмам. Любые точки, где может потребоваться отбор технологических проб, должны иметь линии отбора проб, клапаны и доступ к ним, включенный в подробный проект. При необходимости следует предусмотреть меры по снижению высокого давления или температуры пробоотборного потока, включая редукционный клапан давления или охладитель образцов.

Агрегаты и жидкостные системы на заводе, включая все сосуды, трубопроводы, трубки, клапаны, насосы, компрессоры и другое оборудование, должны быть рассчитаны или спроектированы таким образом, чтобы они могли выдерживать весь диапазон давлений, температур и других условий, с которыми они могут столкнуться. , включая любые соответствующие факторы безопасности. Все такие агрегаты и оборудование также следует проверять на совместимость материалов чтобы они могли выдерживать длительное воздействие химикатов, с которыми они будут контактировать. Любая замкнутая система на заводе, которая имеет средства создания давления, возможно, превышающие номинальные для ее оборудования, такие как нагревание, экзотермические реакции или определенные насосы или компрессоры, должна иметь давление соответствующего размера. предохранительный клапан включены для предотвращения избыточного давления в целях безопасности. Часто все эти параметры (температура, давление, расход и т. Д.) Исчерпывающе анализируются вместе с помощью Hazop или анализ дерева отказов, чтобы гарантировать, что установка не имеет известного риска серьезной опасности.

В пределах любых ограничений, которым подвержена установка, проектные параметры оптимизированный для хороших экономических показателей при обеспечении безопасности и благополучия персонала и окружающего сообщества. Для обеспечения гибкости установка может быть спроектирована для работы в диапазоне некоторых оптимальных проектных параметров в случае изменения исходного сырья или экономических условий и желательности повторной оптимизации. В более современное время компьютерное моделирование или другие компьютерные вычисления использовались для помощи в проектировании или оптимизации химического завода.

Работа завода

Контроль процесса

В контроль процесса информация, автоматически собранная с различных датчиков или других устройств на предприятии, используется для управления различным оборудованием для работы установки, тем самым управляя работой установки. Инструменты, получающие такие информационные сигналы и отправляющие управляющие сигналы для автоматического выполнения этой функции, обрабатываются. контроллеры. Ранее пневматический Иногда использовались средства управления. Электрические теперь общие элементы управления. У растения часто бывает пункт управления с отображением таких параметров, как основные температуры, давления, скорости и уровни потока жидкости, рабочие положения основных клапанов, насосов и другого оборудования и т. д. Кроме того, операторы в диспетчерской могут управлять различными аспектами работы установки, часто в том числе автоматическое управление. Управление процессом с помощью компьютера представляет собой более современную технологию. На основании возможного изменения состава сырья, изменения требований к продуктам или экономики, или других изменений ограничений, рабочие условия могут быть повторно оптимизированы для максимизации прибыли.

Рабочие

Как и в любой другой промышленной среде, на химическом заводе работает множество рабочих, которые часто объединены в отделы, секции или другие рабочие группы. Такие работники обычно включают инженеры, операторы завода, и техники по обслуживанию. Другой персонал на объекте может включать химиков, менеджеров / администраторов и офисных работников. Типы инженеров, участвующих в эксплуатации или техническом обслуживании, могут включать инженеров-химиков, инженеров-механиков для обслуживания механического оборудования и инженеров-электриков / компьютерных инженеров для электротехники или компьютер оборудование.

Транспорт

Большие количества жидкого сырья или продукта могут попасть на завод или покинуть его. трубопровод, железная дорога цистерна, или Бензовоз. Например, нефть обычно поступает на нефтеперерабатывающий завод по трубопроводу. По трубопроводам также можно транспортировать нефтехимическое сырье с нефтеперерабатывающего завода на ближайший нефтехимический завод. Натуральный газ это продукт, который проходит путь от завода по переработке природного газа до конечных потребителей по трубопроводам или насосно-компрессорным трубам. Обычно в технологические установки закачивают большие количества жидкого сырья. Меньшие количества сырья или продукта могут быть отправлены на завод или с завода в ударные. Обычно используются бочки емкостью около 55 галлонов. упаковка промышленные количества химикатов. Меньшие партии сырья могут быть добавлены из бочек или других контейнеров в технологические установки рабочими.

Обслуживание

Помимо подачи и эксплуатации установки, а также упаковки или подготовки продукта к отправке, рабочие предприятия необходимы для взятия проб для текущего анализа и поиска неисправностей, а также для выполнения планового и внепланового обслуживания. Плановое техническое обслуживание может включать периодические проверки и замену изношенного катализатора, реагентов анализатора, различных датчиков или механических частей. Внеплановое обслуживание может включать в себя исследование проблем и их последующее устранение, таких как утечки, несоответствие спецификациям на сырье или продукт, механические отказы клапанов, насосов, компрессоров, датчиков и т. Д.

Соблюдение законодательных и нормативных требований

При работе с химикатами безопасность является проблемой, чтобы избежать таких проблем, как химические аварии. в Соединенные Штаты, закон требует, чтобы работодатели предоставляли работникам, работающим с химическими веществами, доступ к Паспорт безопасности материала (MSDS) для каждого вида химикатов, с которыми они работают. MSDS для определенного химического вещества готовится и предоставляется поставщиком тому, кто его покупает. Необходимо соблюдать другие законы, касающиеся химической безопасности, опасных отходов и загрязнения, в том числе законодательные акты, такие как Закон о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA) и Закон о контроле за токсичными веществами (TSCA) и такие правила, как Стандарты борьбы с терроризмом на химических объектах В Соединенных Штатах. Хазмат Группы (опасные материалы) обучены работе с утечками или разливами химических веществ. Анализ рисков технологического процесса (PHA) используется для оценки потенциала опасности на химических заводах. В 1998 г. Совет США по химической безопасности и расследованию опасностей вступил в строй.

Производственные мощности

Фактическая производственная или технологическая часть растения может находиться в помещении, на открытом воздухе или в сочетании того и другого. Это может быть традиционный завод палки или модульная платформа. Большие модульные салазки - особенно впечатляющее достижение инженерной мысли. Строится модульная платформа, включающая все модульное оборудование, необходимое для выполнения той же работы, которую может выполнять традиционный завод по производству стержней. Однако модульные салазки построены внутри стального каркаса, что позволяет доставить его на объект без необходимости его восстановления на месте. Модульная сборка на салазках приводит к более качественному функционированию конечного продукта, поскольку требуется меньше рабочих рук при настройке технологической установки модульных салазок на месте, что снижает риск неудач. Фактическая производственная часть объекта обычно имеет вид, скорее, производственную среду. Обычно носят каски и рабочую обувь. Полы и лестницы часто делают из металлической решетки, отделки практически нет. Также может быть контроль загрязнения или обработка отходов помещения или оборудование. Иногда существующие заводы могут быть расширены или модифицированы в зависимости от изменения экономики, сырья или потребностей в продукции. Как и в других производственных помещениях, здесь могут быть Перевозка и получение, и складское хозяйство. Кроме того, обычно есть некоторые другие объекты, обычно в помещении, для поддержки производства на объекте.

Хотя некоторые простые анализы проб могут быть выполнены техническими специалистами на территории завода, на химическом заводе обычно есть лаборатория где химики анализируют пробы, взятые с завода. Такой анализ может включать химический анализ или определение физических свойств. Анализ проб может включать рутинный контроль качества на сырье, поступающее на завод, промежуточные и конечные продукты для обеспечения качества технические характеристики которые встретились. Также могут быть взяты и проанализированы нестандартные пробы для исследования проблем производственного процесса. Более крупный химическая компания часто имеет исследовательскую лабораторию для разработки и тестирования продуктов и процессов, где могут быть пилотные установки, но такая лаборатория может располагаться на месте отдельно от производственных предприятий.

Завод может также иметь мастерскую или объект технического обслуживания для ремонта или содержания оборудования для технического обслуживания. Также обычно есть офисные помещения для инженеров, руководителей или администрации и, возможно, для приема посетителей. Декор там обычно более типичен для офисной среды.

Кластеризация предприятий товарной химии

Химические установки, используемые, в частности, для товарная химия и нефтехимический производства, расположены в относительно небольшом числе производственных предприятий по всему миру, в основном из-за потребностей инфраструктуры. Это менее важно для специальность или тонкий химикат серийные заводы. Не все товары / продукты нефтехимии производятся в каком-либо одном месте, но часто производятся группы родственных материалов, чтобы вызвать промышленный симбиоз, а также повысить эффективность использования материалов, энергии и коммунальных услуг и другую экономию масштаба. Эти производственные предприятия часто имеют бизнес-кластеры единиц, называемых химическими заводами, которые совместно используют коммунальные службы и крупномасштабную инфраструктуру, такую ​​как электростанции, портовые сооружения, автомобильные и железнодорожные терминалы. В Соединенном Королевстве, например, есть четыре основных места производства товарной химии: Река Мерси на северо-западе Англии, на реке Хамбер на восточном побережье Йоркшира, в Грейнджмауте недалеко от залива Ферт-оф-Форт в Шотландии и на Teesside как часть Кластер обрабатывающей промышленности северо-востока Англии (НЕПИК).[7] Примерно 50% нефтехимических продуктов Великобритании, которые также относятся к товарным химическим продуктам, производятся компаниями отраслевого кластера на Teesside в устье River Тройники на трех крупных химических парках на Wilton,[8] Биллингем и Печать песков.

Коррозия и использование новых материалов

Коррозия на химических предприятиях - это серьезная проблема, на которую ежегодно уходят миллиарды долларов. Электрохимическая коррозия металлов выражена на химических предприятиях из-за присутствия кислотных паров и других электролитических взаимодействий. В последнее время FRP (Пластик, армированный волокном ) используется как строительный материал. Британская стандартная спецификация BS4994 широко используется при проектировании и строительстве судов, резервуаров и др.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Эллисон-Тейлор; и другие. (1970). Технология химических заводов: вводное руководство. Лонгманс.
  2. ^ а б Дуглас, Джеймс М. (1988). Концептуальное проектирование химических процессов. Макгроу-Хилл. ISBN  978-0-07-017762-8.
  3. ^ Аист, Уильям (2004). «Специализированная химия» (PDF). Приложение «Новости химии и машиностроения» 82. С. 35–39.
  4. ^ Фактор местоположения строительства завода - База знаний Intratec В архиве 6 марта 2014 г. Wayback Machine
  5. ^ Дельгасс; и другие. «Семьдесят пять лет химической инженерии». Университет Пердью. Получено 13 августа 2013.
  6. ^ Касслер, Моггридж и Моггридж (2001). Дизайн химической продукции. Издательство Кембриджского университета.
  7. ^ Торговля и инвестиции Великобритании. «Химия - преимущество Великобритании» (PDF). п. 9–10. Архивировано из оригинал (PDF) 29 октября 2013 г.. Получено 10 июля 2013.
  8. ^ Херворт, Колин (1999). Уилтон первые пятьдесят лет. Falcon Press. ISBN  978-1872339016.

дальнейшее чтение

  • Комитет по стандартам ASME B73, Стандартные химические насосы
  • Хельмус, Фрэнк П. (2008). Проектирование технологической установки: управление проектом от запроса до приемки. Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN  978-3527313136.
  • Клец, Тревор (2010). Технологические установки: руководство по безопасному проектированию (2-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press / Taylor & Francis. ISBN  978-1439804551.
  • Таулер, Гэвин; Рэй Синнотт (2013). Химико-технологическое проектирование: принципы, практика и экономика проектирования заводов и технологических процессов (2-е изд.). Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  9780080966595.
  • Фогель, Г. Герберт (2005). Разработка процесса: от первоначальной идеи до химического производства (1-е изд., Отв. Ред.). Вайнхайм: Wiley-VCH. ISBN  978-3527310890.
  • Макс Стоун Питерс; Клаус Дитер Тиммерхаус; Рональд Эмметт Уэст (2003). Проектирование и экономика завода для инженеров-химиков (5-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  978-0072392661.
  • Химический завод