4. A technológia folyamat szintézise A sikeres termelés fő feltétele a megfelelően megtervezett és felépített ipari berendezés. Ennek hiányában a selejtgyártásnak és a környezetszennyezésnek nagy esélye van. A modern technológiai berendezések tervezésénél a szakember figyelembe veszi a műszaki, gazdasági, szociális és környezeti elvárásokat. Hogy mennyiben felel meg a berendezés az elvárásoknak a tervező tudásától, tapasztalatától, információbőségétől és, nem utolsó sorban, a felhasznált analizáló és szintetizáló módszerétől függ. A technológiai folyamat tervezésében manapság mérvadó a környezeti elvárások figyelembe tartása. Ahhoz, hogy a termelési rendszer minél kevésbé befolyásolja a környezetet szükséges, hogy nulla vagy minimális kimenetele legyen. Mivel a nulla kimenetelű egységet nagyon nehezen lehet megvalósítani, a tervező fel kell mérje a jelenlegi és a várható környezeti elvárásokat és azok figyelmében kell döntenie a rendszer összetételről, a kapcsolatokról, a be és a kimenő áramokról. Ahhoz, hogy a mai elvárások mellett a jövő elvárásait is figyelembe tartva tudjunk egy rendszert megtervezni szükséges néhány fontos lépés megtétele, éspedig: a) a termék megnevezése és annak kémiai, fizikai, biológiai és használati jellemzése; b) a folyamat laboratóriumi, fél-üzemi, üzemi szintű kutatása; c) a technológiai folyamat szintézise; d) a berendezés tervezése, a készülékek és a gépek kiválasztása; e) anyagellátási és munkaerő problémák megoldása, menedzsment. a) Ami az első lépést illeti, meg kell jegyezni, hogy ez nem szűkül le a termék fizikai-kémiai- (mikro)biológiai tulajdonságainak jellemzésére, hanem figyelembe veszi a lehetséges nyers vagy alapanyagokat, segédanyagokat, a folyamat lebonyolításának lehetőségeit, az alkalmazott eljárásokat, azok kockázatait, a piac elvárásait stb. Ilyenkor a tervező nagyon sok kérdésre keres választ, például olyanokra, mint: - Melyek a termékkel szembeni igények? - Melyik a domináns igény? - Lehetséges az összes igény egyidejű teljesítése? - A termék veszélyes-e? - Milyen különleges tárolási és szállítási feltételeket kell teljesíteni? 94
A technológiai folyamat elemzése és szintézise - A szállítót vagy a termékfelhasználót kell-e külön kiképezni? - A gyártás milyen veszéllyel jár? Hát a termék alkalmazása? - Létezik más termelő is? Mekkora a konkurencia a piacon? - Milyen nyers, alap és segédanyagokra számíthatunk? - Mennyire megbízható a beszállító? - Milyen reakcióközegek szükségesek? Van-e más megoldás, más kémiai-út a termék előállításához? - Milyen szennyezőket tartalmaznak a potenciális nyersanyagok? Lehet őket a termékbe hagyni vagy nem? - Milyen mellékreakciók játszódnak le különböző közegekben? Hogyan lehet ezek számát csökkenteni? - Milyen melléktermékek keletkeznek és milyen ezeknek a környezetre gyakorolt hatásuk? - Hogyan lehet ezek környezeti káros hatásukat elhárítani? - Ezeket érdemes helyben feldolgozni, vagy kifizetőbb máshol ártalmatlanítani? A kérdésekre megfogalmazott válaszok egy hosszadalmas információs munka eredményeként foghatjuk fel. Az információforrások lehetnek, úgy magánjellegűek, mint nyilvánosak. A magánjellegű információk csoportjába tartoznak a tervező előbbi, hasonló munkáiban szerzett tapasztalatai és feljegyzései. Ugyancsak ide sorolhatók azok az adatok, amelyet a tervező magánbeszélgetéseken keresztül szerez, hasonló technológiák meglátogatása alkalmával. Ide tartoznak a különböző levelezések útján szerzett adatok, a megrendelővel folytatott megbeszélések és sok más. A nyilvános információk lehetnek: - a különböző anyagok tulajdonságait rögzítő táblázatok, kézikönyvek (International Chemical Table, Landolt-Börnstein- Zahlenwerte und Funktion aus Physik, Chemie und Geologie., Kémikusok kézikönyve, Manualul Inginerului Chimist, Manualul Inginerului din Industria Alimentară, Solvent Handbook, Hutte, Britke-Termiceskije konstanti neorganicseskoi vescsesztv, Iakimenko-Spravocsnik po proizdvostvo hlora, Spravocsnik khimika, Spravocsnik po rastvorimosti solevih sistemii, Németh-Kémiai táblázatok, Dobos-Elektrokémia táblázatok, stb.); - enciklopediák (Ullmann Enciklopedie der Tehnischen Chemie, Gmelins Handbuch der Anorganische Chemie, Kirk-Othmer - Enciklopedy of Chemical Technology, Perry-Chemical Engineering 95
Handbook, Vegyészlexikon, Electrochemistry Enciklopedy, Élelmiszeradalékok, Beilstein, Römp, Kőrnyezet-tudományi lexikon stb.); - általános jellegű és speciális szakkönyvek; - cégek termékbemutatói és termékleírások; - műszaki és gazdasági jellegű kiadványok (folyóiratok, jelentések, különböző rendezvények kiadásai); - szabadalmi leírások; - különböző tartalomjegyzéket közlő kiadványok írott és elektronikus (Chemical Abstacts, Curent Content); - honlapok és cégbemutatók, jelentések és reklámok; - országos és nemzetközi érvényű szabványok, márka és brand leírások. Mivel a probléma úgy műszaki, gazdasági, mint környezeti egyaránt, mindhárom területről be kell szerezni az információkat. b) Miután megszületet a döntés arról, hogy valóban érdemes-e a termelés, rá lehet térni a különböző szintű kutatás elvégzésére. A termék gyártását egy új termék felfedezése, vagy egy új gyártási módszer alapozza meg. Ez egy célirányú kutatómunka eredménye, vagy annak felfedezése, hogy a piacon valahol hiány nyilvánult meg, amelyet valamilyen módon be kell tölteni. Ebből a felfedezésből fogalmazódik meg a hogyan lehetne előállítani?, vagy hogyan lehetne olcsóbban előállítani az illető terméket? Erre való válaszkeresés első lépése a laboratóriumi szintű kutatás. Ebben egy alapos elemzés alá vetjük a központi folyamatot és az összes mellékfolyamatokat. A cél, a paraméterek meghatározása úgy, hogy teljesítve legyen a két legfőbb feltétel, a megfelelő hatásfok és nagy sebesség. Természetesen, hogy az átalakítás hatásfokát a rendelkezésre álló elválasztási módszerek figyelembe vételével együttvetve határozzuk meg, igyekezve a rendszert elhagyó áramok minél nagyobb koncentrációjának biztosítására, megteremtve ezek piaci értékesítésének vagy feldolgozásának lehetőségét. Még a laboratóriumi szintű kutatáskor is hangsúlyt fektetünk a pontos anyagmérlegre (kevésbé az energiamérlegre), hisz ez segíthet, úgy a hibák elkerülésében, mint a léptéknöveléskor keletkezett veszteségek megbecsülésében. Ajánlott, hogy a kutatást a megfelelő üzemmódba végezzük, így jobban felbecsülhetjük az esetleges veszteségeket. A laboratórium szintű kutatásokat általában üvegkészülékekben végezzük el, többnyire szakaszos üzemmódban. Természetesen, mostanában nem kizárt a folyamatos üzemmód alkalmazása se. A kutatáskor a hangsúly a vegyi és 96
A technológiai folyamat elemzése és szintézise rokonipari folyamatokon van, az impulzus és a hőátadást ezen a szinten sokszor nem vesszük figyelembe. Néha, még az anyagátadási folyamatok esetében is csak felbecsülő munkát végzünk. Mivel legtöbb laboratóriumi kutatás után az energiahasználat nincs felbecsülve, nem sokat tudunk mondani a folyamat gazdaságosságáról. Ellenben a termék gazdasági potenciálját meg tudjuk határozni, éspedig úgy, hogy a termék egységi árából kivonjuk az egységnyi termék előállításához szükséges nyersanyag árakat. Ha az így kapott eredmény elégséges a felbecsült energia és élőmunka, na meg a profit fedezéséhez, akkor a terméknek van gazdasági potenciálja, ellenkező esetben nincs értelme a kutatásra. Ilyenkor a nyersanyag cserével, vegyi-út változtatással tudunk segíteni a helyzeten. A laboratóriumi kutatás eredménye az un. laboratóriumi technológiai folyamat. Ez tartalmazza az elképzelt folyamat vázlatát, anyagmérlegét, felbecsült fajlagos anyagkihasználást, a folyamatok és műveletek lebonyolításhoz ajánlott készüléktípusokat stb. A gépek, alaktorok és reaktorok megválasztása és megtervezése után a kutatást magasabb szinten folytatjuk, kiegészítve a laboratóriumi információkat újabb ismeretekkel. Nagy volumenű termékek esetén a laboratóriumi szintet közvetlenül követő szint az un. mikro üzemi egység (pilot plant). Itt már a termelés túllépi a g / h nagyságrendet, elérve az 1 kg/h tömegáramot. A berendezés most már nagyobb méretet ölt. Általában olyan szerkezeti anyagot alkalmazunk, amelyből a jövő berendezését is készíteni fogják. Ha nem ismeretes a megfelelő szerkezeti anyag, akkor ezen a szinten határozzuk meg a legjobbat. A vezérlő folyamat reaktora 5 L-től egész 10-100 L úrmértékű. A melegítésre már gőzt is használunk, sőt más fűtő és hűtőközegekkel is dolgozunk. A szeparációs műveleteket általában szakaszosan végezzük. A fűtést és a hűtést, ahol már 1 m 2 felületű hőcserélőt is alkalmazunk, folyamatos üzemmódban biztosítjuk. Ezen a szinten már követjük az anyag és energia mérlegeket, igaz ezek még nem mindég teljesítik a megmaradás törvényeit. A kutatás eredményei közé számíthatók: - a szerkezeti anyag meghatározása; - a technológiai vázlat finomítása és a berendezésvázlat ezen a szinten való elkészítése; - anyag és energia mérlegek elkészítése; - fajlagos anyag és energiafogyasztási mutatók meghatározása; - a folyamat gazdaságosságának felbecsülése. A folyamat ezen a szinten való kutatásban már sokkal nagyobb szerep hárul a mérnökre, mint a természettudományban jártas vegyészre, (mikro)biológusra vagy fizikusra. Mielőtt tovább lépnénk a folyamat tervezésében, 97
el kell határozni, hogy szükséges-e vagy nem, egy nagyobb volumenű fél-üzemi kutatatás, vagy ezen adatok birtokában meg lehet tervezni a folyamatot és annak készülékeit. Ha úgy döntöttünk, hogy szükség van még egy lépésre, akkor ennek kapacitása kb. 10-100 kg/h körül mozog. A fél-üzemi (pilot) berendezés tervezését az előbbi adatok segítségével oldjuk meg. Mivel a fél-üzemi kutatás elég költséges és hosszadalmas lehet (sokszor igénybe vesz 1-2 évet is), tanácsos csak azt a folyamatot, műveletet vagy technológiai részt kutatni, amely ipari szintű megvalósításában kételyek vannak. Így nagyon sok anyagi és szellemi erőforrást lehet megtakarítani. Máskor, ugyancsak idő és anyagmegtakarítás céljából, tanácsos egyes részek laboratóriumi szintű újra kísérletezése, úgy olcsóbban több információhoz jutunk. A tervezésénél figyelembe vesszük, hogy a legjobb fél-üzemi berendezés az amely megengedi a paraméterek széles skálában való változtatását, tehát rugalmas. Így a berendezések méretei lehetnek nagyobbak, mint a megszabott termelékenységből adódottak, igaz ilyenkor a folyamatok közé jó beiktatni a tárolót. A félüzemű berendezés fő célja az adatgyűjtés, a termék-előállítás csak másodlagos célkitűzés lehet. Így a berendezés sok mérőműszert és próbavételi lehetőséget tartalmaz. Természetesen, hogy ha a piacon vagy a cégnél léteznek más kisebb méretű, a célnak megfelelő készülékek, azokat felhasználjuk az új berendezés kivitelezésében. Sőt, sokszor a gépeket, de az alaktorokat is a berendezést gyártó cégtől rendeljük, katalógusból választva ki a célnak megfelelőt. A kutatás várt eredményei: - anyagmérleg finomítása (most elvárják, hogy teljesítse a megmaradás törvényt is); - a hatásfokok és fajlagos anyagszükséglet meghatározása; - a munkakörülmények megnevezése; - a legjobb készüléktípusok meghatározása; - működési információk; - szerkezeti anyagok meghatározása; - a mérési pontok és szabályzási problémák meghatározása; - különböző geometriai ás áramlási tényezők meghatározása, amelyeket a berendezés tervezésére használnak; - a műveletek számának meghatározása; - a készülékek fontosabb szerelési megoldásai; - felléphető meghibásodások és azok kiküszöbölése; - környezet és munkavédelmi problémák és azok megoldása; 98
A technológiai folyamat elemzése és szintézise - a technológiai folyamat vázlatának véglegesítése; - a gazdasági felméréshez szükséges információk megszerzése. Az ezen a szinten való kutatás eredményeként kapott információk lehetővé teszik a nagyüzemi berendezés tervezését. Ezt természetesen, akkor kezdjük el, amikor már véglegesítettük a folyamatot, azaz a sok információból egy termékcélú rendszert szintetizáltunk. A fél-üzemi vagy üzemi berendezésben kipróbált technológiának információs hátterét, amelyben leírjuk, hogy hogyan is állítjuk elő a bizonyos terméket, termékként adhatjuk el. Ezt az angol szóhasználattal knaw-how (a hogyan tudománya/tudása) néven ismert. A leggazdagabb knaw-how a következő információkat nyújtja: - a folyamat elméleti alapjai; - a folyamat műveleti ábrája; - a folyamat paraméterei; - a folyamat működésének leírása; - hibalehetőségek és azok elhárítása; - a termelés ellenőrzése; - a termék minőség jellemzése. Az eladott knaw-how változó, lehet csak egy kifejező ábra, egy berendezés vázlat paraméterek feltüntetésével, vagy információdúsabb leírás, mely tartalmazhat anyag és energiamérleget, készülékméretezést, szerkezeti-anyag megnevezést. c) A következő, harmadik lépés, a technológiai folyamat szintézise. Ez az egyik legtöbb időt, tudást és tapasztalatot igénylő mérnöki feladat. Itt érvényesítjük az előbbi lépésekben összegyűlt információkat, a hasonló berendezések tervezésekor szerzett ismereteket és tapasztalatokat. Az információk feldolgozására nagyon sokszor megfelelő matematikai és számítógépes hátteret biztosítunk. Egy műszakilag, gazdaságilag és környezetileg jól integrált termelési berendezés megtervezése nem egy egyenletes egyen-irányú út, hisz nagyon sokszor vissza kell térni az elképzelt folyamatra s abban a műveletek, folyamatok sorrendjét változtatva, új meg úja variánsok figyelembe vételével lehet eljutni a végső eredményhez. Természetesen itt is a tapasztalat azt mutatja, hogy ezt a hosszadalmas utat jó ha lépcsőzetesen, fokról fokra van elvégezve. Ilyen módszert javasol a Douglas és Linhoff (lásd a 4.1. táblázatot). Mint látható, az első szinten felhasználjuk a terméktervezési információkat. 99
A másodikban meghatározzuk a termelési kapacitást és kiválasztjuk az üzemmódot. Ami az üzemmódot illeti jó tudni azt, hogy akkor választjuk a szakaszos üzemmódot, amikor valamilyen okból nem tudjuk biztosítani a folyamatos adagolást. Ez általában akkor lép fel amikor - az áramlandó és szabályozandó közeg tapadós-ragadós, nem rendelkezik áramlási tulajdonságokkal; - nagyon kis a térfogatárama a szabályozandó közegnek; - kis a termelés volumene; - sokszor változó anyagminőséget kell előállítani a berendezésben; - nagyon hosszú időt igényel az átalakítási folyamat, ami az adott kapacitás esetén nagyon kis, alig szabályozható térfogatáramot követel. 4.1.Táblázat. Linhoff-Douglas módszere. 10 Anyag és munkaerő biztosítás. 9 Üzembiztonság. 8 Műszerezés. Irányítás. Számítógépes vezetés. 7 Alternatívák. Optimalizálás. 6 Energetikai integráció. 5 A technológiai folyamat. Elválasztási módszerek 4 A fő folyamat megtervezése. 3 Az anyagáramok meghatározása belépés/kilépés. 2 Az üzemmód megválasztása. 1 A termék jellemzéskor kapott adatok. Ezeken az eseteken kívül mindig a folyamatos üzemmódot alkalmazzuk, mert: - kisebb az anyagvesztesége; - kisebb az anyagszennyezhetősége; - kisebb a környezetre gyakorolt hatása; - mivel általában a folyamatos üzemmódban a rendszer stacionárius, könnyebb a paraméterek szabályozási lehetősége; - teljes automatizálást, sőt számítógép-vezénylést biztosít; - nagy a termelékenysége. A harmadik szinten a termékminőséget oldjuk meg, meghatározva a folyamatokban használt oldószert, az anyagszétválasztás problémáit, és elemzik a finomító módszerek szükségességét. Itt megalkotjuk a blokksémát. 100
A technológiai folyamat elemzése és szintézise Mint ismert a legegyszerűbb anyagfeldolgozás a lineáris áramoltatásnak felel meg. Ezt akkor alkalmazzuk, amikor az egyes fokozatokban elvégzett átalakítási folyamatok nagy hatásfokkal valósulnak meg. Amikor a hatásfok kicsi, vagy túl sok melléktermék keletkezik, akkor már szükséges az elválasztás, sőt a visszavezetés is. Ilyenkor az egyszerű lineáris anyagáramlás már elosztódik, több párhuzamos áramlás alakul ki, vagy recirkuláció lép fel. A lineáris folyamatábra akkor alkalmas, ha a kilépő anyagok mind termékek, vagy a főtermék mellett a rendszert elhagyó bármely áram nem káros a természetre és ki lehet oda bocsátani. Máskor, főleg környezeti okokból, az ilyen áramoltatást a visszavezetéssel vagy rendszer integrációval kell helyettesíteni. A következőkben néhány példa illusztrálja, hogy hogyan is valósítják meg a recirkuláció elvét, úgy fizikai, mint kémiai rendszerekben. 1. Példa. Konyhasó előállítására a tisztított sólé bepárlást alkalmazzák. A 310 g/l töménységű sóoldatot általában folyamatos üzemű bepárlóba adagolják. Ahhoz, hogy a keletkezett szuszpenzió áramolhasson a szilárd és folyadék arány nem lépi túl a 1/3. Ilyenkor, mint látható a 4.1. ábrán, minden egyes kg só után 3 kg sólé marad. Ez azt jelenti, hogy ha a lé sótartalma 305 g/l, akkor a bepárláskor csak Sólé Pára 425 143,75+ 13 9,5 Termék 147,26 Bepárlás Centrifugálás Szárítás 1000 575 Oldat 418,25 4.1. ábra. A liniáris folyamat ábrája. annak kb. 56 % lehet kivonni az oldatból. Így, ha folyamatot lineáris anyagáramlásban bonyolítjuk le, akkor az ábrának megfelelő mérleget kapjuk. Jól látható, hogy a folyamatból fennmarad kb. 418, 25 kg oldat, amely 113 kg sót tartalmaz. Mivel az oldat kb. 27 % töménységű és elég nagy mennyiségű, azt nem lehet eldobni. Így, ha visszavezetésben gondolkozunk, akkor a 4.2. ábrának megfelelő folyamatot kapjuk. Most a belépő 1000 kg sóléből, 260 kg só és 740 kg pára keletkezik, ami azt jelenti, hogy a ciklus bevezetésével a só kihozatal most 100 % lesz. 101
2. Példa. Abban az esetben, amikor az átalakítási folyamat hatásfoka kicsi, akkor a kapott reakciótermékek mellett még sok reagens van a reakcióelegyben. Épp azért a visszavezetés nem csak gazdaságosságot, hanem a környezet szennyezés elhárítását is biztosítja. Ilyen megoldás van feltüntetve a 4.3. ábrán. Mint látható, a reakcióelegyből kivonjuk a 1000 terméket és a maradékot, pedig visszavezetjük a Keverés kémiai folyamatba, növelve a feldolgozandó anyagáramot. Ilyen 780 Bepárlás 735 megoldást alkalmaznak, például az ammónia Sz/L=1/3 szintézisnél, amikor az ammónia kivonása után Centrifugálás kapott nitrogén, hidrogén és inert komponenseket 265 Szárítás 260 5 visszavezetik a szintézis folyamatába. A negyedik szint teljesében a vezérlő folyamatnak van szentelve. Itt meghatározzuk a reakció Termék elegy minőségét, a folyamat paramétereit és a 4.2. ábra. Ciklikus folyamat ábra. reaktor típusát és működési módját. Kiválasztjuk a reaktort, meghatározzuk a belépő és kilépő áramok minőségét. 4. 3. ábra. Visszacsatolással megoldott 100 % anyag-felhasználási folyamat. 102
A technológiai folyamat elemzése és szintézise Az ötödik szint a rendszer megtervezését tűzi ki célul. Itt a szeparációs módszereket véglegesítjük és meghatározzuk az összetevő folyamatok minőségét és számát. Ugyanitt oldjuk meg a különböző gépek típusainak kiválasztását. Megtervezzük technológialak az alaktorokat, a gépeket és meghatározzák ezek vezető paramétereit. A hatodik szinten az energia szolgáltatás megoldása a feladat. Meghatározzuk a különböző energiahordozókat, ezek paramétereit. Megtervezzük az energiahordozók gazdaságos elosztását. Ugyancsak ezen a szinten oldjuk meg az energia közvetítési berendezések kiválasztását és tervezését. Most is jól ellenőrzött módszereket alkalmazunk. A hőcserélő rendszerek tervezésénél figyelembe vesszük az alábbi elfogadott elveket: - a hőcserélők esetében a végeken mért hőmérséklet megközelítés értéke kb. 10 K legyen. Ellenkező esetben a szükséges hőcserélők Q felülete igen nagy lenne ( A ); K - a hőátadáskor a legmelegebb lehűtendő áramot a legmelegebb felmelegítendő árammal hűtjük; - ugyancsak ajánlott a hőcsere a leghidegebb felmelegítendő és a leghidegebb hűtendő áramok között; - amikor valamilyen okból nem köteles az egyenáram alkalmazása, akkor mindég ellenáramú hőcserével dolgoznak, hisz mint ismert, ennek hatásfoka 0,85-0,9 között mozog, míg az egyenáram esetén 0,5 körül és a keresztáram esetén 0,7-0,9 között. 3. Példa. Legyen a 4.2. táblázatban jegyzett 4 áram, melyeket vagy hűteni, vagy fűteni kell e feltüntetett hőmérsékletre. Áram Kezdeti hőmérséklet, t 0, o C T atl 4.2. Táblázat. A hőcserélési feladat anyagáramai. Hűtés / Végső Tömegáram, melegítés hőmérséklet kg/h Közepes fajhő, c p, kj/(kgk) t, o C A 60 Fűtés 160 9300 0,7 B 160 Hűtés 93 12600 0,6 C 115 Fűtés 260 10500 0,5 D 250 Hűtés 138 11300 0,8 103
Mint látható, a legmelegebb hűtendő közeg a D és legmelegebb melegítendő közeg a C. Látható az is, hogy az A leghidegebb melegítendő áram és a B a leghidegebb hűtendő áram. Ugyancsak jól látható, hogy a C áram 260 0 C fok hőmérsékletre nem lehet felmelegíteni az egyik árammal sem. Tehát, ezt a hőmérsékletet csak egy melegebb hő-közvetítővel tudjuk elérni. Az előirt feltételek betartásával a C és D, illetve az A és B áramokat tudjuk először átvezetni egy-egy hőcserélőn. Ha a D és a C áramot veszik figyelembe, akkor látható, hogy az első feltétel betartása csak úgy lehetséges, ha a C áram kilépő hőmérséklete maximum 239 lesz (lásd a 4.4. ábrát). 4.4. ábra. Hőcserélő hálózat számítása (Fonyó-Fábri után). A D áram kilépő hőmérsékletét az első hőcserélő hő-mérlegéből számítjuk ki. Alkalmazva a hömérleget, vagyis az átadott hőmennyiség egyenlő az átvett hőmennyiséggel, felírható: m C c pc 10.500.5 C C t t m c 250 t 0 D pd 239 115 11300 0.8 250 t Innen következik, hogy a D áram kilépő hőmérséklete x x t x 0 178 C. (4.1) A C áram melegítését a 239 fokról 260 fokig megoldhatjuk a 290 0 C hőmérsékletű gőz használatával. A B áram hűtése elvégezhető az A áram segítségével. A hűtés után keletkezett A áram hőmérséklete pedig a hő-mérlegből következik: 104
m B c pb A technológiai folyamat elemzése és szintézise B B t t m c t 60 0 12.600 0.6 160 A pa z 93 9300 0.7 t 60 z (4.2) Vagyis, t Z =138 0 C Mint látható a felmelegített A áram tovább melegíthető a 178 C hőmérsékletű D árammal, miközben ennek hőmérséklete t y hőmérsékletre csökken. Felírva a hőmérleget, kiszámítható a kilépő D áram hőmérséklete, vagyis a 162 0 C. Ezt továbbra a 27 0 C hőmérsékletű vízzel hűthető, egész, a kívánt 138 0 C hőmérsékletre. A hetedik szinten optimalizálási módszert alkalmazva meghatározzuk a sok változatból azt, amely a legnagyobb mértékbe kielégíti, úgy a műszaki, gazdasági, mint a környezeti elvárásokat. A nyolcadik szint a folyamatirányítás problémáinak van szánva. Kiválasztjuk a mérési módszereket, ezek műszereit, az irányítás módját, és megtervezzük a számítógépes vezetést. A kilencedik szinten a biztonságos üzemeltetési problémákat oldjuk meg. Meghatározzuk a veszélyes anyagok tárolási és kezelési módszerét, a szerkezeti anyagok esetleges károsodásának követési és feljegyzési módozatait, a javítások és generál javítások periodicitását. Ugyanakkor nagy hangsúlyt helyezünk a munkafolyamat elsajátítására, a fegyelemre, nem utolsó sorban a továbbképzésre, és az időszakos munka és környezetvédelmi felkészítésre. A tízedik szinten az anyagi és munkaerő menedzsmentjének megoldása a cél. Nagy fontosságot tanúsítunk az anyagi javak kellő gazdálkodására, ezek veszélyességi kategória szerinti besorolására, beiktatására és raktározására. Meghatározzuk a fellépő anyagi (nyers, alap, segéd) és szerkezetanyagi veszteséget. Nem utolsó sorban megtervezzük a szükséges munkaerőt, ezeket képzettségi kategóriába osztjuk és meghatározzuk mikor, hogyan és milyen időszakokban valósítjuk meg ezek továbbképzését. A szintézis során soha nem hagyjuk megoldatlan a felmerülő környezeti problémákat. Ha a folyamat nem tudja ezeket az elvárt szinten megoldani, akkor arra törekszünk, hogy a kilépő áramokat feldolgozzuk és a hasznos komponenseket visszavezessük a folyamatba. Természetesen, hogy nem szabad túlbecsülni a recirkuláció lehetőségeit, se az összes problémák üzemszinti megoldására szorítkozni, hisz tudni kell, hogy amit ez üzemszinten nem lehet megoldani, azt integrációval könnyen megoldható. Tehát jó, ha előre is a különböző termelőrendszerek integrációjában gondolkodunk. 105
d) A kővetkező, negyedik lépés, a reaktorok, alaktorok és gépek megépítési tervezésének van szentelve. Általában ez a lépés a többféle szakember közös munkájának az eredménye. Itt választjuk ki a megfelelő szerkezeti anyagokat, a berendezések elkészítésének módozatát. A végleges megoldás megkívánja az előbbi lépés eredményei felértékelését, sőt sokszor azok változtatását is. Megjegyezzük, hogy a berendezés tervezésekor az un. beruházási tervet is elvégezzük, meghatározva az építkezéssel járó mindenfajta munkálatok kivitelezését is. e) Az ötödik lépésben, párhuzamosan az előbbivel, megoldunk néhány anyagellátási és a munkaerővel kapcsolatos problémát is. Ebben a lépésben megtervezzük a raktárokat, tárolókat, a belső anyagmozgatás gépeit. Ugyancsak itt oldjuk meg a hulladékgazdálkodást is. Megoldjuk a szerkezeti anyagok időszakos felülvizsgálatával és karbantartásával kapcsolatos problémákat. Meghatározzák a munkacsoport struktúráját és kiosztjuk a felelősségeket is. Ugyancsak itt oldjuk meg a munkaerő ellátást, és annak képzésének és továbbképzésének problémáit. Nem hagyjuk megoldatlan a munkaerő felújításának szociális és egészségügyi problémáit sem. Mint látható, a berendezések megvalósítása egy váltakozó elemzésre és szintézisre alapuló folyamat. A szintézist mindég analízis követi, mely sokszor hatással lehet a szintézis eredményére, vagyis megváltoztathatja azt. Ezekben a célirányú elemző és szintetizáló folyamatban, a szintézis úgy lép fel, mint egy mérnöki alkotás, míg az analízis, mint a különböző természeti, gazdasági és műszaki tudományok alkalmazása. 106