تصميم العمليات

في الهندسة الكيميائية ، يُعرَّف تصميم العمليات بأنه اختيار وتسلسل الوحدات اللازمة للتحويل الفيزيائي و/أو الكيميائي المطلوب للمواد. ويُعدّ تصميم العمليات محورياً في الهندسة الكيميائية، ويمكن اعتباره ذروة هذا المجال، إذ يجمع بين جميع مكوناته.

قد يشمل تصميم العمليات تصميم منشآت جديدة أو تعديل أو توسيع المنشآت القائمة. يبدأ التصميم على مستوى مفاهيمي وينتهي في نهاية المطاف بوضع خطط التصنيع والإنشاء.

يختلف تصميم العمليات عن تصميم المعدات، الذي يُشبه في جوهره تصميم العمليات الوحدوية. غالباً ما تتضمن العمليات العديد من العمليات الوحدوية .

تُستخدم وثائق تصميم العمليات لتحديد التصميم وضمان ترابط مكوناته. وهي مفيدة في إيصال الأفكار والخطط إلى المهندسين الآخرين المشاركين في التصميم، والهيئات التنظيمية الخارجية، وموردي المعدات، ومقاولي الإنشاءات.

تتضمن وثائق تصميم العمليات، مرتبة حسب تزايد التفاصيل، ما يلي:

• مخططات التدفق الكتلي (BFD): مخططات بسيطة للغاية تتكون من مستطيلات وخطوط تشير إلى تدفقات المواد أو الطاقة الرئيسية.
• مخططات تدفق العمليات (PFD): عادةً ما تكون مخططات أكثر تعقيدًا لعمليات الوحدة الرئيسية بالإضافة إلى خطوط التدفق. وهي تتضمن عادةً موازنة المواد، وأحيانًا موازنة الطاقة، موضحةً معدلات التدفق النموذجية أو التصميمية، وتراكيب التدفقات، وضغوط ودرجات حرارة التدفقات والمعدات. وهي الوثيقة الأساسية في تصميم العمليات. ^{[ 1 ]}
• مخططات الأنابيب والأجهزة (P&ID): مخططات توضح كل خط أنابيب على حدة، مع تحديد نوع الأنابيب (الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ) وحجمها (القطر). كما توضح هذه المخططات الصمامات ومواقع الأجهزة وأنظمة التحكم في العمليات .
• المواصفات : متطلبات التصميم المكتوبة لجميع عناصر المعدات الرئيسية.

عادةً ما يقوم مصممو العمليات بكتابة أدلة تشغيلية حول كيفية بدء تشغيل العملية وتشغيلها وإيقافها. كما يقومون في كثير من الأحيان بوضع خطط للتعامل مع الحوادث وتوقعات لتأثير تشغيل العملية على البيئة.

يتم الاحتفاظ بالوثائق بعد إنشاء منشأة المعالجة ليتمكن موظفو التشغيل من الرجوع إليها. كما أن هذه الوثائق مفيدة عند التخطيط لإجراء تعديلات على المنشأة.

تُعد مخططات تدفق العمليات إحدى الطرق الأساسية لتطوير وثائق العمليات .

يمكن البدء في وضع التصورات والاعتبارات التصميمية بمجرد تحديد الأهداف وتحديد القيود.

تشمل الأهداف التي قد يسعى التصميم إلى تحقيقها ما يلي:

• معدل الإنتاجية
• إنتاجية العملية
• نقاء المنتج

تشمل القيود ما يلي :

• التكلفة الرأسمالية: الاستثمار المطلوب لتنفيذ التصميم بما في ذلك تكلفة المعدات الجديدة والتخلص من المعدات القديمة.
• المساحة المتاحة: مساحة الأرض أو الغرفة في المبنى لوضع معدات جديدة أو معدلة.
• مخاوف تتعلق بالسلامة : خطر وقوع الحوادث وما ينجم عن المواد الخطرة.
• الأثر البيئي والنفايات السائلة المتوقعة والانبعاثات وإنتاج النفايات .
• تكاليف التشغيل والصيانة.

من العوامل الأخرى التي قد يأخذها المصممون في الاعتبار ما يلي:

• مصداقية
• التكرار
• المرونة
• التباين المتوقع في المواد الخام والتباين المسموح به في المنتج.

لا يبدأ المصممون عادةً من الصفر، خاصةً في المشاريع المعقدة. فغالباً ما تتوفر لدى المهندسين بيانات من محطات تجريبية أو بيانات من مرافق تشغيلية واسعة النطاق. وتشمل مصادر المعلومات الأخرى معايير التصميم الخاصة التي يقدمها مرخصو العمليات، والبيانات العلمية المنشورة، والتجارب المختبرية، وموردي المواد الخام والمرافق.

يبدأ التصميم بتوليف العمليات - اختيار التكنولوجيا ومجموعات الوحدات الصناعية لتحقيق الأهداف. ويستمر التصميم الأكثر تفصيلاً بعد موافقة المهندسين الآخرين وأصحاب المصلحة على كل مرحلة: من التصميم المفاهيمي إلى التصميم التفصيلي.

يستخدم مهندسو التصميم برامج المحاكاة بشكل متكرر. إذ تُساعد هذه البرامج في تحديد نقاط الضعف في التصاميم، وتُمكّن المهندسين من اختيار بدائل أفضل. ومع ذلك، لا يزال المهندسون يعتمدون على الخبرة والحدس والتجربة عند تصميم أي عملية. فالإبداع البشري عنصر أساسي في التصاميم المعقدة.

• سينوت وتاولر (2009). تصميم الهندسة الكيميائية: مبادئ وممارسات واقتصاديات تصميم المصانع والعمليات (  الطبعة الخامسة). باتروورث-هاينمان. ISBN 978-0750685511.
• أولمان (2004). الهندسة الكيميائية وتصميم المصانع . وايلي-في سي إتش. رقم ISBN 978-3-527-31111-8.
• موران، شون (2015). دليل تطبيقي لتصميم العمليات والمصانع (  الطبعة الأولى). باتروورث-هاينمان. ISBN 978-0128002421.
• موران، شون (2016). تخطيط مصانع المعالجة (  الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ISBN 978-0128033555.
• بيتر، فرانك (2008). تصميم مصانع المعالجة . وايلي. ISBN 9783527313136.
• كيستر، هنري ز. (1992). تصميم التقطير (  الطبعة الأولى). ماكجرو هيل. ISBN 0-07-034909-6.
• بيري، روبرت هـ. وغرين، دون و. (1984). دليل بيري لمهندسي الكيمياء (  الطبعة السادسة). ماكجرو هيل. ISBN 0-07-049479-7.
• بيرد، آر بي ، ستيوارت، دبليو إي، ولايتفوت، إي إن (أغسطس 2001). ظواهر النقل (  الطبعة الثانية). جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 0-471-41077-2.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
• مكابي، دبليو، سميث، جيه، وهاريوت، بي (2004). عمليات الوحدة في الهندسة الكيميائية (الطبعة السابعة  ). ماكجرو هيل. ISBN 0-07-284823-5.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
• سيدر، جيه دي وهنلي، إرنست جيه. (1998). مبادئ عملية الفصل . نيويورك: وايلي. ISBN 0-471-58626-9.
• تشوبي، نيكولاس ب. (2004). دليل حسابات الهندسة الكيميائية (  الطبعة الثالثة). ماكجرو هيل. ISBN 0-07-136262-2.
• هيملباو، ديفيد م. (1996). المبادئ الأساسية والحسابات في الهندسة الكيميائية (  الطبعة السادسة). برنتيس هول. ISBN 0-13-305798-4.
• المحرران: جاكلين آي. كروسويتز وأرزا سيدل (2004). موسوعة كيرك-أوتمير للتكنولوجيا الكيميائية (  الطبعة الخامسة). هوبوكين، نيوجيرسي: وايلي-إنترساينس. رقم ISBN 0-471-48810-0.{{cite book}}له |author=اسم عام ( مساعدة )
• كينغ، سي جيه (1980). عمليات الفصل (  الطبعة الثانية). ماكجرو هيل. رقم ISBN 0-07-034612-7.
• بيترز، إم إس وتيمرهاوس، كيه دي (1991). تصميم المصانع واقتصادياتها لمهندسي الكيمياء (  الطبعة الرابعة). ماكجرو هيل. رقم ISBN 0-07-100871-3.
• جيه إم سميث، إتش سي فان نيس، وإم إم أبوت (2001). مقدمة في الديناميكا الحرارية للهندسة الكيميائية (الطبعة السادسة  ). ماكجرو هيل. ISBN 0-07-240296-2.

• كتاب تصميم العمليات الكيميائية المفتوح (جامعة نورث وسترن، تأليف فنغ تشي يو )

• إطار عام لتوليف العمليات وتكاملها وتكثيفها (مكتب العلوم والتكنولوجيا / جامعة تكساس إيه آند إم)