Методы и этапы разработки ХТС

Первым этапом разработки новой ХТС изобретательский. Он заключается в том, что автор или группа авторов делают изобретение, экспериментально доказывают его преимущества перед существующими и патентуют его.

Изобретение может быть случайному, сделанным на основании литературных данных или вследствие продолжительных и систематических экспериментальных исследований (при этом бывает, что изобретение не отвечает главной цели исследований и является побочным). На этом этапе спорят теоретические основы будущей ХТС. На базе известных технологий определяют необходимые стадии технологических процессов, ориентировочно выбирают их технологические параметры.

На втором этапе синтеза разрабатываются основные стадии ХТС, их теоретические основы и осуществляется оптимизация этих стадий. На этом этапе делают поиск оптимальных параметров каждой стадии, используя известные из литературы данные о статике и кинетике процессов, физико-химических свойствах веществ, которые применяются в этой ХТС. Если же в литературе эти данные отсутствуют, то получают их экспериментально. Например, изучают растворимости солей или газов в системах, которые исследуются, равновесие пар-жидкость, физико-химические свойства систем (плотность, вязкость, летучесть) и т.п.. Очень важно изучить кинетику процессов, которые проходят (определение их скорости, порядка реакций, энергии активации, предэкспоненциального множителя, области протекания), исследовать влияние на показатели процессов (степени превращения, скорости, выхода, селективности, качества продукта и т.п.) технологических параметров (температуры, концентрации реагентов, давления, гидродинамических условий, соотношения между реагентами и т.п.). При этом научный работник должен как можно полнее изучить систему, применяя современные методы исследований (физико-химические инструментальные методы анализа, системный анализ, математическое и физическое моделирования, методы оптимизации и т.п.).

На третьем этапе синтеза ХТС, как правило, разрабатываются вспомогательные стадии производства, изучаются возможности утилизации и ликвидации отходов. На этом этапе разрабатывают вторичные стадии производства, которые имеют аналоги на других действующих производствах и хорошо зарекомендовали себя. Иногда используют данные подобных производств, описанные в литературе. Если же таких данных нет или возникают определенные трудности относительно применения их в конкретном случае создания новой ХТС, то осуществляют дополнительные исследования и этих вспомогательных стадий. Кроме того, изучают возможности зацикливания материальных и энергетических потоков. Это - возвращение в производство газовых, твердых, жидких веществ, использование вторичной теплоты и т.п.. Обязательным для каждой новой ХТС есть определение способов утилизации отходов, а если это невозможно - это ликвидация их (сжигание, захоронение и т.п.).

На четвертом этапе осуществляется проверка разработанной ХТС или хотя бы «главных» ее стадий на увеличенной исследовательской (или пилотной) установке в условиях, близких к реальным (производственным).

На пятом этапе формируется технологическая схема ХТС и ее технико-экономическое обоснование. На этом этапе, используя данные анализа материальных и тепловых расчетов всех стадий ХТС, расчетов необходимого оборудования, делают его подбор, составляют смету себестоимости продукции и рассчитывают другие технико-экономических показатели ХТС. На основании этого строят заключения относительно экономической эффективности ХТС, которая создается. После этого авторы выдают исходные данные на проектирование исследовательского или опытно-промышленного производства.

Какие же требования должны выполняться во время синтеза ХТС?

Требования, которые называются концепциями создания ХТС, основываются на теоретических закономерностях химико- технологических процессов. Они проверены и подтверждены практикой. Каждая новая ХТС должна формироваться при условии выполнения пяти главных технологических концепций.

Рассмотрим эти технологические концепции создания ХТС.