ROZWIĄZANIA TECHNICZNE A SKALA PROCESU

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Chemiczny LABORATORIUM PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH TECHNOLOGIA PRODUKTÓW FARMACEUTYCZNYCH ROZWIĄZANIA TECHNICZNE A SKALA PROCESU Jerzy Wisialski Materiały wykładowe stanowią własność intelektualną i podlegają ochronie zgodnie z prawem autorskim.

2 POWIĘKSZANIE SKALI PROCESU Chemical Process Development Badania i prace rozwojowe (R & D) Powiększanie skali procesu: Laboratorium, Instalacja wielkolaboratoryjna, ¼, ½-techniczna, Miniplant (MIM), Instalacja pilotowa Instalacja przemysłowa Rozwiązanie sposobu realizacji procesów i operacji jednostkowych Obliczenia i dobór aparatury spośród wielu możliwych wariantów Inżynieria chemiczna, Inżynieria procesowa Inwestor Organizacja cyklu badawczo projektowo wdrożeniowego

3 KRYTERIA OPTYMALNEGO DOBORU APARATURY (sposobu realizacji procesu) WYMAGANE PARAMETRY PROCESOWE (temperatura, ciśnienie, wydajność, stopień rozdziału (destylacja, ekstrakcja), LPT, itp; TRWAŁOŚĆ (korozja, erozja materiały konstrukcyjne); BEZPIECZEŃSTWO (wykonanie Ex, elektr. statyczna, hermetyczność, UDT) RYZYKO technologiczne ZANIECZYSZCZENIE ŚRODOWISKA MONITOROWANIE I AUTOMATYZACJA PROCESU NIEZAWODNOŚC RUCHOWA (kwalifikacje obsługi) KOSZTY inwestycyjne KOSZTY eksploatacyjne

4 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA BIOSYNTEZA WYODRĘBNIENIE I OCZYSZCZENIE SUBSTANCJI!!! DESTYLACJA, REKTYFIKACJA ABSORPCJA, ADSORPCJA, DESORPCJA EKSTRAKCJA KRYSTALIZACJA FILTRACJA (mikro, ultra, nano), SUSZENIE METODY NIEKONWENCJONALNE - Procesy membranowe - Chromatografia

5 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA

6 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA O OH Lipaza B z Candida antarctica O OC 8 H 17 O OH NH C 8 H 17 OH NH + NH H 2 O O O O (S)-2-pirolidono-5-karboksylan oktylu jest produktem jednoetapowej reakcji estryfikacji enzymatycznej kwasu 2-pirolidono-5-karboksylowego (PCA) oktanolem z zastosowaniem Lipazy B jako katalizatora. Zastosowanie sit molekularnych, wiążących wodę, powoduje przesunięcie równowagi reakcji na prawo. Reakcja ta dzięki użyciu enzymu przebiega enancjoselektywnie - tworzy się głównie produkt o konfiguracji (S). Stosunek molowy substratów: PCA / oktanol 1: 7.

7 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA SCHEMAT IDEOWY OTRZYMYWANIA PCO

8 PROBLEMY ROZDZIAŁU OCZYSZCZANIA WYKRES SANKEYA OTRZYMYWANIA PCO

9 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA OPERACJE FILTRACJI I SUSZENIA FILTROSUSZARKA Filtracja (ciśnienie, próżnia) Wygładzanie osadu Przemywanie Suszenie (temp., próżnia) Wyładunek (hermetyczny, N 2 )

10 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA FILTROSUSZARKA

11 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA OSMOZA i ODWRÓCONA OSMOZA Δπ ciśnienie osmotyczne Δp - ciśnienie wytworzone Δp<Δπ Δp =Δπ Δp>Δπ Δπ OSMOZA ODWRÓCONA OSMOZA

12 PROBLEMY ROZDZIAŁU - OCZYSZCZANIA ODWRÓCONA OSMOZA Wytworzenie po stronie roztworu ciśnienia większego od ciśnienia osmotycznego prowadzi do wytworzenia przepływu w kierunku odwrotnym, a ponieważ membrana nie przepuszcza cząsteczek rozpuszczonych w roztworze proces prowadzi do wytworzenia czystego rozpuszczalnika (permeatu) oraz zatężonego roztworu (retentatu, koncentratu).

13 CHROMATOGRAFIA Technika badania składu lub/i rozdzielania mieszanin związków chemicznych Fazy: Rozdział mieszaniny przez przepuszczenie jej roztworu przez specjalnie spreparowaną fazę rozdzielczą (faza stacjonarna, złoże). Fazą rozdzielczą są substancje wykazujące zdolności sorpcyjne lub inne oddziaływania na substancje przepływające. Proces wymywania zaadsorbowanych (lub związanych) substancji przez przepływ eluentu (faza ruchoma) poprzez fazę rozdzielczą. Intensywność tego procesu jest różna dla poszczególnych składników mieszaniny. Jedne składniki są więc zatrzymywane w fazie dłużej, a inne krócej, dzięki czemu może następować ich separacja. Czas przebywania danego składnika w kolumnie określany jest mianem czasu retencji Detekcja składników, zbieranie frakcji, recyrkulacja części eluentu Odzysk i regeneracja eluentu

14 CHROMATOGRAFIA Chromatografia analityczna identyfikacja związków Chromatografia preparatywna Wyodrębnienie czystych związków w skali laboratoryjnej, mikrosyntezy (gramy) Chromatografia procesowa Produkcja nisko-tonażowa (kilogramy, dziesiątki kg na dobę)

15 CHROMATOGRAFIA CHROMATOGRAFIA KOLUMNOWA Istotne parametry Ilość dozowanej substancji (w roztworze) Ilość i prędkość przepływu fazy ruchomej Średnica kolumny (prędkość liniowa) Długość kolumny (LPT proporcjonalna do L, LPT min (krytyczna), LPT max Średnica ziaren wypełnienia kolumny F WŁ, L/d 2 z = const. Bateria kolumn (każda w innej fazie) Proces quasi ciągły

16 CHROMATOGRAFIA Wykres Sankey a oczyszczania (S)-2-pirolidono-5-karboksylanu oktylu SKAL A 1 kg /rok

17 USUWANIE WODY LABORATORYJNE ŚRODKI SUSZĄCE Sole bezwodne Na 2 SO 4, MgSO 4, CuSO 4, K 2 CO 3,, Tlenki: MgO, Al 2 O 3, Wodorki: glinowodorek litu Li(AlH 4 ), CaH 2, Reaktywne metale: Na, K, Mg Zalety: - bezpośrednio w reaktorze (wygoda w lab.), - skuteczność (nie zawsze), - brak bezpośredniego zużycia energii Wady: - dodatkowa operacja filtracji, - odpad zawierający oprócz wody produkty reakcji i dlatego konieczność przemycia np. rozpuszczalnikiem - jeśli regeneracja to odparowanie rozpuszczalnika i wody, - zużycie energii (filtracja, regeneracja)

18 USUWANIE WODY SITA MOLEKULARNE Sita molekularne materiały nanoporowate, o ściśle określonym, wąskim zakresie rozmiarów porów, które posiadają zdolność selektywnego adsorbowania cząsteczek związków chemicznych. Glinokrzemiany (zwłaszcza zeolity), Niektóre rodzaje silikażelu, porowate polimery, węgiel aktywny Jako środki suszące zeolity (glinokrzemiany) Zalety: Obojętne chemicznie, nietoksyczne, można stosować wielokrotnie (regeneracja), duża pojemność adsorpcyjna wody, selektywność < średnicy porów. Regeneracja brak odpadu: termiczna (TSA) lub zmienno ciśnieniowa (PSA) Wady: regeneracja energia, przy mieszaniu (niezalecane) kruszenie się kolumny ze złożem stałym i cyrkulacja medium reakcyjnego.

19 USUWANIE WODY DESTYLACJA AZEOTROPOWA T P = const. T P T W T AZ Obszar jednofazowy (P) Obszar jednofazowy (W) Obszar dwóch faz cieczy W X r PW X AZ X rwp X P WYKRES FAZOWY T x dla UKŁADU HETEROFAZOWEGO, składniki W + P

20 USUWANIE WODY DESTYLACJA AZEOTROPOWA y y AZ Obszar jednofazowy (W) Obszar jednofazowy (P) Obszar dwufazowy W X rpw X AZ X rwp X P RÓWNOWAGA CIECZ (x) PARA (y) dla UKŁADU HETEROFAZOWEGO W - P

21 USUWANIE WODY DESTYLACJA AZEOTROPOWA J. Wisialski

22 USUWANIE WODY - STRIPPING T P = const. Para T wb Ciecz - Para T wa Ciecz A B X D1 X Dk X X S X W Wykres fazowy T x dla układu homofazowego

23 USUWANIE WODY - STRIPPING

24 USUWANIE WODY - PERWAPORACJA Perwaporacja (proces membranowy) - technika rozdziału mieszanin ciekłych związków chemicznych, wykorzystująca przeważnie polimerowe membrany nieporowate określane potocznie jako gęste lub membrany ceramiczne o średnicy porów poniżej 5 nm. W przypadku membran polimerowych, separacja wynika z różnic w rozpuszczalności poszczególnych składników w membranie (sorpcja) oraz różnic w szybkości ich dyfuzji poprzez tę membranę. Jest to proces alternatywny do odwróconej osmozy. Często stosuje się obniżone ciśnienie po stronie permeatu w celu usprawnienia procesu. Stosowane jest również wymywanie permeatu gazem inertnym. Czynnikiem rozdzielającym jest membrana i energia - praca przeniesienia pod wpływem gradientu prężności par.

25 USUWANIE WODY - PERWAPORACJA (retentat) (permeat) SCHEMAT ODWADNIANIA ETANOLU METODĄ PERWAPORACJI

26 BIOREAKTORY - PROBLEMY MIESZANIA Pożywka, szczep produkcyjny (inokulum) (bakterie, enzymy, grzyby, drożdże) BIOREAKTORY BEZ WYMUSZONEGO MIESZANIA Mieszanie wywołane dyfuzją, konwekcją naturalną, unoszeniem pęcherzków wydzielającego się gazu (CO 2, CH 4 ) BIOREAKTORY Z WYMUSZONYM MIESZANIEM bezmieszadłowe: wytrząsarki (seria kolb doświadczeń), barbotaż, cyrkulacja cieczy pompą z mieszadłem mechanicznym (mnogość typów) Mieszanie zwiększa znacznie wydajność procesu, dlatego ciągle poszukuje się nowych rozwiązań technicznych, wpływających korzystnie na efektywność mieszania, jednocześnie nie wpływających negatywnie na wzrost komórek mikroorganizmów.

27 BIOREAKTORY - PROBLEMY MIESZANIA Vent system

28 BIOREAKTORY - PROBLEMY MIESZANIA Ciągle poszukuje się nowych rozwiązań technicznych Rozwiązania systemu odpowietrzenia eliminujące, pianę/mgłę Filtry sterylne na odpowietrzeniu.

29 WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE GĘSTOŚĆ pojemność robocza i nominalna aparatury szybkość rozdziału faz w separatorach geometryczna wysokość podnoszenia pomp [m.sł.w] opory przepływu płynów, moc mieszania LEPKOŚĆ opory przepływu płynów, moc mieszania hold-up w aparaturze PRĘŻNOŚĆ PAR kolumna destylacyjna LPT kawitacja NPSH (Net Positive Suction Head) CIEPŁO REAKCJI I PRZEMIAN FAZOWYCH, CIEPŁO WŁAŚCIWE bilans cieplny wymienniki ciepła L F L 2 V L 3 PRZEWODNICTWO CIEPLNE (medium i materiału konstrukcyjnego) wymienniki ciepła

30 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE PRZEPŁYW PŁYNU przez rurociąg Miara burzliwości przepływu Liczba Reynoldsa Re bezwymiarowa Re u dr u prędkość liniowa przepływu, d r - średnica (rurociągu); ρ gęstość płynu μ lepkość dynamiczna Ruch laminarny Re < Re Obszar przejściowy Ruch burzliwy Re > a b Ren

31 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE OPORY PRZEPŁYWU PRZEZ RUROCIĄG Równanie Darcy-Weisbacha (przepływ izotermiczny) P L D 2 u 2g ΔP - spadek ciśnienia u - prędkość liniowa płynu L - długość rurociągu D - średnica rurociągu ρ - gęstość cieczy (płynu) g - przyspieszenie ziemskie λ - współczynnik oporów przepływu f (Re)

32 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE MIESZALNIKI Rem n 2 d m Re m - liczba Reynoldsa dla mieszania n - prędkość obrotowa mieszadła, d m - średnica mieszadła; MOC MIESZANIA N m Ruch laminarny Re m < N m k d 3 n 2 m Ruch burzliwy rozwinięty Re m > N m k d 5 n 3 m k współczynnik mieszania

33 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE PRĘŻNOŚĆ PARY NASYCONEJ - REKTYFIKACJA Lotność względna składnika A względem B (t = const.) P P na nb α - lotność względna P na - prężność pary nasyconej składnika A w T 1 P nb - prężność pary nasyconej składnika A w T 1 Minimalna liczba półek teoretycznych N min (R = ) Równanie Fensky ego N min 1 log xd 1 x D log 1 x x w w x D - ułamek molowy składnika A w destylacie x W - ułamek molowy składnika A w cieczy wyczerpanej

34 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE PRĘŻNOŚĆ PARY NASYCONEJ KAWITACJA Kawitacja (np. cieczy w pompie) polega na powstawaniu i nagłym zanikaniu w cieczy pęcherzyków gazowych, czemu towarzyszą gwałtowne zmiany ciśnienia. H s = P b - NPSH ρ g P n H sw - 0,5 [m] H s - maksymalna wysokość zasysania (+/-); P b - ciśnienie atmosferyczne [m] NPSH - Net Positive Suction Head [m] antykawitacyjna nadwyżka wysokości ssania - indywidualna cecha każdej pompy, zależy od jej konstrukcji i jakości wykonania. ρ - gęstość w danej temperaturze cieczy pompowanej [kg/dm3] g - przyspieszenie ziemskie 9,81 [m/s2] P n - prężność pary nasyconej cieczy w danej temperaturze [m] H sw - straty ciśnienia po stronie ssawnej pompy [m] 0,5 [m] zapas bezpieczeństwa

35 WYMIANA CIEPŁA, WYMIENNIKI 1 k 1 w s s 1 z Medium chłodzone T z α z Ścianka wymiennika λ s Woda chłodnicza T w α w k współczynnik przenikania ciepła, α w - współczynnik wnikania ciepła (wewnętrzny) α z - współczynnik wnikania ciepła (zewnętrzny) s grubość ścianki λ s przewodnictwo cieplne materiału ścianki

36 WYMIANA CIEPŁA, WYMIENNIKI Ruch wymuszony, burzliwy Równanie bezwymiarowe Nu C Re a Pr b Liczba Nusselta Nu d w p Liczba Prandtla Pr c p α - współczynnik wnikania ciepła d w - średnica wewnętrzna rury ρ - gęstość płynu μ - lepkość dynamiczna λ p - przewodnictwo cieplne płynu C, a, b - współczynniki

37 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE Przewodnictwo cieplne materiału konstrukcyjnego (szkło versus stal) L F L 2 V L 3

38 WŁAŚCIWOSCI SUBSTANCJI A PROJEKTOWANIE Przewodnictwo cieplne materiału konstrukcyjnego (szkło versus stal) (przykład kaskady KDBW) L F L 2 V L 3

39 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Chemiczny LABORATORIUM PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH STEROWANIE PROCESAMI TECHNOLOGICZNYMI POMIARY I AUTOMATYKA Jerzy Wisialski Materiały wykładowe stanowią własność intelektualną i podlegają ochronie zgodnie z prawem autorskim.

40 OGÓLNE POJĘCIA Z DZIEDZINY PiA Proces technologiczny jest charakteryzowany przez pewną liczbę wielkości fizykochemicznych (parametrów) decydujących o jakościowym i ilościowym wyniku końcowym. Funkcje: - Pomiar parametru, - Regulacja (utrzymywanie na poziomie optymalnym) - Wizualizacja, monitorowanie - Alarmowanie - Rejestracja, raportowanie (np. batch report)

41 RODZAJE REGULACJI Ręczne sterowanie procesem (np. ręczne ustawianie położenia zaworu doprowadzającego parę do płaszcza reaktora b. kłopotliwe) Sterowanie manualne zdalne położenie zaworu ustawiane przez siłownik sterowany zdalnym sygnałem przez operatora (np. pokrętło) Układ automatycznej regulacji samoczynne utrzymywanie wielkości zadanej przez operatora (pętla regulacji)

42 ELEMENTY PĘTLI REGULACJI OBIEKT REGULACJI - proces o sterowanym przebiegu, zachodzący w określonym aparacie lub jego części ELEMENT POMIAROWY (miernik), mierzący kontrolowany parametr fizykochemiczny (np. termometr, manometr, przepływomierz, itp.) REGULATOR urządzenie reagujące na odchylenia parametru od tzw. wartości zadanej i wysyłające sygnały sterujące elementem wykonawczym ELEMENT WYKONAWCZY z siłownikiem (będzie nim np. wymieniony wcześniej zawór parowy).

43 PĘTLA REGULACJI z y z e u y m R W OR M R - regulator, y z - wartość zadana, W - element wykonawczy, y m - wartość mierzona, OR - obiekt regulacji, u - sygnał sterujący, z - zakłócenie procesu e - odchylenie wartości zadanej (uchyb), M - przyrząd pomiarowy (miernik), e = y z - y m - węzeł sumacyjny (algebraiczne sumowanie sygnałów) Dodatkowe techniczne elementy: przetworniki, wzmacniacze, trasy sygnałowe, itp..

44 REGULATOR PID Regulator PID (ang. proportional-integral-derivative controller) składa się z trzech członów: proporcjonalnego, całkującego i różniczkującego. Regulator PID pracuje w pętli sprzężenia zwrotnego, oblicza wartość uchybu i działa w taki sposób, by zredukować uchyb poprzez odpowiednie dostosowanie sygnału sterującego, podawanego na wejście regulowanego obiektu. Działanie członów regulatora PID: - człon P kompensuje uchyb bieżący - człon I kompensuje akumulację uchybów z przeszłości - człon D kompensuje przewidywane uchyby w przyszłości. Ważona suma tych trzech działań stanowi podstawę sygnału podawanego na człon wykonawczy w celu regulacji procesu, np. zmiana położenia zaworu regulacyjnego.

45 REGULATOR PID Poprzez odpowiedni dobór nastaw regulatora PID, uzyskuje się regulację dostosowaną dla danego obiektu. Nastawy regulatora PID: człon proporcjonalny P - wzmocnienie k p człon całkujący I czas zdwojenia T i człon różniczkujący D - czas wyprzedzenia T d Dobór nastaw do procesu (obiektu regulacji). Regulator PID jest szeroko stosowany w przemysłowych układach regulacji (około 90% wszystkich instalacji automatyki).

46 TECHNOLOG - AUTOMATYK OBIEKT REGULACJI, KONCEPCJA PROWADZENIA PROCESU PARAMETRY PROCESOWE (lista, zakresy, wymagania) STOPIEŃ AUTOMATYZACJI (sterowanie ręczne, zdalne, sekwencyjne, procesy ciągłe) STEROWNIA SCHEMAT TECHNOLOGICZNY SCHEAMT TECHNOLOGICZNO-POMIAROWY PUNKTY POMIARÓW I AUTOMATYKI (PiA), SYMBOLE (zagregowane funkcje pomiarowo-sterujące)

47 SYMBOLE UKŁADÓW PiA Para PI 107 Układ pomiaru ciśnienia (P) pary z miejscowym wskazaniem wartości (I) Woda FIQ 102 Układ pomiaru (I) strumienia objętościowego (F) wody, ze zliczaniem ilości (Q) i odczytem w sterowni Powietrze PRC 145 Pierwsze litery symbolizują mierzony parametr. T temperatura (ang. temperature), P ciśnienie (ang. pressure), F natężenie przepływu (ang. flow rate), L poziom (ang. level), Następne litery są oznaczeniem uzupełniającym (uściślającym) wielkość mierzoną lub sterowaną oraz funkcje punktów PiA. I wskazanie, pomiar (indication) R rejestracja (registration) S przełączanie (switching) D różnica (difference) Q całkowanie lub zliczanie (quantity) C automatyczne sterowanie, regulacja (controlling) A sygnalizacja, alarmowanie (ang. alarm) w celu określenia: granicy dolnej należy dopisać literę L (low), a dla granicy górnej literę H (high). Układ automatycznej regulacji (C) ciśnienia (P) powietrza ze zdalną rejestracja (R) wartości ciśnienia

48 UKŁADY PiA NA SCHEMACIE TECHNOLOGICZNYM PI 102 E numer technologiczny Para P = 6 bar TRC 102 TI 102 wymiennika ciepła, PI manometr (P) z odczytem (I) Substrat zimny FQ 102 E 102 Substrat gorący lokalnym (brak kreski poziomej) TI termometr (T) z odczytem (I) miejscowym (brak kreski poziomej) Kondensat P = 6 bar FQ przepływomierz (F) ze zliczaniem ilości (Q) i zdalnym przekazaniem sygnału pomiarowego (kreska pozioma), TRC układ pomiaru temperatury (T) z jej zdalną rejestracją (R) i automatyczną regulacją (C)

49 SYMBOLE PiA MIERZONE PARAMETRY Przedstawioną symbolikę komplikuje fakt wykorzystywania, rozwiniętych systemów komputerowej obsługi procesów. Często posiadają one swoisty, bardziej rozbudowany (lub odwrotnie bardziej uproszczony) sposób graficznej prezentacji układów pomiarowych i obwodów sterowania procesem. W każdym przypadku stosowania symboli nieznormalizowanych, powinno to być precyzyjnie wyjaśnione (legenda) Oprócz przedstawienia punktów i obwodów PiA na schemacie technologicznopomiarowym, należy sporządzić: Zestawienie mierzonych i kontrolowanych parametrów technologicznych procesu

50 SPECYFIKACJA PARAMETRÓW PROCESU dla PiA Rodzaj mierzonej wielkości oraz nazwę strumienia (medium); Wartość nominalną, tzn. przyjętą w obliczeniach dla warunków ustalonych; Granice zmienności występujące w praktyce i dopuszczalne odchylenia; Wymaganą dokładność pomiaru i czynniki na nią wpływające (np. zmienna temperatura przy pomiarze gęstości cieczy); Wymagany zakres pomiarowy przyrządu (z uwzględnieniem sytuacji nietypowych i awaryjnych); Właściwości środowiska technologicznego (korozyjne, palne i wybuchowe, stan skupienia) wpływające często na wybór metody pomiarowej oraz rozwiązania konstrukcyjne przyrządu pomiarowego; Proponowaną metodę pomiarową; Miejsce wbudowania czujnika i warunki wpływające na jego lokalizację; Sposób wykorzystania pomiaru, np. odczyt miejscowy, odczyt zdalny i rejestracja, sygnalizacja alarmowa, sterowanie ręczne, automatyczne przełączanie (dwustanowe) czy też automatyczna regulacja parametru ze wskazaniem elementów wykonawczych.

51 SYSTEM PRZEKAZYWANIA SYGNAŁÓW Wybór systemu przekazywania sygnałów pomiarowych i sterujących - ważny element projektu. W przemyśle chemicznym, głównie ze względu na częste występowanie zagrożenia wybuchem (tzw. strefy Ex, normy ATEX), pneumatyczne systemy przekazywania sygnałów przy pomocy sprężonego powietrza o znormalizowanych parametrach. Obecnie (rozwój technik komputerowych), systemy pneumatyczne są wypierane przez systemy elektroniczne. Komputerowa obsługa procesów (SCADA) SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition jako rodzaj ICS - Industrial Control System

52 LOKALIZACJA ELEMENTÓW SYSTEMU PiA Ważną sprawą jest lokalizacja poszczególnych elementów systemu PiA, zarówno przyrządów pomiarowych, elementów wykonawczych jak i lokalnych szaf sterowniczych. Istotna decyzja projektowa dotyczy budowy i lokalizacji centralnej sterowni Sterownia (stacja operatorska) - miejsce, gdzie koncentrują się informacje o procesie oraz decyzje dotyczące kontroli i sterownia podejmowane przez obsługę. Decyzje te mogą dotyczyć zarówno sterowania automatycznego (np. wybór wartości zadanych poszczególnych parametrów) jak i ręcznego (np. otwarcie zawory, pobór próbki analitycznej).

53 PROJEKT TECHNOLOGICZNY PROJEKT PiA Kooperacja technologa i automatyka w trakcie projektowania. Technolog: założenia procesowe i funkcjonalne Specjalista automatyk: rozwiązania techniczne poszczególnych układów oraz całego systemu, dobór środków technicznych (ang. hardware) oraz oprogramowania (ang. software). Projekt układów pomiarowych i automatyki nie może być traktowany jako uzupełnienia gotowego projektu technologicznego. Rozwiązania PiA decydują często o szczegółach konstrukcyjnych aparatów technologicznych (np. króćce pomiarowe), konieczności zainstalowania dodatkowych urządzeń (np. zbiorników buforowych) o sposobie rozwiązania orurowania i armatury (zawory zdalnie sterowane i ich obejścia (ang. by-pass). Technologia decyduje o układach kontroli procesu produkcyjnego, te z kolei wpływają na rozwiązania aparaturowe i kształt schematu technologicznego schemat technologiczno-pomiarowy Projektowanie interaktywne

54 SKUTKI WYBORU ROZWIĄZAŃ PiA Rozwiązania dotyczące układów PiA i stopnia automatyzacji mają wpływ na: Poziom zatrudnienia (i związane z tym koszty) Nakłady inwestycyjne (wysokie koszty budowy i wdrożenia systemu). Stabilna jakość produktu (wynikająca ze stabilności parametrów procesu) Optymalne zużycie surowców (koszty); Optymalne zużycie czynników energetycznych (koszty) Możliwość dokumentowania przebiegu procesu (batch report) istotne przy wymaganiach GMP czy też standardów ISO 9000 Stopień ryzyka procesowego (konieczność precyzyjnego zdefiniowania wymagań i algorytmów w trakcie projektowania) Stopień pewności ruchowej (awarie systemów sterowania) Bezpieczeństwo produkcji (alarmy wyprzedzające sytuacje niebezpieczne)

55 PODSUMOWANIE Oprócz ewidentnych zalet automatyzacji mogą też wystąpić pewne zagrożenia. Wszystkie wymienione czynniki powinny być brane pod uwagę podczas opracowywania projektu technologicznego jak i PiA instalacji przemysłowej. Projektowane rozwiązania winno cechować optymalne wyważenie pomiędzy: - wymaganiami procesowymi - możliwościami technicznymi - uwarunkowaniami ekonomicznymi

56 RESUME PROJEKTOWANIE JAKO SZTUKA OPTYMALNYCH WYBORÓW PROJEKTOWANIE JEST PROCESEM ITERACYJNYM