اقرأ في هذا المقال
- ما هو التصميم؟
- تصميم المصنع
- أهداف التصميم – The Design Objectives
- مبدأ عمل مهندس التصميم
- التصميم التفصيلي واختيار المعدات
- طرق مهمة لجعل المصانع صديقة للبيئة
ما هو التصميم؟
التصميم: هو نشاط إبداعي ويتم تعريفه على أنّه التجميع، تجميع الأفكار لتحقيق الهدف المنشود. كما يمكن تعريفه على أنّه إنشاء عملية تصنيع لتلبية حاجة معينة وقد تكون الحاجة حاجة عامة أو فرصة تجارية.
تصميم المصنع:
يتطلب تصميم الهندسة الكيميائية للمصانع الكيميائية الجديدة أو إجراء عمليات التوسعة أو مراجعة المصانع الحالية استخدام الهندسة ويشمل تصميم المصنع العناصر المتعلقة مباشرة بالمصنع الكامل، مثل تخطيط المصنع ومرافق الخدمة العامة وموقع المصنع.
يتطلب تصميم الهندسة الكيميائية للمصانع الكيميائية الجديدة وتوسيع أو مراجعة المصانع الحالية استخدام المبادئ والنظريات الهندسية جنبًا إلى جنب مع الإدراك العملي للحدود التي تفرضها الظروف الصناعية. يحتاج المهندس الكيميائي الناجح إلى أكثر من معرفة وفهم العلوم الأساسية والموضوعات الهندسية ذات الصلة مثل الديناميكا الحرارية وحركية التفاعل وتكنولوجيا الكمبيوتر ويجب أن يتمتع المهندس أيضًا بالقدرة على تطبيق هذه المعرفة في المواقف العملية بغرض إنجاز شيء مفيد للمجتمع.
أهداف التصميم – The Design Objectives:
يمكن تقسيم مشاريع الهندسة الكيميائية إلى ثلاثة أنواع:
- تطوير عملية جديدة.
- قدرة إنتاجية جديدة لمواجهة تزايد المبيعات.
- إجراء عمليات التعديل والإضافة على المصنع الحالي.
في تصميم أي عملية كيميائية، تكون الحاجة هي الحاجة العامة للمنتج والفرصة التجارية على النحو الذي تتوقعه منظمة المبيعات والتسويق. تحديد أساس التصميم (جمع البيانات) أهم خطوة في بدء تصميم العملية وهي ترجمة احتياج العميل إلى أساس التصميم وأساس التصميم هو بيان أكثر دقة للمشكلة التي سيتم حلّها وعادةً يتضمن معدل الإنتاج ومواصفات النقاء للمنتج الرئيسي، إلى جانب معلومات عن القيود التي ستؤثر على التصميم ومن الأمثلة على هذه المعلومات:
- معلومات عن العمليات الممكنة ونظام الوحدات المراد استخدامها.
- رموز التصميم الوطنية أو المحلية أو الخاصة بالشركة التي يجب اتباعها.
- تفاصيل المواد الخام المتوفرة.
- معلومات عن المواقع المحتملة حيث يمكن أن يقع المصنع، بما في ذلك البيانات المناخية والظروف الزلزالية وتوافر البنية التحتية.
- معلومات عن شروط وتوافر وسعر خدمات المرافق مثل الوقود (الغاز) والبخار ومياه التبريد وهواء المعالجة ومياه المعالجة والكهرباء التي ستكون مطلوبة لتشغيل العملية.
- مراعاة الاعتبارات البيئية واعتبارات الصحة والسلامة ومنع الخسائر.
تصميم العملية في أي مصنع يحدد تسلسل المواد الكيميائية والفيزيائية عمليات وظروف التشغيل، الواجبات والمواصفات الرئيسية ومواد البناء (عند الضرورة)، لجميع معدات العملية (على عكس المرافق والمباني المساعدة)، الترتيب العام للمعدات اللازمة لضمان حسن سير المحطة وأحجام الخطوط والأجهزة الرئيسية وأهم خطوات تصميم العملية، ما يلي:
- موازين المواد وموازين الحرارة.
- تصميم أداء الهندسة الكيميائية لعناصر محددة من المعدات المطلوبة.
- الأجهزة المتعلقة بأداء العملية.
- إعداد المواصفات (أوراق المواصفات) بالشكل المناسب لاستخدامها من قبل فريق المشروع.
- تقييم العطاءات والتّوصية بمورّدين مؤهلين.
مبدأ عمل مهندس التصميم:
يقوم مهندس التصميم بجمع جميع المعلومات اللازمة لنمذجة العملية بحيث يتنبأ بأدائها مقابل الأهداف المحددة بالنسبة لتصميم العملية سيتضمن ذلك معلومات عن العمليات المحتملة وأداء المعدات وبيانات الممتلكات المادية، في حالة عدم وجود بيانات أو نماذج التصميم اللازمة فإنّ هناك حاجة إلى أعمال البحث والتطوير لجمع البيانات، وبناء نماذج جديدة بمجرد جمع البيانات وإنشاء نموذج عمل للعملية يمكن لمهندس التصميم البدء في تحديد أحجام المعدات وتكاليفها وفي هذه المرحلة، سيتضح أنّ بعض التصميمات غير اقتصادية ويمكن رفضها دون مزيد من التحليل ومن هذه الخطوة يتم تحديد عدد قليل من التصاميم المرشحة التي تلبي هدف العميل.
بمجرد أن يحدد المصمم عددًا قليلاً من التصميمات المرشحة التي تلبي هدف العميل، يمكن أن تبدأ عملية اختيار التصميم. عادةً ما يكون المعيار الأساسي لاختيار التصميم هو الأداء الاقتصادي، ويمكن لمعايير أخرى أن تلعب دوراّ قوياّ في اختيار التصميم مثل السلامة والأثر البيئي، عادةً ما يستلزم التقييم الاقتصادي تحليل رأس المال وتكاليف التشغيل للعملية لتحديد العائد على الاستثمار.
يمكن أيضاً استخدام التحليل الاقتصادي للمنتج أو العملية لتحسين عملية التصميم وسيكون لكل تصميم العديد من المتغيرات المحتملة التي لها معنى اقتصادي في ظل ظروف معينة، على سبيل المثال: مدى استرداد حرارة العملية هو المقايضة بين تكلفة الطاقة وتكلفة المبادلات الحرارية (عادةً ما يتم التعبير عنها على أنها تكلفة منطقة التبادل الحراري) في المناطق التي تكون فيها تكاليف الطاقة مرتفعة، ستكون التصميمات التي تستخدم الكثير من أسطح التبادل الحراري لتعظيم استعادة الحرارة المهدرة لإعادة استخدامها في العملية جذابة أمّا في المناطق التي تكون فيها تكاليف الطاقة منخفضة، قد يكون من الأفضل حرق المزيد من الوقود وتقليل التكلفة الرأسمالية للمصنع.
عندما يتم تحسين جميع التصاميم المرشحة، يمكن اختيار أفضل تصميم وفي كثير من الأحيان، سيجد مهندس التصميم أنّ العديد من التصميمات لها أداء اقتصادي قريب جداّ، وفي هذه الحالة سيتم اختيار التصميم الأكثر أمانًا أو الذي لديه أفضل سجل تجاري وفي مرحلة الاختيار، سينظر مهندس التصميم أيضًا بعناية في التصميمات المرشحة للتأكد من أنها آمنة وقابلة للتشغيل وموثوقة ولضمان عدم التّغاضي عن أي تكاليف كبيرة.
التصميم التفصيلي واختيار المعدات:
تميل قرارات التصميم التفصيلية إلى التركيز بشكل أساسي على اختيار المعدات بدلاً من التركيز على التغييرات في مخطط التدفق ويتم تحديد المواصفات التفصيلية للمعدات مثل الأوعية والمبادلات والمضخات والأدوات، وخلال مرحلة التصميم التفصيلي قد لا تزال هناك بعض التغييرات على التصميم وسيكون هناك بالتأكيد تحسين مستمر حيث يتم تطوير فكرة أفضل عن هيكل تكلفة المشروع.
عند الانتهاء من تفاصيل التصميم، يمكن شراء المعدات وبناء المصنع، عادةً ما يتم تنفيذ المشتريات والبناء من قبل شركة (EPC) – (الهندسة والمشتريات والبناء) ما لم يكن المشروع صغيراّ جداّ، نظراً لأنّهم يعملون في العديد من المشاريع المختلفة كل عام فإنّ شركات (EPC) قادرة على تقديم طلبات مجمعة لعناصر مثل الأنابيب والأسلاك والصّمامات وما إلى ذلك ويمكنها استخدام قوتها الشرائية للحصول على خصومات على معظم المعدات.
تتمتع شركات (EPC) أيضاً بقدر كبير من الخبرة في مجال الإنشاءات والتًفتيش والاختبار وتركيب المعدات، لذلك يمكنهم عادةً التعاقد على بناء مصنع لعميل أرخص وعادة ما يكون أسرع أيضًا ممّا يمكن للعميل بناءه بمفرده. أخيرًا، بمجرد بناء المصنع وتجهيزه لبدء التشغيل، يمكن أن يبدأ التشغيل. غالبًا ما يتم استدعاء مهندس التصميم للمساعدة في حل أي مشكلات تتعلق ببدء التشغيل ومشاكل التسنين مع المصنع الجديد.
طرق مهمة لجعل المصانع صديقة للبيئة:
من الغريب أن يكون المصنع صديقًا للبيئة ومع ذلك، من ناحية التصنيع يمكن للمصنع اعتماد إجراءات معينة لجعل العملية صديقة للبيئة ومن أهم هذه الإجراءات ما يلي:
- تصنيع المنتجات بطريقة تستهلك أقل قدر ممكن من الطاقة وتنتج الحد الأدنى من النفايات.
- استخدام أنظمة التوليد المشترك التي تساعد على الاستفادة من حرارة المنتج الثانوي بواسطة الغلايات لإعادة استخدامها كبخار.
- إعادة التدوير فيما يتعلق بأنشطة الإنتاج، يجب أن تعتمد المصانع نهج الانبعاثات الصفرية لتقليل نفايات التخلص النهائي، ويجب حرق النفايات لاستخدامها كطاقة حرارية لتجنب الهدر وتوليد الطاقة ويجب أن يكون للمصانع أيضاً شركات شريكة خارجية تأخذ النفايات المتبقية لإعادة التدوير.
- يجب أن تركز شركات الأعمال الخضراء على التأكد من أنّ جميع مواقع مصانعها هي محطات صديقة للبيئة.
- الاستخدام الفعال للموارد، والحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من خلال نشر تقنيات عملية منخفضة الكربون، وتقليل استهلاك المياه وتطبيق الإدارة البيئية للحفاظ على التنوع البيولوجي من خلال الإدارة المناسبة للمواد الكيميائية والتعاون مع المجتمعات المحلية.
- استخدام معدات مصنع صديقة للبيئة حيث سيؤدي استخدامها إلى تحسين الإنتاجية وزيادة الإنتاجية.
- الحصول على المواد الخام محليًا، حيث سيؤدي ذلك إلى تقليل البصمة الكربونية للمصنع بشكل كبير، ودعم المجتمع المحلي أيضاً.
