Proses tasarımı

Kimya mühendisliğinde maddelerin istenilen fiziksel ve kimyasal dönüşümü için ünitelerin seçimi ve sıralanmasına proses tasarımı (veya süreç tasarımı) adı verilir. Proses tasarımı kimya mühendisliğinin esasını oluşturan merkezidir. Bu alanın tüm unsurlarını bir araya getirdiğinden kimya mühendisliğinin zirvesi olarak düşünülebilir.
Proses tasarımı yeni tesislerin tasarımı ya da var olan tesislerin değişimi ve genişletilmesidir. Tasarımın başlangıç noktası bir fikir düzeyindedir, imalat ve inşaat planları biçimini aldığında tasarım sonlanmış olur.
Proses tasarımı, ekipman tasarımından ayrıdır; ekipman tasarımı daha çok ünite operasyonu tasarımına yakın bir iştir. Proseslerde genellikle birçok ünite operasyonu bulunur.
Belgelendirme
Proses tasarımı belgeleri, tasarımın tanımlanmasını ve bileşenlerinin birbiri ile uyumlu olmasını sağlar. Belgeler tasarımla ilgilenen diğer mühendislerle, dış düzenleme kurumlarıyla, ekipman tedarikçileriyle, müteahhitlerle fikir alışverişi ve planlamada da yarar sağlamaktadır.
Proses tasarım belgeleri, artan detay sırasına göre aşağıdakilerden oluşur:
Blok akış şemaları (BFD): Başlıca madde ve enerji akışlarını gösteren dörtgen ve çizgilerden oluşan oldukça basit şemalardır.
Proses akış şemaları (PFD): Başlıca ünite operasyonlarının ve akış çizgilerinin gösterildiği daha karmaşık şemalardır. Genellikle standart veya tasarıma ait debileri, akış bileşimlerini ve akış ile kullanılan ekipmanların basınç ve sıcaklıklarının gösterildiği bir madde ve enerji dengesi içerirler.
Borulama ve enstrümantasyon şemaları (P&ID): Bütün boru hatlarını boru çeşidi (karbon çeliği veya paslanmaz çelik) ve boru boyutu (çap) ile beraber gösteren şemalardır. Ayrıca aletlerin konumu ve proses kontrol şemaları ile beraber vana tesisatını gösterirler.
Spesifikasyonlar: Tüm ana ekipman öğelerinin yazılı haldeki tasarımsal gereksinimleridir.
Proses tasarımcıları genellikle prosesin nasıl başlatılacağı, işletileceği ve durdurulacağı konusunda kullanım kılavuzları yazarlar. Ayrıca sıklıkla kaza planları ve proses işleminin çevreye etkileri üzerine tahminler geliştirirler.
Tesisinin inşasından sonra işletme personelinin başvurabilmesi için belgeler muhafaza edilir. Ayrıca tesiste bir değişiklik yapılması planlandığı zaman da belgeler yarar sağlar.
Proses belgeleri geliştirmenin ana yöntemi, proses akış şeması oluşturmadır.
Tasarım kabulleri
İstisnasız bütün kimyasal proses ünitesi tasarımlarında yapılması gereken kabuller vardır. Ürün saflıkları, verimler ve iş/zaman oranları belirlendiği zaman tasarım kavramsallaştırılır gerekli kabuller yapılır.
Bir tasarımda ulaşılması gereken hedefler şunlardır:
Proses verimi
Ürün saflığı
İş/zaman oranı
Kısıtlamalar ise şöyle sıralanabilir:
Yatırım maliyeti
Müsait alan
Güvenlik sorunları
Çevresel etkiler ile öngörülen atık su ve emisyonlar
Atık üretimi/geri dönüşümü
İşletme ve bakım maliyetleri
Tasarımcıların kapsama alabileceği diğer faktörler de şu şekildedir:
Güvenilirlik
Artıklık
Esneklik
Ham maddede beklenen ve üründeki kabul edilebilir çeşitlilik.
Tasarım bilgisi kaynakları
Tasarımcılar genelde tasarıma sıfırdan başlamazlar, özellikle de karmaşık projeler için. Mühendislerin elinin altında çoğunlukla pilot tesislerin veya faaliyette olan tam ölçekli tesislerin verileri bulunur. Diğer bilgi kaynakları arasında proses lisans verenleri tarafından sağlanan tescillenmiş tasarım kriterleri, yayınlanmış bilimsel veriler, laboratuvar deneyleri ve ham madde ile hizmet sağlayıcıları sayılabilir.
Prosesin tasarım yolu
Tasarım, koyulan hedeflere ulaşmak için endüstriyel ünitelerin kombinasyonları ve teknolojisinin seçimi anlamına gelen proses bireşimi ile başlar. Tasarımın diğer mühendisler ve paydaşların her bir aşamaya imza atmaları ile daha ayrıntılı hale gelir.
Tasarım mühendisleri genellikle simülasyon yazılımları kullanırlar. Simülasyonlar bir tasarımın eksiklerini, zayıf yanlarını tespit edebilir ve böylece mühendislerin daha iyi seçenekleri tercih etmesine olanak sağlar. Ancak günümüzde mühendisler hala sezgilerine, görülerine ve tecrübelerine güvenerek tasarımları gerçekleştirmektedirler. İnsan yaratıcılığı, karmaşık tasarımları oluşturmanın önemli bir unsurudur.