Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ивановский государственный химико-технологический университет
Ю.В. Царев, С.А. Царева, В.В. Костров
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по курсу «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ»
для специальности 28.02.01 «Охрана окружающей среды и рациональное
использование природных ресурсов»
Иваново 2008
Стр.1
УДК 519.22+658.56
Царев Ю.В., Царева С.А., Костров В.В. Лабораторный практикум по курсу
«Промышленная экология» для специальности 28 02 01 «Охрана
окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» /
ГОУ ВПО Иван. гос. хим. - технол. ун-т. - Иваново, 2008.- 160 с. ISBN
В предлагаемом издании авторы разработали лабораторные работы для
учебного курса «Промышленная экология», которые реализованы в
программном комплексе SuperPro Designer©. Лабораторный практикум
содержит начальные сведения о программе SuperPro Designer©,
позволяющие научиться основам работы в этой программе, типовые
лабораторные работы по курсу «Промышленная экология» и задания к
лабораторным работам. Приведен порядок выполнения работ, расчетов в
программе SuperPro Designer©, а также вывод экономических отчетов и
отчетов о воздействии на окружающую среду в формате программы
Microsoft Word©.
Предназначено для студентов специальности 28 02 01 «Охрана
окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»
является раздаточным материалом и может быть использовано при
самостоятельной подготовке.
Табл. 12. Ил. 69 . Библиогр.: 13 назв.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Ивановского
государственного химико-технологического университета
Рецензенты:
Кафедра материаловедения и товароведения Ивановской
государственной текстильной академии; кандидат экономических наук
Г.Н. Корнев (Ивановская государственная сельскохозяйственная академия).
ISBN
© ГОУ ВПО Ивановский государственный
химико-технологический университет, 2008
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ
Предприятия химической отрасли сталкиваются с постоянно
меняющимися потребностями рынка, всё более жёсткими требованиями к
охране окружающей среды и одновременно им необходимо увеличивать
объём и рентабельность производства, обеспечивать выпуск качественной и
конкурентоспособной продукции. Поскольку все эти факторы тесно
взаимосвязаны между собой, то трудно предсказать, как они будут влиять
друг на друга и в конечном итоге на деятельность предприятия.
Подобные вопросы адресуются инженерам-технологам и инженерамэкологам.
Они выполняют работы по проектированию новых производств,
оценке эффективности и модернизации существующих установок, их
экологической безопасности, ориентируясь на поставленные перед ними
бизнес - цели. Одного лишь опыта недостаточно, чтобы решить эти задачи –
использование метода «проб и ошибок» приводит к дополнительным
затратам и непредсказуемым последствиям. Чтобы избежать потери качества
продукции, остановки технологического процесса и простоя оборудования,
нужны эффективные инструменты для своевременного выявления и
исправления возможных проблем.
Программный пакет SuperPro Designer помогает решать критические
инженерные, производственные и экологические проблемы, возникающие в
ходе жизненного цикла процесса, такие как проектирование новых
процессов, оптимизация всего технологического процесса. Средства
моделирования, заложенные в SuperPro Designer, позволяют инженерам
предсказывать поведение установки. К таким средствам относятся: расчёт
материальных и энергетических балансов, а также расчёт реакторов с учётом
кинетики протекающих в них реакций. Используя строгие модели аппаратов,
инженеры могут с большой точностью смоделировать поведение реальной
установки.
3
Стр.3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ В ПРОГРАММЕ SUPER PRO
DESIGNER
1.1. Начало работы в программе SuperPro Designer
Для начала работы с программой SuperPro Designer необходимо
щелкнуть по иконке программы на рабочем столе компьютера
или выбрать соответствующий пункт меню «программы»
Windows, нажав кнопку «ПУСК».
В появившемся диалоговом окне необходимо выбрать соответствующий
пункт. Если вы раньше не работали с программой и у вас нет сохраненных
проектов, выберите
«Ок». Если вы хотите работать с последним проектом, то выберите
Start a New Flowsheet и нажмите мышкой кнопку
Open
Your Last Flowsheet. Если же вы хотите работать с любым другим проектом
или выбрать его позднее, то необходимо выбрать
Flowsheet или
Will Choose Later соответственно.
Open Another
Рис. 1. Диалоговое окно начала работы с проектом
можете выбрать периодический (
В зависимости от того, как вы намереваетесь осуществлять процесс, вы
Batch) или непрерывный (
Continuous) рабочий режим (рис. 2). На крупных заводах (предприятие по
выпуску минеральных удобрений) все производственные операции
4
Стр.4
непрерывны. Для большинства небольших предприятий (мойка
автомобилей) все операции периодические. В некоторых случаях имеются
смешанные процессы. В таких производствах некоторые производственные
операции осуществляют периодически (циклический режим), где есть время
остановки, в то время как другие операции выполняются непрерывно. Как
правило, режим, в котором вы производите свой целевой продукт,
продиктует выбор для режима работы установки. Если рабочий режим
установлен как непрерывный, то данные планирования не требуются на
уровне операции, процедуры или процесса и «график Ганта», «диаграмма
загрузки оборудования» и «диаграмма, следящая за ресурсом», не являются
активными в меню.
Рис. 2. Диалоговое окно выбора рабочего режима моделируемого процесса
Plant Operation Mode:Batch vs Continuous
Из диалогового окна выбора рабочего режима моделируемого процесса
Plant Operation Mode:Batch vs Continuous вы можете определить:
• рабочий режим для процесса (Plant Operation Mode);
5
Стр.5
• ежегодное рабочее время, доступное для этого процесса (Annual
Operating Time (for all campaign)).
Ежегодное рабочее время - полное время, распределенное для всего
оборудования, используемого в этом процессе, чтобы выполнить операции,
требуемые процессом. Для заводов, работающих в непрерывном режиме, это
время между планово-предупредительными ремонтами. Для периодически
работающих установок это время отражает количество времени, которое
необходимо для выполнения процесса, описанного в текущей
технологической схеме. Если соображение годового выпуска продукции
играет важную роль, вы должны быть осторожны в определении этого
параметра, поскольку эта величина определяет число периодов, которые
можно осуществить ежегодно.
1.2. Регистрация компонентов при моделировании в программе
SuperPro Designer
Для того чтобы осуществить моделирование процесса, необходимо
зарегистрировать все компоненты, которые являются исходными
веществами, участвующими в реакциях, выступают в качестве
промежуточных продуктов и образуются в качестве конечных продуктов и
жидких, твердых или газообразных отходов.
Рис. 3. Меню регистрации чистых компонентов (Edit Pure Components…)
6
Стр.6
Для регистрации компонентов необходимо выбрать в главном меню
Tasks подменю Edit Pure Components…, как это представлено на рисунке 3.
В результате выполненных действий появится диалоговое окно Register /
Edit Pure Components… в соответствии с рисунком 4.
Диалоговое окно регистрации, редактирования существующих в базе и
новых компонентов состоит из двух частей (рис. 4). В левой части
диалогового окна регистрации, редактирования чистых компонентов
(Register / Edit Pure Components…) находится список чистых компонентов
в базе данных программы (Pure Components in Database). В верхней левой
части диалогового окна расположено окно выпадающего списка Source DB,
представляющее собой список баз данных компонентов программы. В этом
списке существует 3 базы. Первая база Designer является основной и
содержит большую часть компонентов и их свойств. Основную базу данных
(Designer) нельзя редактировать и удалять из нее компоненты. Две другие
базы компонентов из списка Source DB (User и DipPR) являются
пользовательскими, и компоненты в этих базах можно редактировать и
удалять.
В правой части диалогового окна Register / Edit Pure Components…
приводится список уже зарегистрированных компонентов (Registered Pure
Component). Если вы только начали работать над проектом, то там уже есть
зарегистрированные компоненты: азот (Nitrogen), кислород (Oxygen) и вода
(Water). Они всегда присутствуют в списке зарегистрированных
компонентов и их нельзя удалять!
Чтобы зарегистрировать компонент из основной базы (Designer),
необходимо из списка выбрать компонент, который является сырьем или
продуктом реакции, или в латинском алфавите набрать первые буквы
компонента. После того, как компонент выбран в окне списка, необходимо
нажать на кнопку Register. В результате этих действий в списке
зарегистрированных компонентов (Registered Pure Component) появится
7
Стр.7
выбранный вами компонент. Подобные действия необходимо повторить над
всеми компонентами, участвующими в моделируемом процессе.
Рис. 4. Диалоговое окно регистрации, редактирования (Register / Edit Pure
Components…) существующих в базе и новых компонентов
1.3. Регистрация новых компонентов при моделировании в программе
SuperPro Designer
Если в окне списка Pure Components in Database диалогового окна
Register / Edit Pure Components… вы не находите необходимого вам
компонента, нужно его зарегистрировать самим щелкнув мышкой по иконке
Add a New Component (рис. 5).
Рис. 5. Иконка Add a New Component над полем списка зарегистрированных
чистых компонентов (Registered Pure Component)
8
Стр.8
Рис. 6. Диалоговое окно наименований нового компонента (New
Component Definition)
В результате выполненных действий должно появиться диалоговое окно
наименований нового компонента (New Component Definition) (рис. 6). Вы
должны заполнить шесть областей этого диалогового окна (New Component
Definition) (их нельзя оставить незаполненными!). Название (Name), номер
CAS (CAS Number), торговая марка (Trade Name) и локальное имя (Local
name) должны быть уникальными для чистых компонентов и готовых
смесей. После внесения данных необходимо нажать кнопку OK. Верхняя
часть диалогового окна (New Component Definition) связана с
инициализацией величин свойств нового компонента. Если вы оставите в
нижней части диалогового окна (New Component Definition) в разделе
Source for Default Property Values, в окне выпадающего списка Component
Name пустое пространство, то все свойства нового компонента при
инициализации будут равны нулю. Вы должны это делать крайне осторожно,
так как нулевое значение свойств, при расчете модели оборудования, может
привести к краху вычислений. Система не принимает величин, которые
равны нулю (например, молекулярный вес) и заставит вас изменить их.
9
Стр.9
Если вы хотите копировать во вновь создаваемый компонент свойства
компонента, который уже имеется в базе данных программы, то вы можете
выбрать его в окне выпадающего списка Component Name. Например, если
ваш новый компонент по свойствам близок к воде, то вы можете выбрать в
нижней части диалогового окна New Component Definition в разделе Source
for Default Property Values, в окне выпадающего списка Component Name
текущий компонент «Water», как источник для свойств компонента. В
дальнейшем эти свойства вы можете отредактировать, нажав в диалоговом
окне Register / Edit Pure Components… на иконку View/Edit the Selected
Component Properties, чтобы внести изменения (рис. 7). Вы можете
копировать свойства компонента используя компоненты из основной базы
данных Designer или пользовательской базы данных User.
Официальное название (Name) чистого компонента вводится, когда
компонент регистрируется в проекте или базе данных программы, и не
может быть отредактировано. Названием может быть строка длиной в 31
знак.
Торговая марка (Trade Name) чистого компонента - это название, под
которым это вещество широко известно на торговом рынке. Торговая марка
вводится, когда компонент регистрируется в этом проекте или базе данных,
но может быть изменена позже. Однако название торговой марки должно
быть уникально. Названием торговой марки может быть строка длиной в 31
знак.
Брутто-формула (Formula) чистого компонента вводится, когда
компонент регистрируется в проекте или базе данных программы и может
быть изменена позже. Уникальность для брутто-формулы не требуется.
Брутто-формулой может быть строка длиной в 31 знак.
Химический абстрактный порядковый номер (номер CAS)
(Chemical Abstract Serial Number (CAS Number))
Номер CAS вводится, когда компонент регистрируется в проекте или
базе данных и может быть изменен позже. Уникальность для номера CAS
10
Стр.10