Napi Magyarország, 1999. május (3. évfolyam, 101-124. szám)
1999-05-28 / 122. szám
1999. május 28., péntek * ^ Tudomány ^ JA MAGYARORSZÁG*13 ESCAPE-9 Budapesten - Vegyészmérnökök a világ minden tájáról A harmadik paradigma korában vagyunk Az Európai Vegyészmérnök Szövetség (EFCE) számítógéppel segített folyamatmérnöki (CAPE) munkabizottsága az idén a Magyar Kémikusok Egyesületét bízta meg az ESCAPE-9 nemzetközi konferencia megszervezésével, amelyet május 31. és június 2. között tartanak Budapesten. Az EFCE már a hatvanas évek óta rendszeresen megrendezi a témával foglalkozó szakemberek konferenciáját, 1992 óta egységesen ESCAPE néven. Magyarország eddig egyetlen alkalommal, 1980-ban adott otthont a rendezvénynek. Az idei a 32. a sorban. A konferencia nemzetközi tudományos bizottságának elnöke Fonyó Zsolt akadémikus, a Budapesti Műszaki Egyetem vegyipari műveletek tanszékének vezetője, akitől a konferencia szakmai részletei iránt érdeklődtünk. - Milyen fejlődés tette szükségessé az Európai Vegyészmérnök Szövetség folyamatmérnöki munkabizottságának megalakulását? - A vegyészmérnökség 1980- ban ünnepelte centenáriumát, és az azt követő két évtized fejlődése egyértelműen mutatta, hogy az ezredfordulóra a számítógéppel segített folyamattervezés és folyamatirányítás a modern „chemical engineering” leginkább fejlődésben lévő területének bizonyul. Persze hosszú út vezetett idáig. A fejlődés érzékeltetéséhez először a vegyészmérnöki tudomány úgynevezett „paradigmakorszakait” szükséges áttekintenünk. (A paradigma ebben az értelemben a valóságos tudományos gyakorlat egyes elfogadott mintáit jelenti, melyek magukba foglalják a megfelelő törvényeket, elméletet, az alkalmazást és a kutatási eszközöket. A szert) A század elején a vegyipari gyártmányok száma meghatványozódott, és ez a vegyészmérnöki tudomány strukturális megváltozását hozta magával. A gyártásokat külön-külön tárgyaló, leíró jellegű, korabeli kémiai technológia mellett az egyedi műveletekkerültek a tudomány középpontjába. Az ipari vegyészek rájöttek: függetlenül attól, hogy történetesen műtrágyát, textilalapanyagot, élelmiszert, motorhajtó anyagok gyógyszert vagy műanyag terméket gyártunk, a gyártások olyan műveletekből tevődnek ösze, melyeknek közösek az elméleti alapjaik. Ilyenek például a kémiai reaktorok, a desztilláció, a különböző hőcserék, a granulálás vagy a szűrés. - Mi jelentett ez esetben fontos változást? - A lényeges változás az volt, hogy a gépek és készülékek ismertetése helyébe az egyedi műveletek elemző jellegű mennyiségi leírása került, művelettan néven. Ez a strukturális változás nyomon követhetővé vált a fejlesztésben, a mérnöki gyakorlatban, az oktatásban és a szakirodalomban egyaránt, az úgynevezett első paradigma szerint. A klasszikus ipari vegyészek pedig a fejlődés során lassan vegyészmérnökökké váltak. A művelettan igazán tudományos rangját az ötvenes években fejlődésnek indult transzportfolyamatok elmélete hozta meg. Kiderült ugyanis, hogy a művelettan matematikai modelljei közös alapokra vezethetők vissza. Mégpedig az úgynevezett transzportálódó mennyiségekre, azaz az impulzus-, a komponens- és hőmennyiségekre felírt parciális differenciálegyenletek rendszerére, vagyis az általánosított mérlegegyenletek műveletspecifikus változataira. Ezek általánosítása és rendszerezése ma már lehetővé teszi a művelettan egységes tárgyalását. Tehát egy újabb absztrakciós lépéssel - a transzportfolyamatok elméletének bevonásával - kidolgozhatóvá vált a tudományos megalapozottságú művelettan, és e köré lehetett felállítani a második paradigmát. Hogyan jutott el a vegyészmérnöki tudomány a harmadik paradigma korszakához? - Az első paradigma korszakát képező vegyipari műveletek iskolája után a fejlődés és a hozzá tartozó témaváltás két, egymást befolyásoló, párhuzamosan haladó, különböző szinten történt. Az előzőekben vázolt, mikroszintű fejlődés eredményezte a transzportfolyamatok elméletét, és tette lehetővé a különböző műveletek tudományos igényű megértését és leírását. E mikroszintű kutatás napjainkban a műveletek energetikájával folytatódik. Ennek célja a változások magyarázata, a hajtóerők, az energiafajták és a nem megmaradó entrópia segítségével. A párhuzamosan végbement, „felfelé építkező”, makroszintű fejlődés a folyamatok rendszeres vegyészmérnöki tervezését tette lehetővé. Ennek első fejlődési fokozata a folyamatanalízis, vagyis a műveletek hálózatának anyag- és hőmérlegszámítása, értékelése és optimálása volt, a második fokozat pedig a rendszeres folyamatszintézis. Ennek eredményeképpen ma már nyilvánvaló, hogy az elszigetelt és integrált műveletek optimális jellemzői (konverzió, refluxarány, nyomás stb.) különbözőek, továbbá, hogy az üzemi rendszerjellemzőket - a lefúvatást, recirkulációt, regenerálást - is figyelembe kell vennünk az optimalizálandó változók között. A műveletek hálózatának anyag- és hőmérlegszámítása önmagában még nem jelentett önálló paradigmát, de a folyamatszintézis, vagyis új struktúrák és általában a korábbiaknál jobb termelőfolyamatok kialakítása az a gondolat, amely köré a harmadik paradigma kifejtése történik napjainkban. - Mi a harmadik paradigmakorszak további jelemzője? - Ez a felfelé építkező, makroszintű fejlődés egyúttal bizonyos célfüggvényváltozással is párosul: a folyamatok értékelésénél mára már meghatározóvá váltak a környezettudomány által szolgáltatott szempontok, azaz a környezet védelme a folyamattervezés új vezérelve lett. A vegyészmérnöki tudomány fejlődése során alkalmazott matematikai modellek a különböző paradigmakorszakokban eltérőek voltak, és egyre bonyolultabb számítástechnikai feladatokat jelentettek. Szerencsére a számítógépek fejlődése az évszázad második felében katalizálta ezt a haladást. A mind összetettebb feladatok új típusú mérnökszemléletet igényeltek: ez a folyamatmérnöki szemlélet. Ezt ismerte fel az Európai Vegyészmérnök Szövetség, és hozta létre a hatvanas években a CAPE folyamatmérnöki munkabizottságot. Melyek azok a számítástechnikai problémák, amelyek a munkabizottság fő kutatási témáit alkották? -Az első és második paradigma-, korszak idején a nemlineáris egyenletrendszerek és a parciális differenciál-egyenletrendszerek megoldása volt a fő téma, és ez a műveletek tervezésével, hálózataik modellezésével és a folyamatirányítási feladatok megoldásával függött össze. Ezek között külön magyarázatot igényel a hálózatok modellezése. A vegyipari termelésben ugyanis az egyedi műveletek nem önmagukban vesznek részt, hanem ezek hálózatai. Nevezhetjük őket strangnak, üzemrésznek vagy üzemnek. Az ilyen bonyolult rendszerek stacionárius modellezésére, szimulációjára már a hetvenes évek elejére számítógépes programrendszerek... azaz szoftverek születtek. A professzionális dinamikus szimulátorok megjelenése pedig az elmúlt másfél évtized eredménye. A rendszer fejlesztése ezzel be is fejeződött? - A vegyipari folyamattervezés célja több, nevezetesen a műveleti egységek számának, típusának, optimális kapcsolási módjának, szerkezeti és üzemeltetési paramétereinek meghatározása. Ez pedig már a folyamatszintézis, amely a problémát koncepcionális szempontból egy úgynevezett integetés folytonos optimalizálási feladatként kezeli, és azt matematikailag egy vegyes egészértékű - nemlineáris programozási - feladatként fogalmazza meg. Ez az a témakör, amely a mai folyamattervezési kutatások fő tárgyát képezi. Kérem, beszéljen erről bővebben. Érdemes megemlíteni, hogy a hierarchikus modellezés általánosan elfogadott gyakorlata szerint a rendszertani tárgyalás a hierarchiaszinteknek megfelelő matematikai modelleket igényel, vagyis a felsőbb szintű modellektől nem követelhetjük meg az alsóbb szinten szükséges részletességet. Ez a megállapítás voltaképpen azt jelenti, hogy a struktúrának stabilabbnak kell lennie alkotóelemei modelljénél, továbbá, hogy a modellezés felsőbb szintjén létjogosultsága van az alrendszerek zárt, analitikus közelítő összefüggéseinek, amelyeket régebben - a számítógép előtti korszakban - az alsóbb hierarchiaszinteken használtak, így kerülnek helyükre a különböző vegyészmérnöki tudománytörténeti korokból származó matematikai modellek. - Mi az ESCAPE konferenciák célja, és a budapesti találkozón milyen témakörök megvitatása várható? - AZ ESCAPE konferenciák célja a számítógéppel segített folyamatmérnöki kutatások és fejlesztések legújabb eredményeinek ismertetése és áttekintése, különös tekintettel arra, hogy milyen hatással van az informatika a vegyi és rokon ipari eljárások tervezésére és üzemeltetésére. A konferencia témái felölelik a vegyipari folyamatszintézis, a tervezés, a folyamatdinamika, a folyamatirányítás, az üzemeltetés, a modellezés, a szimuláció, az ütemezés és az optimalizálás különböző aspektusait. Külön szekciókban foglalkozunk az úgynevezett intelligens rendszerekkel és az információfeldolgozással, az oktatással és a tréning témaköreivel, a tervezési segédeszközökkel és szoftverekkel, valamint az esettanulmányok és az ipari alkalmazások bemutatásával. Külön figyelmet fordítunk az energiagazdálkodásra és általában az energia- és anyagintegrációra, továbbá a környezetvédelmi szempontokra. - Mi az anyag- és energiaintegrációs kutatások lényege? - A vegyipari üzemek optimális energiagyalálkodásának kérdése a folyamatmérnöki tevékenység egyik kezdeti motiváló témaköre volt. Napjainkban pedig az energia- és anyagcseréi hálózatok optimális megvalósítása került a kutatás középpontjába. Az energiaintegráció esetében a rendelkezésre álló meleg- és hidegáramokat úgy kívánjuk kapcsolni, hogy a teljes rendszer szempontjából a kívülről bevitt fű-,űtés és hűtés minimális költségű legyen. Ezt oly módon érhetjük el, hogy a műveletek közti hőcserét, amely lehetővé teszi a hideg- és melegáramok hőjének kicserélődését, megpróbáljuk minél nagyobbra kialakítani, így a külső fűtés és a külső hűtés csökkenthető. Ugyanez a helyzet akkor is, amikor az anyagcserél hálózatnál azt vizsgáljuk, milyen módon lehet megvalósítani a külső oldószerrel történő anyagkinyerést minimális oldószermennyiséggel, illetve a lehető legkevesebb hulladékanyag-termeléssel. Ez pedig már olyan fontos kutatásokhoz vezet, mint az ipari szennyvízhálózatok optimalizálása vagy a hulladékszegény új vegyipari folyamatok tervezése. - Milyen hierarchiát mutatnak a gazdaságossági, a környezetvédelmi és az üzemeltetési szempontok? - A fő cél az üzemvitelnél - a termékigények kielégítése mellett - mindig a nyereséges termelés, ez azonban legtöbbször ellentétben áll a környezetvédelmi és működtetési szempontokkal. Jelenleg azonban a környezeti szempontok meghatározóvá váltak, tehát a környezet védelme a folyamatszintézis új vezérelve lett. A hangsúly áthelyeződött a keletkezett kémiai hulladékok kezeléséről a hulladék keletkezésének csökkentésére. Ennek legfontosabb eszközei: áttérés a hulladékszegény folyamatok alkalmazására, a mégis keletkezett kémiai hulladékok mind teljesebb körű újrafelhasználása és visszaforgatása, valamint a hulladék anyagok és hulladékenergiák célirányos felhasználása az anyag- és energiaátalakító folyamatok mind teljesebb integrációjával. - Hogyan lehet ezzel a módszerrel ésszerű megtakarítást elérni? - A vegyipar és vele rokon iparok eljárásait - biokémiai technológiák, élelmiszeripar, környezetvédelmi folyamatok - úgy kell megvalósítani, hogy a hulladék termékeket, illetve hulladékenergiát ez a kombinált folyamat már ne is állítsa elő. Úgy kelltehát több gyártási eljárást egymáshoz kapcsolni, hogy a keletkező melléktermék, hulladék és a hulladékhő a következő technológiánál újra felhasználható legyen. Egy másik megoldás az, hogy a kapott hulladék anyag regenerálhatóvá váljék, s vissza lehessen vezetni a folyamat elejére. Éppen ez a lényeg: integrált vegyipari rendszereket akarunk létrehozni. Úgy akarjuk a különböző eljárásokat kombinálni, hogy hulladék ne is keletkezzék. Ez az úgynevezett zöld vegyipar természetesen elméleti cél, amelyre azonban a fejlesztő folyamatmérnöknek mindenképpen törekednie kell. - Mi az ESCAPE konferenciák jelentősége és a budapesti találkozó sajátossága? - E konferenciák az évek múlásával egyre nagyobb műszaki-tudományos rangot vívtak ki maguknak. A budapesti találkozó ebben a témakörben a világ ez évi legnagyobb és legrangosabb rendezvénye lesz. A konferencia 3 napja alatt 9 plenáris előadás és 92 szekcióelőadás hangzik el, emellett 149 posztert mutatnak be. A 22 tagú nemzetközi tudományos bizottság 439 összefoglalóból válogatta ki az előadásokat. Az előadók 48 országból érkeznek a világ minden tájáról. A plenáris előadásokat a legrangosabb európai és tengerentúli szakemberek tartják, a résztvevők száma 350 körül várható. Az ESCAPE konferencia előadásait évről évre az amszterdami Elsevier Kiadó jelenteti meg, és a legszínvonalasabb előadásokat bővített formában a Computers and Chemical Engineering nemzetközi folyóirat közli. - Milyen helyszíneken zajlik a konferencia? -A szervező Magyar Kémikusok Egyesülete egyrészt olyan feltételeket és környezetet próbál biztosítani, amely méltóan reprezentálja az Európai Unióba tartó országunkat, másrészt igyekszik elérni, hogy a rendezvényen minél több hazai és külföldi szakember vehessen részt. A rendezvény helye a világörökség részét, képező budai Vár, pontosabban a Mátyás-templom és a Halászbástya szomszédságában álló Magyar Kultúra Alapítvány székháza és a Hilton. Az 1980-ban Hévízen megtartott hasonló rendezvényre ma is jó szívvel gondolnak vissza a résztvevők, és az akkori konferencia elnökét, Pallai Iván professzort a mostani konferencia tiszteletbeli elnökének kértük fel. -Az előzőkhöz képest inlyen újdonságot, meglepetést tartogatnak az érdeklődők számára? - Miután elnyertük a rendezés jogát, elhatároztuk, hogy az évszázad utolsó konferenciáját egybekötjük egy új kezdeményezéssel, az inkább a gyakorlati alkalmazásokra koncentráló PRÉS konferenciasorozattal. Szeretnénk elérni, hogy közös konferencián találkozzanak az egyetemi oktatás, a kutatás, a tervezés, a fejlesztés és az ipari megvalósítás legjobb szakemberei. A PRÉS ’99 keretében további mintegy 60 előadás hangzik el, és 50 posztert mutatnak be, elsősorban a folyamatintegráció és a hulladékcsökkentés témakörében. A nagyszabású rendezvény szervezésén sok kiváló szakember dolgozik. A Magyar Kémikusok Egyesületének hivatásos munkatársai mellett szeretném kiemelni a szervező konferenciaelnök, Jedlovszky Pál tudományos főmunkatárs, a társkonferencia tudományos bizottságának elnöke, Friedler Ferenc profeszszor és az ESCAPE tudományos bizottság titkára, Rév Endre docens nevét, akik munkájukkal e rendezvény megvalósítását lehetővé tették. Bizonyos vagyok abban, hogy a konferencia elősegíti a vegyészmérnöki tudomány további eredményes fejlődését, és növeli a magyar tudomány és kutatóink nemzetközi hírnevét. Hanczár János Fonyó Zsolt professzor, akadémikus 1967-ben Veszprémben szerzett vegyészmérnöki oklevelet. Pályafutását az olajterv tervezőjeként kezdte, rövidesen azonban a Budapesti Műszaki Egyetem kutatója, majd oktatója lett. Hét esztendőt a zürichi Szövetségi Műszaki Főiskolán (ETH) töltött vendégtanárként. Onnan hazatérve vette át a BME vegyipari műveletek tanszékének vezetését. Kutatási és oktatási területe a vegyipari műveletek, vegyipari folyamatok tervezése, folyamatirányítás, integrált vegyipari folyamatok megvalósítása. A Magyar Tudományos Akadémián székfoglaló előadását 1999. február 16-án tartotta. Közel kétszáz publikáció, hét könyv és huszonhat megvalósított üzem folyamattervezése jelzi munkásságát. Fonyó Zsolt: A hangsúly áthelyeződött a keletkezett kémiai hulladékok kezeléséről a hulladék keletkezésének csökkentésére Fotó: Somoskövy Béla -1920 1920-1950 1. paradigma 1950-1970 2. paradigma 1970-3. paradigma A vegyészmérnöki tudomány paradigmái