Оборудование И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

И.А. ФРИДМАН

Оборудование И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Химических производств бав

ЛЕКЦИИ. ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ОСНОВЫ ПРЕКТИРОВАНИЯ.

ЗАДАЧА ТЕХНИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА.

Любое производство должно постоянно развиваться, совершенствоваться для выполнения своей социально-экономической функции и улучшения своих экологических показателей.

В рыночной экономике возможность технического совершенствования превращается (перефразируя Энгельса) в своего рода категорический императив, повелевающий всем производителям и каждому из них совершенствовать своё производство буквально под страхом «рыночной смерти». Производитель, выпускающий лучшую и новейшую продукцию, имеющий лучшую технику, технологию и организацию производства, получает решающее преимущество для завоевания и процветания на рынке.

Собственно, постоянное совершенствование производительных сил и техносферы в целом составляет сущность научно-технического прогресса человечества.

Сказанное выше отражает три основных аспекта технического развития производства.

Создание и производство новых видов продукции.

Применительно к ХФП это поиск новых лекарственных субстанций, витаминных комплексов; антибиотиков и других БАВ.

Эта задача в большей мере решается исследованиями в области фундаментальной химии, биологии, фармакологии и медицине, т.е. сфер, непосредственно не связанных с деятельностью химика-технолога.

Совершенствование химических основ технологии.

Это разработка новых и совершенствование существующих методов синтеза БАВ в широком смысле слова. Сюда относятся: совершенствование химических схем и сокращение стадийности производства; рационализация и универсализация сырьевой базы; повышение выходов целевых продуктов и снижение количества отходов на всех стадиях синтеза; рационализация режимов ведения процессов; совершенствование методов химического и физико-химического анализа. Содержание этой важнейшей задачи химиков – исследователей и инженеров – относится к предмету курса ОПХС БАВ.

Совершенствование технической базы производства.

Под «техникой» в отечественной научной и философской литературе подразумеваются все материальные средства, используемых человеком в своей деятельности.

Применительно к производству это: всё технологическое, энергетическое, транспортное, кибернетическое и иное специальное оборудование; здания, открытые наземные и надземные, а также подземные сооружения в которых это оборудование находится. В совокупности оборудование, здания, сооружения, коммуникации, определённым образом размещаемые на местности, образуют сложнейший технический комплекс, именуемый промышленным предприятием.

Совершенствование технической базы производства реализуется в нескольких формах, различающихся объёмом и сложностью работ.

Техническое перевооружение.

Заключается в замене отдельных экземпляров оборудования (технических единиц) на иное:

- идентичное по конструкции, но физически новое, не изношенное;

- аналогичное по конструкции, но изготовленное из более качественных материалов;

- более совершенное по конструкции.

Техперевооружение не затрагивает системно технических и технологических основ производства (лишь отдельные элементы: конкретные позиции оборудования или отдельные технологические решения). В силу этого оно практически не требует строительства новых зданий и сооружений и может быть осуществлено в ходе планово-предупредительных ремонтов без длительной остановки производства. Это наиболее дешёвый путь развития производства; однако возможности его весьма ограниченны: больших, прорывных успехов этим путём достичь нельзя..

Реконструкция.

Состоит в системном полном или частичном переоборудовании действующих производств на базе новой техники и технологии. При реконструкции заменяются целые комплексы изношенного или морально устаревшего оборудования, устраняются имеющиеся диспропорции в технологических и иных производственных звеньях.

Реконструкция, как правило, осуществляется без строительства новых зданий и сооружений, но довольно часто требует частичной перестройки или расширения действующих цехов основного производственного назначения.

Освоение производства новых видов продукции, а также системное совершенствование технологии существующих производств (например совершенствование химических схем синтеза или оптимизация технологического режима отдельных стадий процесса) тоже по существу является реконструкцией, даже если совершенно не требует обновления техники.

Кроме того, к реконструкции относятся работы по перепрофилированию предприятий.

Расширение.

Строительство новых производственных комплексов на территории действующих преприятий. Его осуществляют для увеличения мощности действующего предприятия с одновременным улучшением технико-экономических показателей, которые не могут быть достигнуты путем реконструкции или технического перевооружения.

При расширении действующего предприятия осуществляется;

- строительство последующих его очередей (дублирующих существующие и создающих условия для их реконструкции);

- дополнительных производств, новых цехов (или расширение действующих цехов) основного производственного назначения;

- новых объектов вспомогательного и обслуживающего назначения;

- опытных производств, исследовательских и испытательных центров.

Реконструкция и расширение производства позволяют достичь существенных результатов, обеспечивающих увеличение объема выпуска и/или расширение ассортимента и улучшение качества продукции, повышение адаптивности производства и его экологизации при относительно небольших затратах.

Реконструкция предприятий имеет следующие преимущества по сравнению со строительством новых аналогичных предприятий или расширением действующих.

1. Отсутствие необходимости освоения и инженерной подготовки новой площадки строительства;

2. Возможность использования существующей инфраструктуры производства: зданий, инженерных сооружений и коммуникаций; наличие квалифицированных кадров.

3. Меньший объем изыскательских, проектных и строительно-монтажных работ.

4. Сокращение сроков и сметной стоимости строительства объектов.

5. Меньшие сроки ввода в действие и освоения производственных мощностей.

6. Сохранение природных ландшафтов, флоры и фауны региона.

Как показывает опыт, капитальные вложения (инвестиции), направленные на техперевооружение, ре-

конструкцию и расширение производства, окупаются примерно вдвое быстрее, чем при новом строительстве.

Новое строительство.

В строгом смысле слова так называют полное сооружение нового предприятия (и последующих его очередей). Этот путь позволяет достигать весьма больших результатов собственно в производстве, однако имеет много экономических и экологических недостатков.

1. Максимальный объём проектно-изыскательских и строительно-монтажных работ.

2. Наибольшая стоимость и сроки строительства, пуска и освоения объекта.

3. Воздействие на социально-демографическую ситуацию региона, т.к. как правило требуется искать и привлекать новые трудовые ресурсы. При этом возникают дополнительные урбанистические (необходимость нового жилищного строительства) и дорожно-транспортные проблемы. поскольку большому числу людей нужно добираться до работы.

4. Максимальное негативное техногенное воздействие на окружающую среду; занятие новых территорий и акваторий.

К новому строительству следует прибегать по существу лишь в следующих ситуациях.

1. Необходимая новая продукция не может быть произведена на действующих предприятиях, даже после их реконструкции.

2. Создание новых современных предприятий на существующих или новых площадках и промзонах взамен ликвидируемых устаревших объектов, дальнейшая эксплуатация которых признана нецелесообразной по экономическим или экологическим причинам.(В частности, это проблема перемещения промзон из исторических центров крупных городов).

3. Соответствующие производства необходимы в интересах национальной безопасности.

Реконструкция, расширение и новое строительство относятся к сфере капитального строительства.

Строительство.

В этой сфере принят термин проектирование. Принципы, нормы и правила определяет Система Проектной Документации для Строительства – СПДС.

Создание новой техники.

Принят термин конструирование. Принципы, нормы и правила определяет Единая Система Конструкторской Документации– ЕСКД.

Требования к проекту (создаваемой научно-технической продукции).

Это центральный раздел ЗП. Здесь излагаются главные технические требования к создаваемому объекту: вид объекта, мощность производства, стадийность, экологические требования, сырьё, метод производства.

СОБСТВЕННО ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ.

На данном этапе вырабатывают основные технические решения по всей проблематике проекта; выявляют неточности Задания и неполноту Исходных данных; устанавливают необходимые

доработки и согласования разделов проекта.

РАБОЧИЙ ПРОЕКТ.

Это окончательный вариант проекта, содержащий все необходимые, предусмотренные Заданием документы.

На этапе рабочего проектирования производят устранение всех выявленных недоработок, согласуют изменения с Заказчиком; окончательно согласуют все проектные решения по разделам; разрабатывают рабочую документацию для строительно-монтажных работ, пуска и освоения производства (в т.ч. Пусковой Регламент).

Во всех возможных случаях этапы проектирования соединяют, разрабатывая технорабочий проект.

1.2.4. СОСТАВ И РАЗДЕЛЫ ПРОЕКТА.

Любой проект производства содержит ряд обязательных разделов.

1. Технология производства.

Центральный раздел. (Для данного курса это единственно важный раздел; остальные – смежные – лишь упоминаются).

2. Управление и автоматизация производства.

3. Механизация производства.

4. Электроснабжение: силовое и слаботочное.

5. Общее энергообеспечение.

Паросиловые системы. Газоснабжение. Компрессорные и вакуумные системы. Печи и котлы технологического назначения.

6. Отопление и вентиляция.

7. Водоснабжение и канализация.

8. Системы информационной и физической защиты.

9. Строительная часть.

Производственные здания (или помещения). Здания (или помещения) иных технических систем, складские или вспомогательные. Административно-бытовые здания.

Подземные, наземные и надземные сооружения и сети. Внутренние и внешние рельсовые и нерельсовые пути. Бассейны и водотоки.

Проектные материалы излагаются в ряде документов.

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.

Текстовый документ. Содержит необходимые обоснования, расчёты, комментарии и изложение принципов, заложенных в проект.

(Ранее это была расчётно-пояснительная записка, подробно излагавшая все основы и расчёты. Сейчас проектировщик не обязан выдавать свои расчёты и проектные ноу-хау; но отвечает за качество и надёжность решений).

2. ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

Схемы и чертежи, в соответствии с которыми ведут строительство, монтаж и эксплуатируют производство.

3. ЗАКАЗНЫЕ ВЕДОМОСТИ И СПЕЦИФИКАЦИИ.

Документы обычно табличной или текстово-табличной формы. Содержат точные указания относительно типов и технических характеристик оборудования, покупных материалов и комплектующих: т.е. всего материального обеспечения строительства и производства.

4. СМЕТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ.

Текстовые и табличные документы, содержащие необходимые экономические выкладки и обоснование стоимости реализации проекта.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ.

Анализ Задания и Исходных Данных.

По существу данный этап представляет тщательное изучение Задания и ИД с целью уяснения деталей и тонкостей Задания и – что особенно важно – неточностей в Задании и пробелов (лакун) в ИД, подлежащих уточнению, исправлению и восполнению.

Химическая схема процесса.

Как правило, в практике отраслей ТОС (в т.ч. ХФП) в Задании и ИД уже выбрана одна конкретная химическая схема производства (т.е., путь синтеза целевого продукта). В этом случае данная схема должна быть представлена подробно, с указанием для каждой стадии синтеза не только целевой, но также основных (желательно - всех) побочных и сопряжённых реакций. Необходимо оценить степени превращения исходных субстратов, химические выходы целевого и побочных продуктов, параметры химических и фазовых равновесий; кинетические параметры химических и массобменных процессов; особенности и точностные характеристики применяемых методик анализа.

Однако иногда в ИД приводят конкурентные варианты методов синтеза. В этих случаях необходимо прежде всего обосновать и согласовать с Заказчиком выбор одного варианта химической схемы либо – что наиболее сложно – проектировать несколько вариантов.

Химическая схема производства изображается согласно ОСТ 64-03-002-2002 с использованием линейной или вертикальной формы записи. Для представления химических схем процессов стадий (где собственно и указывают побочные и сопряжённые реакции) необходимо использовать именно линейную форму, поскольку она удобнее для детальных записей.

Схему строят в соответствии с принципами и классификацией стадий и операций ОСТ 64-03-002-2002. Здесь главным исходным пунктом является тщательный анализ текста Изложения технологического процесса в ИД (регламенте).

Для выделения стадий производства фрагментируют текст по указаниям на выделяемые или определяемые аналитически в реакционных массах полупродукты и конечный продукт (либо на изложение процессов очистки продуктов).

Для разбиения стадий производства на технологические операции находят указание на использование основного технологического оборудования: реакторов, массообменных аппаратов, фильтров, центрифуг, сепараторов, смесителей, сушилок, механико-технологических машин и т.д. Вспомогательное и многоцелевое оборудование: мерники, сборники, весы, теплообменники общего назначения, насосы, газодувки, транспортёры - не учитывают.

Построение ТСП позволяет:

- сразу увидеть общую логическую и трудовую структуру процесса;

- наглядно представить схему движения сырья и полупродуктов;

- оценить виды и состояние отходов и выбросов.

Рисунок 1. Топологическая циклограмма процесса.

Из рис.1 видно, что выполняется условие

Т_Ц = τ ₁ + τ ₂+ τ ₃ + τ ₄+ τ ₅ (1)

Т.е., суммарное время работы всех основных аппаратов составляет общую продолжительнось технологического цикла.

Эта циклограмма показывает критические, наиболее длительные операции, а также выявляет характер занятости персонала – возможности людей одновременно обслуживать несколько аппаратов и общий уровень нагрузки на человека. В итоге получают важную технико-экономическую характеристику производства.

Для описания динамики хода процессов в конкретных аппаратах (технологические операции и процедуры) применяют циклограммы физического состояния аппарата. Это графики, показывающие изменение количества вещества и температуры в аппарате (рисунки 2 и 3).

M, кг (V, л)

М₄: = | --------------------------------------------* *

М_МАХ | * | *

| * | * * * * * * *

| * | | | | *

М₁ | -----------------------* * * * * | | | | *

| * | | | | | | *

|__________*_____|_______|_______|_______ |________|_______|____*_______________

0 τ ₁ τ ₂τ ₃ τ ₄τ ₅ τ ₆ τ ₇ τ ₈ Время, ч

0------------1----------2----------3-----------4------------5-----------6----------7-------8 Фазы

Подготовка Загрузка Нагрев Загрузка Выдержка Охлаж- Выдер- Слив на Проце-

аппарата сырья сырья с отгонкой дение жка фильтр дуры

Рисунок 2. Циклограмма количества вещества в аппарате.

Т ^ОС

Т_МАХ |------------------------------------------------------------*

| * | *

Т₃|--------------------------------* | * * * * | *

| * | | | *

| * | | | * |

Т₁ | * * * * * * * * * | | | * | * * * | * * *|

| | | | | | | | |

|________ |_______|_______|_______|_______ |________|_______|______ |_____________

0 τ ₁ τ ₂τ ₃ τ ₄τ ₅ τ ₆ τ ₇ τ ₈ Время, ч

0------------1----------2----------3-----------4------------5-----------6----------7-------8 Фазы

Подготовка Загрузка Нагрев Загрузка Выдержка Охлаж- Выдер- Слив на Проце-

аппарата сырья сырья с отгонкой дение жка фильтр дуры

Рисунок 3. Циклограмма температурного режима в аппарате.

Выполнение этого этапа даёт целостную, хотя и самую приближённую картину проектируемого

процесса. Далее следует детализированный количественный анализ процесса.

Предварительный выбор оборудования.

Выбор оборудования производят на основании сведений о матбалансе стадий и операций процесса;

свойствах продуктов и сред, условиях ведения процесса.

Расчёты динамики процессов.

Наиболее сложный этап расчётов. Обычно на производственном жаргоне эти расчёты называют расчётами оборудования, что неверно поскольку этим занимаются конструкторы. Технологи выполняют расчёты динамических характеристик процесса (скорости; тепловые мощности процессов; реальное время протекания превращений, массобменных, тепловых и иных процессов).

Эти расчёты имеют характер поверочных; их выполнение преследует две цели.

1. Подтвердить пригодность выбранного оборудования для осуществления процесса в рациональных режимах, соответствующих Заданию.

2. Выявить недостатки выбора оборудования. Определить необходимые усовершенствования,

переделки, изменения норм технологического режима.

8. Разработка эскизных вариантов чертежей.

В раздел ТХ входят следующие графические документы.

1. Монтажно-технологические (функциональные) схемы; отражающие последовательность подключения и принципы работы всего – технологического, энергетического, транспортного, управляющего -оборудования.

2. Планы и разрезы, изображающие пространственное расположение оборудования

3. Монтажно-технологические чертежи, показывающие компоновку (точное расположение) оборудования и трассировку в пространстве технологических трубопроводов и сетей.

РАБОЧИЙ ПРОЕКТ.

Рабочее проектирование по доработанным со смежниками деталям Задания включает следующие стадии.

О ТРЕБОВАНИЯХ GMP.

Правила GMP, сформулированные для России в ОСТ 42-510-98, разработаны главным образом, для проектирования и эксплуатации производств готовых лекарственных средств (ГЛС).

К производствам субстанций относится один абзац п., состоящий из двух строк. Данный пункт определяет, что производство лекарственных субстанций должно размещаться в помещениях классов чистоты С и D. По умолчанию это следует понимать так, что требования GMP распространяются лишь на стадии получения чистых фармакопейных лекарственных субстанций и витаминов.

И.А. ФРИДМАН

оборудование И ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Химических производств бав

ЛЕКЦИИ. ЧАСТЬ I. ОБЩИЕ ОСНОВЫ ПРЕКТИРОВАНИЯ.

12 3 4 Следующая ⇒