6. СИНТЕЗ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Процедура синтеза ХТС многоассортиментного производства включает следующие этапы: определение ассортимента выпускаемых продуктов; формирование структуры системы, определение числа аппаратурных стадий, типа и конструкции основных аппаратов каждой стадии;   определение числа и основных размеров аппаратов стадий системы, позволяющих выпустить продукты выбранного ассортимента в плановых количествах за отведенное время с минимальными затратами.

               Номенклатура продуктов проектируемого производства и объемы их выпуска до недавнего времени регламентировались плановыми органами. В настоящее время во внимание принимаются: прогнозы спроса и рыночной цены на продукцию; затрат, связанных с приобретением и транспортировкой сырья, капитальных и эксплуатационных расходов на производство; возможные изменения ассортимента выпускаемой продукции без реконструкции производства. Процедура оценки этих факторов называется технико-экономическим обоснованием. В результате формируется основной ассортимент, для которого и решается задача синтеза ХТС. Кроме того, определяются другие сходные в технологическом отношении марки продукции, процессы выпуска которых могут быть “размещены” на выбранном оборудовании. Эти продукты образуют, так называемый, дополнительный ассортимент.

Число ХТС создаваемого производства определяется путем разбиения продуктов основного ассортимента на группы по признакам близости числа и видов технологических стадий, общности используемого сырья. Во внимание принимается также цвет продуктов и планируемые объемы их выпуска. Например, красители и пигменты должны быть колористически совместимы, чтобы промывка аппаратов системы при переходе с продукта на продукт не была слишком длительной. Желательно, чтобы суммарные производительности различных ХТС проектируемого производства были близкими, т.к. это исключает большие различия размеров аппаратов разных систем и позволяет легче адаптировать их к выпуску продуктов дополнительного ассортимента.

Процесс формирования структуры ХТС, т.е. числа ее аппаратурных стадий и системы связей между ними по материальным потокам, начинается с выбора так называемого базового продукта основного ассортимента. Критерии выбора базового продукта: наибольшее число технологических стадий, наибольшее количество стадий, которые невозможно реализовать в емкостных аппаратах периодического действия, максимальный объем выпуска. Для каждой технологической стадии процесса синтеза базового продукта подбирается аппарат наиболее подходящего типа и конструкции. Требования к типу и конструкции аппаратов для осуществления стадий синтеза любого продукта приводятся в технологическом регламенте. Решение о реализации конкретной технологической стадии в серийном аппарате данного типа чаще всего принимается на основе определения степени подобия стадии и аппарата по методике, изложенной в [2].

Наиболее простой способ определения степени подобия стадии синтеза продукта и серийного аппарата предусматривает сравнение их технологических и конструкционных признаков. Например, требования технологического регламента к реализации стадии сульфохлорирования можно представить в виде совокупности следующих признаков:

1) тип аппарата - емкостный реактор с механической мешалкой;

2) конструкционный материал - сталь с эмал. покр., ст.12Х18Н10Т или титан;

3) тип мешалки - рамная или якорная;

4) скорость вращения мешалки - 40-60 1/мин;

5) тип обогрева - рубашка;

6) рабочее давление в аппарате - не менее 0.3 МПа;

7) тип охлаждения - змеевик;

8) давление в рубашке - 0.3 МПа;

9) способ загрузки исходных веществ - мерник или дозировочный насос;

10) способ выгрузки продуктов - нижний спуск или труба передавливания.

Рассмотрим два серийных емкостных аппарата с точки зрения наличия этих признаков:

N призн.                     1-й аппарат                                      2-й аппарат

1                Емк. реактор с мех. мешалкой           Емк. реактор с мех. мешалкой

2                Углеродистая сталь                             Сталь 12Х18Н10Т

3                Рамная                                                  Лопастная

4                40                                                           60

5                Рубашка                                                Электрообогрев

6                 0.3                                                         0.3

7                  -                                                              -

8                 0.3                                                           -

9                 Мерник                                                Дозировочный насос

10               Нижний спуск                                     Труба передавливания

Для оценки степени подобия технологической стадии и аппарата используют величину, называемую мерой сходства и определяемую как отношение числа совпавших признаков к числу признаков стадии. Число совпавших признаков 1-го аппарата - 8, 2-го - 6, тогда, если все признаки рассматривать как равноценные, меры сходства равны 0.8 и 0.6, соответственно. В действительности значимость признаков неодинакова, для ее оценки приписывают каждому из них определенный вес, причем сумма весов признаков стадии должна быть равна 1. Тогда мерой сходства является сумма весов совпавших признаков. Если относительные веса признаков стадии равны: 0.1, 0.3, 0.1, 0.1, 0.05, 0.05, 0.05, 0.05, 0.1, 0.1, то мера сходства для 1 -го аппарата- 0.1+0.1+0.1+0.05+0.05+0.05 +0.1 +0.1=0.65,  а для 2-го - 0.3+0.1+0.05+0.1+0.1=0.75. Следовательно 2-ой аппарат более пригоден для реализации рассматриваемой стадии. Главной проблемой здесь является определение значений относительных весов признаков стадии. Для этого используются экспертные оценки, формируемые на основе усреднения мнений нескольких квалифицированных технологов и проектировщиков.

Подобрав таким образом аппараты для осуществления технологических стадий синтеза базового продукта, начинают “накладывать”  на сформированную ХТС процессы синтеза остальных продуктов основного ассортимента, т.е. определять аппараты из числа уже выбранных, наиболее пригодные для реализации стадий наработки этих продуктов. При этом задают так называемый “уровень отсечки” - минимальную меру сходства, при которой стадия может быть реализована в одном из выбранных аппаратов. Если для какой-либо стадии не удается получить меру сходства, превышающую уровень отсечки, то образуется новая аппаратурная стадия ХТС и для нее подбирается наиболее приемлемый тип аппарата. Возможны компромиссные решения: например, какая-либо стадия может быть реализована в нескольких выбранных аппаратах с мерой сходства, превышающей уровень отсечки и первоначально помещается в аппарат, где мера сходства максимальна, а другая стадия может быть реализована с достаточной мерой сходства только в этом аппарате. Тогда во избежание образования новой аппаратурной стадии переносят первую стадию в какой-либо другой аппарат.

Если какие-либо продукты не удастся “наложить” на базовый с достаточной степенью общности оборудования (более половины технологических стадий приходится помещать в новые аппаратурные), они могут быть сгруппированы в отдельный ассортимент, и для них создается новая ХТС. По окончании процедуры определения числа ХТС проектируемого производства и их технологической структуры может быть принято решение об организации производства по принципу гибкой ХТС, т.е. выделены группы одновременно выпускаемых продуктов и определены необходимые изменения структуры системы при замене одной группы другой.