WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |
С.В. Карпушкин ВЫБОР АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ МОСКВА "ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1" 2006 С.В. Карпушкин ВЫБОР АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ МОСКВА "ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ-1" 2006 УДК 66.001.2:65.011 ББК Л11-5 К26 Р е ц е н з е н т ы:

Доктор технических наук, профессор А.Ф. Егоров Доктор технических наук, профессор С.И. Дворецкий Карпушкин С.В.

К26 Выбор аппаратурного оформления многоассортиментных химических производств. – М. : "Издательство Машиностроение1", 2006. – 140 с.

Предложена методика определения аппаратурного оформления химико-технологических систем многоассортиментных производств, широко распространенных в промышленности органического синтеза: рассмотрены основные особенности функционирования реальных химикотехнологических систем; сформулированы задачи определения характеристик режима их работы и аппаратурного оформления стадий с оборудованием различных типов; представлены условия разрешимости задач, методы и алгоритмы их решения.

Предназначена для специалистов, занимающихся расчетами технологического оборудования многоассортиментных химических производств, моделированием и оптимизацией процессов принятия проектных решений в данной области, а также аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

УДК 66.001.2:65.011 ББК Л11-5 ISBN 5-94275-262-1 © Карпушкин С.В., 2006 © "Издательство Машиностроение-1", 2006 Научное издание КАРПУШКИН Сергей Викторович ВЫБОР АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Монография Редактор З.Г. Чернова Компьютерное макетирование Е.В. Кораблевой Подписано к печати 20.04.2006.

Формат 60 84/16. Гарнитура Times. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Объем: 8,14 усл. печ. л.; 8,05 уч.-изд. л.

Тираж 400 экз. С. 222М "Издательство Машиностроение-1", 107076, Москва, Стромынский пер., Подготовлено к печати и отпечатано в Издательско-полиграфическом центре Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, Советская, 106, к. ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ……………………………………………………………… 1. Проблема определения аппаратурного оформления химикотехнологических систем многоассортиментных химических производств ……………………………………………………… 1.1. Место и содержание определения АО ХТС ……………. 1.1.1. Этап разработки ХТС …………………………… 1.1.2. Этап определения АО ХТС производства ……... 1.1.3. Этапы компоновочных расчетов, составления расписания работы ХТС, утилизации отходов производства ……………………………………… 1.2. Особенности функционирования оборудования ХТС МХП..……………………………………………………… 1.2.1. Порядок определения продолжительностей реализации стадий выпуска продукта …………....... 1.2.2. Варианты организации совместной работы стадий ХТС с различными основными аппаратами 1.2.3. Организация переработки партий продукта на стадиях с несколькими основными аппаратами 1.2.4. Изменения размера партии продукта в ходе ее переработки на стадиях ХТС …………………… 1.3 Постановки и методы решения задач определения АО ХТС МХП …………………………………………………. 1.3.1. Постановки задачи определения АО ХТС при упрощенном представлении режима его работы 1.3.2. Постановки задачи определения АО ХТС в условиях неопределенности значений некоторых параметров ………………………………………….. 1.3.3. Постановки задач оптимизации режима функционирования ХТС периодического действия … 1.3.4. Методы решения задач определения АО и режима функционирования ХТС периодического действия ………………….………………………....... 2. Постановки задач определения аппаратурного оформления химико-технологических систем многоассортиментных химических производств ……………………………………………... 2.1. Предпосылки разработки математических постановок задач определения АО ХТС МХП ………………………. 2.1.1. Допущения, принятые при постановке задач определения АО ХТС МХП ………………………… 2.1.2. Исходные данные и результаты решения задач определения АО ХТС МХП ……………………… 2.2. Постановка задачи выбора режима функционирования ХТС МХП ………………………………………………… 2.2.1. Соотношения для определения характеристик режима функционирования ХТС ……………….. 2.2.2. Условия синхронизации циклов работы аппаратов стадий ХТС …………………………………. 2.2.3 Критерий оптимизации режима функционирования АО ХТС МХП ……………………………….. 2.3. Постановки задач выбора оборудования стадий ХТС МХП ………………………………………………………. 2.3.1. Соотношения для выбора основной аппаратуры стадий ХТС МХП …………………………………. 2.3.2. Выбор вспомогательной аппаратуры стадий ХТС МХП ………………………………………..……... 2.3.3 Критерий оптимальности аппаратурного оформления стадии ХТС ………………………………… 3. Методы решения задач определения аппаратурного оформления химико-технологических систем многоассортиментных химических производств …………………………………….…. 3.1. Необходимые условия существования решений задач определения АО ХТС МХП ……………………………... 3.1.1. Условие существования диапазонов допустимых значений размеров партий продуктов ХТС …....... 3.1.2. Условие существования допустимых вариантов АО стадий ХТС …………………………………... 3.1.3. Условие обеспечения требуемой производительности ХТС …………………………………….….. 3.2. Алгоритмы решения задач определения АО ХТС МХП 3.2.1. Алгоритм решения задачи определения характеристик режима функционирования ХТС ………. 3.2.2. Алгоритм решения задач определения АО стадий ХТС ……………………………………………… 3.3. Методика определения АО ХТС проектируемого МХП 3.3.1. Схема улучшения базового варианта АО ХТС …. 3.3.2. Примеры определения АО ХТС реальных МХП …. Заключение ………………………..…………………………………. Список литературы ……………………..……………………………. ВВЕДЕНИЕ Ключевой проблемой разработки нового производства и обновления существующего с целью изменения номенклатуры и объемов выпуска продуктов, а также реализации усовершенствованных (энергосберегающих, экологически безопасных) технологий, является определение аппаратурного оформления (АО) входящих в его состав химико-технологических систем (ХТС), т.е. типов, числа, геометрических размеров и характеристик режима функционирования основных и вспомогательных аппаратов каждой системы. При решении этой проблемы приходится иметь дело с множеством разнообразных прикладных задач, связанных с определением оптимальных конструкционных и ре-жимных параметров единиц производственного оборудования. Самый широкий комплекс задач приходится решать при определении аппаратурного оформления многоассортиментных химических производств (МХП), примерами которых могут служить производства химических красителей и полупродуктов, добавок к полимерным материалам, фармацевтических препаратов, кино-фотоматериалов, химических реактивов. Это обусловлено следующими обстоятельствами:



• широкой номенклатурой выпускаемой продукции при небольших объемах (до 1000 т/год) и коротких сроках выпуска большинства ее марок, частыми изменениями ассортимента и объемов выпускаемых продуктов;

• большим разнообразием видов технологических процессов, способов их организации и осуществления, типов технологического оборудования, характерных для химической промышленности;

• преимущественно периодическим режимом работы ХТС этих производств (продукты выпускаются отдельными партиями, которые последовательно проходят все стадии переработки), при этом для реализации отдельных стадий часто используются аппараты непрерывного действия, работающие в квазинепрерывном режиме;

• формированием АО ХТС как совокупности обособленных аппаратурных стадий – установок, предназначенных для реализации физико-химических стадий процессов получения продуктов, которые предусмотрены технологическими регламентами (подготовка сырья, химические превращения, выделение продуктов и т.д.);

• неодинаковой степенью загрузки технологического оборудования в различные периоды его работы.

Заметим, что в той или иной степени указанные особенности характерны для подавляющего большинства производств основной химии и органического синтеза, так как кроме основной продукции все они выпускают отходы, утилизация которых требует создания специальных ХТС и обеспечения их функционирования. Другими словами, практически любое химическое предприятие можно рассматривать как многоассортиментное: целевые продукты поступают на рынок и обеспечивают прибыль, а отходы преобразуются в сырье для других производств или утилизируются в экологически безопасное состояние, что увеличивает издержки и снижает прибыль.

Согласно принятой в последние годы классификации, среди производств, для которых характерен периодический способ реализации технологических процессов, широкий ассортимент продуктов и небольшие объемы их выпуска, выделяют следующие группы технологических систем [1 – 4]:

- однопродуктовые, предназначенные для выпуска единственного продукта;

- многопродуктовые, ориентированные на последовательный выпуск нескольких продуктов, причем число задействованных аппаратурных стадий и структура материальных потоков при выпуске разных продуктов могут быть неодинаковыми;

- многоцелевые, способные выпускать несколько продуктов одновременно, причем маршруты следования разных партий одного и того же продукта по стадиям ХТС могут быть различными.

Однопродуктовые ХТС являются частным случаем многопродуктовых. Многоцелевые не нашли широкого применения в МХП по причинам сложности технологии выпуска продуктов и необходимости тщательной очистки оборудования при переходах с выпуска одного продукта на другой. Предметом рассмотрения в предлагаемой работе являются многопродуктовые ХТС как наиболее распространенный способ организации выпуска продукции МХП [3 – 7].

Целью предлагаемой работы является развитие теории и методов автоматизации определения АО ХТС и характеристик режима его функционирования при разработке проекта нового производства.

1. ПРОБЛЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ АППАРАТУРНОГО ОФОРМЛЕНИЯ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ МНОГОАССОРТИМЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ Процесс проектирования МХП складывается из трех основных стадий [5 – 7]: маркетинговые исследования (технико-экономическое обоснование), разработка проекта, разработка рабочей документации. В ходе маркетинговых исследований определяются ассортимент и объемы выпуска продуктов, обосновывается способ их производства. При решении этих вопросов принимаются во внимание следующие обстоятельства:

- ситуация на рынке сбыта подобной продукции, наличие заказов на продукцию проектируемого производства, предполагаемые сроки ее поставок;

- доступность сырья, т.е. оценка затрат на его закупку и доставку или на собственное производство;

- доступность регламентов выпуска продуктов, возможности их собственной разработки;

- возможности приобретения необходимого оборудования, использования имеющегося;

- вопросы размещения проектируемого производства (строительства новых или использования имеющихся производственных помещений).

Проект производства включает технологические расчеты, общеинженерную часть и техникоэкономические расчеты. В ходе технологических расчетов определяется число и структура ХТС, парк технологического оборудования и его компоновка, календарный план работы производства, нормы расхода сырья и энергии, способы утилизации отходов. Общеинженерная часть проекта включает транспортное обеспечение производства, организацию строительных работ, организацию труда и технику безопасности, систему управления производством. Результатами технико-экономических расчетов являются калькуляции себестоимости готовых продуктов, сметы на приобретение оборудования и сырья, строительные работы.





Рабочая документация – это документы, согласно которым ведется монтаж ХТС производства (включая строительство производственных зданий). В ее состав входят:

- технологические схемы с нанесенным оборудованием, трубопроводами, средствами КИПиА;

- планы и разрезы сооружений с привязкой транспортного и энергетического оборудования;

- материалы по регламентам проведения всех видов работ, связанных с производством продукции;

- пусковая инструкция.

Наиболее важным и ответственным этапом стадии разработки проекта и процесса проектирования в целом являются технологические расчеты. От качества проектных решений, принятых при их выполнении, во многом зависит эффективность функционирования проектируемого производства.

Определим место и содержание определения АО ХТС в процессе выполнения технологических расчетов для проектируемого МХП.

1.1. МЕСТО И СОДЕРЖАНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АО ХТС Исследования технологических расчетов методами системного анализа [8 – 11] привели нас к следующему представлению о содержании и взаимосвязях их основных этапов, см. рис. 1.1. Координирующий сигнал K_TR включает основные исходные данные для выполнения технологических расчетов: наименования продуктов и рекомендуемые производительности по каждому из них (месячные, квартальные или годовые объемы выпуска), технологические регламенты синтеза продуктов. Информационный сигнал I_TR содержит результаты выполнения всех этапов технологических расчетов: число ХТС производства, ассортименты и объемы выпуска их продукции за указанный период, аппаратурное оформление каждой ХТС, решения по компоновке оборудования в производственном помещении и трассировке технологических трубопроводов, календарный план работы ХТС производства, график планово-предупредительных ремонтов (ППР) оборудования, расходные нормы и графики потребления сырья и энергоресурсов, графики образования отходов производства и сведения о числе, аппаратурном оформлении и режиме функционирования ХТС, осуществляющих утилизацию отходов.

Рассмотрим содержание этапов технологических расчетов на стадии разработки проекта МХП и связи между ними.

1.1.1. Этап разработки ХТС Первым этапом технологических расчетов является разработка ХТС. Исходные данные для его выполнения (координирующий сигнал K_TS) включают: наименования продуктов, планируемые объемы их выпуска за указанный период, наименования стадий синтеза каждого продукта и рекомендации по типу и исполнению основных аппаратов, пригодных для реализации стадий.

На верхнем уровне решается задача TS разделения ассортимента продукции производства на группы, каждая из которых будет производиться отдельной ХТС. Целью ее решения является обеспечение выпуска всех продуктов в указанных объемах с помощью минимального числа ХТС, причем не исключается возможность выпуска одних и тех же продуктов разными ХТС. Основные ограничения задачи TS:

- сходство технологий выпуска продуктов каждой ХТС (число стадий синтеза и требования к основной аппаратуре для их реализации);

- близость значений суммарных производительностей различных ХТС (для обеспечения минимального разброса размеров однотипных основных аппаратов);

- совместимость цветов продуктов ХТС (актуально для синтетических красителей).

В практике проектирования МХП для решения вопросов определения числа ХТС производства и ассортимента продукции каждой из них чаще всего привлекаются эксперты (опытные технологи). Подходы к постановке и решению задачи TS представлены в [3, 12 – 14].

Координирующий сигнал K_SSs с верхнего уровня к каждой конкретной ХТС (№ s) включает ассортимент ее продуктов, наименования стадий их синтеза, указания по типам и исполнениям основных и вспомогательных аппаратов стадий, перечень технологических операций каждой стадии и материальные индексы операций (объем или масса веществ, перерабатываемых в ходе операций согласно регламенту). Для каждой ХТС решается задача SSs определения числа аппаратурных стадий, типов и исполнений основных и вспомогательных аппаратов каждой стадии, структуры материальных потоков при выпуске каждого продукта. Целью решения этой задачи является обеспечение возможности реализации всех стадий синтеза продуктов ХТС № s с помощью минимального числа аппаратурных стадий. Основные ограничения:

- соответствие типа и исполнения основного и вспомогательного оборудования каждой аппаратурной стадии требованиям к аппаратам для реализации соответствующих стадий синтеза продуктов;

Рис. 1.1.

Системное представление процесса разработки проекта МХП - доступность основных и вспомогательных аппаратов, необходимых для оснащения аппаратурных стадий ХТС.

Вопросы автоматизации определения типов и исполнений аппаратов стадий ХТС МХП, числа задействованных аппаратурных стадий и структуры материальных потоков при выпуске каждого продукта рассмотрены в работах [2, 3, 13, 15 – 18].

По результатам решения задачи SSs дополнительно определяются материальные индексы аппаратурных стадий по продуктам – объем или масса веществ, которые необходимо переработать на стадии для получения единицы массы (1 т) каждого продукта.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 16 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.