CC BY
2
УДК 004.9: 543.61: 661.11: 681.518
Трынкина Л.В., Трохин В.Е., Бессарабов А.М.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ CALS-СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА В ПРОМЫШЛЕННОМ КОМПЛЕКСЕ АО «ЭКОС-1»
Трынкина Любовь Владимировна, метролог; Трохин Василий Евгеньевич, к.х.н., директор;
Бессарабов Аркадий Маркович, д.т.н., профессор, заместитель директора по науке, e-mail: [email protected]; АО Научный центр «Малотоннажная химия», Москва, Россия 107564, Москва, ул. Краснобогатырская, д. 42
На основе информационных CALS-технологий разработана система компьютерного менеджмента качества химических реактивов и особо чистых веществ. Автоматизация аналитических исследований рассмотрена на примере широких классов органических растворителей и неорганических кислот, выпускаемых на промышленном комплексе АО «ЭКОС-1».
Ключевые слова: CALS-технологии, автоматизированные системы, компьютерный менеджмент качества, особо чистые вещества.
AUTOMATED CALS-SYSTEMS OF COMPUTER QUALITY MANAGEMENT IN INDUSTRIAL COMPLEX JSC "ECOS-1"
Trynkina L.V., Trokhin V.E., Bessarabov A.M. R&D Centre "Fine Chemicals", Moscow, Russia
On the basis of information CALS-technologies, a computer quality management system of chemical reagents and highly purified substances has been developed. Automation of analytical researches is considered on the example of wide classes of organic solvents and inorganic acids produced at the industrial complex of JSC ECOS-1.
Keywords: CALS-technologies, automated systems, computer quality management, high pure substances.
В последнее время промышленное производство химических реактивов и особо чистых веществ характеризуется существенным ростом требований потребителей продукции к такому понятию как качество. В то же время существенно увеличилось число параметров, определяющих качество продукта. Одновременно возросли требования к методам аналитического контроля особо чистых веществ. Решение этих проблем аналитического мониторинга возможно только на основе современной автоматизированной системы компьютерного менеджмента качества (КМК-системы) [1].
КМК-система (так же как и LIMS - Laboratory Information Management System) является составной частью «АСУ Предприятия» и предназначена для автоматизации управления, обработки и хранения информации о работе аналитической лаборатории. Она позволяет улучшить аналитический контроль качества продукции; гарантирует оперативное предоставление корректной лабораторной информации и интегрированных данных в диспетчерские системы и системы планирования ресурсов предприятия; повышает эффективность использования ресурсов лаборатории (персонала, приборов и реагентов); сокращает время выполнения аналитических исследований, автоматизируя расчет методик измерения, формирование отчетности и составление документов о качестве. Наиболее перспективной автоматизированной системой компьютерной поддержки аналитического мониторинга является CALS-технология (Continuous
Acquisition and Life cycle Support - непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта). По данным западных аналитиков применение CALS-технологий позволяет экономить десятки миллиардов долларов в год и сократить сроки проведения всех работ на 15-20% [2].
Автоматизация аналитического мониторинга проводилась на примере двух классов веществ: органических растворителей и неорганических кислот реактивной квалификации и особой чистоты. Основным производителем этих продуктов является АО «ЭКОС-1», которое выпускает более четырехсот химических продуктов: органические растворители, кислоты, химические реактивы всех квалификаций, реагенты для промышленной водоподготовки и др. Основой АО «ЭКОС-1» является производственный комплекс в городе Старая Купавна (Московская область). На заводе организован непрерывный лабораторный контроль от поставки сырья до отгрузки готовой продукции.
Аналитический отдел Научного центра «Малотоннажная химия» совместно с аналитической службой АО «ЭКОС-1» осуществляет: разработку общих подходов к анализу реактивов и высокочистых веществ, выявление методов анализа основных групп примесей, разработку оптимальных алгоритмов анализа реактивов и высокочистых веществ, сырья и полупродуктов. Аналитические лаборатории производственного комплекса соответствуют требованиям технической
компетенции МИ 2427-2016. Система менеджмента
качества АО «ЭКОС-1» соответствует требованиям ГОСТ ISO 9001-2011 (ISO 9001:2008).
Одним из основных видов выпускаемой АО «ЭКОС-1» продукции являются органические растворители. Учитывая значимость высокочистых органических растворителей для науки и промышленности, нами была разработана отдельная автоматизированная система компьютерного менеджмента качества, охватывающая весь широкий ассортимент, выпускаемый АО «ЭКОС-1» [3]. Данная КМК-система используется для управления промышленным производством как полноправный элемент АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическими процессами).
Нами предложены два функциональных блока для управления промышленным производством органических растворителей по проведенным лабораторным исследованиям: управление по результатам анализа сырья согласно «Паспорта поставщика» и действующей нормативной документации, принятой в АО «ЭКОС-1»; управление по результатам анализа полупродуктов в процессе производства органических растворителей особой чистоты.
По первому варианту управления «по результатам анализа сырья» нами предложены и используются в КМК-системе на АО «ЭКОС-1» три условных перехода процедуры принятия решения:
1. Если в результате лабораторного анализа поступившего сырья (например, технической квалификации) полученные показатели качества будут не соответствовать «Паспорту поставщика», то согласно «Договору» данное сырье возвращается поставщику. Хотя нередко этот вариант решения принимается по какому-то лимитирующему показателю. Одним из наиболее часто применяемых показателей качества является «внешний вид». Например, если в «Паспорте поставщика» указан показатель «бесцветная, прозрачная жидкость», а фактически мы имеем мутную и опалесцентную жидкость, то сырье сразу же возвращается поставщику.
2. Если в результате анализа сырья показатели качества будут существенно выше характеристик «Паспорта поставщика» и нормативной документации АО «ЭКОС-1», то данное сырье поступает на склад для получения в дальнейшем продуктов более высокой квалификации.
3. Если в результате лабораторного анализа поступившего сырья полученные показатели качества соответствуют паспорту поставщика и нормативной документации АО «ЭКОС-1», то возникает ситуация, при которой изменение некоторых показателей качества сырья может существенно повлиять на режимные характеристики технологических процессов (например, ректификации).
По второму варианту управления «по результатам анализа полупродуктов» нами предложен и используются в КМК-системе на АО «ЭКОС-1» еще один условный переход процедуры принятия решения. Так как многие производства
органических растворителей включают в себя несколько стадий глубокой очистки, то в технологические регламенты нами заложен лабораторный анализ показателей качества после каждой стадии с последующим управляющим решением: анализируемое вещество соответствует показателям качества целевого продукта, расфасовывается в потребительскую тару и направляются на склад готовой продукции; анализируемое вещество не соответствует показателям качества и направляется на доочистку; анализируемое вещество по показателям качества хуже исходного сырья и направляется на вспомогательные операции или на утилизацию.
В качестве примера рассмотрено (в АО «ЭКОС-1») объединенное производство двух классов органических растворителей: алифатических углеводородов и петролейных эфиров реактивной квалификации. В разработанную гибкую технологию (разработчики к.т.н. Трохин В.Е., н.с. Казаков А.А. и др.) входят три выпускающих модуля очистки: предварительная ректификация, точная ректификация и финишная ректификация [4].
После проведения предварительной
ректификации производится аналитический мониторинг проб предгона и основных товарных фракций, по результатам которого принимается управляющее решение о квалификации указанных продуктов. Фракции с содержанием целевого углеводорода (пентана, гексана, гептана, нонана, изооктана, декана) не менее 95% масс. направляются на установку точной ректификации, а предгон и остальные фракции по показателям качества - на соответствующие петролейные эфиры. Если они проходят квалификацию как товарный продукт, то расфасовываются в потребительскую тару и направляются на склад.
После проведения процесса точной ректификации производится анализ проб предгона и основных товарных фракций, по результатам которого принимается решение о квалификации указанных продуктов. Фракции с содержанием целевого углеводорода (пентана, гексана, гептана, нонана, изооктана, декана) не менее 95% масс. направляются на установку точной ректификации, а предгон и остальные фракции по показателям качества - на соответствующие петролейные эфиры. Если они проходят квалификацию как товарный продукт, то расфасовываются и направляются на склад готовой продукции. Все эти управляющие воздействия принимаются на основе информации, обработанной в системе компьютерного менеджмента качества.
На верхнем уровне КМК-системы рассматриваются анализируемые органические растворители, которые группируются по следующим 16 классам: кетоны, алифатические углеводороды, ароматические углеводороды, петролейные эфиры, простые эфиры, сложные эфиры, ароматические спирты, многоатомные спирты, хлорорганические растворители, ароматические хлорированные углеводороды, амиды, нитрилы, циклоалканы,
алициклические амины, бифункциональные растворители. Кроме того, на этом уровне некоторые классы растворителей могут включать в себя соответствующие подклассы. Например,
бифункциональные растворители группируются по следующим 5 подклассам: эфир/спирт, амин/спирт, кетон/спирт, гетероцикл/амин, гетероцикл/амид. На следующем подуровне находятся соответствующие
В проведенной нами работе разработан типовой автоматизированный CALS-проект на технические условия для предметной области «химические реактивы и особо чистые вещества». Разработан программный комплекс и заполнена автоматизированная база данных по современным методам анализа и аналитическому оборудованию, используемых в технологии получения химических реактивов и особо чистых веществ. На базе информационных CALS-технологий разработаны 3 программных комплекса компьютерного
менеджмента качества для автоматизированного аналитического мониторинга органических растворителей, неорганических кислот и ассортимента ЧХУ реактивной квалификации и особой чистоты.
По результатам аналитического мониторинга осуществляется на АО «ЭКОС-1» производство широкого ассортимента органических растворителей и неорганических кислот реактивной квалификации и особой чистоты. С помощью созданных КМК-систем разработано более 100 методик и технических условий на органические растворители и неорганические кислоты реактивной квалификации и особой чистоты для нужд АО
анализируемые органические растворители. В приведенном CALS-проекте (рис. 1) на 1-м уровне КМК-системы (анализируемые вещества) на примере амин/спирта рассматриваются два выпускаемых нами растворителя: моноэтаноламин и этаноламин. Также в проекте приведена таблица основных физико-химических характеристик моноэтаноламина (рис. 1,а).
«ЭКОС-1» и Научного центра «Малотоннажная химия». Программные модули автоматизированных CALS-систем вошли в отчетную документацию по Государственным контрактам Минобрнауки России и Минпромторга России.
Работа проводилась при поддержке РФФИ (проект № 16-07-00823).
Список литературы
1. Bessarabov A.M., Zhdanovich O.A. Analytical Quality Control Information System for Chemical Reagents and High-Purity Materials // Inorganic Materials. 2005. V. 41, № 11. P. 1236-1242.
2. CALS-based computer-aided support in the chemical industry / Bessarabov A. [et al.]. Chemical Engineering Transactions. 2016. V. 52. P. 97-102.
3. Компьютерный менеджмент качества органических растворителей особой чистоты / Трынкина Л.В. [и др.]. Все материалы. Энциклопедический справочник. 2013. № 4. С. 46-54.
4. Use of the CALS concept for development of equipment modules producing reagent-quality aliphatic hydrocarbons / Trokhin V.E. [et al.]. Chemical and Petroleum Engineering. 2012. V. 48, № 5-6. P. 271-277.
CALS-проект
Файл ¡Правка Вид Настройки
е* в еэ % св
-¡ni xi
S. ч
Навигатор
Категории
Е 1. Органические раствор(ттели особой чист(
Щ h 01. Кетомы
ÏJ- 02. Алифатические углеводороды il SI 03. Дронатические углеводороды Пет ролейтие Проствге эсн1ры Сложные ïoncei Спирты
Астматические стчрты №югоа-01шые сгчрты Хлорорганнческие растворители Ароматические илорпроэатые угл< Аниды НЬттрмпы
Али1икл1ческз1е амины Бифункциональные растворители 01 .эф^/сл^рп-. О Z. ам kw/cj»i рт
a^t ЯДЯВЯДВЯЯ
И 2.. Зтё-юлан.'н
ВЦ ОЗ.КЕТпн/тирг
04. гетероцикл/анин
05. гетероиикл/амид
Свойство
Наименование:
Œ ■
pt|
É--
1. Монозтаноламин Омвка §ид ÈiTipua Феоеет сдда* 1в6г»ща эз*) Щню *
Э Документ! - Microsoft Ward
Щ
МОНОЭ ТАНОЛ АМИН
Химнч еская формула HaN-CHî-CHj - ОН
Ютас с с оед;:нен:кя Алннюсэшрт
Внешний ввд Густая маслянистая жвдюость, допускается ж^лтоватьп! оттенок
Харзлернстюя Снеииетэется с годой во в: ел отнпше иная, обладает сильными щелочными свойствами.
Молярная ШСС1 6I.DE г/молъ
Плотность 1,012 т/си?
П сжазагель пр ело мления ¡,4 541
Температура ппавяення 10,3 £
Температура кигиния
Температура вспышки 93 "С
Те ипература санов оспл. 451] "С
ПДК, мт/н1 ]
Раств-вриыостьг гв 100 г гептана [-25 0 Ci <Sfi
Per. номер CAS 14ИЗ-;
m ag^ и < I Гтр. I—о—Рдпд 1
1
Zi
На_1П.Чги_Гт 1Ч_Кпп
=дп ИГГР вл
Рис. 1. САLS-проект КМК-системы органических растворителей. Подкатегория «Анализирумые вещества»; а - основные физико-химические характеристики моноэтаноламина
