CC BY
12
УДК 636.085.55+721.013
С. В. Брагинец, О. Н. Бахчевников, Е. В. Бенова, М. В. Чернуцкий
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВНУТРИХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА КОМБИКОРМОВ НА ОСНОВЕ МОДУЛЬНОГО ПОСТРОЕНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «АГРАРНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «ДОНСКОЙ», ЗЕРНОГРАД, РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ
S. V. Braginets, O. N. Bakhchevnikov, E. V. Benova, M. V. Chernutskiy FUNDAMENTALS OF TECHNOLOGICAL PROJECTING INTRAECONOMIC PRODUCTION OF COMPOUND FEEDS ON THE BASIS OF MODULAR CREATION
FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION «AGRICULTURAL RESEARCH CENTRE DONSKOY», ZERNOGRAD, ROSTOV REGION
Аннотация. Сформулированы основные положения технологического проектирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий на основе открытой модульной архитектуры. Разработана номенклатура типовых технологических модулей комбикормовых предприятий. Это позволяет разработать готовые компоновки модульных предприятий, включающие перечень входящих в них типовых модулей и схему их взаимного расположения. Основные положения являются базой для разрабатываемой методики технологического проектирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий.
Ключевые слова: комбикорм; внутрихозяйственное предприятие; технологическое проектирование; модуль; технологическая схема; компоновка.
Summary. Fundamentals of technological projecting intraeco-nomic compound feed enterprises on the basis of open modular architecture are formulated. The nomenclature of compound feed enterprises' standard technological modules is developed. It allows to develop the ready configurations of modular enterprises including the list of standard modules and circuit of their positional relationship. Basic provisions are a basis for developed technique for technological projecting the intraeconomic compound feed enterprises.
Keywords: compound feed; intraeconomic enterprise; technological projecting; module; manufacturing scheme; configuration.
Сергей Валерьевич Брагинец
Sergey Valerievich Braginets кандидат технических наук sbraginets@mail.ru
Олег Николаевич Бахчевников
Oleg Nikolaevich Bakhchevnikov кандидат технических наук oleg-b@list.ru
Елена Викторовна Бенова
Elena Viktorovna Benova кандидат технических наук benova@km.ru
Михаил Викторович Чернуцкий
Mikhail Viktorovich Chernutskiy m1chaelc@yandex.ru
Введение. В настоящее время актуальным является создание в сельхозпредприятиях малых комбикормовых заводов для обеспечения животноводческих ферм полнорационными кормами собственного производства [1]. Но этому препятствует отсутствие специфического метода технологического проектирования. Существующие методы предназначены для проектирования крупных комбикормовых заводов, являющихся объектами капитального строительства, работающих по сложной неадаптивной технологической схеме и использующих покупное сырье [2]. Для сельхозпредприятий же необходимы проекты малых быстровозводимых комбикормовых заводов, работающих по достаточно простой адаптив-
ной технологической схеме и использующих преимущественно местное сырье [3]. Необходимо упростить проектирование внутрихозяйственных предприятий путем максимального использования в его ходе типовых элементов конструкций и технологического процесса.
Для решения этой задачи была разработана концепция создания внутрихозяйственных предприятий по производству комбикормов на основе модульного принципа [4]. Структурной единицей модульного предприятия является конструктивно законченный технологический модуль, а сами модули унифицированы на базе единой платформы со стандартными соединительными элементами, несущими конструкциями и точками «вхо-
Вестник Курганской ГСХА № 2, 2017 Сельскохозяйственные науки 25
да-выхода» [5]. Платформой для модулей является конструкция из металлических рам с габаритами морского 20-футового грузового контейнера, в котором размещается технологическое и транспортное оборудование. Центром модульного предприятия, в котором соединяются потоки сырья, является основной технологический модуль измельчения, дозирования и смешивания [5]. Основной модуль является базой современного производства полнорационного комбикорма, образуемого путем присоединения к нему дополнительных технологических модулей, обеспечивающих выполнение операций обработки сырья, таких как экструдирование, обеззараживание, микронизация зерна и др. [5]. Применение предложенной концепции позволит увеличить количество вариантов компоновки модульного предприятия, сократить сроки его проектирования и повысить удобство монтажа.
На основе изложенного была сформулирована цель исследования: определить основные положения технологического проектирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий на основе модульного построения.
Методика. Объектом исследования являлись методы технологического проектирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий малой производительности (1-3 т/ч).
Исследования проводились на основе положений системного анализа и синтеза [6]. При синтезе структуры внутрихозяйственных комбикормовых предприятий использовался модульный принцип [7; 8].
Результаты. На начальном этапе проектирования как модульного, так и традиционного комбикормового предприятия на основе потребности в кормах определяется его производительность. Затем на основе требований потребителей к качеству комбикорма, видов используемого сырья, требований к его подготовке и последующей обработке рассыпного комбикорма определяются необходимые технологические операции.
Но этап проектирования технологического процесса производства комбикормов выполняется различными способами. Для традиционных заводов составляется подробная пооперационная схема технологического процесса, после чего подбирается оборудование и разрабатывается машинно-аппаратная схема производства, причем для каждого проекта эту работу необходимо выполнять заново. Для модульных предприятий составляется блочная схема технологического процесса, где структурной единицей является группа операций, на машинно-аппаратном уровне образующая технологический модуль. При этом по расположению в схеме технологического процесса выделяются модули подготовки сырья, центральный основной модуль, в котором все виды сырья соединяются при смешивании, и модули заключительной обработки комбикорма (экструдирование, гранулирование комбикорма). Пример структуры модульного комбикормового предприятия представлен на рисунке. При проектировании следует обеспечивать, по возможности, параллельное выполнение операций подготовки сырья к смешиванию (модули II, III и IV), так как это повышает производительность предприятия и стабильность его функционирования.
Емкости для хранения сырья
Накопительные емкости
1 1
I II
Емкость для хранения комбикорма
Рассыпной комбикорм
Подготовленное сырье
Гранулированный комбикорм
Технологические модули: I - очистки сырья; II - обеззараживания сырья; III - экструдирования; IV - приготовления премикса; V - основной модуль измельчения, дозирования и смешивания; VI - гранулирования комбикорма
Рисунок - Структурная схема модульного комбикормового предприятия:
Был определен типоразмерный ряд основных технологических модулей: 1, 2 и 3 т/ч, удовлетворяющий потребности в комбикормах большинства сельхозпредприятий России. Разработана номенклатура типовых основных и дополнительных технологических модулей
внутрихозяйственных комбикормовых предприятий различной производительности (таблица). Каждый из модулей включает необходимый набор технологического и транспортного оборудования и поставляется заказчику в состоянии готовности к эксплуатации.
Модульные комбикормовые предприятия включают набор дополнительных модулей, в который могут входить как все из представленных в таблице технологических модулей, так и часть из них. Производительность дополнительных модулей согласована с производительностью соответствующего основного модуля. Она определяется через производительность выбранного основ-
Таким образом, процесс технологического проектирования существенно упрощается, так как проектировщик имеет теперь дело с существенно меньшим количеством структурных единиц технологического процесса и не занимается подбором каждого наименования оборудования. Помимо этого, становится возможным составление из входящих в номенклатуру технологических модулей некоторого числа готовых компоновок (структур) модульных предприятий, количественно и качественно удовлетворяющих потребности в комбикормах типичных сельхозпредприятий. Такая компоновка включает перечень входящих в нее типовых технологических модулей и схему их взаимного расположения. Готовая компоновка модульного предприятия включает также емкости (бункеры) для предварительного и промежуточного хранения сырья, а также временного хранения готового комбикорма, расчет которых производится аналогично расчету для традиционных предприятий.
При наличии такого набора компоновок процесс технологического проектирования модульного производства фактически сведется к выбору рационального варианта компоновки, осуществляемому совместно с заказчиком. Непосредственно проектирование внутрихозяйственного модульного предприятия будет состоять в привязке выбранной компоновки модулей к производственной площадке и имеющимся на ней коммуникациям.
ного модуля путем умножения ее на коэффициент, соответствующий доле обрабатываемых в данном модуле компонентов в общем объеме комбикорма. Чем больше производительность предприятия, тем больший набор дополнительных модулей оно может включать по причине уменьшения доли расходов на дополнительную обработку сырья в себестоимости готового комбикорма.
При таком подходе к проектированию комбикормового производства разработка нового технологического модуля, не входящего в номенклатуру (таблица), должна производится лишь в исключительных случаях, при наличии особых требований заказчика к обработке сырья или при наличии у него нового вида сырья, подготовку которого невозможно осуществить в имеющихся типовых модулях.
Представленная модульная структура комбикормового предприятия, в отличие от традиционных комбикормовых заводов, рассчитана на использование горизонтальной планировки, при которой модули размещаются на производственной площадке в одной горизонтальной плоскости. Стыковка модулей в вертикальной плоскости возможна при этом только в два яруса.
Предложенная модульная архитектура внутрихозяйственного комбикормового предприятия является открытой, т. е. позволяет включать новые модули или исключать действующие без длительной остановки предприятия. При присоединении нового дополнительного модуля к предприятию группа выполняемых в нем операций подготовки сырья образует ответвление в общем технологическом потоке производства комбикорма и выполняется параллельно с группами операций подготовки других компонентов, соединяясь затем вновь в единый поток в основном модуле дозирования
Таблица - Номенклатура типовых технологических модулей внутрихозяйственных комбикормовых предприятий
Технологические модули Производительность предприятия основного модуля, т/ч
1 2 3
Основной + + +
Приготовления премикса - - +
Обеззараживания сырья - + +
Экструдирования + + +
Дополнительные Очистки сырья - - +
Подготовки растительной массы - + +
Микронизации зерна - - +
Экспандирования - + +
Гранулирования - - +
+ - модуль может быть включен в состав предприятия данной производительности; --модуль не включается в состав предприятия данной производительности.
Вестник Курганской ГСХА № 2, 2017
27
и смешивания (рисунок). Соответственно, такие модули и размещаются параллельно. При общем увеличении количества технологических операций число последовательно выполняемых операций сокращается, что положительно влияет на стабильность функционирования предприятия.
При необходимости дополнительные модули могут включаться в технологическую схему предприятия последовательно с уже действующими. Примером может служить технологический модуль обеззараживания сырья, размещаемый последовательно с модулем очистки и основным модулем (рисунок).
При проектировании важно осуществить согласование циклов работы основного и дополнительных технологических модулей. Для выполнения этого условия модули внутрихозяйственного комбикормового предприятия должны быть связаны между собой полужесткой связью, т. е. выполняемые в них группы операций должны иметь жесткие связи внутри модуля, а между собой эти группы в большинстве случаев необходимо соединить гибкими связями, представляющими собой операции промежуточного накопления подготовленного сырья в накопительных емкостях. Как правило, такие емкости размещаются между модулями предварительной подго-
товки сырья и основным модулем дозирования-смешивания, обеспечивая ритмичное поступление в него готового к смешиванию сырья.
Проектировщик в обязательном порядке разрабатывает «Технологический регламент предприятия» -основной нормативный документ, включающий в себя описание технологического процесса и схем организации производства, нормы расхода сырья и энергоресурсов, меры по обеспечению безопасной эксплуатации оборудования.
Выводы. Технологическое проектирование внутрихозяйственных комбикормовых предприятий на основе открытой модульной архитектуры позволяет значительно ускорить и упростить этот этап создания производства. Результатом будет являться формирование модульного предприятия оптимальной для данных условий компоновки, реализация которой создает основу для организации внутрихозяйственного производства полнорационных комбикормов на качественно более высоком уровне.
Представленные «основные положения» являются базой для разрабатываемой методики технологического проектирования внутрихозяйственных комбикормовых предприятий на основе модульного построения.
Список литературы
1 Федоренко И. Я., Садов В. В. Уточнение номенклатуры сельскохозяйственных предприятий по производству комбикормов (на примере Алтайского края) // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2014. - № 1. - С. 87-90.
2 Егоров В. Б. Анализ технологических линий производства комбикормов как объектов управления // Зерновые продукты и комбикорма. - 2013. - № 3. - С. 47-54.
3 Мишуров Н. П. Рекомендуемые технологии производства комбикормов в хозяйствах // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2015. - № 4 (20). - С. 6-14.
4 Пахомов В. И., Брагинец С. В., Бахчевников О. Н. Принципы создания внутрихозяйственных комбикормовых предприятий и их практическая реализация // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2015. - № 4 (20). - С. 48-52.
5 Формирование комплексной системы внутрихозяйственного производства комбикормов на основе технологических модулей / В. И. Пахомов, С. В. Брагинец, А. В. Смоленский [и др.] // Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК. - Зерноград : СКНИИМЭСХ, 2016. - С. 73-79.
6 Винограй Э. Г. Учет системных закономерностей в инженерном мышлении и проектировании // Социо-гуманитарный вестник. - 2014. - № 1 (13). - С. 141-154.
7 Carter R. A. Modular Plants: Doing More with Less // Engineering and Mining Journal. - 2010. - Vol. 211.
- No. 4. - P. 44-47.
8 Gorecky D., Weyer S., Hennecke A., ZQhlke D. Design and Instantiation of a Modular System Architecture for Smart Factories // IFAC-PapersOnLine. - 2016. - Vol. 49.
- No. 31. - P. 79-84. doi: 10.1016/j.ifacol.2016.12.165.
