CC BY
5
УДК 005
Казанова М.А., Савицкая Т.В.
СИНТЕЗ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ЦИКЛИЧЕСКОГО СПОСОБОВ ОРГАНИЗАЦИИ ВЫПУСКА МНОГОАССОРТИМЕНТНОЙ ПРОДУКЦИИ
Казанова Мария Анатольевна - магистрант 1-го года обучения кафедры кибернетики химико-технологических процессов; mashka-romashka2806@mail.ru.
Савицкая Татьяна Вадимовна - доктор технических наук, профессор кафедры кибернетики химико-технологических процессов; ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»,
Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрена актуальность проблемы синтеза как основного этапа создания химико-технологической системы. Разработан алгоритм синтеза химико-технологической системы и на его основе произведен синтез системы для 3 продуктов: эмоксипин, арбидол, тиоиндол в программном модуле «SoF CES». Определена наилучшая последовательность выпуска ассортимента этих продуктов в программном модуле «I2S».
Ключевые слова: химико-технологическая система, синтез химико-технологической системы, организация выпуска продукции, многоассортиментное производство.
SYNTHESIS OF A CHEMICAL-TECHNOLOGICAL SYSTEM AND RESEARCH OF A CONSISTENT AND CYCLIC METHODS OF ORGANIZING THE PRODUCTION OF MULTI-ASSORTMENT PRODUCTS
M.A. Kazanova, T.V. Savitskaya
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article considers the relevance of the problem of synthesis as the main stage of creating a chemical-technological system. An algorithm for the synthesis of the chemical-technological system was developed and based on it, the system for 3 products: emoxipine, arbidol, thioindol was synthesized in the «SoF CES» software module. The best sequence of the release of the range of these products in the «I2S» software module is determined.
Key words: chemical-technological system, synthesis of a chemical-technological system, organization ofproduction, multiassortment production.
Введение
Высокий спрос на изделия из пластических масс, реактивы, лекарственные препараты, строительные материалы и другие виды продукции ставит задачу увеличения выпуска продукции. Повышение эффективности реконструирующихся действующих заводов, проектирующихся новых связано, в основном, с организацией выпуска большого ассортимента продуктов на едином оборудовании, работа которого перестраивается на нужную программу в зависимости от вида вырабатываемой в данный период времени продукции. Такие производства называются многоассортиментными или многопродуктовыми химическими
производствами [1]. Управление выпуском продукции во многом определяет успешное и эффективное функционирование многостадийных производств. Поэтому вопрос организации способа наработки продукции на проектируемом или действующем производстве является довольно сложной проблемой. Успешное ее разрешение позволяет существенно упростить задачу проектирования, а для действующих производств -повысить их эффективность, организуя оптимальное управление выпуском продукции в зависимости от производственной ситуации [2].
Важнейшим этапом создания химико-технологической системы (ХТС) является синтез, в процессе которого определяется так называемый базовый набор технологического оборудования, формируется оптимальная технологическая и организационная структура системы и оптимизируется ее аппаратурное оформление [1]. Синтез ХТС - это этап технологического проектирования, осуществляемый на основе предварительно разработанных математических моделей, конкретный вид которых зависит от количества производимых продуктов, числа и типов стадий, а также способа соединения аппаратурных стадий между собой [2]. Целью синтеза химико-технологических систем является определение наилучшей структуры и оптимальных размеров оборудования, обеспечивающих достижение желаемой цели на основе исходной информации о технологических процессах [1]. В результате синтеза ХТС определяют оптимальный вариант технологической структуры и аппаратурного оформления ХТС. При фиксированной структуре синтез ХТС состоит в определении оптимальных типов и размеров технологических аппаратов [2].
Исходными данными для синтеза многоассортиментных многостадийных ХТС являются: 1) данные технологических регламентов
процессов получения выпускаемого ассортимента продукции, содержащие расходные нормы сырья и энергии, длительность технологических операций в аппаратах, плотность технологических потоков, рекомендуемые коэффициенты заполнения объемов аппаратов; 2) типоряды размеров аппаратов, содержащиеся в каталогах стандартного
нормализованного оборудования и цены аппаратов
[3].
Экспериментальная часть
Разработан алгоритм синтеза ХТС, представленный на рисунке 1, на основании которого была синтезирована ХТС производства трех лекарственных препаратов (эмоксипин, арбидол, тиоиндол).
Рис.1. Алгоритм синтеза и организации выпуска многоассортиментной продукции
На рисунке 2 представлена совмещенная принципиальная технологическая схема
производства трех продуктов, составленная на основании технологических регламентов процесса получения эмоксипина, арбидола и тиоиндола. На
рисунке: Р - реактор; Ф - фильтр; М - мерник; СШ -сушилка; Б - баллон.
На основании таблиц материальных потоков, технологических регламентов составлена таблица с исходными данными (таблица 1) для дальнейшего синтеза ХТС.
Рис.2. Совмещенная схема производства эмоксипина, арбидола и тиоиндола
Таблица 1. Исходные данные
№ Продукт Длительность Расходные Плотности потоков, (кг/м3)
стадии стадии, т (ч) коэффициенты, (кг/кг)
входной добав. входной добав. выходной
поток, поток, поток, поток, поток,
8вх/вых 8вх/вых Рвх Рдоб рвых
1 Эмоксипин 3 0,864 0,205 790 792 854
Арбидол - - - - - -
Тиоиндол - - - - - -
2 Эмоксипин 5 0,678 0,334 594 862 785
Арбидол - - - - - -
Тиоиндол - - - - - -
3 Эмоксипин 1,5 2,341 0,32 785 790 748
Арбидол - - - - - -
Тиоиндол - - - - - -
4 Эмоксипин 0,5 2,241 0 748 0 615
Арбидол - - - - - -
Тиоиндол - - - - - -
5 Эмоксипин 0,5 1,318 1,418 615 789 527
Арбидол - - - - - -
Тиоиндол - - - - - -
6 Эмоксипин 1,5 0,152 0,848 527 935 838
Арбидол 1,5 0,581 0,419 163 1068 253
Тиоиндол 0,5 0,097 0,903 3150 969 893
7 Эмоксипин 0,5 1,068 0 838 0 1068
Арбидол - - - - - -
Тиоиндол - - - - - -
8 Эмоксипин 1,5 0,888 0,112 1068 200 1079
Арбидол 1 0,447 0,553 253 1000 432
Тиоиндол 3 0,5 0,5 893 893 893
9 Эмоксипин 0,5 5,57 2,922 1079 1000 907
Арбидол 1,5 2,724 2,056 432 1000 213
Тиоиндол 1,5 17,226 7,176 893 962 1288
10 Эмоксипин 24 1,973 0 907 0 829
Арбидол 1 1,301 0 213 0 172
Тиоиндол 9 1,686 0 1288 0 1603
Плановый срок выпуска продукции составляет 7320ч., производительность схемы для каждого из продуктов составляет 8000кг., таблицы размеров стандартного оборудования берутся из каталогов оборудования. Верхние коэффициенты заполнения для реакторов принимаются 0,85; для фильтров 0,7; для сушилок 0,7. Нижние коэффициенты заполнения для всего оборудования принимаются 0,5.
Синтез ХТС проводился с помощью программного модуля «SoF CES», предназначенного для синтеза гибких и индивидуальных химико-технологических систем [4].
В программу заносились все исходные данные, представленные выше, на основании которых производился синтез ХТС. Результаты синтеза схемы представлены в таблице 2.
Минимальные размеры партий удалось разместить без использования дополнительных
емкостей. При максимальных размерах партий пришлось учесть дополнительную емкость 4м3. Наиболее существенная разница между максимальным и минимальным размером партии оказалась у арбидола. Изменение размеров аппаратов произошло только на совмещенных стадиях. Капитальные затраты на схему выросли, но незначительно. Это связано с увеличением размеров аппаратов на совмещенных стадиях и установкой емкости.
Также был рассмотрен циклический выпуск технологической схемы производства эмоксипина, арбидола, тиоиндола и определена наилучшая последовательность (с минимальным сроком выпуска), представленная на рисунке 3, в программном модуле «!2$» [5].
Таблица 2. Результаты расчетов
Размеры партий, кг Количество партий № стадии Размеры аппаратов по стадиям,м3 Коэффициенты заполнения по стадиям Емкос ть, м3 Капиталь ные затраты, у.е. Срок выпу ска, ч.
Min размер 1 0,2 0,695; -; -. -
партии 2 0,2 0,788; -; -. -
3 0,5 0,698; -; -. -
103(1пр.) 78(1пр.) 4 0,53 0,583; -; -. -
60 (2пр.) 133(2пр.) 5 0,5 0,812; -; -. - 2080 2480
173(3пр.) 46(3пр.) 6 0,3 0,412; 0,792; 0,554. -
7 0,197 0,664; -; -. -
8 0,3 0,477; 0,464; 0,646. -
9 10 0,083; 0,05; 0,463. -
10 4,5 0,05; 0,081; 0,05. -
max размер 1 0,2 0,722; -; -. -
партии 2 0,2 0,819; -; -. -
3 0,5 0,725; -; -. -
107(1пр.) 75(1пр.) 4 0,53 0,606; -; -. -
837(2пр.) 10(2пр.) 5 0,5 0,843; -; -. - 2805 2085
261(3пр.) 31(3пр.) 6 4 0,032; 0,829; 0,063. -
7 0,197 0,69; -; -. -
8 2,5 0,059; 0,777; 0,117. -
9 10 0,086; 0,7; 0,698. 4
10 16,1 0,695; 0,318; -. -
Результаты выполнены для минимального и максимального размеров партий при последовательной организации выпуска продукции. Обозначения: пр. - продукт.
Рис.3. Результаты расчета в программе «I2S»
С помощью «128» также была построена диаграмма Гантта для наилучшей
последовательности (рисунок 4). Кроме длительностей выпуска продукции на диаграмме показаны длительности переналадок оборудования с продукта на продукт.
При расчете времени выпуска ассортимента циклически и последовательно по несколько партий также учитывалось время на переналадку и промывку оборудования с одного продукта на другой.
По результатам расчетов (таблица 3) при выпуске по одной партии продуктов при последовательном выпуске общее время выпуска 1 партии составляет 63,4 ч., а при циклическом выпуске 46 ч. Из этого можно сделать вывод, что большое количество партий выгоднее выпускать последовательно, а 1-2 партии циклически.
Заключение
Таким образом, с помощью программных модулей «SoF CES» и «I2S» проведен синтез совмещенной технологической схемы производства 3 продуктов; определена наилучшая последовательность выпуска данного ассортимента и сделан вывод, что для данной совмещенной структуры выгодно выпускать продукцию последовательно.
Список литературы
1. Савицкая Т.В., Бельков В.П. Математические модели типовых операций одностадийных периодических процессов: учебное пособие. М.: Издат. центр РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005. 196с.
ЕЫр' Ч
Рис.4. Диаграмма Гантта для наилучшей последовательности
Таблица 3. Сравнение результатов
2. Савицкая Т.В., Бельков В.П. Синтез гибких химико-технологических систем (детерминированный и стохастический варианты): учебное пособие. М.: Издат. Центр РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2005. 119с.
3. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В., Бельков В.П., Горанский А.В. Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производств: автоматизированный лабораторный комплекс. М.: Издат. Центр РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. 201с.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2017662858 «Программное обеспечение для синтеза химико-технологических систем «SoF CES». Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 17 ноября 2017 г., авторы: Сальников Е.Д., Савицкая Т.В.
5. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ N 2019665460 "Программное приложение для задач моделирования многоассортиментных химико-технологических систем", Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 22 ноября 2019 г., авторы Чернухин А.В., Сверчков А.М., Савицкая Т.В.
Общее число партий 1 продукт - 78 партий; 2 продукт - 133 партии; 3 продукт - 46 партий
Т, ч (последовательный выпуск) Т, ч (циклический выпуск)
1 партия 63,4 46
2 партии 97,8 95
3 партии 132,2 144
