CC BY
88
УДК 661.175.3:338.32.053.4
А. В. Окружнов, О. Ю. Сладовская, Н. Ю. Башкирцев;!,
Ю. С. Овчинникова, Н. В. Лыжина
ВЫБОР СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ НА ВОДНО-ГЛИКОЛЕВОЙ ОСНОВЕ ДЛЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
Ключевые слова: противообледенительная жидкость, производство, инвестиционный проект, оценка.
Проведен анализ четырех вариантов организации производства жидкости на водно-гликолевой основе для обработки воздушных судов, рассчитаны основные показатели эффективности инвестиционных проектов: NPV, PI, IRR и срок окупаемости, выбран наиболее оптимальный вариант и даны общие рекомендации к организации производства технических жидкостей на водно-гликолевой основе.
Keywords: anti-icing fluid, production, investment project, rating.
Analyzed four options for the production offluid based on water-glycol for processing of aircraft, calculated the main parameters of efficiency of investment projects: NPV, PI, IRR and payback period, the most optimal option was chosen and a general recommendation is given to the organization of production technical fluids based on water-glycol.
Выбор технологии и способа производства является одним из ключевых этапов проектирования любого предприятия. От принятых на данной стадии решений напрямую зависит экономический эффект производства продукции, так как выбор неэффективной технологии приведет к большим издержкам на стадии строительства и дальнейшей эксплуатации предприятия.
В настоящее время, особенно в связи с принятой государством политикой импортозамещения, все больше растет интерес к малотоннажной химии -производству реагентов, поверхностно - активных веществ, технических жидкостей и противообледени-тельных жидкостей в том числе.
Противообледенительная жидкость (ПОЖ) — это жидкость для наземной противообледенитель-ной обработки воздушных судов перед полётом. Эта жидкость представляет собой раствор гликоля (моно-этиленгликоль, диэтиленгликоль или пропиленгли-коль) в воде с различными добавками для улучшения её эксплуатационных свойств (загустители, красители и пр.). Из-за наличия гликоля она имеет температуру замерзания значительно ниже, чем у воды - порядка -60 оС. Наземная обработка судов при пониженной температуре необходима, так как намерзшие на фюзеляже и крыльях самолета осадки значительно ухудшают аэродинамические характеристики самолета и могут привести к аварии.
В зависимости от наличия загустителя, его концентрации и химической природы, ПОЖ делятся на I, II, III и IV тип. Жидкости первого типа предназначены для применения в нагретом виде, в основном для удаления снежно-ледяных отложений с поверхностей самолета и его кратковременной защиты. Для долговременной защиты используются жидкости II, III и IV типа. Из-за присутствия в их составе загустителя, они имеют более высокую вязкость и образуют на поверхности плёнку, принимающую на себя осадки и препятствующую их примерзанию к поверхности воздушного судна. ПОЖ этих типов применяются в холодном виде, то есть имеющими температуру окружающей среды. [1]
В ходе лабораторных испытаний была получена ПОЖ, состоящая из пропиленгликоля и дистиллированной воды, с добавлением загустителя, ингибитора коррозии, комплексона, ПАВ, регулятора кислотности и красителя.
Схематично процесс приготовления ПОЖ приведен на рис. 1, его можно разбить на 5 стадий:
- Получение водного раствора загустителя.
- Получение водного раствора комплексона.
- Получение пропиленгликолевого раствора ингибитора коррозии.
- Получение водного раствора регулятора кислотности.
- Производство товарной ПОЖ.
Производство товарной ПОЖ
Рис. 1 - Схема производства
Особое внимание следует уделить стадии приготовления загустителя. Акриловые полимеры по своей природе являются гидрофильными соединениями. При введении их в воду отдельные частицы полимера очень быстро смачиваются и, подобно другим гидрофильным порошкам, образуют комки. На поверхности сольватированных комков образуется пленка, препятствующая быстрому смачиванию внутренней части комков. Для предотвращения образования комков порошок вводят в растворитель частями при непрерывном перемешивании, что является необходимым условием изготовления водных дисперсий акриловых полимеров существующих марок [2,3].
В результате лабораторных исследований была определена средняя продолжительность всех стадий приготовления ПОЖ:
- Получение водного раствора комплексона - 1 час;
- Получение пропиленгликолевого раствора ингибитора коррозии - 1 час;
- Получение раствора регулятора кислотности - 1 час;
- Получение водного раствора загустителя - 4 часа;
- Производство товарной ПОЖ - 3 часа.
Из - за различия в продолжительности стадий, было принято решение объединить операции получения растворов комплексона, ингибитора коррозии и регулятора кислотности в одном реакторе с целью уменьшения инвестиций в основной фонд. Эти операции проводятся в интервале температур 25-60оС, следовательно, реактор должен быть оборудован рубашкой. Для хорошего перемешивания реактор должен быть снабжен лопастной мешалкой, скорость вращения которой составляет 250 об/мин. После приготовления одного из растворов следует проводить пропарку реактора водяным паром, т. к. раствор ингибитора коррозии готовится на основе пропиленглико-ля, а растворы комплексона и регулятора кислотности на водной основе.
Процесс получения раствора загустителя наиболее длительный и поэтому осуществляется в отдельном реакторе. Согласно лабораторному регламенту растворения полимера температура процесса должна поддерживаться в интервале 60-800С. Для этого реактор необходимо оборудовать рубашкой. Скорость вращения рамной мешалки должна составлять не более 120 об/мин.
Для обеспечения равномерности производства ПОЖ было принято решение использовать промежуточные емкости хранения полупродуктов, из которых полученные растворы поступают в один общий реактор. Процесс получения ПОЖ проводится при температуре 25-350С. Реактор оборудован рамной мешалкой, скорость вращения которой составляет не более 120 об/мин.
Как уже было сказано, технология получения ПОЖ предполагает проведение процессов при повышенной температуре до 800С. Заданная температура всех процессов обеспечивается подачей в рубашку реакторов пара, вырабатываемого промышленным парогенератором с электрическим нагревательным элементом.
Согласно данным агентства Megaresearch, в период 2013-2014 г. для противообледенительной обработки в аэропортах России было закуплено около 7 тыс. тонн ПОЖ IV типа. В общем объеме противо-обледенительных обработок в аэропортах ПОЖ IV типа занимает около 25%. Таким образом, общая потребность в РФ в ПОЖ всех типов составляет примерно 35 тыс. тонн в год.
На данный момент основные объемы противообледенительной жидкости приобретаются за рубежом, либо производятся на территории РФ по зарубежным технологиям. Чтобы обеспечить импортоза-мещение данного вида продукции и занять уверенную позицию в объеме рынка от 40 до 50% объем производства разрабатываемой ПОЖ должен составлять примерно 15 тыс. тонн в год.
Таблица 1 - Материальный баланс
Компонент % мас. т/год
Раствор загустителя 30,000 4500,00
Раствор ингибитора корро-
зии, комплексона, регуля-
тора кислотности 7,130 1069,50
ПАВ 0,150 22,50
Краситель 0,003 0,45
Пропиленгликоль 46,400 6960,00
Вода дистиллированная 16,317 2447,55
Итого: 100,000 15000,00
Опираясь на данные материального баланса (табл. 1) и приведенное выше описание технологической схемы процесса, было предложено 4 основных варианта организации производства:
1. На каждую стадию установить по одному реактору разного объема:
- на стадию получения растворов комплек-сона, ингибитора коррозии и регулятора кислотности установить реактор объемом 1,25 м3;
- на стадию получения раствора загустителя установить реактор объемом 16м3;
- на заключительную стадию получения ПОЖ реактор объемом 40 м3.
Режим работы установки принимаем 8 месяцев в году, 5 дней в неделю по 8 часов в сутки. Тогда суммарное время работы установки составит 1432 часа.
При соответствующей длительности операций и с учетом того, что в рабочем режиме реактора должны быть заполнены на 80% от номинального объема, производительность установки составит:
- 1432 т/год растворов ингибитора коррозии, регулятора кислотности и комплексона суммарно;
- 4582 т/год раствора загустителя;
- 15274 т/год ПОЖ.
2. Установить вместо одиночных реакторов дублированные реактора на завершающую стадию приготовления ПОЖ и раствора загустителя:
- на стадию получения раствора загустителя 2 реактора объемом 8 м3 каждый;
- на стадию получения ПОЖ 2 реактора объемом 20 м3 каждый;
-стадию получения растворов комплексона, ингибитора коррозии, регулятора кислотности и режим работы установки оставить без изменений.
В этом варианте объемы полупродуктов и конечного продукта будут аналогичны варианту 1.
3. На каждую стадию установить по одному реактору разного объема:
- на стадию получения растворов комплек-сона, ингибитора коррозии и регулятора кислотности установить реактор объемом 1 м3;
- на стадию получения раствора загустителя установить реактор объемом 12,5 м3;
- на заключительную стадию получения ПОЖ реактор объемом 32 м3.
Режим работы установки принимаем круглогодичный, 5 дней в неделю по 8 часов в сутки. Тогда суммарное время работы установки составит 1920 часов.
При соответствующей длительности операций и с учетом того, что реактора должны быть за-
полнены на 80% от номинального объема, производительность установки составит:
- 1536 т/год растворов ингибитора коррозии, регулятора кислотности и комплексона суммарно;
- 4800 т/год раствора загустителя;
- 16000 т/год ПОЖ.
4. На каждую стадию установить по одному реактору разного объема:
- на стадию получения растворов комплек-сона, ингибитора коррозии и регулятора кислотности установить реактор объемом 1 м3;
- на стадию получения раствора загустителя установить реактор объемом 4 м3;
- на заключительную стадию получения ПОЖ реактор объемом 10 м3.
Режим работы установки принимаем 8 месяцев в году, круглосуточно, без остановок в праздничные и выходные дни. Тогда суммарное время работы установки составит 5832 часа.
При соответствующей длительности операций и с учетом того, что реактора должны быть заполнены на 80% от номинального объема, производительность установки составит:
- 4665 т/год растворов ингибитора коррозии, регулятора кислотности и комплексона суммарно;
- 4665 т/год раствора загустителя;
- 15552 т/год ПОЖ.
Обоснование выбранного метода производства опирается на сравнение основных показателей эффективности инвестиционных проектов, таких как: NPV, PI, IRR и срока окупаемости.
Для расчета использована среда Microsoft Excel 2010, результат сравнения всех рассмотренных вариантов будет представлен ниже в таблице 2. Для расчета фонда заработной платы приняты средние значения тарифной ставки и заработной платы руководителей, специалистов и служащих по отрасли, одинаковые для каждого из вариантов, ставка дисконтирования принята 10%.
Данные для предварительного расчета стоимости оборудования были взяты из графиков усредненной стоимости оборудования (рис. 2 и 3) [4].
вом, выполненных из эмалированной стали и горизонтальных сосудов.
Длина сосудов, н
Рис. 2 - Стоимость горизонтальных сосудов
По данным графика рис. 2 и 3 в системе Mathcad 14.0 была составлена программа, возвращающая значение линейной функции для заданного аргумента и определена ориентировочная стоимость реакторов с рубашкой и перемешивающим устройст-
Рис. 3 - Стоимость реакторов с рубашкой и перемешивающим устройством
Предварительная оценка выбранных для рассмотрения способов организации производства дала следующие результаты (табл. 2).
Таблица 2 - Результаты оценки
Показатели Ед. изм. Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 4
Годовой выпуск ПОЖ т 152 74 15274 16000 15552
Инвестиции всего руб. 245 млн. 250 млн. 239 млн. 191 млн.
NPV (На весь срок амортизации) руб. 149 млн. 143 млн. 160 млн. 177 млн.
Срок окупаемости лет 6 6 6 5
IRR (Внутренняя норма доходности) % 29 28 31 39
PI 0,61 0,57 0,67 0,92
Преимуществом 1 варианта организации производства является:
- возможность использования установки в свободные от производства противообледенительной жидкости 4 месяца;
- отсутствие капитальных затрат на создание большого парка товарной продукции;
- заработная плата руководителей, специалистов и служащих, а так же страховые отчисления за период 4 месячного перерыва в производстве ПОЖ переносят свою сумму на себестоимость стороннего продукта, производимого в этот период, снижая тем самым себестоимость целевого продукта - противо-обледенительной жидкости.
Недостатком являются большие капитальные затраты на реактора больших размеров, и как следствие высокие значения по разделу «Инвестиции в основные средства».
Второй вариант организации производства, обладая теми же преимуществами что и предыдущий,
имеет большие затраты. Это обусловлено увеличением стоимости дублированных реакторов в сравнении с одиночными реакторами большого объема. Возросшие инвестиции в основные средства увеличивают условно постоянные затраты по пунктам «текущий ремонт», «расходы на содержание и эксплуатацию зданий и сооружений» и «общепроизводственные расходы», поэтому значение условно постоянных затрат во втором варианте выше, чем в первом.
В третьем варианте организации производства при круглогодичном использовании установки исключается возможность её использования в свободное время. Добавляется необходимость выплачивать з/п рабочих в течение 4 месяцев, которая будет отнесена к себестоимости производимой ПОЖ, увеличивая тем самым её конечную стоимость и снижая конкурентоспособность на рынке. Помимо этого, согласно диаграмме рис.3, резко возрастают затраты на хранение произведенной жидкости.
Продолжительность работы установки увеличивается на 4 месяца, следовательно, возникает необходимость хранения произведенной продукции на этот период. За 4 месяца установка производит 1/3 годового объема продукции - 5000 тонн противооб-леденительной жидкости. Таким образом, необходимо дополнительно установить емкости для хранения готовой ПОЖ на сумму порядка 12 млн. рублей. Кроме того, из-за увеличенной продолжительности работы установки возрастают затраты на фонд оплаты труда, что вместе с ростом инвестиций в основные средства приводит к росту условно постоянных затрат.
В четвертом варианте организации производства из-за круглосуточного режима работы доплаты за выходы в ночное время и в праздничные и выходные дни согласно законодательству составят 20% от номинальной заработной платы. В то же время капитальные затраты в оборудование являются минимальными, т. к. при данном варианте необходимы реактора минимального объема и отсутствует необходимость создания большого товарного парка. При малой численности рабочих увеличение тарифного фонда оплаты труда за счет дополнительных выходов в ночные и праздничные часы компенсируется снижением инвестиций в основные средства и расходов на их содержание и эксплуатацию. Помимо этого, 4 вариант обладает всеми преимуществами 1 и 2 вариантов, а именно:
- возможность производства дополнительной продукции в свободное от производства ПОЖ время;
- отсутствие большого парка товарной продукции;
- заработная плата руководителей, специалистов и служащих, а так же страховые отчисления переносят свою сумму на себестоимость ПОЖ только 8 месяцев в году.
Заключение
Основной целью данного исследования являлся выбор оптимального с экономической точки зрения варианта организации производства противо-обледенительной жидкости 4 типа. Исходными данными являлись состав производимой жидкости и мощность установки.
Для сравнения были рассчитаны следующие показатели: NPV, PI, IRR и срок окупаемости. Анализ позволил отметить следующие закономерности:
- Наибольшее влияние на общее изменение затрат оказывают условно постоянные затраты, состоящие из з/п руководителей, специалистов, служащих, а так же из затрат, связанных с величиной амортизации, которая, в свою очередь, зависит от стоимости оборудования. Таким образом, увеличивая продолжительность рабочего цикла от 8 месяцев до 12, мы на 1/3 увеличиваем расходы, связанные с содержанием руководящего персонала и специалистов, получающих фиксированную з/п, так как в обратном случае эти расходы могли бы быть отнесены к сторонней продукции и не сказываться себестоимости производства ПОЖ.
- Увеличивая продолжительность работы установки в течение года, мы вынуждены использовать дополнительные резервуары для хранения готовой продукции. Как показали расчеты, это значительно увеличивает суммарную стоимость оборудования и влечет за собой растущие эксплуатационные расходы, которые в пересчете на весь срок амортизации установки дают значительные изменения.
- Доплаты за выходы в ночное время, праздничные и выходные дни, согласно законодательству, составляют 20% от номинальной заработной платы. При малой численности работающих, выходящих в эти смены, имеет смысл организовать круглосуточное производство без остановок в праздники и выходные.
Таким образом, на основе приведенных расчетов можно сделать вывод, что оптимальным является круглосуточное, интенсивное производство в течение 8 месяцев в году без остановок в праздничные и выходные дни в реакторах небольшого объема без организации крупного парка готовой продукции.
Литература
1. Википедия [Электронный ресурс] - Режим доступа: Шр8://ги^Уаре&а.о^^Уа/Противообледенительная _жидкость, свободный.
2. Алексеев К.В., Бондаренко О.Л., Ли В.Н., Демишев В.Н. Особенности набухания редкосшитых акриловых полимеров // Фармация. 1988. №4. С.23 - 26
3. Куряшов Д.А. и др. Загустители в составах противообледенитель-ных жидкостей // Вестник технол. ун-та. 2015. Т 18. №5. С. 77 - 80
4. Официальный сайт Российского Химико-Технологического Университета им. Д. И. Менделеева, факультета Инженерной Химии [Электронный ресурс] - Режим досту-па:www.chemeng.ru/materials/ Стоимость_оборудования_01^ос
© А. В. Окружнов - магистрант каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, alexandr.okruzhnov@yandex.ru; О. Ю. Сладовская - доц. той же кафедры, olga_sladov@mail.ru; Н. Ю. Башкирцев;! - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химической технологии переработки нефти и газа КНИТУ, bashkircevan@bk.ru; Ю. С. Овчинникова - ст. препод. той же кафедры; Н. В. Лыжина - доц. каф. экономики КНИТУ.
© A. V. Okruzhnov, Master, KNRTU, alexandr.okruzhnov@yandex.ru; O. Yu. Sladovskaya, Associate Professor, KNRTU, ol-ga_sladov@mail.ru; N. Yu. Bashkirtseva, Professor, KNRTU, bashkircevan@bk.ru; Yu. S. Ovchinnikova, senior Lecturer, KNRTU; N. V. Lyzhina, Associate Professor, KNRTU.
