Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Созданию производства предшествует разработка технической документации, которая дает возможность осуществить строительство зданий и сооружений, компоновку технологического оборудования, отвечающих необходимым требованиям организовать технологический процесс производства и обеспечить выпуск заданного ассортимента продукции.
Технической документацией называется комплекс технических материалов, содержащих описание (с принципиальными обоснованиями и расчетами) предназначенных к постройке или реконструкции производства, технологических линий и установок.
Проект производства – это комплекс технической документации, необходимой для его сооружения.
Промышленное предприятие – производственно-хозяйственная единица, занятая производством продукции и обладающая производственно-техническим организационным единством.
Состав промышленного предприятия устанавливается в соответствии с делением производства на основное и вспомогательное. Каждое из этих производств включает в себя цеха и службы. Центральное место в производственном процессе предприятия занимает основное производство, в котором преобладают основные технологические процессы, содержащие совокупность действий, непосредственно связанных с изменением формы, размеров, вида, положения, состояния или свойств предметов труда, для получения нового изделия.
Наряду с основным производством в производственный процесс предприятия входит вспомогательное производство, включающее вспомогательные процессы, необходимые для обслуживания основного производства и обеспечения бесперебойного изготовления выпуска продукции предприятия. К задачам вспомогательного производства относят обеспечение предприятия всеми видами энергии; изготовление и ремонт всех видов инструмента и технологической оснастки; ремонт и обслуживание технологического и энергетического, транспортного и другого оборудования; приемку, хранение и транспортировку материалов, сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; содержание и ремонт зданий и сооружений предприятия.
Промышленное предприятие, министерство и частное лицо, т.е. организации и лица, заинтересованные в выпуске продукции будущим или реконструируемым производством, выступают в качестве заказчика проекта производства.
Проектная документация разрабатывается проектировщиком, т.е. организацией, имеющей лицензию на проектную деятельность. В разработке и реализации проекта, кроме проектной организации (генерального подрядчика), принимают участие специализированные предприятия: строительные, монтажные, пусконаладочные и т.п., которые именуются субподрядчиками.
Отношения между заказчиками и подрядчиками регламентируются инструкциями о порядке разработки, согласовании, утверждении и составе проектной документации на строительство предприятий, например, Строительные Нормы и Правила (СНиП) 11-01–95 [1].
Отправным пунктом разработки проектной документации является утвержденное обоснование инвестиций в строительство предприятия (предпроектирование). Это технико-экономическое доказательство необходимости создания промышленного объекта. Обоснование инвестиций делает заказчик, а точнее служба маркетинга организации-заказчика. Оно составляется по специальной форме и ориентировочно оценивает технико-экономические показатели будущего предприятия. Обоснование инвестиций утверждается руководителем предприятия-заказчика, рассматривается государственной экспертизой и утверждается инвестором.
Затем, как правило, на конкурсной основе через торги подряда (тендер) определяется генеральный подрядчик, который будет разрабатывать проектную документацию. После конкурсных торгов заказчик и проектировщик заключают договор (контракт), регулирующий правовые и финансовые отношения, взаимные обязательства и ответственность сторон. Неотъемлемой частью договора является задание на проектирование и исходные материалы.
В проекте детализируются принятые в обосновании решения и уточняются основные технико-экономические показатели. Проектировщик в своей деятельности должен руководствоваться законодательными и нормативными актами Российской Федерации.
Проектирование предприятий, зданий и сооружений производится в одну или две стадии.
В первом случае сразу разрабатывают проектно-сметную документацию, необходимую для осуществления строительства, которая именуется рабочий проект. Одностадийное проектирование является более экономичным. Оно применяется тогда, когда возможно использование типовых проектов, отличающихся экономичностью принятых решений. Проектирование в одну стадию производится также при разработке проектов для технически несложных объектов, когда проектные решения относительно просты и могут быть сразу проработаны до конца, доведены до рабочей документации.
Во втором случае для технически сложных объектов с целью исключения ошибок и улучшения качества документации разработка проектной документации начинается с разработки принципиальных проектных решений, а соответствующая им разработанная документация называется проект (первая стадия).
Проект рассматривается и утверждается главным инженером проектной организации, подвергается государственной экспертизе и согласовывается с другими заинтересованными организациями. На основании утвержденного проекта подготавливается при необходимости тендерная документация и проводятся торги подряда на строительство объекта. Затем заключается договор, открывается финансирование строительства, и приступают к детализации принятых принципиальных решений, т.е. разрабатывается рабочая документация (вторая стадия).
Строительство и пуск производства связаны со значительными затратами денежных средств, материальных и трудовых ресурсов, и поэтому они должны вестись по проектам, обеспечивающим:
Это требует совершенствования самого процесса проектирования, повышения качества проектной документации, четкого определения совокупности нормативных документов по отдельным этапам проектирования.
В проектировании новых производств ведущая роль принадлежит технологу, который разрабатывает технологическую схему производства, рассчитывает и выбирает основное оборудование, выдает задания специалистам – смежникам проектной организации на разработку общеинженерных разделов проекта (строительная, монтажно-технологическая, электротехническая, КИП и А, сантехническая и другие части), согласовывает результаты выполнения этих заданий с проектными решениями по логическому разделу. Для координации и увязки всех разделов назначается главный инженер проекта. Он является техническим руководителем проекта в период разработки и реализации его (авторский надзор) и несет ответственность за правильность решений, сроки выполнения и технико-экономические показатели.
В целом методику разработки проектной документации и создания промышленного объекта можно иллюстрировать следующими этапами (рис. 1). Из рисунка видно, что проектирование является итерационным процессом. Принятые решения при обосновании инвестиций не только уточняются, но и могут измениться, например, в процессе подготовки задания на проектирование: обосновывается технология производства, уточняется ассортимент и мощность будущего производства. В свою очередь, решения, принятые при подготовке задания на проектирование, поэтапно корректируются при разработке проекта.
2. ОБОСНОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИЙ
Главной задачей этого этапа является определение экономической целесообразности и технической необходимости создания пищевого производства. Раздел «Обоснование инвестиций в строительство объекта» включает в себя:
Для обоснования предварительные экономические показатели будущего производства, как правило, берутся из опыта работы завода-аналога или определяются проектировщиком по упрощенным ориентировочным расчетам. Так, влияние увеличения мощности производства на капитальные затраты может быть описано следующими выражениями.
Стоимость комплектного оборудования
С = С'Ka,
где С' – стоимость оборудования для меньшей базовой мощности (для завода-аналога); K – коэффициент увеличения мощности; a – масштабный фактор, зависящий от типа оборудования и изменяющийся в пределах 0,2…1,0.
Общие капитальные вложения Q, необходимые для строительства и монтажа, изменяются от мощности по следующей зависимости:
Q = Q'Kn,
где Q' – капиталовложения для меньшей базовой мощности; n – масштабный фактор, изменяющийся в пределах 0,38…0,98.
Определив расходы сырья, материалов и затрат энергии на выпуск единицы пищевой продукции, капитальные затраты
на строительство зданий и сооружений, затраты на приобретение и монтаж оборудования, приборов, коммуникаций, штаты проектируемого производства, можно ориентировочно оценить себестоимость продукции.
Себестоимость выпускаемого предприятием пищевого продукта складывается из следующих частей:
Такие составные части себестоимости, как затраты на сырье, практически не зависят от объема производства. Увеличение мощности пищевого производства обычно связано с ростом объема основного и вспомогательного оборудования, что приводит к снижению удельных расходов электроэнергии и уменьшению теплопотерь в окружающую среду.
В большей степени себестоимость зависит от цеховых и общезаводских расходов. С увеличением мощности эти затраты остаются приблизительно на одном уровне, а соответственно удельные затраты и себестоимость продукции снижаются.
Таким образом, при возрастании объема производства снижение себестоимости продуктов питания может произойти за счет уменьшения энергетических, цеховых и общезаводских расходов.
Далее рассмотрим основные пункты раздела «Обоснование инвестиций».
2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРОИЗВОДСТВА
Мощностью производства называют максимально возможный выпуск продуктов питания в требуемом ассортименте и заданном количестве, который может быть осуществлен за определенный период времени.
Мощность производства не является постоянной величиной и должна возрастать по мере его совершенствования в техническом и организационном плане.
Для определения мощности производства используют балансовый и статистический методы.
Балансовый метод исходит из конечных показателей плана социально-экономического развития региона на планируемый период.
Суточная производительность проектируемого производства может быть определена по формуле
где kп – поправочный коэффициент к нормам потребления (kп = 0,8...1,1 в зависимости от района); N – расчетная численность населения к моменту ввода предприятия в действие; п – среднегодовая норма потребления продукции на душу населения для данного района; П – производственная мощность действующих предприятий такого же профиля в данном районе, В – ожидаемый ввоз продукции; K – намечаемый вывоз продукции; z – число рабочих дней в году; kм – коэффициент использования мощности проектируемого производства.
Расчетная численность населения, как правило, определяется по численности на момент составления обоснования и приросту населения на перспективу. Гораздо сложнее определить нормы потребления, так как это величины непостоянные.
По мере изменения благосостояния населения изменяется спрос на те или иные продукты питания, меняется структура питания, соответственно, потребление одних продуктов увеличивается, других – уменьшается.
Мощность перерабатывающих производств, осуществляющих выпуск полупродуктов и сырья для пищевой промышленности, определяется по потребности в данном сырье. Например, потребность в муке выявляется, исходя из планируемого производства хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий.
Так, мощность мукомольных заводов в регионе определяют на основе полученных данных о потребности в муке и фактической производительности действующих предприятий. При этом учитывают вывоз муки за пределы региона и возможный завоз их из других регионов.
Статистический метод предполагает изучение рынков сбыта продуктов питания и построение так называемой S-кривой прогнозирования их развития. Различают четыре характерные стадии развития рынков сбыта (рис. 2):
I – инкубационная стадия (постепенное расширение рынка);
II – стадия роста (экспоненциальное расширение рынка);
III – стадия стабилизации;
IV – стадия сокращения рынка.
Инкубационная стадия I характеризуется выработкой небольших партий продукта для отработки технологии и оценки потребителем качества продукции. Например, ОАО «Орбита» необходимо время для отработки технологии производства новых видов плавленых сыров или майонеза. Полагают, что оценить спрос на новый продукт, ранее не производившийся, можно только во время инкубационного периода.
Стадия роста рынка II предполагает быстрое расширение производства. Продукт находит все большее применение. Если рынок полностью сформирован, то спрос стабилизируется (стадия III). В этот период строительство новых объектов нецелесообразно и все внимание уделяется модернизации действующих предприятий. Длительность периода стабилизации зависит от того, насколько данный продукт конкурентоспособен с новой продукцией. Стадия сокращения рынка IV может оказаться довольно короткой (около двух лет) или совсем отсутствовать.
Анализ статистических данных потребления продуктов, проекты производства которых намечено разрабатывать, позволяет определить: относится ли спрос на них к периоду роста или стабилизации. Для проектируемых производств промежуточных продуктов следует анализировать статистику потребления тех продуктов, которые изготавливаются из данных полупродуктов. Например, при проектировании предприятий по производству брынзы (полупродукт) анализируется статистика потребления плавленых сыров (продукт).
Одним из статистических методов контроля потребности в продуктах широкого потребления является сравнение предполагаемой динамики их выработки со статистикой роста производства этих продуктов в наиболее технически развитых странах.
Таким образом, статистический метод позволяет прогнозировать темпы роста потребления данного продукта, что дает возможность устанавливать очередность ввода мощностей, начиная с опытно-промышленных технологических линий, кончая крупными производственными цехами.
Для выявления объема выпуска продукции рекомендуется использовать и балансовый, и статистический методы. По балансовому методу рассчитывают максимальное потребление продукта, а статистический метод дает возможность прогнозировать темпы роста производства данного продукта.
2.2. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
2.2.1 (ПИЩЕВИКИ)
Выбор технологии производства определяется следующими факторами.
Выбранные технологии должны обеспечить производство продукции в заданном ассортименте и с требуемым качеством.
В мукомольном производстве примером таких стадий является обогащение промежуточных продуктов размола зерна, получаемых после их просеивания. Обогащение, т.е. выделение частиц, богатых эндоспермом, позволяет в целом улучшить качество муки, а также увеличить выход ее высоких сортов.
Одну и ту же технологическую операцию часто можно осуществить разными способами, каждый из которых требует неодинаковых затрат ресурсов производства. Различия обычно обусловливаются типом используемого оборудования, а также числом операций, составляющих процесс (холодное и горячее кондиционирование зерна на мельницах, опарный и безопарный способ приготовления теста и т.п.). Спроектированная технологическая линия должна предусматривать наиболее экономичные с точки зрения конечных результатов способы выполнения отдельных технологических операций и процессов.
Принципы выбора технологий пищевого производства можно сформулировать следующим образом:
Выбор оптимальной технологии производства продуктов питания осуществляют технологи. Они задаются видом сырья и его ресурсами, рассчитывают оценки возможных объемов производства продуктов питания и удельные расходные нормы сырья.
На этом этапе можно произвести предварительный расчет экономической эффективности метода (технологии) производства, основанного на предполагаемой стоимости продуктов и сырья, без учета капитальных и эксплуатационных затрат.
В результате такого анализа выясняется целесообразность дальнейшей проработки данной технологии производства целевых продуктов.
При условии роста масштабов производства продуктов питания следует выделить два направления.
Первое направление предусматривает модернизацию или реконструкцию действующих производств и создание технологии с дальнейшей (более глубокой) очисткой газовых выбросов, воды, выводимой из производства и твердых отходов,
вредных для природы и здоровья человека веществ. Такой путь в настоящее время широко применяется, но он малоэффективен.
Второе направление предусматривает создание пищевых технологий и разработку новых технологических линий, обеспечивающих полную переработку сельхозсырья в пищевой продукт с использованием вторичных энергоресурсов на базе принципов рециркуляции и цикличности. При рециркуляции предусматривается создание замкнутых технологических комплексов с возвратом на вход непереработанного сырья, комплексного использования энергии за счет теплообмена между прямыми и обратными потоками.
2.2.2 (ХИМИКИ)
При выборе метода производства используют следующие критерии: технико-экономические показатели; возможности обеспечения сырьем; организацию доставки сырья и вывоза готовой продукции; наличие оборудования для промышленной реализации метода; обеспечение заданной мощности и качества продукции; соблюдение санитарно-гигиенических условий труда на производстве; вопросы экологии.
Существующие способы разработки технологии получения целевых продуктов включают стадии выбора метода производства, разработки и оптимизации технологической схемы.
Выбор оптимального маршрута производства осуществляют технологи-исследователи либо на основе списков известных реакций, либо на основе химических аналогий. На этой стадии задаются вид сырья и его ресурсы, получают оценки возможных количеств целевых продуктов, степень использования сырья. Знания кинетических характеристик здесь не требуются, нужны лишь оценки значений степеней превращения.
Материальные балансы стадий процесса позволяют выяснить избытки тех или иных компонентов, которые, в конечном счете, либо будут присутствовать в качестве примесей в целевых продуктах, либо после их отделения образуют отходы производства или продукты для переработки в других производствах.
На этой стадии можно произвести предварительный расчет экономической эффективности метода (технологии) производства, основанного на предполагаемой стоимости продуктов и сырья, без учета капитальных и эксплуатационных затрат. В результате такого анализа выясняется целесообразность дальнейшей проработки данного метода производства целевых продуктов, и выбираются оптимальные маршруты его.
Многие продукты могут быть получены по различным схемам и из различного сырья. Так, фталевый ангидрид можно получить из нафталина и О-ксилола; малеиновый ангидрид – из бензола, бутиленов и фурфурола; фенол – из кумола, бензолсульфокислоты, хлорбензола, бензола; стирол – из бензола и этилена, нефтяного этилбензола и т.д.
При разработке схемы промышленного производства проверяются как ресурсы сырья, так и денежные затраты на него по рекомендованному способу в сравнении с затратами по другим известным методам. Так, малеиновый ангидрид может быть синтезирован из бензола, фурфурола и из бутан-бутиленовой фракции (продукт нефтепереработки). Ресурсы бензола и бутан-бутиленовой фракции обеспечивают потребность в них производства малеинового ангидрида. Потенциальные ресурсы фурфурола также велики. Поэтому показателями, определяющими выбор схемы производства, в данном случае будут эксплутационные затраты.
Освоение технологии синтеза малеинового ангидрида из фурфурола показало, что по технико-экономическим показателям он не конкурентоспособен с двумя другими способами. Если принять суммарные расходы на сырье и энергию при синтезе продукта из фурфурола за 100 %, то по бензольному методу они составят 50 %, а по бутан-бутиленовому – около 35 %. Кроме того, по бутан-бутиленовому способу в перспективе возможно использование отхода производства фумаровой кислоты.
Производства основного и тонкого органического и нефтехимического синтеза дают большой ассортимент продуктов (сотни наименований) и в больших количествах (от десятков до сотен тысяч тонн в год). При этом в биосферу выбрасывается значительное количество различных химических веществ (углеводородов, оксидов углерода, азота, серы, органических веществ и др.), загрязняющих ее.
Поэтому необходимо разрабатывать технологии, которые позволяли бы сбрасывать вещества в биосферу только в допустимых количествах, причем такие вещества, которые могут усваиваться природными биологическими системами. Необходимо также учитывать, что в этих производствах используется в больших количествах сырье, вода и энергия, а, кроме того, за счет химических превращений часто выделяется большое количество тепла. Следовательно, необходима такая организация производства, при которой утилизируются не только побочные продукты, но и все тепло, выделяемое на различных этапах производства.
В настоящее время многие из отходов используются в существующих производствах. Так, например, на основе СО можно получать муравьиную кислоту (через формиаты), фосген (при хлорировании СО), метан и метанол (при гидрировании СО), парафиновые углеводы (синтез Фишера-Тропша), альдегиды, спирты и др. На основе СО2 можно получать мочевину (при взаимодействии с аммиаком), этиленкарбонат (при взаимодействии с оксидом этилена) и др. На основе оксидов азота можно синтезировать азотную кислоту, а из нее получать нитропарафины (нитротолуол, тринитротолуол, нитробензол, анилин) и другие продукты.
Рассмотрим для примера новые технологии комплексной переработки метанола. Значительная часть мирового выпуска метанола потребляется в производстве формалина и других формальдегидосодержащих продуктов и их производных. Наметившаяся в последние годы тенденция к снижению и стабилизации уровня мировых цен на метанол делает особенно актуальными поиски новых технологий, позволяющих комплексно перерабатывать это сырье. Использование таких технологий особенно заманчиво для технического перевооружения существующих предприятий-потребителей метанола с целью расширения ассортимента продукции и значительного повышения коммерческих возможностей.
В настоящее время исследования в этой области проводятся в Институте катализа имени Г.К. Борескова и Инженерной Компанией Института катализа по трем направлениям:
1) синтез муравьиной кислоты прямым окислением формальдегида;
2) получение формальдегида полимеризационной чистоты для производства полиацеталей;
3) получение концентрированного модифицированного формалина и производство КФ-смол на его основе.
Все эти технологии не требуют больших капитальных вложений, отличаются высокой рентабельностью и экологической безопасностью. На рис. 4 представлены новые возможности производства продуктов из метанола. Для примера рассмотрим выбор метода получения муравьиной кислоты.
Рис. 4. Новые возможности производства продуктов из метанола
Рис. 5. Способы производства муравьиной кислоты
Большинство вновь создаваемых в мире производств муравьиной кислоты использует метод гидролиза метилформиата. Однако технологическая сложность метода и связанные с ней высокие удельные расходы сырья обусловливают создание только многотоннажных производств, как правило, удаленных от потребителя. В отличие от этого метода процесс синтеза муравьиной кислоты из формальдегида характеризуется простой и надежной технологической схемой с минимальным количеством стадий (рис. 5). Основу его составляет прямое окисление формальдегида кислородом воздуха в трубчатом реакторе в присутствии оксидного катализатора с последующей конденсацией продукта.
По сравнению с традиционными технологиями новая имеет ряд преимуществ: полная экологическая безопасность, обусловленная отсутствием сточных вод, твердых отходов и вредных газовых выбросов; низкая себестоимость конечного продукта; низкие удельные капитальные вложения и короткие сроки их окупаемости; возможность создания небольших производств в непосредственной близости от потребителя; использование стандартного технологического оборудования; небольшие занимаемые производственные площади.
Комбинация производства формалина с производством муравьиной кислоты на одном предприятии позволяет перерабатывать метанол в продукты более широкого ассортимента – формалин, муравьиную кислоту, пентаэритрит.
Технологический процесс получения муравьиной кислоты является непрерывным и включает стадии получения формальдегидсодержащего газа, обезвоживания формальдегидсодержащего газа, контактного превращения формальдегида в муравьиную кислоту, конденсации муравьиной кислоты.
Наиболее экономически эффективным является производство муравьиной кислоты, в котором в качестве сырья используют реакционные газы процесса на серебряном катализаторе. Себестоимость 85 %-ной муравьиной кислоты по этой технологии в условиях России (АО "Азот" г. Кемерово) составляет 290…300 USD за одну тонну при цене метанола 200 USD за одну тонну.
Итак, принципы выбора метода производства можно сформулировать следующим образом:
1) переход на новые технологии, которые позволили бы увеличить выпуск необходимой продукции заданного качества, не нарушая требований экологии;
2) создание новых производств, использующих в качестве сырья отходы;
3) определение перечня продуктов, которые могут быть усвоены природными биологическими системами;
4) определение допустимых количеств различных химических продуктов, которые могут попадать в биосферу без вредных последствий для окружающей среды и человека;
5) создание малоэнергоемких производств и производств с малым потреблением воды.
Особенностью прогресса в химической промышленности является повышение степени комплексности переработки сырья. Во всех странах наблюдается стремление сократить потребление природных ресурсов и увеличить степень использования вторичных материальных и энергетических ресурсов. Мировой и отечественный опыт показывает, что 80 % экономии материальных ресурсов связано с внедрением ресурсосберегающих технологий и лишь 20 % – с другими мероприятиями. Более 50 % экономии топливно-энергетических ресурсов в химической промышленности в России можно получить за счет совершенствования технологических процессов, примерно 20 % – путем более полного использования вторичных энергетических ресурсов и около 25 % – за счет организационно-технических мероприятий.
При условии роста масштабов производства и высоких экологических требованиях можно определить два принципиально отличных друг от друга направления получения химических продуктов.
Первое направление предусматривает реконструкцию действующих производств и создание технологии с дальнейшей (более глубокой) очисткой газовых выбросов, воды, выводимой из производства и твердых отходов, вредных для природы и здоровья человека веществ. Такой путь в настоящее время широко применяется, но он малоэффективен. С помощью очистных сооружений не всегда удается полностью освободить выбросы от вредных веществ, и они попадают в биосферу. Кроме того, очистные сооружения являются дорогостоящими, занимают большие площади, создают новые проблемы уничтожения твердых отходов, потребляют большое количество материалов и энергии.
Второе направление предусматривает создание технологий и разработку новых технологических установок, обеспечивающих полную переработку сырья в продукт с использованием вторичных энергоресурсов на базе принципов рециркуляции и цикличности. При рециркуляции предусматривается создание замкнутых технологических комплексов с возвратом на вход непрореагировавшего сырья, комплексного использования энергии за счет теплообмена между прямыми и обратными потоками. Второе направление пока еще не нашло широкого распространения: реконструировать существующие производства до такой степени практически невозможно, так как в них заложена технология, по которой предусматривается вывод из химико-технологических систем разных потоков. Однако при создании новых химических производств должен соблюдаться принцип комплексного использования сырья: материальный субстант, введенный в технологический процесс, полностью перерабатывается, а полученная при переработке продукция используется в полном объеме и ассортименте.
Обобщающим принципом при создании безотходных производств является системный подход, который следует использовать при проектировании, создании и эксплуатации производства. Более конкретные принципы, направленные на полное использование сырья и энергетических ресурсов, а также на охрану окружающей среды могут быть подразделены на три группы:
1) химические;
2) технологические;
3) организационно-управленческие.
1. Химические:
• создание малостадийных (одностадийных) химических процессов;
• разработка методов получения продуктов из дешевого и доступного сырья;
• разработка процессов с повышенной селективностью;
• применение "сопряженных" методов синтеза;
• разработка технологий с высокими целевыми конверсиями реагентов;
• совмещение нескольких реакций, направленных на получение одного и того же целевого продукта.
2. Технологические:
• использование рециркуляции по компонентам и потокам;
• применение совмещенных процессов;
• полнота выделения продуктов из реакционной смеси;
• разработка процессов с низким энергопотреблением;
• полнота использования энергии системы;
• разработка технологии с минимальным расходом воды и использованием ее кругооборота;
• полнота использования газовых потоков и очистка газовых выбросов;
• применение аппаратов и технологических линий большой единичной мощности;
• применение непрерывных процессов;
• полнота использования жидких и твердых отходов;
• высокая степень автоматизации;
• обеспечение высокой надежности функционирования ХТС.
3. Организационно-управленческие:
• кооперирование и комбинирование различных производств;
• создание безотходных территориально-промышленных комплексов;
• создание технологии по переработке отходов производств.
2.3. ЭСКИЗНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНЫХ И ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ ПО СТАДИЯМ ПРОИЗВОДСТВА
На основе выбранной технологии производства составляют предварительную эскизную технологическую схему, на которой показывают основные технологические операции (стадии) и материальные потоки между ними, выявляют машины и аппараты, подлежащие усовершенствованию. Разработка этой схемы заключается в создании совокупности технологических операций, направленных на выпуск ассортимента продуктов питания в заданном количестве и с требуемым качеством при минимальной себестоимости. Технологические операции изображаются прямоугольниками, а материальные потоки линиями со стрелками, указывающими направление, и структурная (эскизная) схема принимает следующий вид (рис. 3).
Эскизная технологическая схема приготовления настойки “Рябина на коньяке»
Эскизная технологическая схема химического производства
Руководствуясь эскизной технологической схемой, технологи приступают к составлению и расчету уравнений материального баланса для каждой технологической операции. Назначение расчета – определение затрат сырья для получения заданного количества конечного продукта; объемов и составов материальных потоков на каждой операции, количеств и составов отходящих потоков (в том числе сточных вод и газов).
Исходными данными для проведения расчета являются: эскизная технологическая схема производства с указанием основных и вспомогательных процессов; состав исходных веществ (качество сырья) и состав материальных потоков, поступающих на определенную операцию; рецептура продукта; данные регламента о нормативных потерях, состав получаемых потоков для процессов фильтрования, сушки, ректификации и т.п.
При составлении уравнения материального баланса периодического производства допустимые потери сырья составляют при фильтровании 1…2 %, при сушке – 1…10 %, при размоле, дроблении, смешении – 0,5 %, при выпаривании, дистилляции, ректификации – 5…15 %, при фасовке и упаковке – 0,5 %.
Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы: количество поступающих материалов должно быть равно количеству конечных продуктов, получаемых в результате проведения процесса, плюс потери:
SGн = SGк + Gп.
Составление и расчет уравнений материального баланса можно проводить двумя способами:
1. Расчет на 1 т готового продукта. При этом рассчитывают расходные коэффициенты по сырью и объемам материальных потоков, приходящиеся на 1 т готовой продукции. Данные по реальным загрузкам в аппараты, объемам материальных потоков, расходам в каждом аппарате получают после пересчета, в котором учитывают выбранную мощность производства и фонд рабочего времени или часовую производительность.
2. Расчет на одну операцию для периодического процесса и расчет на часовую производительность – для непрерывного. В этом случае получают реальные загрузки в аппараты и объемы материальных потоков.
Одновременно составляют и рассчитывают уравнения теплового баланса по стадиям производства.
Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энергии: количество энергии, поступившей в технологический аппарат, должно быть равно количеству отводимой из аппарата энергии:
SQн = SQк + SQп,
где SQк – количество отводимой теплоты; SQп – потери теплоты в окружающее пространство.
Поступившая в аппарат теплота SQн складывается из теплоты, поступающей с исходными материалами, теплоносителями, теплоты физических или биохимических превращений.
Количество отводимой из аппарата теплоты SQк складывается из теплоты, уходящей с конечными продуктами и отводимой теплоносителями.
Из теплового баланса определяют тепловую нагрузку, а затем расход греющего пара, воды или других теплоносителей.
В результате расчетов уравнений материального и теплового балансов определяются связи проектируемого производства с общезаводским хозяйством. Следует отметить, что материальные и тепловые балансы уточняются в процессе разработки проекта.
2.4. ВЫБОР ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА
2.4.1. (ПИЩЕВИКИ)
Под площадкой для строительства предприятия понимается земельный участок, используемый для нужд производства и закрепленный за ним в установленном порядке. Выбор площадки осуществляется в соответствии с земельным, лесным, водным законодательствами РФ, а также с учетом проектов районной планировки, генеральных планов городов и поселков, схем развития железных и автомобильных дорог, соответствующих коммуникаций и сетей.
Организационные работы по выбору площадки производит заказчик. При этом создается комиссия, в состав которой входят представители генерального проектировщика, местной администрации, территориальной проектной организации Госстроя России, изыскательских организаций, территориальных и местных органов государственного надзора, штабов военных округов, гражданской обороны и других заинтересованных организаций.
Выбор площадки не проводится, если для размещения предприятия выделена территория в составе промышленного узла, схема которого утверждена. То же самое относится к утвержденным генеральным планам развития городов и районов, в которых установлено место расположения предприятия. Площадка для строительства предприятия в таких случаях уже выбрана и обоснована.
Факторы, обусловливающие выбор площадки для строительства предприятия, многообразны. Их можно подразделить на две группы.
Первую группу составляют: размеры площадки, особенности архитектуры зданий и сооружений предприятия, санитарная вредность проектируемого и соседних предприятий. Эти факторы предопределяют общие направления поиска площадки для проектируемого предприятия. В пределах же районов и зон, определяемых действием этих факторов, выбор площадки обусловливается экономическими соображениями, а именно избранная площадка должна быть наиболее дешевой в освоении и наиболее выгодной в эксплуатации, обеспечивать наиболее целесообразное расселение трудящихся, удобные и краткие пути доставки их к месту работы.
Во вторую группу входят факторы, влияющие непосредственно на экономику предприятия: транспортные условия размещения предприятия; ориентировочная потребность в сырье и расположение источников сырья и рынков сбыта готового продукта; расположение источников и способы получения электроэнергии, пара, воды, а также условия устройства канализации; потребность в рабочей силе (по квалификациям); количество и состав отходов, подлежащих удалению, способы их обезвреживания; возможности комбинирования производств; условия подвоза строительных материалов.
Для оптимального выбора района строительства нового промышленного объекта проводится технико-экономическая оценка площадки, сравниваются несколько (не менее трех) площадок, пригодных для размещения предприятия по факторам первой группы, и на основе анализа суммарного влияния факторов второй группы выявляется площадка, обеспечивающая наилучшие экономические показатели.
В табл. 1 отражены факторы, регламентирующие размещение пищевых предприятий различного профиля.
Размещение предприятий в районе производства сырья. Транспортировка пищевых продуктов связана со значительными затратами. Поэтому при размещении предприятий пищевой промышленности нужно решить, достигается ли экономия транспортных расходов благодаря расположению предприятия в районе производства сырья и можно ли за счет этого свести к минимуму порчу сырья и его повреждения при транспортировке. Специфика многих пищевых предприятий связана с ярко выраженной сезонностью сбора и переработки фруктов и овощей. Часть фруктов и ягод весьма чувствительна к транспортировке, поэтому целесообразно производить их переработку непосредственно близ места произрастания и возводить предприятия по переработке фруктов и овощей в сельских поселениях или в малых городах.
Фрукты должны перерабатываться в соки близ места их произрастания. В интересах экономии транспортных расходов следует решить, должен ли розлив соков в бутылки и банки производиться непосредственно на предприятии или же соки должны транспортироваться в больших резервуарах на станцию розлива, находящуюся в городе.
Переработка морской рыбы начинается уже на плавучих рыбоконсервных заводах. После прибытия судов в порты происходит дальнейшая переработка на предприятиях, находящихся непосредственно на берегу моря. Изготовление рыбных консервов концентрируется, в основном, в прибрежном округе. В отличие от этого, производство скоропортящихся продуктов и гастрономических деликатесов осуществляется в глубинных районах страны.
Птицебойни тесно связаны с комбинатами по промышленному откорму птицы или же являются специальными отделениями боен комбинатов. Они могут быть приданы к центральным поселкам сельских районов. Это относится и к предприятиям по убою кроликов, свиней, крупнорогатого скота.
Крупяные заводы целесообразно строить в местах производства крупяного сырья.
Размещение предприятий в зоне потребления. Производство основных пищевых продуктов, необходимых в больших количествах для снабжения населения, осуществляется с ориентацией на возможности сбыта. Зона потребления большей частью охватывает одну область или большой город. К обеспечивающим предприятиям относятся филиалы мясокомбинатов, молочные и хлебозаводы, макаронные фабрики, а также пивоваренные заводы и заводы безалкогольных напитков.
Некоторые предприятия по производству масла, маргарина, кондитерских изделий, предприятия вкусовой и табачной промышленности располагаются в средних по величине городах, хотя они снабжают зону, намного большую, нежели одна область. Однако их число ограничено.
В строительстве новых производственных зданий в этих местах нет необходимости.
При проектировании кондитерских предприятий стремятся их максимально приблизить к местам потребления продукции, так как кондитерские изделия плохо переносят дальние перевозки, качество их снижается, появляется брак. Для сохранения качества при транспортировке требуются специальная упаковка и транспортные средства. Кроме того, сравнительно
невелики гарантийные сроки хранения готовой продукции (всего 1 – 3 суток для тортов и пирожных, 3 – 6 месяцев для шоколадных изделий).
Мукомольные заводы целесообразно строить в тех местах, где будет использовано максимальное количество вырабатываемой продукции. Такими потребителями являются крупные промышленные центры и регионы. Продукцию мукомольных заводов следует перевозить на самые короткие расстояния с минимальным количеством грузовых операций.
Размещение предприятий в зоне города. Предприятия пищевой промышленности могут быть размещены в следующих четырех зонах города.
Центр города со старой городской застройкой. Большинство небольших предприятий рассредоточены и располагаются на стесненных территориях. Земельные участки плотно застроены, необходимы реконструктивные мероприятия, но это не исключает возможности размещения предприятий, не имеющих производственных вредностей, в центре города.
Район компактной внутригородской застройки. Характеризуется преимущественно квартальной застройкой, плотность которой высока. В связи с этим образуется слишком тесное соседство предприятий и жилых зданий, часто с неудобными «пересечениями» функционального характера.
Окраинный район города. Площади, занятые промышленными предприятиями, находятся вне замкнутой городской застройки, смешение с жилой застройкой и воздействие на ее функции незначительно.
Предприятия пищевой промышленности могут располагаться во всех рассмотренных городских районах. Предварительным условием для их рационального размещения является учет их взаимосвязи, устранение отрицательного воздействия предприятий на условия проживания людей, а также увязка всех этих факторов с конкретными особенностями места их расположения. В качестве критериев для размещения предприятий в структуре города выбираются: отношение площади земельного участка к численности производственного персонала, процент застройки (отношение застроенной площади к незастроенной), средняя этажность, масса поступающих для перевозки грузов.
Предприятия по переработке продукции отличаются высокой степенью потребности в площади, малой плотностью застройки и значительной массой грузов, поступающих для перевозки. Эти предприятия возводятся в основном в промышленных районах города, в районах рассредоточенной городской застройки или на окраинах города.
Предприятия, характеризующиеся средними градостроительными показателями, могут строиться как в промышленных районах города, так и в районах смешанной застройки, где обеспечивается удобная связь между местами проживания и работы.
Предприятия, характеризующиеся малой потребностью в площади, высоким процентом застройки, а также малой массой поступающих для перевозки грузов, могут располагаться и во внутренних районах города. Примером этого могут служить предприятия по производству хлеба.
Предприятия, на которых преимущественно заняты женщины (предприятия пищевой и вкусовой промышленности, кондитерских товаров и напитков), должны в пределах, допускаемых названными выше критериями, удобно располагаться относительно жилых районов.
Транспортные связи с городом важны как в аспекте транспортировки сырья и готовой продукции, так и в аспекте проезда персонала предприятия на общественном транспорте. Должны обеспечиваться беспрепятственные по мере возможности приезд и отъезд работающего на предприятии персонала.
Почти все предприятия пищевой промышленности для реализации своего производственного процесса нуждаются в больших количествах воды, безупречной в санитарном отношении. Поэтому процесс водоподготовки играет важную роль.
Если необходимая для производственных нужд вода не может быть получена из городской водопроводной сети, то должны быть изысканы возможности для организации собственного водоснабжения, например, путем устройства артезианских колодцев.
Сточные воды, поступающие от предприятий пищевой промышленности, следует обрабатывать в зависимости от степени их загрязненности, прежде чем отводить их в реку или другой водоприемник. В районе размещения предприятий должны иметься возможности для строительства соответствующих очистных установок.
Наличие центральных установок для снабжения предприятий электрической и тепловой энергией является весьма благоприятным фактором, поэтому следует стремиться к концентрации предприятий в форме промышленных комплексов.
Не последнюю роль при размещении предприятия играет учет вопросов, связанных с охраной окружающей среды. Некоторые предприятия пищевой промышленности могут оказывать на жилые районы такие отрицательные воздействия, которых, безусловно, следует избегать.
Учет производственных вредностей. Предприятия могут ухудшать условия проживания или наносить вред окружающим жилым районам вследствие распространяемого ими шума, вибраций, неприятных запахов, повышенной пожарной опасности и загрязнения воздушной среды. С другой стороны, предприятия пищевой промышленности подвергаются воздействиям промышленных установок со значительными выбросами, загрязняющими воздух, а также таящими в себе опасность инфекционного заражения (например, городские очистные сооружения), от которых, в связи со сказанным выше, нужно их располагать как можно дальше. Шум, вызываемый работой предприятий пищевой промышленности, большей частью незначителен. Во многих случаях этот шум перекрывается шумом уличного движения. Уличный шум особенно заметен и мешает жителям жилых районов и районов смешанной застройки в ранние утренние часы, когда производятся доставка и вывоз грузов. Это, прежде всего, относится к молоко- и хлебозаводам, которые не должны располагаться в непосредственной близости от жилых районов.
Неприятные запахи распространяются рыбо- и мясоперерабатывающими, отчасти также и молокоперерабатывающими предприятиями, прежде всего сыроварнями. Причиной возникновения этих неприятных запахов являются открытое хранение остатков продукции, отходы производства органического происхождения и сточные воды. Поэтому нужно уделять внимание правильно организованному складированию, удалению и переработке отходов и соответствующей очистке сточных вод. Названные выше предприятия не могут размещаться непосредственно в жилых кварталах, а должны концентрироваться в промышленных районах города.
Хотя загрязнение атмосферы дымовыми газами и пылью вследствие работы предприятий пищевой промышленности играет второстепенную роль, следует строго соблюдать законодательные акты, касающиеся предотвращения дальнейшего роста загрязнения воздуха. Это особенно относится к предприятиям по хранению, очистке и переработке зерновых продуктов, поскольку при процессах их перемещения образуется и попадает в атмосферу большое количество пыли. Все предприятия пищевой промышленности должны строиться в зонах, свободных от запахов, газов и пыли и безупречных в санитарном отношении, для того чтобы качество изделий не снижалось вследствие отрицательных внешних воздействий.
В комплекс работ по выбору оптимального варианта входят:
2.4.2. (ХИМИКИ)
Организационные работы по выбору площадки производит заказчик. При этом создается комиссия, в состав которой входят представители генерального проектировщика, местной администрации, территориальной проектной организации Госстроя России, изыскательских организаций, территориальных и местных органов государственного надзора, штабов военных округов, гражданской обороны и других заинтересованных организаций.
Комиссия в своей работе руководствуется основами земельного, водного законодательства Российской Федерации и учитывает также проекты районной планировки.
Для оптимального выбора района строительства нового промышленного объекта необходима следующая информация:
1) ориентировочная потребность в сырье;
2) месторасположение источников сырья;
3) размещение рынков сбыта готового продукта;
4) потребность в энергии (тепловой и электрической);
5) количество и качество технологической воды;
6) ориентировочные размеры строительной площадки с учетом перспективы расширения объекта;
7) потребность в рабочей силе (по квалификациям);
8) количество и состав отходов, подлежащих удалению, способы их обезвреживания.
Территориальное размещение производства является важным фактором, определяющим его экономические и социальные показатели, например, расходы на перевозку сырья и готовой продукции. Так, производство удобрений стараются разместить ближе к заводам, выпускающим минеральные кислоты.
Однако следует учитывать, что затраты на перевозку готовой продукции относительно малотоннажных производств, таких как производства тонкого органического синтеза, не являются определяющим фактором, влияющим на экономические показатели и себестоимость готового продукта. При различных вариантах расположения подобных производств транспортные расходы отличаются лишь в долях процента, поэтому большое значение для таких производств имеют условия удаления отходов, особенно, сброса очищенных сточных вод.
Важное значение при выборе площадки строительства имеет кадровый вопрос. Предприятие должно быть обеспечено высококвалифицированными кадрами химиков, технологов, механиков, так как производство продуктов в данной отрасли связано с эксплуатацией сложных процессов и оборудования, токсичными и взрывоопасными материалами.
Немаловажным фактором при выборе района расположения химического предприятия является наличие источников воды. В химическом производстве потребляют большое количество воды как для технических нужд, так и для организации технологических процессов (в частности, процессов охлаждения). С этой точки зрения районы, находящиеся вблизи больших рек, предпочтительнее для размещения химических предприятий, хотя при организации процессов охлаждения можно применять обессоленную морскую воду, а также при сбросе сточных вод и отработанных газов, которые могут иметь вредные вещества, окружающая среда загрязняется. Это последнее обстоятельство может оказаться решающим при выборе площадки строительства.
Как правило, химические производства связаны с энергоемкими процессами. Подсчитано, что на две такие стадии как выпарка и сушка расходуется до 20 % затрат топлива и электроэнергии. Поэтому важным условием при выборе площадки строительства является вопрос теплоснабжения, газоснабжения и электроснабжения. Если вопрос электроснабжения решается порой просто – подключением к электросетям, то для теплоснабжения необходимо иметь пар соответствующих параметров и в необходимом количестве, что зачастую приводит к строительству новой ТЭЦ. Для предприятия с небольшим потреблением тепла при выборе площадки можно предусмотреть строительство собственной котельной, которая будет снабжать завод паром для технологических нужд и горячей водой для отопления.
Проектировщик по поручению заказчика осуществляет предварительный выбор нескольких альтернативных вариантов размещения предприятия. В комплекс работ по выбору оптимального варианта входят:
1) инженерные обследования и изыскания в объеме, требуемом для выбора площадки;
2) получение у заинтересованных организаций технических условий на подключение объекта к инженерным и транспортным коммуникациям;
3) разработка проектных предложений по технологической схеме, составу завода, схеме генерального плана, энерго- и водоснабжению, транспорту сырья и готовой продукции, защите окружающей среды, жилищно-гражданскому строительству;
4) технико-экономическое сравнение альтернативных вариантов и выбор оптимального.
2.5. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСХОДНЫЕМАТЕРИАЛЫ
Ответственным за разработку задания является заказчик проекта. Непосредственная разработка задания на проектирование производится проектировщиком по поручению заказчика.
Задание на проектирование должно содержать следующие сведения:
Задание на проектирование должно нацеливать проектную организацию на разработку документации с учетом последних достижений науки и техники с тем, чтобы будущее предприятие было технически передовым, выпускало продукцию высокого качества при научно обоснованных нормах затрат труда, сырья, материалов и топливно-энергетических ресурсов.
Кроме того, проектировщик должен при проектировании объекта обеспечить высокую эффективность капитальных вложений, рациональное использование земель, охрану окружающей природной среды, сейсмостойкость, взрыво- и пожаробезопасность.
На данном этапе выполнения работ, как и в течение всего процесса проектирования, используется внутренняя и внешняя информация.
Составными частями внутренней информации являются материалы технического архива и библиотеки проектной организации, а также опыт и квалификация самих проектировщиков. Эта внутренняя информация может принести пользу лишь при быстром введении ее в процесс проектирования, что, в свою очередь, зависит от системы управления и организации труда в проектной организации. Эффективность внутренней информации зависит от непрерывного ее расширения и обновления при использовании обратной связи (корректировка и проверка данных внутренней информации в процессе строительства и эксплуатации проектируемых предприятий) и может быть достигнута применением систем автоматизированного проектирования.
Слагаемыми внешней информации являются исходные данные, получаемые от заказчика и исследовательских институтов, регламенты предприятий-аналогов и другие сведения по проектируемому объекту, поступающие извне. Конечным результатом переработки внутренней и внешней информации является проект предприятия.
Вся информация, полученная на стадии предпроектной проработки, составляет необходимые исходные материалы для проектирования. Объем их зависит от характера намеченного строительства (новостройка, расширение, реконструкция) и состава проектируемого объекта. Исходные материалы готовит заказчик с привлечением генерального проектировщика и отраслевого научно-исследовательского института.
При строительстве нового объекта к основным исходным материалам относятся:
3. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
Разработка проектной документации заключается в конкретизации и проверке решений, принятых при составлении обоснований инвестиций.
Рабочий проект при одностадийном проектировании содержит:
Подготовленный рабочий проект представляется на экспертизу и утверждение.
При двухстадийном проектировании полностью состав проекта определяется инструкцией (в настоящее время СНиП II-01–95).
Проект должен содержать разделы:
Рабочая документация разрабатывается на основании утвержденного проекта и состоит из рабочих чертежей, смет, ведомостей объемов строительных и монтажных работ, ведомостей потребности в материалах, спецификации на оборудование, паспорта строительных рабочих чертежей и сооружений. Рабочие чертежи подразделяются на чертежи для производства строительных и монтажных работ, для установки технологического и другого оборудования, сетей и устройств всех видов энергоснабжения, элементов строительных конструкций и некоторые другие.
3.1. ПРОЕКТ
Рассмотрим структуру проекта при двухстадийном проектировании подробнее.
1. Общая пояснительная записка содержит:
2. Генеральный план и транспорт – приводятся краткая характеристика района и площадки строительства; решения и показатели по ситуационному и генеральному плану (с учетом зонирования территории), внутриплощадочному и внешнему транспорту, выбор вида транспорта, основные планировочные решения, мероприятия по благоустройству территории; решения по расположению инженерных сетей и коммуникаций; организация охраны предприятия. Данный раздел содержит чертежи:
3. Технологические решения содержат:
Основные чертежи этого раздела:
4. Управление производством, предприятием и организация условий и охраны труда рабочих и служащих выполняется в соответствии с нормативными документами. В нем рассматриваются организационная структура управления предприятием и отдельными производствами, автоматизированная система управления и ее информационное, функциональное, организационное и техническое обеспечение; автоматизация и механизация труда работников управления, результаты расчетов численного и профессионально-квалификационного состава работающих; число и оснащенность рабочих мест; санитарно-гигиенические условия труда работающих; мероприятия по охране труда и технике безопасности, в том числе решения по снижению производственных шумов и вибраций, загрязненности помещений, избытка тепла, повышению комфортности условий труда и т.д.
5. Архитектурно-строительные решения – в них приводятся сведения об инженерно-геологических, гидрогеологических условиях площадки строительства. Дается краткое описание и обоснование архитектурно-строительных решений по основным зданиям и сооружениям; обоснование принципиальных решений по снижению производственных шумов и вибрации; бытовому, санитарному обслуживанию работающих. Разрабатываются мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности; защите строительных конструкций, сетей и сооружений от коррозии. Основные чертежи: планы, разрезы и фасады основных зданий и сооружений со схематическим изображением основных несущих и ограждающих конструкций.
6. Инженерное оборудование, сети и системы – раздел содержит решения по водоснабжению, канализации, теплоснабжению, газоснабжению, электроснабжению, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха. Дано инженерное оборудование зданий и сооружений, в том числе: электрооборудование, электроосвещение, связь и сигнализация, радиофикация и телевидение, противопожарные устройства и молниезащита; диспетчеризация и автоматизация управления инженерными сетями. Основные чертежи раздела:
7. Организация строительства разрабатывается в соответствии со СНиП «Организация строительного производства» и с учетом условий и требований, изложенных в договоре на выполнение проектных работ, и имеющихся данных о рынке строительных услуг.
8. Охрана окружающей среды выполняется в соответствии с государственными стандартами, строительными нормами и правилами, утвержденными Минстроем России, нормативными документами и другими нормативными актами, регулирующими природоохранную деятельность.
9. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, по предупреждению чрезвычайных ситуаций выполняются в соответствии с нормами и правилами в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Для определения стоимости строительства предприятий, зданий и сооружений (или их очередей) составляется сметная документация в соответствии с положениями и формами, приводимыми в нормативно-методических документах Минстроя России по определению стоимости строительства.
10. Сметная документация, разрабатываемая на стадии проекта, должна иметь:
Для определения стоимости строительства рекомендуется использовать действующую сметно-нормативную (нормативно-информационную) базу, разрабатываемую, вводимую в действие и уточняемую в установленном порядке.
Разработку сметной документации рекомендуется приводить в двух уровнях цен:
1) в базисном (постоянном) уровне, определяемом на основе действующих сметных норм и цен;
2) в текущем или прогнозируемом уровне, определяемом на основе цен, сложившихся ко времени составления смет или прогнозируемых к периоду осуществления строительства.
В состав сметной документации проектов строительства включается также пояснительная записка, в которой приводятся данные, характеризующие применяемую сметно-нормативную (нормативно-информационную) базу, уровень цен и другие сведения, отражающие условия данной стройки.
На основе текущего (прогнозируемого) уровня стоимости, определенного в составе сметной документации, заказчики и подрядчики формируют свободные (договорные) цены на строительную продукцию. Эти цены могут быть открытыми, т.е. уточняемыми в соответствии с условиями договора (контракта) в ходе строительства, или твердыми (окончательными). В результате совместного решения заказчика и подрядной строительно-монтажной организации оформляется протокол (ведомость) свободной (договорной) цены на строительную продукцию по соответствующей форме.
При составлении сметной документации, как правило, применяется ресурсный (ресурсно-индексный) метод, при котором сметная стоимость строительства определяется на основе данных проектных материалов о потребных ресурсах (рабочей силе, строительных машинах, материалах и конструкциях) и текущих (прогнозируемых) ценах на эти ресурсы.
В сводном сметном расчете отдельной строкой предусматривается резерв на непредвиденные работы и затраты, исчисляемые от общей сметной стоимости (в текущем уровне цен) в зависимости от степени проработки и новизны проектных решений. Для строек, осуществляемых за счет капитальных вложений, финансируемых из республиканского бюджета Российской Федерации, размер резерва не должен превышать трех процентов по объектам производственного назначения и двух процентов по объектам социальной сферы.
11. Эффективность инвестиций. Раздел готовится на основе количественных и качественных показателей, полученных при разработке соответствующих частей проекта, выполняются расчеты эффективности инвестиций. Производится сопоставление обобщенных данных и результатов расчетов с основными технико-экономическими показателями, определенными в составе обоснований инвестиций в строительство данного объекта.
Примерный перечень технико-экономических показателей приведен в табл. 2.
ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ПРОЕКТА.
(ПИЩЕВИКИ)
3.1.1. Общая пояснительная записка
Первоочередной задачей является анализ исходных данных с целью проверки обоснованности рекомендованного метода производства. Если учесть, что один и тот же продукт можно получить различными методами и из различного сырья, то решающим фактором при выборе схемы часто оказывается стоимость сырья. Это объясняется тем, что в промышленности затраты на сырье составляют значительную долю производственных расходов.
Сравнивая с технологической точки зрения непрерывный и периодический способы получения одного и того же продукта, следует помнить, что эффективное применение непрерывного метода возможно при наличии сырья с постоянными заданными физико-химическими свойствами, надежного контроля производства с автоматическим поддержанием необходимых параметров процесса, надежной и бесперебойной работы оборудования. Для периодического производства характерен пооперационный контроль, требования к которому должны быть высокими с целью обеспечения заданного качества продукта.
В целом непрерывные производства имеют значительные преимущества перед периодическими: возможность постадийной специализации аппаратуры, стабилизация процесса во времени, а, следовательно, постоянное качество продукта, возможность регулировки параметров процесса и полной его автоматизации. Непрерывные схемы предусматриваются, как правило, для крупно- и среднетоннажных производств, а периодические – для малотоннажных, что объясняется в первом случае рентабельностью применения средств автоматизации.
На данном этапе проектирования изучают различные технологии получения продуктов питания, которые будет выпускать проектируемое производство. При этом учитывают новейшие результаты исследований по усовершенствованию технологии производства, анализируют регламенты действующих и опытных производств-аналогов, проверяют нормы расхода сырья, вспомогательных материалов, рекомендации по выбору конструкционных материалов для изготовления оборудования. При рассмотрении базового регламента проектировщик намечает пути усовершенствования некоторых технологических узлов с учетом последних достижений науки и техники.
Основные направления новых технических решений:
в зерноперерабатывающей промышленности – разработка оборудования для приемки, транспортирования и хранения зерна, обеспечивающего энергосбережение, экологическую безопасность, повышение технического и технологического уровня производства, сокращение потерь зерна и сохранение его качества;
в хлебопекарной и макаронной отраслях – разработка специальных видов оборудования для производства хлебобулочных изделий длительного хранения; пекарен различного типа (универсальных для выработки хлебобулочных, кондитерских, диетических изделий и др.) производительностью 0,2 – 5 т/сут.; оборудования для производства макаронных изделий быстрого приготовления, не требующих варки;
в сахарной отрасли – разработка оборудования для эффективного хранения сахарной свеклы, очистки сока (с применением новых мембранных, физико-химических, физико-механических и биотехнологических методов), кристаллизации сахара с помощью различных методов физического воздействия, производства сахара с минимальным расходом пара на технологические нужды, эффективного использования и анаэробной очистки сточных вод, переработки и использования отходов свеклосахарного производства;
в крахмало-паточной отрасли – разработка оборудования для производства крахмала из картофеля, кукурузы и новых видов сырья, для изготовления модифицированных крахмалов, декстрина, экструзионных крахмалов, биологически разрушаемых полимеров; для изготовления сахаристых веществ из крахмала и крахмалсодержащего сырья; для получения безбелковых продуктов лечебного питания и гидролизованного амилопектинового крахмала;
в масло-жировой отрасли – разработка оборудования для производства биологически полноценных, экологически безопасных, лечебно-профилактических пищевых растительных масел (в том числе линий дезодорации и физической рафинации, обеспечивающих получение высококачественных дезодорированных масел, сокращение отходов, потерь сырья и энергоресурсов); для производства модифицированных жиров (в том числе комплексов оборудования для производства заменителей какао-масла из отечественного жирового сырья на основе биотехнологии); для производства высококачественной маргариновой продукции и новых видов диетических майонезов; для получения биологически полноценных белковых продуктов из масляничного растительного сырья (в том числе комплекса оборудования для производства заменителей женского молока на основе соевых белково-липидных композиций);
в кондитерской отрасли – разработка специальных видов оборудования для производства кондитерских изделий лечебно-профилактического назначения и детского питания; комплексов оборудования для автоматизированных процессов преобразования исходного сырья и кондитерских масс (в том числе измельчения сырья и полуфабрикатов, приготовления рецептурных смесей при весовом дозировании компонентов; уваривания, охлаждения и темперирования полуфабрикатов; смешивания высоковязких кондитерских масс; формования и стабилизации формы заготовок); оборудования для весового дозирования и упаковывания кондитерских изделий; комплексов оборудования для производства сахарных и мучнистых кондитерских изделий на малых предприятиях;
в плодоовощной отрасли – разработка оборудования для производства консервированных стерилизованных продуктов с использованием физических способов обработки сырья и полуфабрикатов, обеспечивающих получение продукции с повышенной биологической ценностью и сокращение вредного воздействия на окружающую среду (в том числе оборудования для производства концентрированных соков с использованием ИК-излучения и ультрафильтрационной обработки сокоматериалов; для стерилизации и пастеризации консервированной плодоовощной продукции); для производства сушеных плодов и овощей длительного хранения различной степени обезвоживания (в том числе оборудования с использованием нетрадиционных источников теплоты и способов энергоподвода для частичного или практически полного удаления влаги из растительного сырья, обеспечивающего выработку кусковых или диспергированных, многокомпонентных продуктов с максимально возможным сохранением питательных веществ и вкусовых достоинств сырья и длительными сроками хранения, оборудования для фасования продукции в экологически безопасные, саморазрушающиеся комбинированные материалы); для производства нестерилизованных продуктов переработки плодов и овощей, консервированных с использованием холода, консервантов и ферментативных процессов (в том числе линий производства быстрозамороженных продуктов с использованием системы охлаждения сухим льдом для предприятий малой мощности; производства быстрозамороженных продуктов повышенной питательной ценности и сбалансированных по основным питательным веществам; производства лактоферментированных овощных соков и напитков); для получения продуктов целевого назначения из вторичного сырья (в том числе комплексов оборудования для получения пектина с использованием мицелиальных грибов целлюлазного действия; комплексных пищевых добавок на основе растворимых балластных веществ из отходов сокового консервного производства; ароматических, красящих и загущающих веществ на основе экстракционной обработки вторичных сырьевых ресурсов);
в пищеконцентратной отрасли – разработка комплексов оборудования для производства пищевых концентратов: хлопьев из злаковых культур с высокой питательной ценностью и варено-сушеных круп высокой степени кулинарной готовности; для производства сушеных быстровосстанавливаемых фруктов, овощей и картофеля (в том числе оборудования для производства сушеных овощей и картофеля быстрого приготовления с использованием холода; обезвоженных продуктов высокого качества и длительных сроков хранения способом вакуум-сублимационной сушки; для получения концентрированных жидких продуктов растительною сырья с использованием холода методом криоконцентрирования), приготовления первых и вторых обеденных блюд, круп, не требующих варки, а также новых видов киселей на основе модифицированного крахмала; машин и аппаратов для комплектации автоматизированных технологических линий производства продуктов длительного хранения; оборудования для интенсификации процессов приготовления пищевых концентратов;
в спиртовой и ликеро-водочной отраслях – разработка оборудования для производства спирта, концентрированных и сухих белково-углеводных кормовых продуктов, обогащенных каротином, белка при переработке и полной утилизации отходов спиртового производства (сусла и спиртовой барды); высококачественной и конкурентоспособной водочной продукции с экологически чистым замкнутым циклом процесса, улучшающим экологическую обстановку на предприятии; ликеро-водочных изделий общего и лечебно-профилактического назначения с применением мембранных, физико-химических и биологических методов обработки специфических видов растительного сырья: глубокоочищенных высококонцентрированных ферментов, а также утилизации отходов с использованием адсорбентов и мембран III-го поколения, антимикробных консервантов и аминокислотных смесей для создания высокоценных пищевых продуктов и других биологически активных веществ при переработке вторичных ресурсов спиртовой и других пищевых отраслей;
в винодельческой отрасли – разработка комплексов оборудования, обеспечивающих энергосбережение, экологическую безопасность, повышение технического и технологического уровня производства, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при выпуске высококачественной конкурентоспособной продукции (виноградных и плодово-ягодных, игристых и газированных вин, коньяков и крепких напитков); оборудования для утилизации отходов виноделия на кормовые и пищевые цели, сокращения сбросов вредных веществ;
в пиво-безалкогольной отрасли – разработка комплексов оборудования, обеспечивающих энергосбережение, экологическую безопасность, повышение технического и технологического уровня производства, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при выпуске высококачественной конкурентоспособной продукции (пива, безалкогольных напитков, квасов), оборудования для производства пива длительного хранения (в том числе непастеризованного), утилизации отходов пивоварения на кормовые и пищевые цели, сокращения сбросов вредных веществ со сточными водами; мини-пивзаводов различной производительности; комплексов оборудования для производства концентратов, безалкогольных напитков и квасов лечебно-профилактического действия и для детей;
в дрожжевой отрасли – разработка комплексов оборудования для производства хлебопекарных дрожжей длительного хранения; дрожжевых препаратов и комплексных непищевых препаратов с использованием крахмалосодержащих отходов и непищевых вторичных продуктов перерабатывающих отраслей; прессованных и сушеных хлебопекарных дрожжей; пищевкусовых и белково-углеводных стабилизирующих добавок из биомассы хлебопекарных дрожжей; энергосберегающего оборудования для сушки дрожжей;
в мясной отрасли – разработка роботизированных комплексов убоя и первичной переработки скота; комплексов оборудования, обеспечивающих высокую эффективность технологических процессов, энергосбережение, экологическую безопасность, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при измельчении мясного сырья, посоле мяса, дозировании рецептурных компонентов и перемешивании мясного фарша, формировании колбасных изделий и тепловой обработке мясного сырья и полуфабрикатов; оборудования для консервирования мясопродуктов длительного хранения методом вакуумного обезвоживания; для получения заменителей женского молока для детей грудного возраста; оборудования для переработки вторичного сырья с целью выпуска медицинской, пищевой, кормовой и непищевой продукции;
в молочной отрасли – разработка автоматизированных технологических линий и комплексов оборудования, обеспечивающих энергосбережение, экологическую безопасность, интенсификацию технологических процессов, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при выпуске высококачественной молочной или молочно-консервной продукции (питьевого молока, сливок, кисломолочных напитков, сухого молока, сгущенного молока и др.); технологической линии производства лечебно-профилактических молочных продуктов с применением биологически активных добавок, стабилизаторов, гетерогенных антиоксидантов, радиопротекторов: оборудования для производства лекарственных форм препаратов на основе молочного белка; для получения молочных продуктов из вторичного молочного сырья с применением волновых и импульсных методов обработки продуктов:
в масло-сыродельной отрасли – разработка комплексов оборудования для производства сливочного масла бутербродного назначения с использованием новых видов сырья и улучшителей качества; масла кулинарного назначения (для кондитерских целей и жарения) на основе частичной замены молочного жира композициями из растительных и животных жиров, животного масла длительного хранения, содержащего концентраты молочного жира и сухой плазмы; сливочного масла и его аналогов диетического и лечебно-профилактического назначения; натуральных сыров с повышенной пищевой и диетической ценностью и безопасностью применения на основе ресурсосберегающей технологии; пищевых продуктов, полуфабрикатов, кормовых и технических препаратов из вторичного молочного сырья и его компонентов;
в холодильной отрасли – разработка технологических линий и комплексов оборудования для производства быстрозамороженных готовых мясных блюд, изделий из теста с начинками, упакованных в полимерные материалы, позволяющие их замораживать, хранить и разогревать; быстрозамороженных мясо-растительных наборов полуфабрикатов при помощи скороморозильных аппаратов; лечебно-профилактических и диетических видов мороженого и других взбивных продуктов с применением биологически активных веществ, новых стабилизаторов и др.; консервированных мясных и молочных продуктов (в том числе творога) с использованием биотехнологических и физических методов.
(ХИМИКИ)
Первоочередной задачей анализа исходных данных является проверка обоснованности рекомендованного метода производства. Если учесть, что один и тот же продукт можно получить различными методами и из различного сырья, то решающим фактором при выборе схемы часто оказывается стоимость сырья. Это объясняется тем, что в промышленности затраты на сырье составляют значительную долю производственных расходов.
При выборе метода необходимо учитывать ограничивающие параметры, в частности, запрещено использовать в процессе переработки вредные для здоровья вещества. Токсические свойства новых видов сырья должны быть исследованы специализированными организациями. Кроме того, выбирая технологию производства, следует руководствоваться действующими правилами и нормами по технике безопасности, охране окружающей среды.
Сравнивая с технологической точки зрения непрерывный и периодический способы получения одного и того же продукта, следует помнить, что эффективное применение непрерывного метода возможно при наличии сырья с постоянными заданными физико-химическими свойствами, надежного контроля производства с автоматическим поддержанием необходимых параметров процесса, надежной и бесперебойной работы оборудования. Для периодического производства характерен пооперационный контроль, требования к которому должны быть высокими с целью обеспечения заданного качества продукта.
В целом непрерывные производства имеют значительные преимущества перед периодическими: возможность постадийной специализации аппаратуры, стабилизация процесса во времени, а, следовательно, постоянное качество продукта, возможность регулировки параметров процесса и полной его автоматизации. Непрерывные схемы предусматриваются, как правило, для крупно- и среднетоннажных производств, а периодические – для малотоннажных, что объясняется в первом случае рентабельностью применения средств автоматизации.
На данном этапе проектирования изучают различные методы получения продукции, которую будет выпускать проектируемый объект. При этом учитывают новейшие результаты исследований по усовершенствованию технологии производства, анализируют регламенты действующих и опытных производств-аналогов, проверяют нормы расхода сырья, вспомогательных материалов, рекомендации по выбору конструкционных материалов для изготовления оборудования. При рассмотрении базового регламента, проектировщик намечает пути усовершенствования некоторых технологических узлов с учетом последних достижений науки и техники.
Одним из таких путей является поиск и разработка методов интенсификации технологических процессов. Интенсификация химико-технологических процессов дает возможность увеличить производительность аппаратов при уменьшении их габаритов, металлоемкости, стоимости и соответствующем сокращении необходимых производственных площадей и уменьшении эксплуатационных расходов. Кроме того, интенсификация технологических процессов зачастую позволяет получить новые эффекты, соизмеримые и даже превосходящие по значимости основные целевые эффекты (уменьшение инкрустации на внутренних поверхностях аппаратов или осмоления перерабатываемых веществ, увеличение селективности химических процессов, улучшение качества продукции, уменьшение энергетических затрат).
Известно значительное количество традиционных и сравнительно новых способов интенсификации технологических процессов. Условно их можно разделить на два класса: системные (когда к установке подходят как к единому целому) и декомпозиционные методы, при которых выявляют и интенсифицируют лимитирующие стадии процесса или элементы его аппаратурного оформления.
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ.
Компьютерное моделирование является мощным средством исследования проектирования технологий и производственного оборудования, допускает выполнение на бумаге основных этапов проектированя, не тратя понапрасну сырьевые ресурсы и готовые изделия. Уровень приближенности модели к реальным условиям должен быть математически обоснован.
Моделирование используют по многим причинам:
1) чтобы понять поведение сложных технологических линий, состоящих из множества машин, аппаратов и агрегатов;
2) чтобы предсказать результаты работы того или иного оборудования;
3) чтобы оптимизировать работу уже имеющейся технологической линии;
4) чтобы выбрать систему управления технологическим процессом.
Компьютерное моделирование широко используется как в химической и нефтехимической, так и в пищевой промышленности – как в проектировании новых технологических процессов, так и в совершенствовании уже имеющихся.
Использование компьютерного моделирования ведется с конца 1950-х гг. и в настоящее время приобрело форму пакетов универсальных моделирующих программ, из которых можно выделить следующие пакеты программ, занимающие лидирующее положение в мире: ASPEN PLUS, HYSIS, CHEMCAD и PRO/II.
В пищевой промышленности наибольшее распространение получили пакеты ASPEN PLUS и SPEEDUP [11]. Эти пакеты состоят из блока математических моделей работы технологических установок, линий и систем с соответствующими уравнениями материальных и тепловых балансов, а также блока физико-химических свойств пищевых продуктов и сырья для их получения. Эти два блока взаимосвязаны и описывают изменения, происходящие в ходе технологического процесса.
Можно выделить два этапа в развитии компьютерного моделирования технологических линий пищевых и химических производств, и сейчас мы находимся в преддверии третьего. Этот последний этап отличается от первых двух, в первую очередь, тем, что при моделировании учитывается неполнота информации о технологической линии, которой располагаем, и в постановку задачи включается требование обеспечения работоспособности (гибкости) технологической линии.
Технологические линии, как правило, имеют рециклы, их структура является замкнутой. В связи с этим расчет материальных и тепловых балансов, без которого не может обойтись ни одно проектирование новой технологической линии, сводится к решению системы нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений и представляет из себя сложную итерационную процедуру, обычно весьма трудоемкую ввиду нелинейности математических моделей физико-химических и биологических процессов, осуществляемых на различных технологических стадиях производства.
Настоящий расцвет компьютерного моделирования начался с появления персональных компьютеров. На втором этапе совершенствования универсальных моделирующих программ было осознано, что наибольшие возможности компьютерного моделирования технологических линий связаны не с передачей компьютеру традиционных для проектировщиков функций по расчету материальных и тепловых балансов, а с реализацией с помощью компьютера других функций и решением новых задач. И, прежде всего, функции оптимизации управления действующими технологическими линиями и особенно проектирования новых. Некоторые универсальные моделирующие программы оснащены математическими оптимизационными модулями, но их использование носит редкий, в основном иллюстративный или исследовательский характер.
Начало второго этапа в развитии компьютерного моделирования можно условно отнести ко второй половине 1980-х гг., когда в вышеназванные универсальные моделирующие программы были введены оптимизационные процедуры. Их (моделирующие программы) стали применять не только для расчета отдельных технологических процессов, но и для оптимизации стационарных режимов технологических линий. Но все же, вплоть до настоящего времени, универсальные моделирующие программы гораздо чаще применяют для расчета технологических машин и аппаратов и банка физико-химических свойств, отвечающего последним достижениям науки. Причина здесь – в значительно математической трудности оптимизационного расчета по сравнению с балансовым и в непривычности функции оптимизации для исследователей и проектировщиков. Но главное и принципиальное затруднение, на наш взгляд, связано с частичной неопределенностью информации, которой мы располагаем, когда должны решать задачу оптимизации. Неопределенность практически всегда имеет место на этапе проектирования и часто – на этапе эксплуатации технологических линий пищевых производств. Учет неопределенности информации требует как разработки новых математических постановок задач, так и новых подходов и методов их решения.
Запишем систему уравнений материальных и тепловых балансов технологической линии некоторого производства в общем виде:
где функции fi (d, z, y) получены из уравнений материальных и тепловых балансов для отдельных машин и аппаратов технологической линии и соотношений связи между ними; d – вектор конструктивных переменных технологического оборудования; z – вектор режимных переменных технологической линии (вектор переменных, которыми можно будет непосредственно управлять при работе технологической линии); y – вектор состояний (вектор концентраций, температур осуществления технологических стадий, расходов потоков и т.п.). Обычно из уравнения y определяется как однозначная функция fi (d, z,).
Далее, при проектировании должен быть соблюден ряд требований-ограничений, как правило, в форме равенств и/или неравенств:
Ограничения могут быть технологическими, технико-экономическими, экологическими и регламентными. Ограничением в форме равенства является производительность по целевому продукту.
Наконец, для оптимизации должен быть задан критерий как функция переменных технологической линии: C (d, z), подлежащий минимизации или максимизации. Критерий может быть технологическим или чаще экономическим – приведенные затраты или прибыль.
Математически задачу оптимизации технологической линии (для случая минимизации критерия) можно записать в виде:
В научной и прикладной литературе такие задачи принято называть задачами нелинейного программирования (задача НЛП). Методам решения таких задач посвящена обширная литература1.
Так, однако, обстоит дело в идеальном случае. В реальности на этапе проектирования в математическом описании технологической линии всегда присутствуют неопределенности. Последние могут быть двух родов. Одни из них, такие, как параметры сырья и температура окружающей среды, могут изменяться во время работы технологической линии, оставаясь в пределах некоторого диапазона (интервала) изменений. Для них принципиально невозможно указать единственное значение.
Другие могут быть в реальности постоянными для данной технологической линии, но их значения могут быть известны лишь с точностью до определенного интервала, например, некоторые коэффициенты в уравнениях химической кинетики или тепломассопереноса. Чтобы учесть те и другие в математическом описании технологической линии, достаточно ввести неопределенные параметры в зависимости для C и gi.
В настоящее время, по-видимому, существует незаполненная ниша, связанная с потребностью в простых, гибких и недорогих универсальных моделирующих программах, с широким спектром возможностей для оптимизации технологических линий, которые давали бы возможность квалифицированному пользователю решать оптимизационные задачи, используя эффективные алгоритмы, учитывающие особенность конкретной технологической линии. Эти программы можно было бы сравнительно просто оснастить средствами для учета неопределенности и анализа гибкости. Подобные программы явились бы полезным дополнением к существующим «большим» программам типа ASPEN PLUS.
В этой связи следует отметить разработки, связанные с программой ROPUD. Программа предназначена для решения расчетных и оптимизационных задач, и ее можно отнести к классу универсальных программ. Программа составлена на языке С и ориентирована на работу в среде Visual C++.
ROPUD может функционировать в режиме самостоятельной работы (первый) и в режиме работы под управлением другой программы (второй). Программа рекурсивна, т.е. может вызывать сама себя. В связи с этим с помощью ROPUD можно реализовать различные декомпозиционные стратегии поиска, в том числе многоуровневые. От пользователя при этом требуется лишь составление на языке С функций-переходников достаточно простого вида. Возможность использования декомпозиционных стратегий поиска (в том числе многоуровневых) является важной характеристикой ROPUD, позволяющей учитывать особенности оптимизируемой технологической линии.
РАЗРАБОТКА СИТУАЦИОННОГО И ГЕНЕРАЛЬНОГО ПЛАНОВ
Ситуационным планом промышленного предприятия называют часть проекта, включающую в себя план определенного района населенного пункта или окружающей территории, на котором указывают расположение запроектированного предприятия и другие объекты, имеющие с ним непосредственные технологические, транспортные и инженерно-технические связи.
Разрабатывая ситуационный план, стремятся территориально объединить предприятия в один промышленный узел, при этом руководствуются принципами концентрации и кооперации.
Посредством концентрирования предприятий в одном месте может быть обеспечено совместное использование различных устройств и установок. Так, при кооперировании предприятий проблемы инженерного обеспечения и удаления отходов и стоков в промышленных районах решаются экономичнее, нежели для единичных предприятий, расположенных вне таких районов. Это относится к снабжению электроэнергией, газом, теплом, паром, горячей, питьевой и технической водой.
Переработка одного и того же исходного сырья, производство одного и того же конечного продукта, совместная поставка продукции потребителям и, тем самым, рациональное использование транспортных средств или же кооперирование административных зданий, могут стать основанием для расположения и взаимосвязи различных предприятий в одном месте. Кооперирование предприятий в форме промышленных комплексов позволяет уменьшить размеры занимаемой площади.
На рис. 4 показан ситуационный план промышленного района большого города. Можно отметить размещение предприятий с учетом производственных вредностей, удачное решение сети путей сообщения, использование теплоцентрали для всех предприятий, защитные полосы озеленения и «зеленый пояс».
Ситуационный план разрабатывается в масштабе 1 : 5000, 1 : 10 000, 1 : 25 000. В ситуационный план включают общие водозаборные сооружения, санитарно-защитные зоны, отмечаются точки выбросов газов и т.д.
Для уменьшения загазованности жилого массива выбросами промышленных предприятий их располагают с учетом преобладающего направления ветров, которое определяют по средней розе ветров летнего периода на основе многолетних наблюдений (50…100 лет) метеорологических станций.
Розу ветров располагают на ситуационных и генеральных планах в верхнем левом углу чертежа и строят в соответствующем масштабе следующим образом (рис. 5):
окружность делят на восемь или 16 равных частей и в результате получают восемь или 16 румбов: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ. От центра окружности (начало координат) откладывают в выбранном масштабе процентную повторяемость ветров в течение года (результат многолетних наблюдений) по соответствующим румбам. Полученные точки соединяют. Наиболее вытянутая сторона полученной фигуры показывает направление господствующих ветров. Для построения розы ветров по скорости откладывают силу ветра (в м/с) в выбранном масштабе по направлению соответствующих румбов и полученные точки соединяют между собой (на рис. 5 пунктир).
Промышленные здания рекомендуется располагать продольной осью по направлению господствующего ветра или под углом 45° к нему.
С использованием ситуационного плана разрабатывают генеральный план проектируемого предприятия в масштабе 1 : 500, 1 : 1000, 1 : 200 или 1 : 5000 (рис. 6), руководствуясь разделом СНиП «Генеральные планы промышленных предприятий».
На генеральном плане промышленного предприятия изображают: размещение всех зданий и сооружений; расположение цехов по группам; ширину противопожарных и санитарных разрывов между зданиями; проезды и въезды в цехи, автодороги и железнодорожные пути; инженерные сети; ограждение территории с указанием въезда и проходных на территорию завода; размещение пожарных гидрантов, зоны озеленения, розу ветров.
Основными критериями разработки генеральных планов являются: зонирование территории; разделение и изоляция грузовых и людских потоков; обеспечение компактности застройки; унификация и модульная координация элементов планировки (панелей, кварталов, проездов, проходов, коридоров, инженерных коммуникаций) и застройки территории; обеспечение возможности развития и расширения предприятия.
При проектировании генерального плана предприятия следует находить наиболее экономичные и удобные производственные связи между отдельными цехами, сооружениями и устройствами, обеспечивающими основной производственный процесс, начиная от ввоза сырья до вывоза готовой продукции, включая утилизацию промышленных отходов.
Зонирование начинают с объединения отдельных цехов, сооружений и устройств в группы в соответствии с определенными признаками с последующим распределением территории между этими группами. Зонирование осуществляют по производственному признаку, по степени грузоемкости цехов, по степени вредности производств, по пожаро- и взрывоопасности цехов.
Например, территорию проектируемого предприятия делят на четыре зоны (рис. 6):
I – предзаводская, где располагаются вспомогательные здания (административные корпуса, стоянки пассажирского транспорта);
II – производственная, где находятся основные и вспомогательные цеха;
III – подсобная, предназначенная для энергетических объектов и для прокладки инженерных коммуникаций;
IV – складская с пунктами приема сырья и отпуска готовой продукции.
В соответствии с рекомендациями СНиП предзаводскую зону предприятия следует размещать со стороны основных подъездов и подходов работающих, а ее размеры принимать из расчета: 0,5…0,8 га на 1000 работающих.
Расстояние от проходных пунктов до входов в санитарно-бытовые помещения основных цехов, как правило, не должно превышать 800 м.
Предприятия с площадками размером более 5 га должны иметь не менее двух въездов.
Промышленную зону с производствами повышенной пожаро- и взрывоопасности необходимо располагать с подветренной стороны по отношению к другим зданиям и сооружениям.
Энергетические объекты размещают ближе к основным потребителям. Они должны иметь по возможности наименьшую протяженность тепло-, газо-, паропроводов и линий электропередач.
Склады располагают около внешних границ территории предприятия с целью эффективного использования подъездных путей и железнодорожного транспорта. Расстояние от путей до зданий определяют по нормативным документам.
Разделение и изоляция грузовых и людских потоков. Применяют для обеспечения безопасности персонала и одновременно наиболее активного функционирования транспортных коммуникаций. Для этого предусматривают устройство раздельных проходных для рабочих и грузов, а также устройство переходных мостиков, транспортных эстакад и переходных галерей.
Обеспечение компактности застройки. Реализуется путем блокирования зданий и сооружений и увеличения этажности зданий. Как правило, группы помещений размещают в одном здании (по производственному признаку), стремясь использовать двух- и многоэтажные здания. Это приводит к сокращению площади застройки, уменьшению протяженности коммуникаций, снижению тепловых потерь, уменьшению пути перемещения людей и грузов.
Унификация и модульная координация элементов планировки и застройки территории. Является одним из средств структурного построения генерального плана, упорядочения застройки, облегчающей дальнейшее развитие производства.
Это создает предпосылки для широкого внедрения типовых решений зданий, сооружений, инженерных устройств и технологических линий.
Исходным модулем, которому должны быть кратны планировочные параметры, является модуль, равный 6 м.
Обеспечение возможности развития и расширения предприятия. При компоновке генерального плана могут быть предусмотрены резервы территории с определением порядка их будущей застройки. Расширение предприятия следует предусматривать без сноса возведенных ранее зданий и сооружений. Расширение предприятий в сторону основных магистралей и площадей исключается. Резервная площадь для перспективного расширения предприятия предусматривается только при наличии этого условия в задании на проектирование при соответствующем обосновании.
При постепенном вводе в действие отдельных производств предприятия необходимо соблюдать принцип обеспечения очередности строительства и определенной архитектурной законченности на каждом его этапе.
При разработке плана производственной зоны предварительно намечают расположение отдельных цехов, соблюдая при этом непрерывность и последовательность размещения в направлении общего технологического потока проектируемого производства. Наиболее рациональное решение плана получают при прямоугольных очертаниях зданий и застройки.
Застройка может быть блокированная, когда отдельные цехи размещаются в одном здании.
При рассредоточенной системе застройки отведенной территории между зданиями и сооружениями необходимо оставлять минимальные противопожарные и санитарные разрывы.
На генеральном плане показывают размещение подземных, надземных и наземных коммуникаций (водопровод, канализация, линии энергоснабжения и связи, газопровод, теплопровод и т.д.). Коммуникационные сети проектируют в виде прямолинейных участков вдоль магистральных проездов параллельно линиям застройки. Пересечение проездов сетями трубопроводов следует устраивать под прямым углом к оси проезда.
Подземные сети нельзя прокладывать вдоль проезжей части автомобильных дорог. Надземные инженерные сети следует располагать на опорах, эстакадах, в галереях или стенах зданий и сооружений. При наземном размещении сетей необходимо предусмотреть защиту их от механических повреждений и неблагоприятного атмосферного воздействия. Для этого их следует размещать на шпалах, уложенных в открытых лотках, на отметках ниже планировочных отметок территории. Нельзя прокладывать газопроводы и трубопроводы легковоспламеняющихся и горючих веществ под зданиями, автомобильными и железными дорогами.
Вдоль магистральных и производственных дорог следует предусматривать тротуары, ширина которых не менее 1,5 м.
Тротуары должны быть отделены от автомобильной дороги разделительной полосой шириной не менее 0,8 м. Расположение тротуаров вплотную к проезжей части автомобильной дороги допускается только в условиях реконструкции предприятия.
Между местами вредных газовых выбросов в атмосферу и жилыми или общественными зданиями необходимо предусматривать санитарно-защитную зону. Ширина зоны принимается по нормативным документам в зависимости от класса вредности газовых выбросов. Санитарно-защитную зону благоустраивают и озеленяют.
На генплане (рис. 6) указываются высотные отметки местности (340, 343, 341), оси строительной геодезической сетки (17А, 18А; 6Б, 7Б). Все сооружения завода «привязывают» к координатной сетке с указанием расстояний от условной нулевой параллели и условного меридиана. По этой привязке можно определить расстояние между цехами.
В качестве примера показана привязка цеха 3 и склада 4 к координатным осям. Число с буквой А в числителе показывает расстояние в км от условной нулевой параллели, а со знаком + дополнительные метры. В знаменателе число с буквой Б показывает расстояние от нулевого меридиана. Таким образом, расстояние между точками по широте (снизу вверх) равно 17 км 40 м – 17 км 20 м = 20 м, а по долготе (слева направо) 6 км 80 м – 6 км 10 м = 70 м.
На этом же рисунке показано зонирование строительной площадки. В производственной и складской зонах предусмотрены участки под расширение предприятия. На рисунке условно не показаны тротуары, транспортные коммуникации, инженерно-технические сети и ограждение объекта.
При разработке генерального плана рассчитывают основные технико-экономические показатели по генеральному плану:
Коэффициент застройки определяют как отношение площади, занимаемой всеми зданиями и открытыми складами, к общей площади территории промышленного предприятия в ограждении. Величина этого коэффициента от 0,22 до 0,5. Коэффициент использования территории определяют как отношение площади всех зданий и сооружений, в том числе железнодорожных путей, автодорог, инженерных коммуникаций, к общей территории в ограждении, и он колеблется от 0,5 до 0,75.
Аналогично определяется коэффициент озеленения.
Данные показатели дают возможность сделать качественную оценку разработанному проекту, выявить его достоинства и целесообразность принятых решений. Оптимальное решение генерального плана и основных его элементов достигается путем сопоставления технико-экономических показателей проекта с показателями аналогичных по мощности действующих предприятий.
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА, РАСЧЕТА И ВЫБОРА (РАЗРАБОТКИ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
На основании эскизной технологической схемы составляют и рассчитывают уравнения материальных и тепловых балансов технологической линии. Конечным результатом расчета материальных и тепловых балансов является производительность машины (аппарата, агрегата) на каждой технологической стадии производства. Принципы и подходы к технологическому расчету оборудования непрерывного и периодического действия различны, хотя конечная их цель сводится к нахождению, преимущественно, рабочего объема машины (аппарата, агрегата или поверхности теплообмена.
После расчета определяющих размеров машин (аппаратов, агрегатов) технологической линии и с учетом условий осуществления технологического процесса на каждой стадии производства подбирают (по каталогам) производственное оборудование, если оно стандартное и серийно производится промышленностью. В противном случае разрабатывается нестандартное продовольственное оборудование.
Можно рекомендовать следующую последовательность выбора типа производственного оборудования для осуществления технологического процесса на каждой стадии производства:
1) установить физико-химические свойства перерабатываемых компонентов сырья и готового продукта;
2) исходя из требований технологического регламента производства выбрать рациональный способ осуществления технологического процесса на каждой стадии производства;
3) подобрать тип(ы) стандартного оборудования или разработать нестандартное оборудование для осуществления технологического процесса;
4) на основании технико-экономического анализа провести окончательный выбор наиболее предпочтительного типа оборудования для каждой стадии производства.
Для проведения технологического расчета производственного оборудования необходимо знать кинетические закономерности процессов, осуществляемых в машинах (аппаратах, агрегатах) технологической линии.
По общепринятой классификации, основанной на кинетических закономерностях процессов, различают:
Основной частью технологического расчета является определение численных значений движущей силы, коэффициента скорости процесса и основной размер машины или аппарата (рабочий объем, площадь фильтрования, поверхности теплообмена, число тарелок ректификационной колонны и т.п.).
Стандартное технологическое оборудование выпускается предприятиями машиностроения, причем обычно в виде ряда типоразмеров, которые определяются стандартами и содержатся в каталогах.
При разработке нестандартного оборудования после выбора типа и определения его основных размеров, технологи с привлечением специалистов других профилей (механиков, теплотехников, электриков и др.) составляют задание на разработку чертежей нестандартного оборудования (рассмотрим позже).
Техническое задание обычно содержит эскиз разработанного оборудования с указанием его технологического назначения и кратким описанием принципа работы. Кроме того, в техническом задании приводятся: основные параметры технологического процесса, физико-химические характеристики сырья и перерабатываемых продуктов с перечислением важнейших свойств этих веществ (агрегатное состояние, плотность, вязкость, летучесть, взрывоопасность и т.п.), способа загрузки исходных веществ и выгрузки готового продукта. К числу технологических данных относятся также способы теплообмена, конструкция, тип и размер теплообменной поверхности, параметры теплоносителя (хладагента), тип и конструкция перемешивающих устройств, характеристика привода с указанием мощности и типа устанавливаемого двигателя.
Технологу следует также охарактеризовать помещение, где будет установлен аппарат, и предложить способ установки аппарата. Оценив свойства перерабатываемых веществ и область их использования, дать рекомендацию к выбору материала для изготовления корпуса аппарата и его деталей.
На основе технического задания конструкторский отдел проектной организации готовит чертежи общего вида аппарата и его отдельных узлов. Затем эта проектная документация предоставляется заводу-изготовителю, где конструкторское бюро разрабатывает рабочие чертежи с учетом конкретных условий работы данного машиностроительного предприятия.
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
начало – лекции, остальное из Гринберга (по узловой проработке и т.д.)
1 Мину, М. Математическое программирование / М. Мину. – М. : Наука, 1990.
More, J.J. Optimization Software Guide / J.J. More, S.J. Wright. – Philadelphia : Society for Industrial and Applied Mathematics, 1993.
Nocedal, J. Numerical optimization. Springer series in operations research / J. Nocedal. – Berlin : Springer, 1999.