Лекция 2. Задачи технологического проектирования и блоки технологического процесса

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Проектирование является составной частью процесса подготовки промышленного производства, который включает в себя следующие этапы:

- изучение рынка;

- разработка технологии (технологического процесса);

- выбор площадки для нового строительства или существующего здания;

- подготовка исходных данных для проектирования;

- разработка задания на проектирование;

- разработка проектной и рабочей документации (при необходимости -концепции проекта);

- строительство и монтаж;

- пуско-наладочные работы;

- испытания (аттестация) процессов и оборудования;

- ввод в эксплуатацию.

Технологическое проектирование является исходным этапом для разработки проекта в целом и определяет реализацию технологии производства данной продукции на выделенной площадке.

Технологическое проектирование можно выполнять как для полного производственно-складского комплекса предприятия, так и для отдельных технологических операций (стадий).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Исходными данными для разработки проекта являются:

- задание на проектирование;

- промышленный регламент (технологический,  опытно-промышленный регламент  или другой документ), в котором приведены все этапы технологического процесса, нормы  расхода материалов, используемые технологические материалы, указаны отходы и выбросы в окружающую среду и пр.;

-  технические условия на подключение проектируемого производства (наличие электроэнергии, горячей и холодной воды, пара и пр.).

В задании на проектирование указывают:

-  номенклатуру и объем выпуска продукции, данные о производственной площадке с приложением исходно-разрешительной документации для нового строительства, поэтажных планов и разрезов для существующ их зданий и т.д.;

- вид упаковки (первичной, вторичной);

-  данные о технологических процессах и методах производства (регламент, опытно-промышленный  регламент, лабораторные исследования, данные экспериментальных работ, технические рекомендации, аналогии с другими производствами, литературные и справочные материалы и пр.);

-  характеристики сырья и исходных материалов, промежуточной и готовой продукции (уровень химической, биологической, радиационной опасности, взрывопожароопасности и пр.), на которые отсутствуют утвержденные нормативы и справочные материалы; разработку указанных характеристик заказчик заказывает в специализированных организациях;

- планы и разрезы зданий (в случае реконструкции существующ их зданий);

- ситуационный план с указанием промышленных, селитебных территорий, сельхозугодий, зон рекреационного использования, особо охраняемых территорий, зон ограниченного использования;

- количество рабочих дней в году;

- сменность.

Приведенный состав исходных данных может быть дополнен и изменен в зависимости от намечаемого вида деятельности и объема проектирования.

При необходимости следует разработать концепцию проекта (принципиальные решения, предпроектные материалы).

КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТА

Концепция проекта разрабатывается для сложных объектов и в неясных случаях, когда целесообразно на ранней стадии принять ключевые решения, позволяющие определить технологические процессы, получить основные параметры объекта (площади, высоты, энергозатраты и пр.) и избежать вариантных проработок на стадии проектирования. Оценка затрат на реконструкцию старых производств может показать целесообразность нового строительства вместо реконструкции существующего здания.

В состав концепции могут входить:

- блок-схема технологического процесса;

- состав основного технологического оборудования;

-  укрупненные планировочные решения по участкам и зонам с нанесением потоков персонала, исходных и упаковочных материалов, промежуточной и готовой продукции (при необходимости);

- при наличии чистых помещений -  классы  чистоты по Г ОСТ  ИСО  14644-1 или типы зон по ГОСТ Р 52249;

- оценка целесообразности применения закрытого оборудования (изоляторов, систем с ограниченным доступом);

- принципиальные решения по вентиляции и кондиционированию воздуха;

- требования к контролю и мониторингу параметров;

- ориентировочная оценка энергозатрат;

- ориентировочная оценка стоимости реализации проекта (по возможности);

- вариантные проработки, если требуются;

- другие разделы, исходя из конкретной задачи.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ПРОЕКТА

В состав технологического раздела входят:

- технологические схемы (блок-схемы) с указанием всех этапов производства, исходных и промежуточных материалов, требований к технологическим средам (воде, сжатому воздуху, газам и пр.);

- спецификации технологического оборудования;

- планировочные решения с указанием классов чистоты помещений (при их наличии) и расстановкой оборудования;

- планировочные решения с нанесением маршрутов движения персонала и перемещения материалов, промежуточной и готовой продукции;

- порядок входа в помещения и выхода из них, подачи материалов и т.д.;

- основные требования к эксплуатации чистых помещений (при их наличии), включая обеспечение одеждой, уборку, обработку и пр.;

- схемы подготовки воды, сжатого воздуха и пр.;

- баланс мощностей производства (увязка производительности оборудования на различных технологических стадиях);

- материальный баланс;

- временные диаграммы производства;

- штат производства и др.

БЛОК-СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА

Блок-схема представляет собой графическое изображение последовательных технологических операций (стадий) технологического процесса с указанием основных материальных потоков (поступление сырья, исходных материалов, получение промеж уточной и готовой продукции, мест образования отходов, выбросов).

В прямоугольниках блок-схемы указывают основные операции (стадии) технологического процесса (хранение и подготовка сырья и исходных материалов, выделение готового продукта, его очистка, упаковка, хранение готовой продукции и  т.д.). Стрелками изображают транспортные (материальные) потоки и указывают, куда они поступают далее (на какую стадию).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ

Первым этапом технологического проектирования являются анализ исходных данных и технологических процессов, выбор оборудования, разработка принципиальной технологической схемы. На основании такого анализа определяют последовательность технологических операций и предварительный выбор оборудования (аппаратурное оформление).

Схему организации производства, технологические и планировочные решения разрабатывают для данной номенклатуры и объема производства.

Рекомендуется вначале разработать предварительный вариант принципиальной технологической схемы производства. Затем на его основе выполнить расчеты (материальные, энергетические), выбор оборудования.

При наличии в производстве опасных и вредных факторов следует предусмотреть все меры предосторожности, соответствующие нормативным требованиям, предотвращающие опасное и вредное воздействие этих факторов. При выборе методов технологических процессов предпочтение следует отдавать тем, которые характеризуются наименьшей выраженностью указанных факторов.

При разработке технологических процессов следует предусмотреть меры и способы нейтрализации пролитых и рассыпанных вредных веществ.

На принципиальной технологической схеме следует показать поступление в производство и оборудование исходного сырья, материалов и технологических сред, движение промежуточной и готовой продукции, отходов, стоков и газообразных выбросов.

Каждый аппарат (сосуд, единица оборудования) на схеме рекомендуется изображать в виде эскиза, отражающего принципиальное устройство и основные конструктивные особенности оборудования. Если для обеспечения необходимой мощности производства требуется установить несколько однотипных аппаратов или линий, то на технологической схеме изображают только один аппарат или одну линию.

Передачу сред из одного аппарата в другой изображают в виде жирных линий материальных потоков. На каждом эскизе аппарата показывают подводку основных и вспомогательных потоков (вода, пар, сжатый воздух, газ и т.д.), изображаемую на чертеже различными условными  обозначениями. В некоторых случаях линии трубопроводов объединяют в коллекторы, от которых делают отводы к соответствующим аппаратам.

Из принципиальной схемы должно быть видно, что исключается возможность образования застойных зон в оборудовании и трубопроводах, обеспечиваются условия качественной мойки оборудования.

Принципиальная технологическая схема сопровождается описанием, являющимся одной из глав пояснительной записки к технологическим решениям проектной документации. Описание следует выполнять последовательно в точном соответствии с технологической схемой.

Изложение должно быть кратким и ясным, отражать сущность и безопасность процесса.

Материальный баланс производства включает расчет количеств исходных и получаемых материалов или продуктов на каждой операции (стадии) технологического процесса с учетом расходных коэффициентов по сырью, выхода продукции и с определением составов и количеств потерь и отходов, сточных вод, выбросов в атмосферу.

Материальный баланс может быть рассчитан на единицу времени (в случае непрерывных процессов), единицу готовой продукции и серию (партию, цикл).

Данные материального баланса являются основанием для расчета суточных и годовых расходов сырья и готовой продукции, выбора оборудования, для расчетов складов, очистных сооружений, решения вопросов утилизации отходов, улавливания и обезвреживания выбросов при необходимости.

ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ. СПЕЦИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Выбор оборудования выполняют при разработке принципиальной технологической схемы. В дальнейшем может уточняться при расчете числа и производительности устанавливаемого оборудования.

Оборудование должно соответствовать требованиям процесса и нормативных документов.

В производствах с высокими требованиями к чистоте и при работе с опасными веществами рекомендуется применять закрытое оборудование по мере возможности и в силу целесообразности.

Оборудование должно обеспечивать безопасность работ с токсичными и взрывопожароопасными веществами (при их наличии).

При выборе оборудования необходимо учитывать параметры процессов, физико-химические свойства сырья и перерабатываемых продуктов.

Исполнение материалов, контактирующих с технологическими средами (коррозионная устойчивость металла, шероховатость поверхностей, уплотнения и т.д.), должно обеспечивать гарантированное качество продукции.

Производительность оборудования должна обеспечивать выполнение производственной программы.

Рекомендуется при расчетах оборудования сохранять постоянным количество операций (партий, серий, подсерий, циклов) в сутки на всех этапах производства, так как это позволяет обеспечивать контроль производства и учет расходуемых материалов.

При определении количества единиц оборудования следует учитывать, что при большом числе малопроизводительных аппаратов увеличивается число операций загрузки, выгрузки, точек контроля, возрастает зона обслуживания и объем здания (помещения). При установке аппаратов большой производительности эти недостатки могут устраняться, но при этом могут усложняться строительно-монтажные работы.

Коэффициент заполнения оборудования должен быть меньше единицы и учитывать особенности процессов, например смешивания или вспенивания массы.

При расчетах производительности оборудования следует учитывать остановки на очистку оборудования, уборку помещений, остановки по графикам технического обслуживания.

Конструкция оборудования должна обеспечивать выполнение как технологических процессов, так и процессов мойки и очистки оборудования.

Конструкция оборудования должна обеспечивать возможность проведения аттестации технологических процессов и процессов мойки и очистки.

Все единицы оборудования должны быть совместимы между собой, с исходными и упаковочными материалами.

Технологическое оборудование и трубопроводы, являющиеся источниками тепловыделений, должны иметь тепловую изоляцию, температура нагретых поверхностей не должна превышать 45°С.

Следует предусмотреть текущий контроль параметров оборудования (в необходимых случаях) с указанием приборов.

Следует предусмотреть условия для технического обслуживания оборудования и удобство его эксплуатации.

При выборе оборудования следует, по  возможности, иметь все технические характеристики (технические спецификации) от изготовителей оборудования, чертеж и или эскизы оборудования. В технической характеристике должно быть указано назначение оборудования, материалы исполнения, габаритные размеры, система контроля и управления, блокировки и пр., должны быть указаны обязательные решения, гарантирующие надежную и безопасную работу оборудования и выпуск качественной продукции, уровень шума и т.д.

По результатам выбора оборудования составляют спецификацию технологического оборудования. Спецификация является частью технологических решений проектной документации.

В спецификации приводят технические данные на оборудование.