Модульные мини-заводы: новая парадигма

Модульная конструкция принципы хорошо известны, но нашли только приложения нишу в химической промышленности. В данной статье рассматривается инновационная методика, при которой растения и процесс проектирования может осуществляться параллельно с использованием компонентов с заранее заданными характеристиками и возможностями, а также оперативные детали возникают равномерно и предсказуемо.

Восприятие модульной конструкции является то, что многочисленные схемы процесса на практике требует значительных настроек, что значительно снижает потенциальные выгоды модуляризации. Чтобы в полной мере использовать экономики предварительно изготовленных массового производства компонентов, принцип модульности должен он взял гораздо глубже, на этапе проектирования.

Имея обширный повторного использования модульных компонентов, можно практически ликвидировать специализированные установки поля, настроить трубопроводов и конструкций. С момента своего расходы улучшить при повторном реализации. Модульная конструкция имеет синергетические преимущества в меньших масштабах завода, где он может быть конкурентоспособными с крупными растениями. Экономии на масштабе смещается от производства отдельных химических веществ для производства компонентов, которые используются для производства этих химических веществ. Снижение капитала и технологий, луни вступления открывает множество новых возможностей для бизнеса в различных условиях. Использование модульной мини-заводов разрушительным бизнес-модели для химической промышленности процесс (ИПЦ), который в настоящее время тяготеет к крупной специализированных заводах.

Более 50 лет назад. * Выбор определяется, что общая стоимость капитала химического проекта завода 4:56 липы стоимости приобретенного оборудования. Несмотря на многочисленные осознания присущего возможности экономически совершенствование и доступность управления проектами и процесса проектирования инструментов, оборудования Ланг факторы сегодня в основном остаются неизменными (и даже увеличилась в некоторых случаях). Это главным образом потому, рабочих процессов, участвующих в процессе и разработке и реализации проектов практически не изменились. Мы по-прежнему проектирование и строительство каждого завода в достаточно настроить способ, со свободой для создания новых спецификаций. Большинство химических предприятий, даже тех, делая тот же продукт, довольно разнородных, даже если принадлежит той же компании или построены одним и тем же подрядчиком техники.

Существуют различные причины для этого - передовой автоматизации, привязанных к конкретным экологических ограничений, различные требования к качеству, а также технические усовершенствования, поскольку в последний раз тот же самый процесс не был осуществлен. Эти факторы добавить сложности, и в результате настройки еще раз подчеркивает, что каждая парадигма завод является уникальным и достаточно сложной, чтобы требовать такой степени индивидуализации, которая в свою очередь, высокая стоимость неизбежно. Эти расходы слоистых не масштабируются много с завода размер, следовательно, экономии на масштабе продолжает движение вперед, оставляя меньше равнины менее и менее конкурентоспособной на рынке.

Модульная конструкция с использованием заранее разработанных и многоразовые единиц один подход к решению этой ситуации. Модульность широко принятой оборудования и инструмента-обрабатывающей промышленности. В фармацевтической промышленности, особенно для небольших растений, модульность набирает популярность - хотя и главной движущей силой является ускорение реализации проекта по ценной продукции, а не уменьшить капитальные затраты. Модульность в основном инициатива строительства.

Промышленных газов промышленность добилась значительной экономии средств за счет использования модульной, особенно, когда несколько аналогичных предприятий разработаны и установлены на довольно высокой частоте. Эти сокращения расходов была достигнута за счет тщательного контроля технического задания и ограниченные возможности для компонента закупок - знать, как "товар-подход", чтобы процесс проектирования. Подобные практики работают поставщиками отдельных технологических установок (кислый очистки газа, CO2 удаления), коммунальные услуги (деионизированной воды и переработки отходов (NO ^ х ^ к югу борьбы с выбросами углерода адсорбции).

Тем не менее, модульности редко применяется для производства наиболее распространенных промежуточных химических веществ и специальных химических веществ, первых из-за размера, а второй из-за предполагаемой разнообразия процессов. Учитывая успех модульной конструкции в других местах, то стоит изучить его потенциал в этом гораздо больше, состоявшемся приложений.

В поисках основы для модульного проектирования, концепция оперативной группы, пожалуй, наиболее полезные концепции в области химического машиностроения, кажется очевидным точки срыва. Использование оперативной группы позволяет исследовать различные процессы на общей теоретической и аналитической платформы.

Почему дистилляции, самый важный блок операции, редко применяется в качестве стандартного дизайна marely, созданных в различных приложениях? Как правило, это связано с размером, а также тот факт, что вопросы повышения энергоэффективности, контроля качества, удобства и т.д., заменить вопрос о первоначальной стоимости настройки, модульная конструкция устанавливается на адрес. После большой блок установлен, потребность в аналогичных или идентичных один не происходит в течение довольно продолжительного времени. Стоимость модульной конструкции не могут быть реализованы, если нет необходимости отменить реализации.

Мы потянул в двух противоположных направлениях: энергосберегающих, настроить и оптимизировать установки которого экономика продолжит улучшаться с увеличением размера (до удара другие внешние ограничения), против стандартизированных модульных подразделения, чья экономика улучшить только через их повторить установку и, следовательно, уменьшения размера ( до удара практические ограничения). Большая часть промышленности была и остается сосредоточиться на первой, а вторая до сих пор найдены только приложения нишу, и остается в значительной степени неизученными. Это тезис этой статьи, что последний лучше парадигмы в долгосрочной перспективе - парадигма модульного мини-заводов.

Что такое модульность?

Целесообразно пересмотреть то, что мы подразумеваем под "модульность". Модульные заводы не просто занесло растений - общая точка путаницы. Модуль в основном готовой объекта, черный ящик, который используется без дальнейшего озабоченность по поводу ее внутренние органы. Это важный принцип, когда сложность увеличивается (например, в разработке программного обеспечения).

Как показано на рисунке 1, модульной конструкции может прийти в разных формах. Например, компоненты могут, что он разделяет в различных собраниях, быть замены в определенных продуктов, смешанных для различных подмножеств, либо установить в основной автобус, где требуется (или отсутствует, когда не требуется). Это относится очень широко практически во всех областях промышленного дизайна. Даже для индивидуального дизайна конструкции, применение таких модульных принципов уже имеются, например, в широком диапазоне имеющихся насосов, клапанов, трубопроводов компонентов и т.д., доступных для обеспечения необходимой емкости и производительности.

Преимущества, конечно, начислять только тогда, когда число компонентов до минимума, а ряд функциональных узлов развернуто, потому что это приводит к возможности изготовления деталей на больших масштабах и снижении их стоимости. Таким образом, цель состоит в выявлении общеприемлемые компонентной базы, которая может он использовал в диапазоне удельных операций.

Где химического завода дизайна, то, чаще всего судна конфигурации вертикальном столбе. При наличии соответствующих внутренних и внешних устройств, большинство операций устройство может быть выгодно провел в этой тяжести-формы. Расширенного линейного размера позволяет также поставил процессов и поддается процессу интеграции и интенсификации - задуматься о растущей применения реактивной дистилляции, например. Для процессов с участием только жидкости, то можно представить себе и проектирование завода полностью с колоннами (твердых обработки, однако, всегда более сложный).

Пример процессов

Лучший способ изучить концепцию модульного дизайна со 2 относительно простых примерах.

Alkoxylation. Рассмотрим процесс производства Tor alkylethanolamines от соответствующих алкил аминов и окисью этилена. Реакции очень быстро, не вызывает побочных многих, но требует высокой степенью аминов на окись для достижения желаемого селективности. Вода часто частью процесса, как он функционирует в качестве эффективного катализатора. Сырой alkanolamine часто требует водорода лечения (в течение которого примесей в материале гидрогенизированных) оказывать конечный продукт стабильного и бесцветными. В этом случае, есть побочный продукт легких фракций на

Каждый модуль предусматривает создание в колонке фиксированного размера. Колонны F1, F2 и F3 функционировать без внутренних органов и лишь в качестве промежуточной инвентаризации и коллекционер судов. Колонны D1, D2, D3 и D4 полной перегонных установках с внутренней упаковки, нижней reboiler и накладные конденсатора, днищ насос и дополнительный вакуумный насос над головой. Судно H1 является фиксированной каталитического кровать для водорода лечении.

Реакция протекает в D1, который выступает в качестве реактивного колонке дистилляции. Накладные рефлюкса обеспечивает высокое избыточное аминов в зоне реакции. Для некоторых химии, где более 1 alkanolamine результаты последовательного процесса и кинетической реакции зависит от аминов к оксида отношений, борьбы с этим накладных рефлюкс может также контролировать желаемого раскола продуктов реакции. D2 функции следующий модуль перерабатывать некоторые остаточные избыточного амин и воду. D3 и D4 продукта ректификационные колонны, действующие в рамках вакууме,

Учитывая цель модульной конструкции, каждый модуль является физически ограниченных размеров. Таким образом, эффективность доступных по количеству ступеней разделения, имеющаяся площадь поверхности для reboiler и конденсаторные потенциала, а также расположение входных и выходных потоков, все ограничения и стандартизации. Даже температуры, давления и датчиков расхода и клапаны находятся в стандартную форму по каждому модулю.

Осуществимость такой схемы он может изучить с помощью моделирования процесса, если в достаточной степени легализировано кинетических и термодинамических данных и надежности equipnient модели имеются. Для большинства таких типовых проектов, это не трудно получить. В случае необходимости, зависит от конкретного процесса кинетические и термодинамические данные могут быть получены через несколько лабораторных тестов.

Для этого, например, стационарной Моделирование проводилось для 10 000-1B / д установки с использованием стандартных рейтинг колонке упаковки данных, теплообменник моделей, а накачка и расчеты вакуум власти. Размер гипотетического завода он может разместить на 20-м высотой модулей, состоящих из 12-дюйм средах. колонны с интегрированным ребойлеры и конденсаторов.

Вторым ключевым вопросом при определении осуществимости надежности управления технологическими процессами системы - то есть, работоспособность не только в стационарном состоянии, но еще более важно, для запуска и остановки. Завод такого размера, как ожидается, запуск и выключение очень часто, так что контроль философия направлена на гладкой и полностью автоматизированные процедуры на всех этапах такой операции (при условии, что установка с компьютерным управлением). Это также может быть изучено с помощью моделирования процесса с включением контуры управления, как показано на рисунке 3.

Такие динамические модели являются значительно более сложными, но они необходимы для получения смысле, как этот процесс может вести себя в различных "условиях. Большинство достижений в области управления процессом легко применимыми и даже необходимо для успешного осуществления этого шага. В общем, философия управления является то, что растительного широкий управления на основе модели процесса, которое возникает непосредственно из данной модели. Как предусмотрено многими разработчиками, как моделирование процесса и оперативного контроля программного обеспечения процесс должен он без проблем интегрировать.

Аминирование. Основной темой данной методики является то, что эти же модули должны быть reuseable для разных процесса. Это показано на рисунке 4 аминирования процесс, который производит набор алкиламинов из соответствующего спирта и аммиака.

Реактор в этом процессе также фиксированной кровати, но она работает полностью в условиях паровой фазы. Испарение исходных материалов является важным энергоемких первый шаг, и осуществляется в специальных модулей V1 и V2, которые имеют одинаковую физическую конфигурацию, как и другие модули. R1 идентичен H1 и в предыдущем примере; S1 и S2 являются идентичными предыдущим F1, F2 и F3 и дистилляции поезд состоит из модулей, D1 по D5, такого же размера, как D1 через D4 на рисунке 2. Моделирование этого процесса, однако, показывает, что потенциал этого завода ограничивается примерно 6,00 1, b / d (Системы управления, конечно, будет совершенно иной.)

Воздействие на процесс

Эта методология разработки проекта не предполагает подробное механическое этапе проектирования после активности процесса проектирования. Механические этапе проектирования была проведена в самом начале, когда стандартные программы первоначально были предназначены. Повторное использование этих модулей позволяет экономии от масштаба снизить свои индивидуальные издержки.

Предполагается также, и необходимо, что это механическое этапе проектирования является достаточно всеобъемлющей, чтобы модули освещенной друг с другом без необходимости каких-либо специализированных труб или электропроводки. Это и затем устраняет их разработки этих систем, а также разработки этапа строительства типичные процессы проекта.

Различия между модульную конструкцию и классический дизайн проекта можно увидеть в рабочий процесс диаграммы на рисунке 5. Мало того, что модульный подход, дизайн устранить некоторые важные шаги, но он также обходит значительной ручной от задач, которые обычно возникают, когда проекты перехода от различных групп, специализирующихся на различных аспектах этого проекта. Это зачастую является причиной переделок и перерасхода средств и требуют существенных непредвиденных расходов в смете расходов.

Другие преимущества

Оно не должно быть ничего удивительного, что многие процессы поддаются такой подход. Механическая конструкция модулей, которые являются эффективными, компактными и экономически эффективным может потребовать некоторых нововведений. Вместе с тем многочисленные нововведения дизайн уже существуют, которые еще не нашли широкого применения из-за недостаточного опыта работы с ними или первоначальные расходы развития. С возможного повторного использования Tor и меньшего размера, Tor затраты на разработку многих мелких и крупных технологических достижений может быть приемлемым.

В большинстве случаев, происходит в масштабе увеличивает технические проблемы и приносит сложности и неопределенности. Распределение потоков по кровати, упаковки, теплообменник tubesheets и катализатора монолиты стать проблемой. Давление оценки для большего оборудования ниже, а InProcess запасов выше, и требуют более широкие гарантии защиты-безопасности. Структурные требования для крупномасштабной растений значительно более сложной и дорогостоящей.

Малых завода рассматриваются все эти вопросы в своей сути насытить образом. Смешивание, масштаб деятельности лаборатории кинетики реакции и т.д., также лучше решать на меньших масштабах. Кроме того, ответы процесса управления быстрее, с меньшими свинца и отставание раз, что позволяет упростить восстановление расстраивает.

Экономика

Как упоминалось ранее, Ланг факторов (которые используются для оценки общей стоимости завода на базе общей стоимости оборудования) указывают, что в США общая стоимость проекта составляет примерно четыре-пять раз выше, чем затраты на оборудование; часто они даже выше. Избегая необходимости проведения дальнейших настройки модулей, из которых этот процесс был разработан, модульная методика, как описано выше адреса этой крупнейшей (75% -80%) от стоимости проекта. Вопрос: Сколько из этих слоистых расходы уже понесены в стоимости модулей? В значительной степени, они в основном ликвидированы, при условии наличия полностью разработан модуль, который требует не намного больше усилий, чем производитель оборудования будет расходовать в доставке приобретенного оборудования. Такие устранить или свести к минимуму издержки (которые являются частью расчет фактор Ланг), включают:

* Установка

* Приборы

* Трубопроводов

* Электрические

* Зданий

улучшения * двор

* Объектов по оказанию услуг

* Инженерных и надзор

расходы * строительство

* Вознаграждение подрядчику

* В чрезвычайных ситуациях.

Давайте изучать то, что стоимость типичного модуля в очередной блок может быть. Предварительная смета расходов на перегонки модуль с компонентами источников во всем мире прибыли на общую сумму менее $ 10000. Дальнейшее экономически оценивания полный мини-завод на основе всех единиц оборудования, необходимого для завода alkoxylation показано на рисунке 2 в результате стоимостью менее $ 150000. Даже после того, поднимая ассигнований составляет около $ 1 мм, модульные мини-завода с 10,0001 б / д потенциал был 10%-е преимущество себестоимости продукции на гораздо более широком масштабе (50 000 1, b / сут) обычно предназначены завод делает тот же продукт.

Модульной методологии мини-завод имеет возможность переложить экономии на масштабе производства от отдельных химических веществ, что и производство самой установки. А так как это может охватить намного больший диапазон продуктов, потенциал экономии от масштаба усиливается.

Применения

Возможно, самое большое преимущество модульной мини-заводов является гибкость. Малые объекты могут быть вместе, быстро из серийных компонентов, заданной для конкретных модулей. Со временем перечень таких стандартных модулей можно сделать, что время выхода на рынок еще быстрее. Все мероприятия, связанные с процессом разработки, стратегии управления, безопасность и работоспособность исследований, запуск и завершение процедуры, а также операционные дизайн интерфейса может осуществляться всесторонне до фактической установки, и может быть сделано на единую интегрированную платформу - один раз.

Благодаря этой гибкости, многие ранее не малые возможности он может воспользоваться. таких как:

* Обслуживают развивающиеся рынки местного производства промежуточных химических веществ, представляющих опасность для транспорта

* Расширения цепочки создания стоимости для крупномасштабных товаров химической продукции с единицы, что на месте сделать специальность производных

* Модернизация малого объема побочных продуктов на действующих предприятиях с процессами, которые в противном случае слишком дорого, чтобы инвестировать в

* Снижение расходов на предприятии проектах по модернизации

* Нажав малого объема источников сырья, таких как природный газ, газ мусорных свалок, растений и эфирные масла, побочные продукты сельскохозяйственной обработки и т.д.

* Легко реконфигурации пилотных установок для производства и коммерческих количествах специально химической и фармацевтической.

Подведение итогов

Модульные мини-заводы адрес ряда потребностей в химической и смежных отраслей промышленности:

Безопасность - Меньше хранения и / или транспортировки опасных материалов занимается, что снижает вероятность аварий, а также любых аварий, которые происходят он будет меньше и не катастрофическим.

Сокращение затрат - Капитальные затраты, транспортные расходы, а также издержки все меньше.

Цикл избежании - Существующие крупные заводы последовательно страдают от избыточного и недостаточного потенциала сценариев, что приводит к типичным циклы бумов и спадов, мини-заводы могут стабилизировать на велосипеде.

Easy технологического обновления - Мини-заводы могут быть легко изменены, чтобы воспользоваться достижениями в технологии, в отличие от крупных централизованных установок, которые представляют крупные инвестиции.

Продукт настройки - клиент может получить точные желаемого материала, не нарушая производства крупного коммерческого блока.

Долгосрочные обязательства - клиент, который принимает на месте мини-завод участвует в долгосрочных партнерских отношений с поставщиками технологий и сырья для взаимной выгоды, а не транзакций продажи барабанов и вагонов.

Безопасность - Транспортировка и хранение опасных материалов для потенциальных проблем террористической деятельности.

В заключение, парадигма модульного мини-заводов предлагает разрушительным переход от существующих моделей бизнеса в химической промышленности, которая сталкивается с растущими проблемами в области безопасности, транспортные расходы, размер барьеры для входа и технологического устаревания. Кроме того, в ногу с мировыми тенденциями к миниатюризации технологии и быстрое обновление.

* Ланг, HJ, "Стоимость отношения в Предварительные оценки стоимости" Chem. Eng. (Октябрь 1947) и "упрощенный подход к Предварительная смета расходов," Хим. Eng. (Июнь 1948).

Shashank ШАХ

TAMINCO, INC

Shashank Шах старший главный инженер процесс Taminco, Inc (7540 Виндзор д.ф.-м.н., Аллентаун, Пенсильвания, телефон: (610) 366-6762, факс: (610) 3666784, E-почта: <A HREF = "mailto: shashank.shah @ taminto.com "> shashank.shah @ <taminto.com />). Он работал во многих регионах процесс разработки, проектирования, управления, эксплуатации и безопасности, связанных с производством нефтехимических полупродуктов, специальных химических веществ, потребительских товаров и биологических процессов. Ранее он работал в Air Products и химических веществ, химических веществ и "Монсанто" Хиндустан Левер ООО Имеет BTech в области химического машиностроения Индийский технологический институт, Бомбей и MS в области информационных технологий из Univ. Западного колледжа Вирджинии.

Со скамьи на завод: Развитие специальных химических процессов непосредственно

Как добиться максимального результата для вашего выбросов Тестирование Бак

250 новых инженеров химической Англии

Вспоминая Бхопал

Члены Win награды за вклад в исследования и сушки полимерных экструзионных

Сорт Spice жизни этого Че

Водород - топливо завтрашнего дня

Demystifying водорода Миф

НОРМАТИВНО UPDATE

ТЕХНОЛОГИЯ

СТАБИЛИЗАЦИИ Решения на основе углеродных нанотрубок

Совместных предприятий и объединений