Пилотный завод

Пилотный завод — это докоммерческая производственная система, в которой используются новые производственные технологии и/или производятся небольшие объемы продукции на основе новых технологий, главным образом с целью изучения новой технологии. Полученные знания затем используются для проектирования полномасштабных производственных систем и коммерческих продуктов, а также для определения дальнейших целей исследований и поддержки инвестиционных решений. Другие (нетехнические) цели включают получение общественной поддержки новых технологий и оспаривание правительственных постановлений. ^[1] Пилотный завод — понятие относительное в том смысле, что пилотные заводы обычно меньше полномасштабных производственных предприятий, но строятся в различных размерах. Кроме того, поскольку пилотные установки предназначены для обучения, они обычно более гибкие, возможно, за счет экономии. Некоторые пилотные установки строятся в лабораториях с использованием стандартного лабораторного оборудования, в то время как другие требуют значительных инженерных усилий, стоят миллионы долларов и собираются по индивидуальному заказу и изготавливаются из технологического оборудования, приборов и трубопроводов. Их также можно использовать для обучения персонала для полномасштабного предприятия. Пилотные установки, как правило, меньше по размеру по сравнению с демонстрационными установками.

Терминология [ править ]

Слово, похожее на пилотный завод, — это пилотная линия . ^[2] По сути, пилотные установки и пилотные линии выполняют одни и те же функции, но «пилотная установка» используется в контексте систем производства (био)химических и передовых материалов, тогда как «пилотная линия» используется для новых технологий в целом. Термин «килолаборатория» также используется для небольших пилотных установок, имея в виду ожидаемые объемы выпускаемой продукции. ^[3]

Управление рисками [ править ]

Пилотные установки используются для снижения риска, связанного со строительством крупных технологических предприятий. Они делают это несколькими способами:

Компьютерное моделирование и полуэмпирические методы используются для определения ограничений пилотной системы. Эти математические модели затем проверяются на физической пилотной установке. Для масштабирования используются различные методы моделирования. Эти методы включают в себя: ^[4]
- Исследования химического подобия
- Математическое моделирование
  - Моделирование химических процессов
  - Конечно-элементный анализ (FEA)
    Опытная установка гидрокрекинга
  - Вычислительная гидродинамика (CFD)

Эти методы теоретического моделирования возвращают следующее:

Окончательный баланс массы и энергии
Оптимизированная конструкция и производительность системы
Требования к оборудованию
Ограничения системы
Основа для определения стоимости создания пилотного модуля

Их строительство существенно дешевле, чем полномасштабные заводы. Бизнес в не подвергает столь большому риску капитал проекте, который может оказаться неэффективным или неосуществимым. Кроме того, изменения в конструкции могут быть внесены с меньшими затратами в пилотном масштабе, а недостатки в процессе можно устранить до того, как будет построена крупная установка.
Они предоставляют ценные данные для проектирования полномасштабного завода. Например, научные данные о реакциях, свойствах материалов, коррозионной активности могут быть доступны, но трудно предсказать поведение процесса любой сложности. Могут быть доступны инженерные данные другого процесса, но эти данные не всегда можно четко применить к интересующему процессу. Проектировщики используют данные пилотного завода для доработки конструкции промышленного объекта.

Если система четко определена и технические параметры известны , пилотные установки не используются. Например, компания, которая хочет расширить производственные мощности за счет строительства нового завода, который будет делать то же самое, что и существующий завод, может отказаться от использования пилотного завода.

Кроме того, достижения в компьютерном моделировании процессов повысили уверенность разработчиков процессов и снизили потребность в пилотных установках. Однако они все еще используются, поскольку даже современное моделирование не может точно предсказать поведение сложных систем.

свойств Масштабная зависимость растений

По мере увеличения размера системы свойства системы, зависящие от количества вещества (с экстенсивными свойствами ), могут измениться. Отношение площади поверхности к жидкости на химическом заводе является хорошим примером такого свойства. В небольшом химическом масштабе, скажем, в колбе, соотношение площади поверхности к жидкости относительно велико. Однако если масштаб рассматриваемой реакции увеличить до емкости в 500 галлонов, отношение площади поверхности к жидкости станет намного меньше. В результате этой разницы в соотношении площади поверхности и жидкости точная природа термодинамики и кинетика реакции процесса изменяются нелинейным образом. Вот почему реакция в стакане может вести себя совершенно иначе, чем та же реакция в крупномасштабном производственном процессе.

Другие факторы [ править ]

Другие факторы, которые могут измениться во время перехода к производственному масштабу, включают:

Кинетика реакции
Химическое равновесие
Свойства материала
Гидродинамика
Термодинамика
Выбор оборудования
Агитация
Однородность/однородность

После сбора данных о работе пилотного завода можно построить более крупный производственный объект. В качестве альтернативы можно построить демонстрационную установку, которая обычно больше пилотной установки, но меньше полномасштабной промышленной установки, чтобы продемонстрировать коммерческую осуществимость процесса. Иногда предприятия продолжают эксплуатировать пилотную установку, чтобы проверить идеи новых продуктов, нового сырья или различных условий эксплуатации. Альтернативно, они могут использоваться как производственные мощности, дополняя производство основного завода.

Стендовый масштаб против пилотного проекта против демонстрации [ править ]

Различия между стендовым, пилотным и демонстрационным масштабом сильно зависят от отрасли и применения. В некоторых отраслях опытная установка и демонстрационная установка взаимозаменяемы. Некоторые пилотные установки построены в виде портативных модулей, которые можно легко транспортировать как автономный блок.

Для периодических процессов, например, в фармацевтической промышленности, стендовые испытания обычно проводятся на образцах массой 1–20 кг или менее, тогда как пилотные испытания проводятся на образцах массой 20–100 кг. Демонстрационный масштаб, по сути, заключается в эксплуатации оборудования на полной коммерческой скорости подачи в течение длительных периодов времени для подтверждения эксплуатационной стабильности.

Для непрерывных процессов, например, в нефтяной промышленности, лабораторные системы обычно представляют собой микрореакторы или системы CSTR с объемом катализатора менее 1000 мл, изучающие реакции и/или разделения на однократной основе. Пилотные установки обычно имеют реакторы с объемом катализатора от 1 до 100 литров и часто включают разделение продуктов и рециркуляцию газа и жидкости с целью закрытия массового баланса. Демонстрационные установки, также называемые полуфабрикатами, будут изучать жизнеспособность процесса в предкоммерческих масштабах с типичными объемами катализатора в диапазоне 100–1000 литров. Конструкция демонстрационной установки для непрерывного процесса будет во многом напоминать конструкцию предполагаемой будущей коммерческой установки, хотя и с гораздо меньшей производительностью, а ее цель состоит в том, чтобы изучить производительность катализатора и срок его службы в течение длительного периода, генерируя при этом значительные количества продукт для рыночного тестирования.

При разработке новых процессов проектирование и эксплуатация пилотной и демонстрационной установки часто выполняются параллельно с проектированием будущей коммерческой установки, а результаты программ пилотных испытаний являются ключом к оптимизации технологической схемы коммерческой установки. Обычно в случаях успешного внедрения технологического процесса экономия в промышленном масштабе, полученная в результате пилотных испытаний, значительно превышает стоимость самой пилотной установки.

Шаги по созданию индивидуальной пилотной установки [ править ]

Специальные пилотные установки обычно проектируются либо для исследовательских, либо для коммерческих целей. Их размер может варьироваться от небольшой системы без автоматизации и с низким потоком до высокоавтоматизированной системы, производящей относительно большие объемы продукции в день. Независимо от размера, этапы проектирования и изготовления работающей пилотной установки одинаковы. Они есть:

Предварительное проектирование - составление технологической схемы (PFD), основных схем трубопроводов и контрольно-измерительных приборов (P&ID) и первоначальных компоновок оборудования.
Инженерное моделирование и оптимизация. 2D- и 3D-модели создаются с использованием программного обеспечения для моделирования параметров процесса и масштабирования химических процессов. Это программное обеспечение для моделирования помогает определить системные ограничения, нелинейные химические и физические изменения, а также потенциальные размеры оборудования. Подготавливаются массовый и энергетический балансы, окончательные схемы P&ID и чертежи общего вида.
Разрабатываются стратегии автоматизации системы (при необходимости). Программирование системы управления начинается и будет продолжаться на протяжении всего процесса изготовления и сборки.
Изготовление и сборка. После определения оптимизированной конструкции изготавливается и собирается специальный пилот. Пилотные установки могут быть собраны на месте или за его пределами в виде модульных блоков, которые будут построены и испытаны в контролируемой среде.
Тестирование – тестирование завершенных систем, включая элементы управления системой, проводится для обеспечения правильного функционирования системы.
Установка и запуск – при строительстве за пределами площадки пилотные блоки устанавливаются на месте. После установки всего оборудования полный запуск системы завершается путем ее интеграции с существующими инженерными сетями и средствами управления предприятия. Полная работоспособность проверена и подтверждена.
Обучение – обучение операторов завершено и передана полная системная документация.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Ханс Хеллсмарк, Йохан Фришаммар, Патрик Седерхольм, Хокан Юлинпяя, Роль пилотных и демонстрационных заводов в развитии технологий и инновационной политике, Исследовательская политика, том 45, выпуск 9, ноябрь 2016 г., страницы 1743-1761, ISSN 0048-7333, https //dx.doi.org/10.1016/j.respol.2016.05.005 .
^ Пилотное производство ключевых технологий; Пересечение долины смерти и ускорение промышленного внедрения ключевых технологий в Европе, Нидерландская организация прикладных научных исследований TNO от имени Европейской комиссии, DG GROW — Генеральный директорат по внутреннему рынку, промышленности, предпринимательству и малому и среднему бизнесу, 2015 г. ISBN 978-92-79-52140-9
^ Дэвид Дж. ам Энде; Мэри Т. ам Энде (28 марта 2019 г.). Химическая технология в фармацевтической промышленности: активные фармацевтические ингредиенты . Уайли. стр. 1012–. ISBN 978-1-119-28588-5 .
^ «Возможности масштабирования промышленных процессов | Эксперты по процессам EPIC» . Модульный процесс EPIC . Проверено 23 июля 2022 г.

Библиография [ править ]

М. Левин (редактор), Расширение фармацевтического процесса (лекарства и фармацевтика), Informa Healthcare, 3-е издание, ISBN 978-1616310011 (2011 г.)
М. Лакнер (редактор), Расширение масштабов сжигания, ProcessEng Engineering GmbH, Вена, ISBN 978-3-902655-04-2 (2009).
М. Злокарник, Масштабирование в химической технологии, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2-е издание, ISBN 978-3527314218 (2006).
Ричард Паллужи, Пилотные установки: проектирование, строительство и эксплуатация, McGraw-Hill, февраль 1992 г.
Ричард Паллузи, Пилотные установки, химическое производство, март 1990 г.

[1] Ханс Хеллсмарк, Йохан Фришаммар, Патрик Седерхольм, Хокан Юлинпяя, Роль пилотных и демонстрационных заводов в развитии технологий и инновационной политике, Исследовательская политика, том 45, выпуск 9, ноябрь 2016 г., страницы 1743-1761, ISSN 0048-7333, https //dx.doi.org/10.1016/j.respol.2016.05.005 .

[2] Пилотное производство ключевых технологий; Пересечение долины смерти и ускорение промышленного внедрения ключевых технологий в Европе, Нидерландская организация прикладных научных исследований TNO от имени Европейской комиссии, DG GROW — Генеральный директорат по внутреннему рынку, промышленности, предпринимательству и малому и среднему бизнесу, 2015 г. ISBN 978-92-79-52140-9

[EndeEnde2019-3] Дэвид Дж. ам Энде; Мэри Т. ам Энде (28 марта 2019 г.). Химическая технология в фармацевтической промышленности: активные фармацевтические ингредиенты . Уайли. стр. 1012–. ISBN 978-1-119-28588-5 .

[4] «Возможности масштабирования промышленных процессов | Эксперты по процессам EPIC» . Модульный процесс EPIC . Проверено 23 июля 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]