WikiDer > Пилотный проект

Pilot plant
Строится крупный опытный завод

А пилотный проект представляет собой предкоммерческую производственную систему, которая использует новую технологию производства и / или производит небольшие объемы продукции на основе новых технологий, главным образом с целью изучения новой технологии. Полученные знания затем используются для дизайн полномасштабных производственных систем и коммерческих продуктов, а также для определения дальнейших исследовательских задач и поддержки инвестиционных решений. Другие (нетехнические) цели включают заручиться общественной поддержкой новых технологий и поставить под сомнение государственные постановления.[1] Пилотная установка - термин относительный в том смысле, что пилотные установки обычно меньше, чем полномасштабные производственные установки, но строятся в различных размерах. Кроме того, поскольку пилотные установки предназначены для обучения, они обычно более гибкие, возможно, за счет экономии. Некоторые опытные установки построены в лаборатории с использованием стандартного лабораторного оборудования, в то время как другие требуют значительных инженерных усилий, стоят миллионы долларов и изготавливаются по индивидуальному заказу из технологического оборудования, контрольно-измерительных приборов и трубопроводов. Их также можно использовать для обучения персонала для полномасштабного завода. Опытные установки, как правило, меньше демонстрационных.

Терминология

Слово, похожее на пилотную установку: пилотная линия.[2] По сути, пилотные установки и пилотные линии выполняют одни и те же функции, но «пилотная установка» используется в контексте (био) химических систем и систем производства передовых материалов, тогда как «пилотная линия» используется для новых технологий в целом. Термин «лаборатория килограмм» также используется для небольших пилотных установок, обозначающих ожидаемые объемы производства.[3]

Управление рисками

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

  • Компьютерное моделирование и полуэмпирические методы используются для определения ограничений пилотной системы. Эти математические модели затем проверяются на экспериментальной физической установке. Для увеличения масштаба используются различные методы моделирования. Эти методы включают:
    • Химические исследования подобия
    • Математическое моделирование
    • Aspen Plus / Aspen HYSYS моделирование
    • Конечный элементный анализ (FEA)
      Опытная установка гидрокрекинга
    • Вычислительная гидродинамика (CFD)
      • Эти теоретические методы моделирования возвращают следующее:
        • Окончательный баланс массы и энергии
        • Оптимизированная конструкция и производительность системы
        • Требования к оборудованию
        • Системные ограничения
        • Основа для определения стоимости сборки пилотного модуля
  • Они значительно дешевле в строительстве, чем полномасштабные заводы. В бизнес не ставит столько капитал рискуете по проекту, который может быть неэффективным или невыполнимым. Кроме того, изменения в конструкции могут быть более дешевыми в экспериментальном масштабе, а недостатки в процессе могут быть устранены до того, как будет построен крупный завод.
  • Они предоставляют ценные данные на проектирование полномасштабного завода. Например, могут быть доступны научные данные о реакциях, свойствах материалов, коррозионной активности, но трудно предсказать поведение процесса любой сложности. Могут быть доступны технические данные из другого процесса, но эти данные не всегда могут быть четко применены к интересующему процессу. Конструкторы используют данные экспериментального завода для уточнения конструкции производственного объекта.

Если система хорошо определена и инженерные параметры известны, опытные установки не используются. Например, предприятие, которое хочет расширить производственные мощности за счет строительства нового завода, который выполняет те же функции, что и существующий завод, может отказаться от использования пилотного завода.

Кроме того, прогресс в моделирование процесса Использование компьютеров повысило доверие разработчиков процессов и снизило потребность в пилотных установках. Однако они все еще используются, поскольку даже современное моделирование не может точно предсказать поведение сложных систем.

Масштабная зависимость свойств растений

По мере увеличения размера системы ее свойства, зависящие от количества вещества (с обширная недвижимость) может поменяться. Отношение площади поверхности к жидкости на химическом заводе является хорошим примером такого свойства. В небольшом химическом масштабе, скажем, в колбе, отношение площади поверхности к жидкости относительно велико. Однако, если рассматриваемая реакция масштабируется до размеров резервуара на 500 галлонов, отношение площади поверхности к жидкости становится намного меньше. В результате этой разницы в соотношении площади поверхности и жидкости точный характер термодинамики и кинетика реакции процесса изменяются нелинейным образом. Вот почему реакция в химическом стакане может сильно отличаться от той же реакции в крупномасштабном производственном процессе.

Прочие факторы

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

3D-модель многоцелевой опытной установки
  • Кинетика реакции
  • Химическое равновесие
  • Свойства материала
  • Динамика жидкостей
  • Термодинамика
  • Подбор оборудования
  • Агитация
  • Однородность / однородность

После того, как будут собраны данные о работе пилотной установки, можно построить более крупный производственный объект. В качестве альтернативы, демонстрационная установка, которая обычно больше, чем пилотная установка, но меньше, чем полномасштабная производственная установка, может быть построена для демонстрации коммерческой осуществимости процесса. Предприятия иногда продолжают эксплуатировать пилотную установку, чтобы проверить идеи новых продуктов, нового сырья или других условий эксплуатации. В качестве альтернативы, они могут использоваться как производственные мощности, увеличивая производство с основного завода.

Последние тенденции направлены на то, чтобы размер завода был минимальным, чтобы сократить расходы. Такой подход называется мини-завод технологии. В химия потока принимает эту тенденцию и использует проточный мини-завод технология для мелкосерийного производства.

Скамья против пилота против демонстрации

Различия между лабораторным, пилотным и демонстрационным масштабами сильно зависят от отрасли и области применения. В некоторых отраслях промышленности пилотная установка и демонстрационная установка взаимозаменяемы. Некоторые экспериментальные установки построены в виде переносных модулей, которые можно легко транспортировать как изолированное устройство.

Для периодических процессов, например в фармацевтической промышленности, лабораторный масштаб обычно проводится на образцах весом 1–20 кг или менее, тогда как экспериментальные испытания проводятся на образцах массой 20–100 кг. Демонстрационный масштаб - это, по сути, эксплуатация оборудования с полной коммерческой скоростью подачи в течение длительных периодов времени для подтверждения стабильности работы.

Для непрерывных процессов, например, в нефтяной промышленности, лабораторные системы обычно представляют собой микрореакторы или системы CSTR с менее чем 1000 мл катализатора, 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 / жидкости с целью закрытия баланса масс. Демонстрационные установки, также называемые заводами-полузаводами, будут изучать жизнеспособность процесса в предкоммерческом масштабе с типичными объемами катализатора в диапазоне от 100 до 1000 литров. Конструкция демонстрационной установки для непрерывного процесса будет очень напоминать проект предполагаемой будущей коммерческой установки, хотя и с гораздо меньшей производительностью, и ее цель - изучить характеристики катализатора и срок службы в течение продолжительного периода времени, при этом производя значительные количества продукт для рыночного тестирования.

При разработке новых процессов проектирование и эксплуатация пилотной и демонстрационной установки часто осуществляется параллельно с проектированием будущей коммерческой установки, и результаты программ пилотных испытаний являются ключевыми для оптимизации технологической схемы коммерческого предприятия. Обычно в случаях, когда технология процесса была успешно внедрена, экономия в коммерческом масштабе, полученная в результате пилотных испытаний, значительно перевешивает стоимость самой пилотной установки.

Шаги по созданию индивидуальной пилотной установки

Заказные пилотные установки обычно проектируются либо для исследовательских, либо для коммерческих целей. Они могут иметь размеры от небольшой системы без автоматизации и с низким расходом до высокоавтоматизированной системы, производящей относительно большое количество продукции в день. Независимо от размера, этапы проектирования и изготовления работающей пилотной установки одинаковы. Они есть:

  1. Предварительный инжиниринг - завершение технологической схемы (PFD), основных схем трубопроводов и КИП (P & ID) и начальных схем оборудования.
  2. 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 возможные размеры оборудования. Производятся массовые и энергетические балансы, окончательные P&ID и чертежи общего вида.
  3. Разрабатываются стратегии автоматизации системы (при необходимости). Начинается программирование системы управления и будет продолжаться в процессе изготовления и сборки.
  4. Изготовление и сборка - после того, как определена оптимальная конструкция, изготавливается и собирается заказной пилот. Пилотные установки могут быть собраны на месте или за его пределами в виде модульных блоков, которые будут построены и испытаны в контролируемой среде.
  5. Тестирование - тестирование завершенных систем, включая элементы управления, проводится для обеспечения надлежащего функционирования системы.
  6. Монтаж и запуск - если строительство ведется вне строительной площадки, пилотные салазки устанавливаются на месте. После того, как все оборудование установлено, полный запуск системы завершается путем интеграции системы с существующими инженерными коммуникациями и средствами управления. Полная работа проверена и подтверждена.
  7. Обучение - обучение операторов завершено и передана полная документация по системе.

Смотрите также

Библиография

  • М. Левин (редактор), Pharmaceutical Process Scale-Up (Лекарства и фармацевтика), Informa Healthcare, 3-е издание, ISBN 978-1616310011 (2011)
  • М. Лакнер (редактор), Scale-up in Combustion, ProcessEng Engineering GmbH, Вена, ISBN 978-3-902655-04-2 (2009).
  • М. Злокарник, Расширение масштабов в химической инженерии, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2-е издание, ISBN 978-3527314218 (2006).
  • Ричард Паллузи, Опытные установки: проектирование, строительство и эксплуатация, Макгроу-Хилл, февраль 1992 г.
  • Ричард Паллузи, Опытные установки, Химическая инженерия, март 1990 г.

Рекомендации

  1. ^ Ханс Хеллсмарк, Йохан Фришаммар, Патрик Сёдерхольм, Хокан Юлинпяя, Роль пилотных и демонстрационных заводов в разработке технологий и политике в области инноваций, Политика исследований, 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. ^ Опытное производство по ключевым стимулирующим технологиям; Переход через Долину смерти и ускорение промышленного внедрения ключевых стимулирующих технологий в Европе, Нидерландская организация прикладных научных исследований TNO от имени Европейской комиссии, DG GROW - Генеральный директорат по внутреннему рынку, промышленности, предпринимательству и МСП, 2015. ISBN 978-92-79-52140-9
  3. ^ Дэвид Дж. Ам Энде; Мэри Т. ам Энде (28 марта 2019 г.). Химическая инженерия в фармацевтической промышленности: активные фармацевтические ингредиенты. Вайли. С. 1012–. ISBN 978-1-119-28588-5.