EN
Тез сілтемелер
Химиялық инженерлер үшін процесстерді оптимизациялаудың негізінде ресурстарды үнемдеу мен қоршаған ортаны ластамай-ақ операциялардан ең көп пайда алу мақсаты жатыр. Инженерлер тиімділікті арттыруға, шығымды көбейтуге және шығындарды қысқартуға тырысқан кезде, нәтижесінде зауыттарды планетаға зиян келтірмей-ақ жақсырақ жұмыс істеуге итермелеу болып табылады. Бұл жұмыста ерекше маңызды құралдар ретінде үш негізгі аумақ бөлініп көрсетіледі: реакция кинетикасы, термодинамика және массаны тасымалдау. Реакция кинетикасы негізінде реакциялар қаншалықты тез жүретіндігі мен қандай өнімдер пайда болатынын білуге болады. Термодинамика химиялық процесстер кезінде энергияның қайда кететіндігі туралы ақпарат береді. Ал массаны тасымалдау құрылғылар ішінде материалдарды дұрыс араластырып, реакциялар идеал жағдайларда жүріп өтуі үшін қозғалтумен айналысады. Бұл негізгі ұғымдар өнеркәсіптер бойынша ақылды, таза өндіріс тәжірибелерінің негізін құрайды.
Нақты әрі нақты қолданбаларға назар аударсақ, бұл оптимизация әдістері әртүрлі секторларда қаншалықты тиімді екенін көруге болады. Мысалы, бір петрохимиялық зауытты алып қарастырайық, онда күрделі термодинамикалық модельдеу енгізілді. Нәтижелер шын мәнінде таң қалдырарлық болды - өндірісті біршама арттырып қана қоймай, сонымен қатар қалдық өнімдерді де азайтты. Дәл осындай жетістіктер компаниялардың қаржылық көрсеткіштерін жақсартуға және таза өндірістік әдістерге ауысуға көмектеседі. Барлық осы сәтті тарихтардың қызықтылығы сол фактіде, олар өз кезегінде өндірішілердің өз операциялық жүйелерін қайта жобалаған кезде назар аударуға тиісті нәрселерді көрсетіп тұр. Бізнес компаниялар осындай оптимизацияларды енгізіп қолдана бастаған сайын, ұзақ уақыт өте отырып олар қаржылық және экологиялық тұрғыдан да екі еселі пайда алады.
Этиленгликоль мен полипропилен химия саласында кеңінен қолданылатындықтан, олар әртүрлі мақсаттарда пайдаланылады. Этиленгликоль әдетте антифриз ерітінділерін жасау үшін қолданылады, бірақ ол сонымен қатар полиэстер талшықтары мен шайырлардың негізгі құрылыс материалдарының бірі болып табылады. Бұл материалдар киімдерден бастап әртүрлі пластмасса өнімдеріне дейінгі барлығында қолданылады. Ал полипропилен өзінің кеңейіп түрленуіне қабілетті полимер ретінде танымал. Өндірісшілер оны тағам құрамын сақтау ыдыстарынан бастап машиналардың ішкі бөлшектеріне дейінгі әртүрлі пластмасса заттарын жасау үшін қолданады. Полипропиленнің ерекшелігі – оның жеңілдігіне қарамастан, беріктік сипаттамаларының жоғары болуы. Осы қасиеттердің арқасында бүгінгі таңда осы материалды біздің күнделікті өмірімізде де, өнеркәсіптік ортаның ішінде де кеңінен кездестіруге болады.
Этилен гликоль каталитикалық тотығу үдерісінен этиленнен шығады, ал полипропилен белгілі бір жағдайларда пропиленнің полимерленуінен алынады. Екі өндірістік процессте де реакциялық температураны, қысым деңгейлерін және басқа да орта факторларын қатаң бақылау қажет, өйткені ресурстарды үнемдеу арқылы тұрақты нәтижелер алу керек. Қазіргі нарықтық қозғалыстарды қарастырсақ, осы материалдарға деген сұраныстың артты екені байқалып тұр. Автокөліктердің барлауы әрі қарай дамып, күрделене түскен сайын этилен гликольдің пайдалану көлемі өсе түседі, ал полипропиленге қазіргі кезде пластикалық қалдықтарды қайта өңдеу тақырыбы жағымды әсер етіп тұр. Сала болжамдары полипропиленнің өсуінің берік темпін сақтайтынын көрсетіп тұр, өйткені оның қолданылу аясы өте кең — қаптау материалдарынан бастап медициналық құрылғыларға дейін. Бұл этилен гликоль мен полипропиленмен жұмыс жасау тәсілдерін меңгеру қазіргі заманғы өндірісте бәсекеге қабілетті болу үшін өте маңызды екенін білдіреді.
Жасанды интеллект химиялық өндірушілер процесстерді тиімдіру үшін қалай әрекет ететінін өзгертуде, негізінен болжамды ұстау-тексеруді жақсартып, нақты уақытта деректерді талдауға мүмкіндік береді. Процессті басқару жүйелеріне қолданған кезде ЖИ зауыттардың ресурстарды үнемдеуіне және қалдықтарды азайтуға көмектеседі. Температураны басқару үшін мысал келтірейік. Ақылды алгоритмдер жылыту деңгейлерін реттейді, сондықтан өсімдіктер қосымша энергияны босқа шығынбайды, бұл жалпы тиімділікті арттырады және жабдықтардың істен шығуын азайтады. Дүниежүзілік экономикалық форумның кейбір зерттеулеріне сәйкес, ЖИ әлі де өзгерістерді әкеліп жатқан сайын химиялық өнеркәсіптерде шамамен 44 пайыз жұмысшылар қайта дайындалуға мүмкіндік алуы керек. BASF сияқты ірі аттар бұрын дайындалған ЖИ шешімдерін енгізу нәтижелерін көріп жүр. Олардың өндіріс желілері қазір тегіс жұмыс істейді, қуатты аз пайдаланып, күнделікті пайдалану құны төмен болып табылады. Барлық осы пайдалы әсерлер химиялық өндірістегі ЖИ ықпалының қаншалықты екенін көрсетіп, процесстерді ойлаулы етіп, бұрын ойлау қабілетімізге келмеген тәсілдермен ресурстарды басқаруға көмектеседі.
Химиялық өндірушілер өз операцияларына Интернет заттарын (IoT) енгізуде, әсіресе өндірістік желілерде ақылды полимерлер жасау кезінде. Бұл нені білдіреді? Біріншіден, қазір машиналар автоматты түрде әрекет ете алады, орын алып жатқан жағдайды бақылайды және цехтың әртүрлі бөліктері арасында ақпаратты бірден бөліседі. Бұл зауыттардың күн сайын тегіс жұмыс істеуіне көмектеседі. Осы материалдарды шын мәнінде өндіретін мамандар өз процесстерін дәлірек бақылауға болатынын, сондықтан өнімдер әр рет тұрақты жоғары сапада шығатынын байқайды. Мысалы, Evonik және AMSilk сияқты компаниялар IoT технологияларымен тәжірибе жасап, өндіріс әдістерін түбегейлі өзгертуде. Нәтижелерге қараңыз! AMSilk өз жүйесіне IoT-тің бірнеше ақылды шешімдерін енгізу арқылы өндіріс шығындарын 40% дейін қысқартты. Осындай жағдайлар бірнеше дәстүрлі өндіріс конфигурацияларының қосылған құрылғылармен жұмыс істейтін жаңа әдістермен ауыстырылуының себебін түсінуге көмектеседі. Қазіргі зауыттар тез бейімделе алатын, тиімді жұмыс істей алатын және қажет болған жерде ақшаны үнемдеуге қабілетті болуы керек және IoT соның барлық талаптарына сай келеді.
Биологиялық негізде ацетат поливиниліне ауысу ескі әрі көптеген пайдаланылатын мұнай негізіндегі желге қатты қарсы келеді. Бұл затты ерекше ететін не? Біріншіден, қоршаған ортаға зиян келтіруді азайтады, өйткені біз шын мәнінде мұнайды қазып алу орнына өсетін заттарды пайдаланып жатырмыз. Бұл шектеулі отынды пайдалануды азайтады және атмосфераға шығарылатын жылуға ие газдар санын кемітеді. Әдетте, өндірушілер көміртегі қосылыстарымен қамтылған табиғатта кездесетін өсімдіктерден немесе басқа органикалық көздерден экологиялық таза жел жасайды. Тұрақты дамуды жүзеге асыруға тырысатын компаниялар үшін биологиялық нұсқаулықтарға өту бұлардың барлығын халықаралық деңгейде көміртегі шығаруды азайту мақсаттарына жетуге көмектеседі, сонымен қатар әдеттегі іс-әрекеттерді жалғастырады. Сонымен қатар, экожүйелердің денсаулығы ешкімнің жеткілікті дәрежеде айтпайтын қосымша артықшылық болып табылады.
Биологиялық шығу тегі бар поливинилді ацетат алу үшін әуелі өсімдік талшықтары немесе басқа да табиғи полимерлер сияқты қайта өңделетін материалдарды қол жетімді ету керек. Бұл шикізат жиналған соң оны полимерлеу деп аталатын арнайы химиялық реакцияларға түсіреді. Бұл процестің мақсаты энергияны көп пайдаланбай қасиеттерді сақтап тұру. Зерттеушілер бұл мәселені бірнеше жыл бойы зерттеп келеді, сонымен қатар молекулалық орналасу нұсқаларын қарастырып отыр, олар дәстүрлі мұнай негізіндегі өнімдердің аналогы болып табылады немесе олардан асып табылады. Кейбір жаңалықтар соңғы уақытта орталауы аздау болатын, бірақ дәл сондай орындалуы мүмкін болатын альтернативті шешімдерді көрсетіп отыр.
Әртүрлі салалардағы нақты әрі шынайы қолданыстар биологиялық шығу тегі бар поливинил ацетаттың қоршаған ортаға тигізетін әсерін жақсартуда қалай толқын көтеріп жатқанын көрсетеді. Құрылыс компаниялары мен өнімді орау фирмалары жаңа материалдарды қолдана бастады, себебі олар бұрынғыдай жақсы жабысады, бірақ көміртегі ізі аз болады. Бұл заттарды қатар қойып салыстырмалы түрде тексеру барысында көбінесе дәстүрлі нұсқалармен салыстырғанда жабысу беріктігі мен ұзақтығында айтарлықтай айырмашылық болмайтыны анықталды. Бұл сапаны төмендетпей-ақ материалдарды ауыстыру мүмкіндігін береді, соған байланысты көптеген өндірушілер соңғы кезде жасыл толқынға себеп болып жатқанын түсіндіреді.
Формальдегид химиялық өндірісте әлі де негізгі мәселенің бірі болып табылады, өйткені ол күрделі денсаулықтың және қоршаған ортаның ластануының қаупін танытады. Бұл затқа ұшыраған жұмысшылар жиі тыныс алу қиындығы мен тері реакцияларын бастан өткізеді, ал өндіріс орындарына жақын тұратын қауымдар ауаның ластануымен күреседі. Әр жыл сайын өкіметтің нормативтері қатаңдап келеді, сондықтан көптеген компаниялар формальдегид пайдалануды азайтудың жолдарын іздеп жатыр. Кейбір зауыттар балама химиялық заттарды немесе шығарындыларды азайту үшін жақсартылған сақтау жүйелерін пайдалануға кірісті. Бұл өзгерістер жұмысшылар мен жергілікті тұрғындарды қорғауға көмектесіп қана қоймайды, сонымен қатар компанияларды болашақтағы қоршаған ортаны қорғау туралы заңдарға сәйкес келуіне жағдай жасайды.
Формальдегидті азайту стратегиясының бөлігі ретінде бірнеше инновациялық тәсілдер пайда болды. Оларға формальдегид шығындарын азайту үшін өндіріс процесстерін жетілдіру мен балама химикаттарды пайдалану кіреді. Таза өндіріс техникаларын орындауға мүмкіндік беретін технологиялар маңызды рөл атқарады; мысалы, өндіріс сатыларында формальдегид шығарындыларын тиімді ыдырату үшін жетілдірілген катализаторлы конвертерлер жасалды.
Қоршаған ортаны қорғауға бағытталған топтар мен әртүрлі ғылыми зерттеулер қоса отырып, формальдегидтің деңгейін төмендетудің қаншалықты маңызды екенін жүйелі түрде көрсетіп отырады. Жиналған деректер кәсіпорындар осындай өзгерістерді енгізген кезде нақты пайда әкелетінін көрсетеді, ауадағы зиянды бөлшектердің төмендеуі мен жұмысшылардың денсаулығындағы мәселелердің азаюы байқалады. Бұл пікірді сол сала мамандары да қолдайды, өндірушілерді жасыл материалдарға ауыстырып, желдету жүйелерін жақсартуға шақырады. Бұл өзгерістер қауіпсіздік стандарттарын сақтауға көмектеседі, сонымен қатар басқа да пайда береді: зауыттар өздерін ережелерді орындаушы ретінде емес, шешімнің бөлігі ретінде қарастыра бастайды. Әрине, барлық іс-шараларды дұрыс жүзеге асыру уақыт пен ақша қажет етеді, сондықтан көптеген компаниялар әлі де ауысу процесінде қиындыққа тап болып жатқанын түсінікті.
Микрореакторлық жүйелер этанолди гликоль шығару барысында ағынды химияда ойын өзгертіп жатыр. Бұл кішігірім, бірақ қуатты құрылғылар өз компактті конструкциясына көптеген артықшылықтарды ығыстырып тұрады. Олар реакцияның тиімділігін арттырады, жұмысты қауіпсіз етіп жасайды және күрделі шешімдерсіз өндірісті кеңейтуге мүмкіндік береді. Олардың ерекшелігі – реакциялардың дұрыс жүруі үшін қажетті жағдайларды сақтауында. Бұл этанолди гликоль синтезі кезінде ә существенно жоғары шығым мен жоғары селективтілікке қол жеткізеді, сонымен қатар қауіпті қосалқы өнімдердің түзілуін азайтады. Қауіпсіздікті арттыру да осы реакторлардың дәл басқаруының арқасында жүзеге асады. Дәстүрлі порциялық әдістер жиі жылу шамадан тыс көбейіп кеткен кезде қауіпті жарылыстардың қаупін тудырады, бірақ микрореакторлар экзотермиялық реакцияларды әлдеқайда ұқыпты басқарады, ондай оқиғалардың болуын алдын алады.
Микрореакторлық жүйелер реакция өнімдерінің көлемін арттыратын жақсартылған жұмыс параметрлерімен жабдықталған. Олар температура деңгейін, қысым параметрлерін және реакцияға түсетін заттардың жүйеден өту жылдамдығын басқаруды қамтамасыз етеді. Осындай дәл басқару арқылы химиялық реакциялар партиялар бойынша үйлесімді болып келеді. Нәтижесінде әлдеқайда жоғары әсер ету коэффициенті мен шығарылым көлеміне қол жеткізіледі, сонымен қатар күшті тұтынатын үлкен машиналар қажет болатын кәдімгі партиялық процесстерді ұлғайтудың қажеті болмайды. Тағы бір артықшылық – бұл кіші көлемдегі операциялар өнімді дайындауға кететін уақыт пен күнделікті жұмыстың шығындарын азайтады.
Зерттеулер этиленгликоль шығаруда микрореакторлық жүйелерді пайдаланудың нақты пайдалы әсерін көрсетеді. Негізгі оң қасиеттері – олардың өлшеміне қатысты үлкен бет ауданына ие болуында, өйткені осындай жіңішке каналдар жылуды жақсы басқаруға және материалдарды тиімді тасымалдауға мүмкіндік береді. Салалық мамандар бұл технологияға ауысқан зауыттар нәтижелерді жақсартып қана қоймай, сонымен қатар қауіпсіз операцияларды жүргізетінін айтады. Мысалы, химия саласындағы ірі компаниялардың бірі болып табылатын BASF – этиленгликоль өндіретін өсімдіктерде бірнеше жыл бұрын микрореакторларды енгізуді бастады. Олардың инженерлері тек қана өндірістің тиімділігін арттырған жоқ, сонымен қатар өндірістік жұмыстар кезінде оқиғалар санының азайғанын да байқады, бұл кіші кеңістіктерде реакцияларды өте дәл басқаруға болатынын ескерсек түсінікті.
Масштабтауға болатын үздіксіз өңдеу модельдері ел бойынша химиялық заттарды зауыттарда жасау әдістерін өзгертуде. Бұл жүйелер химиялық реакцияларды тоқтатып-бастау әдісіне қарамастан, үздіксіз жүргізіп отырады. Әрбір партиядан кейін құрылғыларды қайта іске қосудың қажеті болмаған сайын өндірушілер уақыт пен ақшаны үнемдейді. Материалдар ағыны тоқтамай тұрақты ағып отырғандықтан, барлық процесстің жұмысы тегіс болып келеді. Жақсы бақылау операторлардың қажет болған жағдайда жүйенің параметрлерін уақытылы өзгерте алуын қамтамасыз етеді. Ең бастысы, бұл әдіс арқылы зауыттан күн сайын әртүрлі партиялардан болатын сапа мәселелерінсіз тұрақты өнім шығарып отыру мүмкіндігі туындайды.
Үздіксіз өңдеудің инновациялық екені неде? Шынында да, соңғы кезде пайда болған осы заманауи құралдар туралы ойлаңыз – нақты уақытта аналитика жасау, автоматты түрде бақылау жүйелерін орнату және жұмыс істеу барысында түзету енгізетін ақылды басқару жүйелері. Бұл технологиялық шешімдер өндіріске енгізілген кезде, операторларға өндіріс процесінің барлығы бойынша уақытылы ақпарат беріледі. Бұл әрекет етіп тұрған процеске түбегейлі басқару мүмкіндігін береді, ал ертеңгі есептерді күтіп отыру емес. Мысалы, Sanli Tech International компаниясын алыңыз. Бұлар – қарапайым химиялық технологиялар саласындағы кәдімгі ғана компания емес, осы саладағы ірі ойыншылардың бірі. Олардың инженерлері соңғы кезде бірнеше операциялар бойынша үздіксіз өңдеу әдістерін енгізіп жатыр. Нәтижесінде қаншалықты тиімді жұмыс істеу көрсеткіштеріне қол жеткізілді және өнім сапасының жоғары деңгейі сақталып отыр.
Іс жүзінде қалай жұмыс істейтінін қарау арқылы әртүрлі секторларға қолданылған масштабтауға болатын үздіксіз өндіру моделдерінің қаншалықты тиімді екенін көруге болады. Мысалы, фармацевтика саласын алып қарастырайық - онда көптеген өндірушілер дәрілерді өндіруге кететін уақыт пен жалпы шығындарды қысқартып, сапаны төмендетпей-ақ қысқартқаны туралы хабарлайды. Кейбіреулері тіпті тазалық деңгейі бойынша жақырақ нәтижелер туралы айтады. Дүниежүзілік экономикалық форумның соңғы зерттеуі бұны растайды: мұндай тәсілдерді қабылдаған компаниялар өзара сапа бақылауларын сақтап ұстап, әдеттегі өндіріс уақытынан шамамен жартысын қысқартып отыр. Әрине, әрбір компания 50 пайыздық үнемдеу көрсеткіштерін көрмей алады, бірақ тенденция әлдеқайда маңызды жақсартуларға әкеліп соғатыны анық көрініп тұр.
Полимер шығару кезінде шеңберлік экономика тәсілі өндірістік процесстер туралы ойлау тәсілінде маңызды өзгерістер енгізеді, әсіресе қалдықтарды азайтуға және ресурстарды тиімді пайдалануға көмектесетіндіктен. Бұл идея полимерлердің өмірлік циклы бойынша қозғалысын ортала, сондықтан олар ортаға соншалықты зиян келтірмейді, бұл тұрақты дамуды қамтамасыз етуге тырысатын компаниялар үшін өте маңызды болып табылады. Жақында қызықты жаңартулар пайда болды, әсіресе өндірушілер ескі полипропилен материалдарын қайта өңдеуге және қайта пайдалануға мүмкіндік беретін жаңа қайта өңдеу әдістерінде. Сондай-ақ, пайдаланылғаннан кейін табиғи түрде ыдырайтын және мүлдем шөпке айналмайтын биологиялық ыдырау әдістерін жасау жолында да жетістіктер бар. Бұл барлық жетістіктер пластик қалдықтарының көлемін азайтады және полимерлерді ұзақ уақыт айналымда ұстап тұру арқылы шикізатты үнемдейді. Сарапшылар келесі бірнеше жыл ішінде көпшілік полимер өндірушілердің бәсекеге қабілетті болу үшін осындай тәжірибелерді енгізуі керек екеніне сенеді, өйткені тұтынушылар өнімдерді пайдаланып болғаннан кейін олармен не істеу керектігіне барынша назар аударып жатыр.
Нанотехнология катализаторлық процестерге қатысты химиялық өндірістің жұмыс істеу тәсілін өзгертуде. Наноматериалдардың арнайы сипаттамалары реакцияларды тезірек және жақсы нәтижемен жүргізуге мүмкіндік береді. Мысалы, платина нанобөлшектері дәстүрлі тәсілдерге қарағанда катализатор ретінде әлдеқайда тиімді жұмыс істейді. Графит сияқты кейбір материалдар жылу беруді жақсартып қана қоймай, сонымен қатар реакцияларды төменгі температурада жүргізуге мүмкіндік береді, бұл энергияны пайдалануды азайтады. Зерттеулер нанотехнологияны өндіріс процесстеріне енгізу әртүрлі салаларда үлкен жетістіктерге әкелетінін көрсетті. Кәсіпорындар катализаторлы реакциялармен жұмыс істеу кезінде өндірістік уақытты қысқарту мен жұмыс шығындарын азайту сияқты көрінетін пайдаларды болжап отыр.