Химийн процессын зураг төслийн үйлдвэрлэлийн өртөг ба чанарт үзүүлэх нөлөө

Химийн технологийн загварчлалын үндэс: Өртөг, чанар, үр ашигт байдлыг тэнцвэрт оруулах

Химийн процессын загварчлал гэдэг нь үндсэндээ эхний материалуудыг үнэт зэргийн бүтээгдэхүүн болгон хувиргадаг бөгөөд зардлыг, бүтээгдэхүүний чанарыг, ажиллагааны үр ашигтай байдлыг зохицуулж байдаг. Энэ асуудлыг зөв шийдсэн нь үйлдвэрлэгчдэд өөрсдийн үйлдвэрлэлийн шугамыг сайн ажиллуулах боломжийг олгодог. IChemE-ийн 2023 оны судалгаагаар компаниуд технологийн явцад чанарын хяналтын системийг туршилтаар нэмэхийн оронд шууд багтаан байгуулбал дутуу чанарын багцын тоо 42% буурдаг байна. Ийм төрлийн сайжруулалт нь зөвхөн цаасан дээрх тоо биш, эдийн засгийн хэмнэлт болон бүтээгдэхүүний чанарын тогтвортой байдлыг бодитоор нь сайжруулдаг.

Химийн процессын загварчлал ба үйлдвэрлэлийн үр дүнгийн холбоог ойлгох

Реакторын тохируулгаас эхлээд тусгаарлах арга хүртэлх бүх зураг төслийн шийдвэрүүд нь шууд нөлөөлдөг: боловсруулалтын хүрээ, энерги хэрэглээ, бүтээгдэхүүний нэгдмэл чанар. Стратегийн дулаан солих шугамын сүлжээг зохион бүтээснээр энерги зарцуулалтыг 35%-иар бууруулж болно (Chemical Engineering Progress 2023). Харин буруу катализатор сонгох нь бүтээгдэхүүний цэвэр байдалыг худалдааны шаардлага тавигдах хэмжээнээс доош бууруулж болно.

Химийн процессын зураг төслийн үндсэн зорилт: Үр ашигтай байдал, Аюулгүй байдал, Тэгш байдал

Орчин үеийн химийн инженерчлэлийн багууд дараах гурван баганыг эрхэм зорилго болгон авч ажилладаг:

• Үйл ажиллагааны үр ашиг : Дэвшилтэт симуляцийн хэрэгслийг ашиглан энерги болон материал хаягдалыг хамгийн бага байлгах
• Процессын аюулгүй байдал : Дунджаар $740,000-с дээшхи хорогдлыг саатуулах зорилгоор аюулгүй байдлын арга хэмжээ сэргийлэх
• Байгаль орчны тогтвортой байдал : Дугуй эргэх материал ашиглан нүүрстөрөгчийн хөндийг багасгах

Эрт үе шатны процессын хөгжүүлэлтэнд зардлын болон чанарын зорилгыг нэгтгэн багцлах

Эрхэм үйлдвэрлэгчид санхүүгийн болон техникийн зорилтуудыг ур чадварын дизайн үед нэгтгэхийн тулд шатлалт хүрээнүүдийг ашигладаг. I үе шатанд нарийн судалгаа хийсэн төслүүд нь дараах үр дүнгээс харуулж байв:

Тооноор	Сайжруулалт ба Тусгай Зохион Байгуулалт
Анхны хөрөнгийн зардлын нарийн төвөгтэй байдал	±12% vs ±35%
Эхний шатны чанарын үзүүлэлт	89% vs 54%

Энэ урьдчилан сэргийлэх хандлага нь дахин зохион байгуулалттай холбоотой саатлын 72%-г саатуулдаг (AIChE сэтгүүл 2023) бөгөөд үйлдвэрлэлийн систем нь эдийн засгийн болон чанарын стандартыг хангаж байгаа нь итгэлтэй баталгаажуулна.

Химийн процессын зохион байгуулалтын эдийн засгийн нөлөө: Анхны болон үйл ажиллагааны зардлыг бууруулах

Химийн үйлдвэрүүдийн ерөнхий эдийн засгийн үр ашгийн талаарх шийдлүүдийг анхнаас нь зохион бүтээх нь тэдгээрийн амьдралын мөчлөгийн хагасаас хоёр гурав хүртэлх хэсгийг нь тодорхойлдог. Энэ нь вэб сайтад тогтсон (CAPEX) болон ажиллуулах (OPEX) өртгөөс шалтгаалан болдог. Компаниуд модуль хэлбэрийн тоног төхөөрөмжүүдийг анхны төлөвлөлтийн үед зөв хэмжээтэй урвалж байрлуулж эхэлбэл Chemical Engineering Trends сүүлийн жилд өмнөх арга барилтай харьцуулахад 20-35 хувь бага зардал гардаг. Дистилляци нь салбарын нийт энерги хэрэглээний ойролцоогоор 40 хувийг эзлэх зэрэг их энерги зарцуулагчдын нэг юм. Гэсэн хэдий ч үйлдвэрүүд дулааны удирдлагын илүү сайн стратегийг нэвтрүүлэхэд зарим үед шатахууны шаардлагыг нь бараг хагасыг нь бууруулж чаддаг. Процессын интенсивжүүлэлтийн аргуудыг бодит цагийн хяналттай хослуулан ашигладаг цогц байгууламжууд нь бүтээгдэхүүний гарцыг илүү нарийн нарийвчлалтай болгох, үйлдвэрлэл зогсох тохиолдол багасгах замаар ашгийн хэмжээг ойролцоогоор 18 хувиар нэмэгдүүлдэг. Жишээ нь 2022 онд энергийн томоохон компани нь алкилирование нэгжүүдээ илүү ухаалаг катализаторын байрлал болон автоматаар удирдлагын системээр бүрэн шинэчлэн байгуулжээ. Тэдгээр нь капиталын зардлыг болон үйл ажиллагааны зардлыг ойролцоогоор 30 хувиар бууруулж, цэвэр шатахууны үйлдвэрлэлийг нэмэлтээр 18 хувиар нэмэгдүүлсэн.

Нарийн процессийн загварчлалын тусламжтайгаар бүтээгдэхүүний чанар, гарцыг сайжруулах

Эмийн бодисын үйлдвэрлэлд процессийн загварчлалын бүтээгдэхүүний цэвэрлэгээ болон гарцанд үзүүлэх нөлөө

Эмийн бүтээгдэхүүний салбарт химийн процессийн сайн боловсруулсан аргуудыг ашиглан эмийн үйлдвэрлэлийн үндсэн бодисын цэвэрлэгээг 98%-ийн түвшинд хүртгэж чаддаг. Инженерүүд урвалын загварыг загварчлан харуулж, үйлдвэрлэл эхлэхээс өмнө тусгаарлах алхамуудыг зохион байгуулвал, кристаллжих асуудал, хэтээр үлдэгдсэн уусгагч зэрэг асуудлууд багасч, эмийн бодисын үр дүнг сайжруулдаг. Мөн 2025 оны өгөгдлүүдээс харвал сонирхолтой зүйл гарч байна. Эдгээр нарийн загварчлалын аргуудыг нэвтрүүлсэн үйлдвэрүүд нь туршлагаар олж авсан аргуудыг ашигласан өмнөх аргуудтай харьцуулахад буруу тавигдсан партийн тоог ойролцоогоор 28%-иар бууруулж чаджээ. Ийм шилдэг байдлын сайжруулалт нь үйлдвэрлэгчдийн чанарын хяналт болон санхүүгийн талаас чухал ач холбогдолтой юм.

Хаягдлыг багасгах, үр ашигтай ажиллагааг нэмэгдүүлэхийн тулд материал болон энерги балансыг тооцоолох

Орчин үеийн химийн процессын загварчлал нь худалдан авалтыг бууруулахын тулд бодисын балансыг бодит цагт хянах системийг нэвтрүүлдэг. Нэг вакцин үйлдвэрлэгч нь ферментацийн болон цэвэрлэх үе шатанд хаалттай хяналтын системийг нэвтрүүлснээр буферийн уусмал хэрэглээгээ 42%-иар бууруулжээ. Нөхөн ашигладаг энергийн систем нь одоо дистилляци хийх колонны дулааны хаягдлын 65-80%-ийг дахин ашиглаж, зардлын төвийг байгаль орчны өмч болгон хувиргаж байна.

Цэвэр бодисын үйлдвэрлэлд цэвэршилтийг болон өндөр хүртээмжийг зохицуулах

Тасралтгүй урсгалын реакторын арга нь үндсэндээ онцгой химийн бодисын үйлдвэрлэлд чанарыг хадгалах болон өндөр хүчин чадал хоорондын тэнцвэрийг олоход тулгардаг асуудлыг шийдэжээ. Жишээлбэл, нэг агрохимийн салбарын компани технологийн шилжилт хийснээр чанарын стандартыг нь бууруулалгүйгээр үйлдвэрлэлийн хэмжээгээ хоёр дахин нэмэгдүүлж, изомер сонгомол байдлыг 99.9% орчимд хадгалан ажиллаж чаджээ. Температурын удирдлага нь масштаблалтын үед доод тал нь том асуудал болж үлдээд байна. Иймд орчин үеийн системүүдэд хэт халахыг урьдчилан сэргийлэх зориулалттай тохируулгын системүүдийг нэвтрүүлсэн байдаг. Үүнд хийгдсэн судалгаа нь зориулсан температураас цаашид нэг градусаар л хэтэрснээр катализаторын ажиллах хугацааг дунджаар 400 цагаар бууруулдаг байна. Тиймээс компанийнууд эдгээр температурын зохицуулалтын технологид хөрөнгө оруулж байгаа нь мэдэгдэхүйц юм.

Туршлагын жишээ: Тасралтгүй биопроцесс нь инсулины чанар, нэгэн төрлийг сайжруулахад тусалж байна

Инсулины үйлдвэрлэгчидийн нэг нь традицион нийлмэл цэвэрлэх аргыг бүхэлд нь өөрчлөөд АНУ-ын фармакопейн 621 бүлгийн шаардлагын дагуу 99.997% цэвэршилтийн түвшинд хүрсэн. Үйлдвэр нь үйлдвэрлэлийн шугам дээрээ тасралтгүй хроматографийн аргыг мөн цаг үеийн pH хяналтын системийг нэвтрүүлснээр гарч буй бүтээгдэхүүний алдааг 90%-иар бууруулж, жилийн үйлдвэрлэлийг нэмэлт 2.3 сая тунгаар нэмэгдүүлсэн. Компанийн шинжилгээний платформ нь хэн ч анзаарсангүй байсан нэг зүйлийг илрүүлсэн байна: уурын температур 12 минутын турш хэлбэлзэх үед уурын бүтцийн дээд төвшний өөрчлөлт гарч байв. Эдгээр жижиг хэлбэлзлийг засварлах нь чанарын хяналтын зардлыг жилд дөрвөн сая ам.долларыг хэмнэсэн.

Процессыг оновчтой болгох болон симуляцийг ашиглан үйлдвэрлэлийн зардал, хаягдлыг бууруулах

Процессын симуляцийн хэрэгсэл (Aspen Plus, HYSYS) эрт үеийн химийн процессийн зохиомжинд

Өнөөгийн химийн боловсруулалтын салбарт төслийг бодитоор барьж байгуулахын өмнө төсөөлөл зураг төслийг боловсруулахад симуляцийн программууд нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болсон. Aspen Plus болон HYSYS зэрэг программ хангамж нь инженерүүдэд шаардагдах энергийн хэмжээ, материалын урсгал, төрөл бүрийн тоног төхөөрөмжүүдийн хамтын ажиллагааг судлах боломжийг олгодог бөгөөд NREL-ийн 2023 оны судалгаагаар ойролцоогоор 98 хувийн нарийвчлалтай байдаг. Компаниуд төслийн эхний үед симуляцийг ажиллуулах замаар капиталын зардлаа 12-18 хувиар хэмнэж чаддаг. Энэ нь инженерүүд эхний шатанд хамгийн тохиромжтой реакторын байршил болон цацрагийн хэмжээг тодорхойлж чаддагтай холбоотой юм. Түүнчлэн эдгээр загварууд нь болзошгүй хольцыг урьдчилан таамаглан арилгах боломжийг олгодог тул хаягдлыг бууруулдаг. Салбарын сүүлийн үеийн тайлангууд энэ аргыг хэрэглэсэн компаниуд дизайн өөрчлөлтийг 40 хувь бага хийдэг бол хуучин аргуудад тулгуурласан компаниуд илүү их хийдэг болохыг харуулжээ.

Цацрагт, урвалын болон салгах үйл ажиллагаануудыг оновчтой болгох

Гурван үйл ажиллагааны салбар нь зардлын хэмнэлт болон хаягдлын харьцааг тодорхойлдог:

• Бусадлах талбай : Имитацийн загварчлал дээр суурилсан тавцангийн тохируулга нь цэвэршилтийн 99.5% зааг хадгалах үед энерги хэрэглээгээ 20%-иар бууруулдаг
• Хуваарилагчдын машин : Экзотермийн урвалын динамик загварчлал нь хөргөлтийн системийн давхар төслийн дүнд жилд 740 мянган ам.долларыг хэмнэдэг
• Хувааж авах төхөөрөмж : Мембраны загварчлалын багажийг ашиглан уусгагчийн 92%-ийг татан авдаг бол тогтвортой загварчлалаар зөвхөн 78% татан авдаг

Инженерүүд тус бүрээрээ 150-300 параметрийн сценарийг ажиллуулж, үйл ажиллагааны зардлыг болон дутагдлын түвшинг зэрэг бууруулах чиглэлээр хувилбаруудыг эрхэмлэдэг

Бодит нөлөө: Эффективийг нэмэгдүүлэхийн тулд дулааныг интеграцлах төсөл

Олон улсын нефть химийн томоохон компани сүүлийд процессын имитацийг ашиглан шуургийн хагуулах төхөөрөмжийн шатанга дахин зохион байгуулан дараахь үр дүнг гаргасан:

Тооноор	Зөвлөх	Жилийн хэмнэлт
Энерги унтрах	17%	$2.1M
CO2 ялгаралт	23%	$480k
Систем зогсох хугацаа	31%	$1.7M

Төсөл нь 11 сарын дотор $3.8M-ийн симуляцийн болон хэрэгжүүлэлтийн зардлыг буцаан төлсөн бөгөөд химийн процессын зохиомжийн эдийн засаг, орчин үеийн үр дүнг сайжруулахад интеграцчилсан дижитал хэрэгслүүд хэрхэн хувь нэмэр оруулахыг харуулжээ.

Түгээмэл асуулт

Химийн процессын зохиомжийн гол зорилго юу вэ?

Химийн процессын зохиомжийн гол зорилго нь эх үүсвэр материалыг үнэт бүтээгдэхүүн болгон хувираахыг зэрэгцүүлэн өртөг, чанар, үйлдвэрлэлийн үр ашигтай ажиллагааг хармонич хэмжээнд байлгахад оршино.

Aspen Plus болон HYSYS шиг симуляцийн хэрэгслүүд химийн процессын зохиомжинд яаж тусалдаг вэ?

Aspen Plus болон HYSYS шиг симуляцийн хэрэгслүүд инженерүүд химийн процессын олон талыг загварчлах боломжийг олгодог бөгөөд байгуулалтын өмнө эрчим хүчний хэрэгцээ, материалын урсгал, тоног төхөөрөмжийн ажиллагааг нарийвчлан таамаглах, иймд зардлыг бууруулах, үр ашигтай ажиллагааг сайжруулах боломжийг олгодог.

Химийн процессын зохиомж нь эмийн үйлдвэрлэлд яаж нөлөөлөх вэ?

Эмийн үйлдвэрлэлд химийн процессийн загварчлал нь бүтээгдэхүүний цэвэршилтийг болон гарцыг олшруулахад ихээхэн нөлөө үзүүлдэг. Хүнд хүрээгүй загварчлалын аргуудыг ашиглан үйлдвэрлэгчид бракцалсан төлөөлөлтийг бууруулах боломжтой бөгөөд чанарын удирдлагыг сайжруулж, үр дүнд нь зардлыг хэмнэх, бүтээгдэхүүний чанарыг илүү нарийвчлалтай болгоно.