Опытный завод

Большой пилотный завод в стадии строительства

A Опытный завод - это предкоммерческая производственная система, в которой используются новые производственные технологии и / или производит небольшие объемы продуктов, основанных на новых технологиях, в основном с целью изучения новых технологий. Полученные знания затем используются для проектирования полномасштабных производственных систем и коммерческих продуктов, а также для определения дальнейших исследовательских целей и поддержки инвестиционных решений. Другие (нетехнические) цели включают заручиться общественной поддержкой новых технологий и поставить под сомнение государственные постановления. 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 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, контрольно-измерительных приборов и трубопроводов. Их также можно использовать для обучения персонала для полномасштабного завода. Опытные установки, как правило, меньше демонстрационных.

• 1 Терминология
• 2 Управление рисками
• 3 Зависимость свойств предприятия от масштаба
  • 3.1 Другие факторы
• 4 Стендовые масштабы против пилотного проекта против демонстрации
• 5 шагов к созданию индивидуального пилотного проекта завод
• 6 См. также
• 7 Библиография
• 8 Ссылки

Слово, похожее на пилотную установку, - пилотная линия. 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 «лабораторный килограмм» также используется для небольших пилотных установок, обозначающих ожидаемые объемы производства.

Опытные 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:
  • Исследования химического подобия
  • Математическое моделирование
  • Aspen Plus / Aspen HYSYS моделирование
  • Анализ методом конечных элементов (FEA) Опытный образец гидрокрекинга завод
  • Вычислительная гидродинамика (CFD)
    • Эти теоретические методы моделирования возвращают следующее:
      • Окончательные балансы массы и энергии
      • Оптимизированная конструкция и производительность системы
      • Требования к оборудованию
      • Системные ограничения
      • Основа для определения затрат на строительство пилотного модуля
• Их строительство значительно дешевле, чем полномасштабные установки. бизнес не ставит капитал под такой риск для проекта, который может быть неэффективным или невыполнимым. Кроме того, конструктивные изменения могут быть сделаны дешевле в пилотном масштабе, а изломы в процессе могут быть устранены до того, как будет построен большой завод.
• Они предоставляют ценные данные для проектирования всего масштабное растение. 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. Проектировщики используют данные пилотной установки для уточнения конструкции производственного объекта.

Если система хорошо определена и технические параметры известны, пилотные 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, достижения в моделировании процессов на компьютерах 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.

По мере увеличения размера системы ее свойства, зависящие от количества вещества (с обширными свойствами ), могут изменяться. 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 размера 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.

Другие факторы

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

3D-модель многоцелевой пилотной установки

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

После того, как будут собраны данные о работе пилотной установки, может быть построено более крупное производственное предприятие. 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 технологией. Проточная химия развивает эту тенденцию и использует технологию для мелкомасштабного производства.

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 пилотные 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 продолжительных периодов времени, чтобы доказать стабильность 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 достижения 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 будет осуществляться параллельно с проектированием будущей коммерческой установки, и результаты программ пилотных испытаний являются ключевыми для оптимизации коммерческой технологическая схема завода. Обычно в случаях, когда технология процесса была успешно внедрена, экономия в коммерческом масштабе, полученная в результате пилотных испытаний, значительно перевешивает стоимость самой пилотной установки.

Индивидуальные пилотные установки обычно разрабатываются 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. Это:

1. Предварительный инжиниринг - завершение технологической схемы (PFD), основных схем трубопроводов и КИП (P ID) и первоначальных схем оборудования.
2. Инженерное моделирование и оптимизация - создаются 2D и 3D модели, использование программного обеспечения для моделирования 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 PID и чертежи общего вида.
3. Стратегии автоматизации для системы разрабатываются (при необходимости). Начинается программирование системы управления и будет продолжаться путем изготовления и сборки
4. Изготовление и сборка - после определения оптимизированной конструкции изготавливается и собирается заказной пилотный проект. 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 системные средства управления, проводится для обеспечения надлежащей системы функция.
6. Установка и запуск - при строительстве 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 протестирована и подтверждена.
7. Обучение - завершено обучение операторов и передана полная документация по системе.

• Операционные исследования
• Химическая инженерия
• Технологическая инженерия
• Химик

• М. Левин (редактор), Pharmaceutical Process Scale-Up (Drugs and the Pharmaceutical), 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, Масштабирование в химической инженерии, Wiley-VCH Verlag GmbH Co. KGaA, 2-е издание, ISBN 978-3527314218 (2006).
• Ричард Паллузи, Опытные заводы: проектирование, строительство и эксплуатация, Макгроу-Хилл, февраль 1992 г.
• Ричард Паллузи, Опытные заводы, химическая инженерия, март, 1990 г.

1. ^Ханс Хеллсмарк, Йохан Фришаммар, Патрик Седерхольм, Хокан Юлиненпяя, Роль пилотных и демонстрационных заводов в разработке технологий и инновационной политике, 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. ^Пилотное производство по ключевым 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 г. 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.