Введение

Пилотный завод – это предкоммерческая система производства, использующая новую технологию и/или выпускающая небольшие объемы продукции на основе новых технологий, главным образом для изучения этой технологии. Полученные знания затем применяются для проектирования полномасштабных производственных систем и коммерческой продукции, а также для определения дальнейших направлений исследований и обоснования инвестиционных решений. К другим (нетехническим) целям относится завоевание общественной поддержки новых технологий и пересмотр государственных нормативных актов. Понятие "пилотный завод" относительно, поскольку такие заводы обычно меньше полномасштабных производственных предприятий, но могут быть построены в различных масштабах. Кроме того, поскольку пилотные заводы предназначены для обучения, они, как правило, более гибкие, хотя это может быть и менее экономично. Некоторые пилотные заводы строятся в лабораториях с использованием стандартного лабораторного оборудования, в то время как другие требуют значительных инженерных работ, стоят миллионы долларов и собираются и изготавливаются на заказ из технологического оборудования, приборов и трубопроводов. Они также могут использоваться для обучения персонала, который будет работать на полномасштабном заводе. Пилотные заводы, как правило, меньше демонстрационных установок.

Терминология

Слово, похожее на пилотный завод, – это пилотная линия. По сути, пилотные установки и пилотные линии выполняют одни и те же функции, но термин «пилотный завод» используется в контексте производства (био)химической продукции и передовых материалов, а «пилотная линия» – для новых технологий в целом. Термин «килолаборатория» также применяется к небольшим пилотным установкам, указывая на ожидаемые объемы выпуска продукции.

Масштабная зависимость свойств растений

По мере увеличения размера системы свойства системы, зависящие от количества вещества (экстенсивные свойства), могут изменяться. Отношение площади поверхности к объему жидкости в химическом производстве является хорошим примером такого свойства. В небольшом масштабе, например, в колбе, это отношение относительно велико. Однако, при увеличении масштаба реакции до 500 галлонов, отношение площади поверхности к объему жидкости значительно уменьшается. В результате этой разницы в отношении площади поверхности к объему, точная природа термодинамики и кинетики реакции процесса изменяется нелинейно. Именно поэтому реакция в стакане может протекать совершенно иначе, чем та же реакция в крупномасштабном производственном процессе.

Банковая шкала против пилотного проекта против демонстрации

Различия между лабораторной, пилотной и демонстрационной стадиями сильно зависят от отрасли и области применения. В некоторых отраслях промышленности термины «пилотная установка» и «демонстрационная установка» используются как взаимозаменяемые. Некоторые пилотные установки строятся как переносные модули, которые можно легко транспортировать как единый блок. Для периодических процессов, например, в фармацевтической промышленности, лабораторные исследования обычно проводятся с образцами весом 1–20 кг или меньше, в то время как пилотные испытания проводятся с образцами весом 20–100 кг. Демонстрационная стадия, по сути, заключается в работе оборудования с полной коммерческой производительностью в течение продолжительного времени для подтверждения эксплуатационной стабильности. Для непрерывных процессов, например, в нефтеперерабатывающей промышленности, лабораторные системы обычно представляют собой микрореакторы или реакторы с перемешиванием (CSTR) с объемом катализатора менее 1000 мл, предназначенные для изучения реакций и/или процессов разделения в однопроходном режиме. Пилотные установки обычно оснащены реакторами с объемом катализатора от 1 до 100 литров и часто включают разделение продукта и рециркуляцию газа/жидкости с целью замыкания материального баланса. Демонстрационные установки, также называемые полупромышленными установками, изучают экономическую целесообразность процесса в предкоммерческом масштабе, с типичными объемами катализатора в диапазоне 100–1000 литров. Конструкция демонстрационной установки для непрерывного процесса будет тесно соответствовать конструкции будущего коммерческого завода, хотя и с гораздо меньшей производительностью. Ее цель – изучить эффективность катализатора и срок его службы в течение длительного периода времени, одновременно производя значительные количества продукта для маркетинговых испытаний. При разработке новых процессов проектирование и эксплуатация пилотной и демонстрационной установок часто ведутся параллельно с проектированием будущего коммерческого завода, а результаты пилотных испытаний имеют решающее значение для оптимизации технологической схемы коммерческого завода. В тех случаях, когда технология процесса успешно внедрена, экономия, достигаемая в коммерческом масштабе благодаря пилотным испытаниям, обычно значительно превышает стоимость самой пилотной установки.

Шаги по созданию пилотного завода по заказ

Пилотные установки обычно разрабатываются для исследовательских или коммерческих целей. Они могут варьироваться по размеру 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 рабочей пилотной установки одинаковы. Это:

Предварительное проектирование – завершение схемы потока процесса (PFD), основных схем трубопроводов и приборов (P&ID) и первоначальных компоновок оборудования. Инженерное моделирование и оптимизация – создание 2D и 3D моделей с использованием программного обеспечения для моделирования параметров процесса и масштабирования химических процессов. Это программное обеспечение помогает определить ограничения системы, нелинейные химические и физические изменения, а также оптимальные размеры оборудования. Разрабатываются материальные и энергетические балансы, окончательные P&ID и чертежи общей компоновки. Разрабатываются стратегии автоматизации системы (при необходимости). Начинается программирование системы управления, которое продолжается на этапах изготовления и сборки.

Изготовление и сборка – после определения оптимизированного проекта пилотная установка изготавливается и собирается. Пилотные установки могут собираться как на месте, так и вне площадки в виде модульных блоков, которые будут построены и протестированы в контролируемых условиях.

Испытания – проводятся испытания завершенных систем, включая систему управления, для обеспечения правильной работы системы.

Установка и запуск – если конструкция выполнена вне площадки, пилотные блоки устанавливаются на месте. После установки всего оборудования осуществляется полный запуск системы путем ее интеграции с существующими инженерными сетями и системами управления. Проводится проверка и подтверждение полной работоспособности.

Обучение – завершается обучение операторов и передается полная документация по системе.