«ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО Тамбовский государственный технический университет С.И. ДВОРЕЦКИЙ, Е.В. ХАБАРОВА ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ Рекомендовано ...»

С.И. ДВОРЕЦКИЙ, Е.В. ХАБАРОВА

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

С.И. ДВОРЕЦКИЙ, Е.В. ХАБАРОВА

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Рекомендовано Ученым советом университета в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальностям 260601 «Машины и аппараты пищевых производств», 240902 «Пищевая биотехнология» и направлению 150400 «Технологические машины и оборудование»

Тамбов Издательство ТГТУ УДК 664:721.012.1(075) ББК Н721.7я Д Р еце нз е нт ы:

Кандидат технических наук, доцент, генеральный директор ОАО «Орбита»

Н.М. Страшнов Кандидат технических наук, профессор кафедры МАХП ТГТУ Г.С. Кормильцин Дворецкий, С.И.

Д243 Основы проектирования пищевых производств : учеб. пособие / С.И. Дворецкий, Е.В. Хабарова. – Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн.

ун-та, 2008. – 92 с. – 100 экз. – ISBN 978-5-8265-0695-0.

Изложены основные понятия, принципы и методика проектирования пищевых производств и разработки технологических машин и оборудования. Более подробно рассматриваются вопросы технико-экономического обоснования, расчета, подбора и компоновки технологического оборудования.

Предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Проектирование пищевых производств», «Основы проектирования технологических линий комбинированных продуктов питания».

УДК 664:721.012.1(075) ББК Н721.7я © ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» (ТГТУ), ISBN 978-5-8265-0695- Учебное издание ДВОРЕЦКИЙ Станислав Иванович, ХАБАРОВА Елена Владимировна

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Учебное пособие Редактор О.М. Яр ц ев а Инженер по компьютерному макетированию Т.А. Сы н ко ва Подписано в печать 4.07.2008.

Формат 60 84/16. 5,35 усл. печ. л.

Тираж 100 экз. Заказ № Издательско-полиграфический центр Тамбовского государственного технического университета 392000, Тамбов, ул. Советская, 106, к.

ВВЕДЕНИЕ

В современных социально-экономических условиях прогрессивное развитие техники и технологии переработки сельхозсырья и производства продуктов питания становится одним из главных рычагов возрождения отечественного сельского хозяйства и продовольственного машиностроения. С целью преодоления засилья на российском рынке импортных пищевого сырья и продуктов питания необходимо создавать в регионах современные производства по заготовке и переработке сельхозсырья как на базе крупных агропромышленных предприятий и корпораций, так и сети малых инновационных предприятий, оснащенных конкурентоспособными техникой и технологиями отечественного производства.

Техника и технологии пищевых производств являются составной частью единой производственно-технологической системы, объединяющей агропромышленный и машиностроительный комплексы. С одной стороны, техника является продукцией машиностроительного производства, а с другой – средством производства предприятий агропромышленного комплекса. Следовательно, при модернизации или проектировании пищевого производства должны внедряться инновации в различных, но взаимосвязанных технических и технологических подсистемах пищевых, перерабатывающих и машиностроительных производств.

Проектирование пищевых производств представляет собой сложный, многообразный и трудоемкий процесс, который необходимо рассматривать как совокупность целого ряда социально-организационных и инженерно-технических стадий. В настоящее время предприятия самостоятельно решают многие вопросы своего развития, и от специалистов, отвечающих за вопросы экономического и технического проектирования, требуется хорошее знание теории организации проектирования технологических линий и пищевых производств, методик решения конкретных задач на различных этапах проектирования.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ПРИНЦИПЫ И

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Созданию пищевого производства предшествует разработка технической документации, которая дает возможность осуществить строительство зданий и сооружений, компоновку технологического оборудования, отвечающих необходимым требованиям организовать технологический процесс производства и обеспечить выпуск заданного ассортимента продуктов питания [1 – 7].

Технической документацией называется комплекс технических материалов, содержащих описание (с принципиальными обоснованиями и расчетами) предназначенных к постройке или реконструкции производства, технологических линий и установок.

Проект производства – это комплекс технической документации, необходимой для его сооружения.

Промышленное предприятие – производственно-хозяйственная единица, занятая производством продуктов питания и обладающая производственно-техническим организационным единством.

Производство включает комплекс технологических линий, направленных на изготовление заданного ассортимента продуктов питания.

Состав промышленного предприятия устанавливается в соответствии с делением производства на основное и вспомогательное. Каждое из этих производств включает в себя цеха и службы.

Центральное место в производственном процессе предприятия занимает основное производство, в котором преобладают основные технологические процессы, содержащие совокупность действий, непосредственно связанных с изменением формы, размеров, вида, положения, состояния или свойств предметов труда, для получения нового изделия.

Наряду с основным производством в производственный процесс предприятия входит вспомогательное производство, включающее вспомогательные процессы, необходимые для обслуживания основного производства и обеспечения бесперебойного изготовления выпуска продукции предприятия.

К задачам вспомогательного производства относят обеспечение предприятия всеми видами энергии; изготовление и ремонт всех видов инструмента и технологической оснастки; ремонт и обслуживание технологического и энергетического, транспортного и другого оборудования; приемку, хранение и транспортировку материалов, сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; содержание и ремонт зданий и сооружений предприятия.

Промышленное предприятие, министерство и частное лицо, т.е. организации и лица, заинтересованные в выпуске продукции будущим или реконструируемым производством, выступают в качестве заказчика проекта производства.

Проектная документация разрабатывается проектировщиком, т.е. организацией, имеющей лицензию на проектную деятельность. В разработке и реализации проекта, кроме проектной организации (генерального подрядчика), принимают участие специализированные предприятия: строительные, монтажные, пусконаладочные и т.п., которые именуются субподрядчиками.

Отношения между заказчиками и подрядчиками регламентируются инструкциями о порядке разработки, согласовании, утверждении и составе проектной документации на строительство предприятий, например, Строительные Нормы и Правила (СНиП) 11-01–95 [1].

Отправным пунктом разработки проектной документации является утвержденное обоснование инвестиций в строительство предприятия (предпроектирование). Это технико-экономическое доказательство необходимости создания промышленного объекта. Обоснование инвестиций делает заказчик, а точнее служба маркетинга организации-заказчика. Оно составляется по специальной форме и ориентировочно оценивает технико-экономические показатели будущего предприятия. Обоснование инвестиций утверждается руководителем предприятия-заказчика, рассматривается государственной экспертизой и утверждается инвестором.

Затем, как правило, на конкурсной основе через торги подряда (тендер) определяется генеральный подрядчик, который будет разрабатывать проектную документацию. После конкурсных торгов заказчик и проектировщик заключают договор (контракт), регулирующий правовые и финансовые отношения, взаимные обязательства и ответственность сторон. Неотъемлемой частью договора является задание на проектирование и исходные материалы.

В проекте детализируются принятые в обосновании решения и уточняются основные технико-экономические показатели. Проектировщик в своей деятельности должен руководствоваться законодательными и нормативными актами Российской Федерации.

Проектирование предприятий, зданий и сооружений производится в одну или две стадии.

В первом случае сразу разрабатывают проектно-сметную документацию, необходимую для осуществления строительства, которая именуется рабочий проект. Одностадийное проектирование является более экономичным. Оно применяется тогда, когда возможно использование типовых проектов, отличающихся экономичностью принятых решений. Проектирование в одну стадию производится также при разработке проектов для технически несложных объектов, когда проектные решения относительно просты и могут быть сразу проработаны до конца, доведены до рабочей документации.

Во втором случае для технически сложных объектов с целью исключения ошибок и улучшения качества документации разработка проектной документации начинается с разработки принципиальных проектных решений, а соответствующая им разработанная документация называется проект (первая стадия).

Проект рассматривается и утверждается главным инженером проектной организации, подвергается государственной экспертизе и согласовывается с другими заинтересованными организациями. На основании утвержденного проекта подготавливается при необходимости тендерная документация и проводятся торги подряда на строительство объекта. Затем заключается договор, открывается финансирование строительства, и приступают к детализации принятых принципиальных решений, т.е. разрабатывается рабочая документация (вторая стадия).

Строительство и пуск производства связаны со значительными затратами денежных средств, материальных и трудовых ресурсов, и поэтому они должны вестись по проектам, обеспечивающим:

• реализацию последних достижений науки и техники, передового отечественного и зарубежного опыта;

• внедрение высокопроизводительного энергосберегающего оборудования, установок и агрегатов большой единичной мощности;

• рациональное использование природных ресурсов, комплексное использование сырья и материалов, организацию малоотходной энергосберегающей технологии производства;

• автоматизацию и механизацию производственных процессов, отдельных технологических машин и аппаратов.

Это требует совершенствования самого процесса проектирования, повышения качества проектной документации, четкого определения совокупности нормативных документов по отдельным этапам проектирования.

В проектировании пищевых производств ведущая роль принадлежит технологу, который разрабатывает технологическую схему производства, рассчитывает и выбирает основное оборудование, выдает задания специалистам – смежникам проектной организации на разработку общеинженерных разделов проекта (строительная, монтажно-технологическая, электротехническая, КИП и А, сантехническая и другие части), согласовывает результаты выполнения этих заданий с проектными решениями по логическому разделу. Для координации и увязки всех разделов назначается главный инженер проекта. Он является техническим руководителем проекта в период разработки и реализации его (авторский надзор) и несет ответственность за правильность решений, сроки выполнения и технико-экономические показатели.

В целом методику разработки проектной документации и создания промышленного объекта можно иллюстрировать следующими этапами (рис. 1). Из рисунка видно, что проектирование является итерационным процессом. Принятые решения при обосновании инвестиций не только уточняются, но и могут измениться, например, в процессе подготовки задания на проектирование: обосновывается технология производства, уточняется ассортимент и мощность будущего производства. В свою очередь, решения, принятые при подготовке задания на проектирование, поэтапно корректируются при разработке проекта.

ЭТАПЫ ПОДГОТОВКИ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТА- ОТВЕТСТВЕННЫЕ

ЦИИ И СОЗДАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА

ОРГАНИЗАЦИИ

1. ОБОСНОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИЙ

ПРОЕКТИРОВЩИК

2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНОЙ

ДОКУМЕНТАЦИИ

3. СТРОИТЕЛЬСТВО ЗДАНИЙ

СТРОИТЕЛЬНОИ СООРУЖЕНИЙ.

МОНТАЖНАЯ

МОНТАЖ ОБОРУДОВАНИЯ

ОРГАНИЗАЦИЯ

ПРОЕКТИРОВЩИК

АВТОРСКИЙ НАДЗОР

ПУСКОНАЛАДОЧНЫЕ

4. ПУСКОНАЛАДОЧНЫЕ РАБОТЫ.

ЗАКАЗЧИК

ВВОД В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

2. ОБОСНОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИЙ

Главной задачей этого этапа является определение экономической целесообразности и технической необходимости создания пищевого производства. Раздел «Обоснование инвестиций в строительство объекта» включает в себя:

• определение и обоснование мощности производства с учетом ассортимента и качества продукции;

• выбор технологии производства и типа оборудования;

• составление структурной (эскизной) технологической схемы;

• расчет материальных и тепловых балансов производства, с целью выявления потребности в сырье и уточнения технических требований к нему и источников его поступления;

• выбор площадки строительства и основные данные по генеральному плану предприятия;

• определение расчетной стоимости строительства и основных технико-экономических показателей пищевого производства;

• задание на проектирование и исходные материалы.

Для обоснования предварительные экономические показатели будущего производства, как правило, берутся из опыта работы завода-аналога или определяются проектировщиком по упрощенным ориентировочным расчетам. Так, влияние увеличения мощности производства на капитальные затраты может быть описано следующими выражениями.

Стоимость комплектного оборудования где С' – стоимость оборудования для меньшей базовой мощности (для завода-аналога); K – коэффициент увеличения мощности; – масштабный фактор, зависящий от типа оборудования и изменяющийся в пределах 0,2…1,0.

Общие капитальные вложения Q, необходимые для строительства и монтажа, изменяются от мощности по следующей зависимости:

где Q' – капиталовложения для меньшей базовой мощности; n – масштабный фактор, изменяющийся в пределах 0,38…0,98.

Определив расходы сырья, материалов и затрат энергии на выпуск единицы пищевой продукции, капитальные затраты на строительство зданий и сооружений, затраты на приобретение и монтаж оборудования, приборов, коммуникаций, штаты проектируемого производства, можно ориентировочно оценить себестоимость продукции.

Себестоимость выпускаемого предприятием пищевого продукта складывается из следующих частей:

• затраты на сырье, из которого получают готовый пищевой продукт, и затраты на вспомогательные материалы (при расчете этой статьи себестоимости из затрат вычитают стоимость утилизированных отходов);

• затраты на электроэнергию, пар, горячую воду, сжатые газы, высококипящие теплоносители;

• оплата труда рабочих, обслуживающих технологическое оборудование;

• цеховые расходы (оплата труда управленческого персонала и вспомогательного производственного персонала, расходы на отопление и вентиляцию, на ремонт и обслуживание оборудования, на мероприятия по охране труда и технике безопасности);

• общезаводские расходы на обслуживание общезаводского хозяйства и управленческого аппарата;

• амортизационные расходы.

Такие составные части себестоимости, как затраты на сырье, практически не зависят от объема производства. Увеличение мощности пищевого производства обычно связано с ростом объема основного и вспомогательного оборудования, что приводит к снижению удельных расходов электроэнергии и уменьшению теплопотерь в окружающую среду.

В большей степени себестоимость зависит от цеховых и общезаводских расходов. С увеличением мощности эти затраты остаются приблизительно на одном уровне, а соответственно удельные затраты и себестоимость продукции снижаются.

Таким образом, при возрастании объема производства снижение себестоимости продуктов питания может произойти за счет уменьшения энергетических, цеховых и общезаводских расходов.

Далее рассмотрим основные пункты раздела «Обоснование инвестиций».

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Мощностью производства называют максимально возможный выпуск продуктов питания в требуемом ассортименте и заданном количестве, который может быть осуществлен за определенный период времени.

Мощность производства не является постоянной величиной и должна возрастать по мере его совершенствования в техническом и организационном плане.

Для определения мощности производства используют балансовый и статистический методы [1].

Балансовый метод исходит из конечных показателей плана социально-экономического развития региона на планируемый период.

Суточная производительность проектируемого пищевого производства может быть определена по формуле где kп – поправочный коэффициент к нормам потребления (kп = 0,8...1,1 в зависимости от района); N – расчетная численность населения к моменту ввода предприятия в действие; п – среднегодовая норма потребления продукции на душу населения для данного района; П – производственная мощность действующих предприятий такого же профиля в данном районе, В – ожидаемый ввоз продукции; K – намечаемый вывоз продукции;

z – число рабочих дней в году; kм – коэффициент использования мощности проектируемого производства.

Расчетная численность населения, как правило, определяется по численности на момент составления обоснования и приросту населения на перспективу. Гораздо сложнее определить нормы потребления, так как это величины непостоянные.

По мере изменения благосостояния населения изменяется спрос на те или иные продукты питания, меняется структура питания, соответственно, потребление одних продуктов увеличивается, других – уменьшается.

Мощность перерабатывающих производств, осуществляющих выпуск полупродуктов и сырья для пищевой промышленности, определяется по потребности в данном сырье. Например, потребность в муке выявляется, исходя из планируемого производства хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий.

Так, мощность мукомольных заводов в регионе определяют на основе полученных данных о потребности в муке и фактической производительности действующих предприятий. При этом учитывают вывоз муки за пределы региона и возможный завоз их из других регионов.

Статистический метод предполагает изучение рынков сбыта продуктов питания и построение так называемой S-кривой прогнозирования их развития. Различают четыре характерные стадии развития рынков сбыта (рис. 2):

I – инкубационная стадия (постепенное расширение рынка);

II – стадия роста (экспоненциальное расширение рынка);

III – стадия стабилизации;

IV – стадия сокращения рынка.

Инкубационная стадия I характеризуется выработкой небольших партий продукта для отработки технологии и оценки потребителем качества продукции. Например, ОАО «Орбита» необходимо время для отработки технологии производства новых видов плавленых сыров или майонеза. Полагают, что оценить спрос на новый продукт, ранее не производившийся, можно только во время инкубационного периода.

Стадия роста рынка II предполагает быстрое расширение производства. Продукт находит все большее применение. Если рынок полностью сформирован, то спрос стабилизируется (стадия III). В этот период строительство новых объектов нецелесообразно и все внимание уделяется

ДУКЦИИ

ПРОЕКТИРУЕМОГО ПРЕД-

Рис. 2. Кривая прогнозирования модернизации действующих предприятий. Длительность периода стабилизации зависит от того, насколько данный продукт конкурентоспособен с новой продукцией. Стадия сокращения рынка IV может оказаться довольно короткой (около двух лет) или совсем отсутствовать.

Анализ статистических данных потребления продуктов питания, проекты производства которых намечено разрабатывать, позволяет определить: относится ли спрос на них к периоду роста или стабилизации. Для проектируемых производств промежуточных продуктов следует анализировать статистику потребления тех продуктов, которые изготавливаются из данных полупродуктов. Например, при проектировании предприятий по производству брынзы (полупродукт) анализируется статистика потребления плавленых сыров (продукт).

Одним из статистических методов контроля потребности в продуктах широкого потребления является сравнение предполагаемой динамики их выработки со статистикой роста производства этих продуктов в наиболее технически развитых странах.

Таким образом, статистический метод позволяет прогнозировать темпы роста потребления данного продукта, что дает возможность устанавливать очередность ввода мощностей, начиная с опытно-промышленных технологических линий, кончая крупными производственными цехами.

Для выявления объема выпуска продукции рекомендуется использовать и балансовый, и статистический методы. По балансовому методу рассчитывают максимальное потребление продукта, а статистический метод дает возможность прогнозировать темпы роста производства данного продукта.

2.2. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

Выбор технологии производства определяется следующими факторами.

Ассортимент продукции и вид сырья. Для производства некоторых видов продуктов питания могут быть использованы различные виды сырья. Так, спирт, например, можно получить из картофеля и зерна. Отдельные продукты питания вырабатываются из разных видов сырья и имеют различные свойства. Соответственно, технологии их производства будут различны.

Выбранные технологии должны обеспечить производство продукции в заданном ассортименте и с требуемым качеством.

Качество сырья. Качество вырабатываемой продукции должно соответствовать действующим стандартам или техническим условиям. В целях получения продукции требуемого качества различные по качеству партии сырья приходится смешивать, что находит отражение в технологии. Таковы, например, стадии смешивания отдельных партий муки на хлебозаводах, различных видов пшеницы на мельницах. В технологию включаются также ряд стадий, связанных с очисткой сырья от различных примесей и подготовкой его к производству.

Максимальное использование сырья. Затраты по сырью занимают большой удельный вес в себестоимости продукции пищевых предприятий. Одним из способов улучшения использования сырья является введение в технологию стадий, обеспечивающих тщательную подготовку его к переработке и утилизацию отходов производства. Например, стадия кондиционирования зерна в мукомольном производстве обеспечивает увеличение выхода муки, и далее, на последующих стадиях, технологического процесса проводятся операции, связанные с вымолом отрубей.

Улучшение качества продукции. Наряду с выбором оптимальных условий осуществления отдельных технологических операций одним из способов улучшения качества пищевых продуктов является введение в технологию специальных стадий.

В мукомольном производстве примером таких стадий является обогащение промежуточных продуктов размола зерна, получаемых после их просеивания. Обогащение, т.е. выделение частиц, богатых эндоспермом, позволяет в целом улучшить качество муки, а также увеличить выход ее высоких сортов.

Сокращение числа операций. Каждая технологическая операция требует определенных затрат труда, оборудования, вспомогательных материалов, различных видов энергии и т.п. Поэтому сокращение числа операций приводит к снижению себестоимости продукции и затрат на строительство. Из этого следует, что, во-первых, каждая операция, включенная в технологическую линию, должна быть обоснована с точки зрения затрат на ее осуществление и, во-вторых, при проектировании производства нужно стремиться к совмещению нескольких операций в одну. Совмещение операций, например, сушки с пневмотраспортом, охлаждения с транспортированием, широко распространено в кондитерском и хлебопекарном производствах.

Способ осуществления технологической операции или процесса.

Одну и ту же технологическую операцию часто можно осуществить разными способами, каждый из которых требует неодинаковых затрат ресурсов производства. Различия обычно обусловливаются типом используемого оборудования, а также числом операций, составляющих процесс (холодное и горячее кондиционирование зерна на мельницах, опарный и безопарный способ приготовления теста и т.п.). Спроектированная технологическая линия должна предусматривать наиболее экономичные с точки зрения конечных результатов способы выполнения отдельных технологических операций и процессов.

Сокращение длительности технологических операций. При сокращении длительности отдельных операций уменьшаются затраты труда, энергии и других ресурсов на производство продукции, сокращается потребность в оборудовании и производственных площадях, в связи с чем снижаются себестоимость продукции и капитальные затраты на строительство предприятия. Сокращение длительности операций достигается выбором соответствующих технологических режимов (предельно высокие температуры, скорости работы рабочих органов машин и т.п.), а также включением в технологию дополнительных стадий, обеспечивающих сокращение длительности выполнения других операций. Например, введение в технологию производства пшеничного хлеба операции предварительной активации прессованных дрожжей позволяет наряду с сокращением расхода дрожжей уменьшить время брожения опары.

Принципы выбора технологий пищевого производства можно сформулировать следующим образом:

• разработка маловодных, бессточных и малоотходных технологических процессов, замкнутых по отношению к окружающей среде;

• создание малоотходных технологий, позволяющих максимально и комплексно извлекать все ценные компоненты сырья, превращая их в полезные продукты;

• СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ С НИЗКОЙ ЭНЕРГО-, РЕСУРСО- И КАПИТАЛОЕМКОСТЬЮ, ПОЗВОЛЯЮЩИХ

ВЫПУСКАТЬ КАЧЕСТВЕННУЮ И КОНКУРЕНТОСПОСОБНУЮ ПРОДУКЦИЮ.

Выбор оптимальной технологии производства продуктов питания осуществляют технологи. Они задаются видом сырья и его ресурсами, рассчитывают оценки возможных объемов производства продуктов питания и удельные расходные нормы сырья.

На этом этапе можно произвести предварительный расчет экономической эффективности метода (технологии) производства, основанного на предполагаемой стоимости продуктов и сырья, без учета капитальных и эксплуатационных затрат.

В результате такого анализа выясняется целесообразность дальнейшей проработки данной технологии производства целевых продуктов.

При условии роста масштабов производства продуктов питания следует выделить два направления.

Первое направление предусматривает модернизацию или реконструкцию действующих производств и создание технологии с дальнейшей (более глубокой) очисткой газовых выбросов, воды, выводимой из производства и твердых отходов, вредных для природы и здоровья человека веществ. Такой путь в настоящее время широко применяется, но он малоэффективен.

Второе направление предусматривает создание пищевых технологий и разработку новых технологических линий, обеспечивающих полную переработку сельхозсырья в пищевой продукт с использованием вторичных энергоресурсов на базе принципов рециркуляции и цикличности. При рециркуляции предусматривается создание замкнутых технологических комплексов с возвратом на вход непереработанного сырья, комплексного использования энергии за счет теплообмена между прямыми и обратными потоками.

РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНЫХ И ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ

ПО СТАДИЯМ ПРОИЗВОДСТВА

На основе выбранной технологии производства составляют предварительную эскизную технологическую схему, на которой показывают основные технологические операции (стадии) и материальные потоки между ними, выявляют машины и аппараты, подлежащие усовершенствованию. Разработка этой схемы заключается в создании совокупности технологических операций, направленных на выпуск ассортимента продуктов питания в заданном количестве и с требуемым качеством при минимальной себестоимости. Технологические операции изображаются прямоугольниками, а материальные потоки линиями со стрелками, указывающими направление, и структурная (эскизная) схема принимает следующий вид (рис. 3).

Руководствуясь эскизной технологической схемой, технологи приступают к составлению и расчету уравнений материального баланса для каждой технологической операции. Назначение расчета – определение затрат сырья для получения заданного количества конечного продукта; объемов и составов материальных потоков на каждой операции, количеств и составов отходящих потоков (в том числе сточных вод и газов).

Исходными данными для проведения расчета являются: эскизная технологическая схема производства с указанием основных и вспомогательных процессов; состав исходных веществ (качество сырья) и состав материальных потоков, поступающих на определенную операцию; рецептура продукта; данные регламента о нормативных потерях, состав получаемых потоков для процессов фильтрования, сушки, ректификации и т.п.

При составлении уравнения материального баланса периодического производства допустимые потери сырья составляют при фильтровании 1…2 %, при сушке – 1…10 %, при размоле, дроблении, смешении – 0,5 %, при выпаривании, дистилляции, ректификации – 5…15 %, при фасовке и упаковке – 0,5 %.

Материальный баланс составляют на основании закона сохранения массы: количество поступающих материалов Gн должно быть равно количеству конечных продуктов Gк, получаемых в результате проведения процесса, плюс потери Gп:

Составление и расчет уравнений материального баланса можно проводить двумя способами:

Расчет на 1 т готового продукта. При этом рассчитывают расходные коэффициенты по сырью и объемам материальных потоков, приходящиеся на 1 т готовой продукции. Данные по реальным загрузкам в аппараты, Сахар Конденсат

КОРРЕКТИРОВКА

Лимонная кислота

РОЗЛИВ И

Клей

ВНЕШНЕЕ

Этикетки

ОФОРМЛЕНИЕ

объемам материальных потоков, расходам в каждом аппарате получают после пересчета, в котором учитывают выбранную мощность производства и фонд рабочего времени или часовую производительность.

2. Расчет на одну операцию для периодического процесса и расчет на часовую производительность – для непрерывного. В этом случае получают реальные загрузки в аппараты и объемы материальных потоков.

Одновременно составляют и рассчитывают уравнения теплового баланса по стадиям производства.

Тепловой баланс составляют на основе закона сохранения энергии: количество энергии Qн, поступившей в технологический аппарат, должно быть равно количеству отводимой из аппарата энергии:

где Qк – количество отводимой теплоты; Qп – потери теплоты в окружающее пространство.

Поступившая в аппарат теплота Qн складывается из теплоты, поступающей с исходными материалами, теплоносителями, теплоты физических или биохимических превращений.

Количество отводимой из аппарата теплоты Qк складывается из теплоты, уходящей с конечными продуктами и отводимой теплоносителями.

Из теплового баланса определяют тепловую нагрузку, а затем расход греющего пара, воды или других теплоносителей.

В результате расчетов уравнений материального и теплового балансов определяются связи проектируемого производства с общезаводским хозяйством. Следует отметить, что материальные и тепловые балансы уточняются в процессе разработки проекта.

2.4. ВЫБОР ПЛОЩАДКИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Под площадкой для строительства предприятия понимается земельный участок, используемый для нужд производства и закрепленный за ним в установленном порядке. Выбор площадки осуществляется в соответствии с земельным, лесным, водным законодательствами РФ, а также с учетом проектов районной планировки, генеральных планов городов и поселков, схем развития железных и автомобильных дорог, соответствующих коммуникаций и сетей.

Организационные работы по выбору площадки производит заказчик. При этом создается комиссия, в состав которой входят представители генерального проектировщика, местной администрации, территориальной проектной организации Госстроя России, изыскательских организаций, территориальных и местных органов государственного надзора, штабов военных округов, гражданской обороны и других заинтересованных организаций.

Выбор площадки не проводится, если для размещения предприятия выделена территория в составе промышленного узла, схема которого утверждена. То же самое относится к утвержденным генеральным планам развития городов и районов, в которых установлено место расположения предприятия. Площадка для строительства предприятия в таких случаях уже выбрана и обоснована.

Факторы, обусловливающие выбор площадки для строительства предприятия, многообразны. Их можно подразделить на две группы.

Первую группу составляют: размеры площадки, особенности архитектуры зданий и сооружений предприятия, санитарная вредность проектируемого и соседних предприятий. Эти факторы предопределяют общие направления поиска площадки для проектируемого предприятия. В пределах же районов и зон, определяемых действием этих факторов, выбор площадки обусловливается экономическими соображениями, а именно избранная площадка должна быть наиболее дешевой в освоении и наиболее выгодной в эксплуатации, обеспечивать наиболее целесообразное расселение трудящихся, удобные и краткие пути доставки их к месту работы.

Во вторую группу входят факторы, влияющие непосредственно на экономику предприятия: транспортные условия размещения предприятия; ориентировочная потребность в сырье и расположение источников сырья и рынков сбыта готового продукта; расположение источников и способы получения электроэнергии, пара, воды, а также условия устройства канализации; потребность в рабочей силе (по квалификациям); количество и состав отходов, подлежащих удалению, способы их обезвреживания; возможности комбинирования производств; условия подвоза строительных материалов.

Для оптимального выбора района строительства нового промышленного объекта проводится технико-экономическая оценка площадки, сравниваются несколько (не менее трех) площадок, пригодных для размещения предприятия по факторам первой группы, и на основе анализа суммарного влияния факторов второй группы выявляется площадка, обеспечивающая наилучшие экономические показатели.

В табл. 1 отражены факторы, регламентирующие размещение пищевых предприятий различного профиля.

Размещение предприятий в районе производства сырья. Транспортировка пищевых продуктов связана со значительными затратами. Поэтому при размещении предприятий пищевой промышленности нужно решить, достигается ли экономия транспортных расходов благодаря расположению предприятия в районе производства сырья и можно ли за счет этого свести к минимуму порчу сырья и его повреждения при транспортировке. Специфика многих пищевых предприятий связана с ярко выраженной сезонностью сбора и переработки фруктов и овощей. Часть фруктов и ягод весьма чувствительна к транспортировке, поэтому целесообразно производить их переработку непосредственно близ места произрастания и возводить предприятия по переработке фруктов и овощей в сельских поселениях или в малых городах.

1. Факторы, регламентирующие размещение предприятий пищевой промышленности Изготовление хлебобулочных и кондитерских изделий длительного 5. Получение растительных масел и 7. Изготовление вкусовых продуктов.

9. Изготовление продуктов брожения и напитков.

П р и м е ч а н и е. – решающий, * – важный, + – подчиненный критерии, – – отсутствие критерия.

Фрукты должны перерабатываться в соки близ места их произрастания. В интересах экономии транспортных расходов следует решить, должен ли розлив соков в бутылки и банки производиться непосредственно на предприятии или же соки должны транспортироваться в больших резервуарах на станцию розлива, находящуюся в городе.

Переработка морской рыбы начинается уже на плавучих рыбоконсервных заводах. После прибытия судов в порты происходит дальнейшая переработка на предприятиях, находящихся непосредственно на берегу моря. Изготовление рыбных консервов концентрируется, в основном, в прибрежном округе. В отличие от этого, производство скоропортящихся продуктов и гастрономических деликатесов осуществляется в глубинных районах страны.

Птицебойни тесно связаны с комбинатами по промышленному откорму птицы или же являются специальными отделениями боен комбинатов. Они могут быть приданы к центральным поселкам сельских районов. Это относится и к предприятиям по убою кроликов, свиней, крупнорогатого скота.

Крупяные заводы целесообразно строить в местах производства крупяного сырья.

Размещение предприятий в зоне потребления. Производство основных пищевых продуктов, необходимых в больших количествах для снабжения населения, осуществляется с ориентацией на возможности сбыта. Зона потребления большей частью охватывает одну область или большой город. К обеспечивающим предприятиям относятся филиалы мясокомбинатов, молочные и хлебозаводы, макаронные фабрики, а также пивоваренные заводы и заводы безалкогольных напитков.

Некоторые предприятия по производству масла, маргарина, кондитерских изделий, предприятия вкусовой и табачной промышленности располагаются в средних по величине городах, хотя они снабжают зону, намного большую, нежели одна область. Однако их число ограничено.

В строительстве новых производственных зданий в этих местах нет необходимости.

При проектировании кондитерских предприятий стремятся их максимально приблизить к местам потребления продукции, так как кондитерские изделия плохо переносят дальние перевозки, качество их снижается, появляется брак. Для сохранения качества при транспортировке требуются специальная упаковка и транспортные средства. Кроме того, сравнительно невелики гарантийные сроки хранения готовой продукции (всего 1 – 3 суток для тортов и пирожных, 3 – 6 месяцев для шоколадных изделий).

Мукомольные заводы целесообразно строить в тех местах, где будет использовано максимальное количество вырабатываемой продукции. Такими потребителями являются крупные промышленные центры и регионы. Продукцию мукомольных заводов следует перевозить на самые короткие расстояния с минимальным количеством грузовых операций.

Размещение предприятий в зоне города. Предприятия пищевой промышленности могут быть размещены в следующих четырех зонах города.

Центр города со старой городской застройкой. Большинство небольших предприятий рассредоточены и располагаются на стесненных территориях. Земельные участки плотно застроены, необходимы реконструктивные мероприятия, но это не исключает возможности размещения предприятий, не имеющих производственных вредностей, в центре города.

Район компактной внутригородской застройки. Характеризуется преимущественно квартальной застройкой, плотность которой высока. В связи с этим образуется слишком тесное соседство предприятий и жилых зданий, часто с неудобными «пересечениями» функционального характера.

Окраинный район города. Площади, занятые промышленными предприятиями, находятся вне замкнутой городской застройки, смешение с жилой застройкой и воздействие на ее функции незначительно.

Предприятия пищевой промышленности могут располагаться во всех рассмотренных городских районах. Предварительным условием для их рационального размещения является учет их взаимосвязи, устранение отрицательного воздействия предприятий на условия проживания людей, а также увязка всех этих факторов с конкретными особенностями места их расположения. В качестве критериев для размещения предприятий в структуре города выбираются: отношение площади земельного участка к численности производственного персонала, процент застройки (отношение застроенной площади к незастроенной), средняя этажность, масса поступающих для перевозки грузов.

Предприятия по переработке продукции отличаются высокой степенью потребности в площади, малой плотностью застройки и значительной массой грузов, поступающих для перевозки. Эти предприятия возводятся в основном в промышленных районах города, в районах рассредоточенной городской застройки или на окраинах города.

Предприятия, характеризующиеся средними градостроительными показателями, могут строиться как в промышленных районах города, так и в районах смешанной застройки, где обеспечивается удобная связь между местами проживания и работы.

Предприятия, характеризующиеся малой потребностью в площади, высоким процентом застройки, а также малой массой поступающих для перевозки грузов, могут располагаться и во внутренних районах города. Примером этого могут служить предприятия по производству хлеба.

Предприятия, на которых преимущественно заняты женщины (предприятия пищевой и вкусовой промышленности, кондитерских товаров и напитков), должны в пределах, допускаемых названными выше критериями, удобно располагаться относительно жилых районов.

Транспортные связи с городом важны как в аспекте транспортировки сырья и готовой продукции, так и в аспекте проезда персонала предприятия на общественном транспорте. Должны обеспечиваться беспрепятственные по мере возможности приезд и отъезд работающего на предприятии персонала.

Почти все предприятия пищевой промышленности для реализации своего производственного процесса нуждаются в больших количествах воды, безупречной в санитарном отношении. Поэтому процесс водоподготовки играет важную роль.

Если необходимая для производственных нужд вода не может быть получена из городской водопроводной сети, то должны быть изысканы возможности для организации собственного водоснабжения, например, путем устройства артезианских колодцев.

Сточные воды, поступающие от предприятий пищевой промышленности, следует обрабатывать в зависимости от степени их загрязненности, прежде чем отводить их в реку или другой водоприемник. В районе размещения предприятий должны иметься возможности для строительства соответствующих очистных установок.

Наличие центральных установок для снабжения предприятий электрической и тепловой энергией является весьма благоприятным фактором, поэтому следует стремиться к концентрации предприятий в форме промышленных комплексов.

Не последнюю роль при размещении предприятия играет учет вопросов, связанных с охраной окружающей среды. Некоторые предприятия пищевой промышленности могут оказывать на жилые районы такие отрицательные воздействия, которых, безусловно, следует избегать.

Учет производственных вредностей. Предприятия могут ухудшать условия проживания или наносить вред окружающим жилым районам вследствие распространяемого ими шума, вибраций, неприятных запахов, повышенной пожарной опасности и загрязнения воздушной среды. С другой стороны, предприятия пищевой промышленности подвергаются воздействиям промышленных установок со значительными выбросами, загрязняющими воздух, а также таящими в себе опасность инфекционного заражения (например, городские очистные сооружения), от которых, в связи со сказанным выше, нужно их располагать как можно дальше. Шум, вызываемый работой предприятий пищевой промышленности, большей частью незначителен. Во многих случаях этот шум перекрывается шумом уличного движения. Уличный шум особенно заметен и мешает жителям жилых районов и районов смешанной застройки в ранние утренние часы, когда производятся доставка и вывоз грузов. Это, прежде всего, относится к молоко- и хлебозаводам, которые не должны располагаться в непосредственной близости от жилых районов.

Неприятные запахи распространяются рыбо- и мясоперерабатывающими, отчасти также и молокоперерабатывающими предприятиями, прежде всего сыроварнями. Причиной возникновения этих неприятных запахов являются открытое хранение остатков продукции, отходы производства органического происхождения и сточные воды. Поэтому нужно уделять внимание правильно организованному складированию, удалению и переработке отходов и соответствующей очистке сточных вод. Названные выше предприятия не могут размещаться непосредственно в жилых кварталах, а должны концентрироваться в промышленных районах города.

Хотя загрязнение атмосферы дымовыми газами и пылью вследствие работы предприятий пищевой промышленности играет второстепенную роль, следует строго соблюдать законодательные акты, касающиеся предотвращения дальнейшего роста загрязнения воздуха. Это особенно относится к предприятиям по хранению, очистке и переработке зерновых продуктов, поскольку при процессах их перемещения образуется и попадает в атмосферу большое количество пыли. Все предприятия пищевой промышленности должны строиться в зонах, свободных от запахов, газов и пыли и безупречных в санитарном отношении, для того чтобы качество изделий не снижалось вследствие отрицательных внешних воздействий.

В комплекс работ по выбору оптимального варианта входят:

• инженерные обследования и изыскания в объеме, требуемом для выбора площадки;

• получение у заинтересованных организаций технических условий на подключение объекта к инженерным и транспортным коммуникациям;

• разработка проектных предложений по технологической схеме, составу завода, схеме генерального плана, энерго- и водоснабжению, транспорту сырья и готовой продукции, защите окружающей среды, жилищно-гражданскому строительству;

• технико-экономическое сравнение альтернативных вариантов и выбор оптимального варианта размещения предприятия.

2.5. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Ответственным за разработку задания является заказчик проекта. Непосредственная разработка задания на проектирование производится проектировщиком по поручению заказчика.

Задание на проектирование должно содержать следующие сведения [1, 2]:

• наименование производства и предприятия;

• основание для проектирования;

• вид строительства;

• стадийность проектирования;

• требования по вариантной и конкурсной разработке;

• особые условия строительства;

• основные технико-экономические показатели объекта, в том числе мощность, производительность, производственная программа;

• требования к качеству, конкурентной способности и экологическим параметрам продукции;

• требования к технологии, режиму предприятия;

• требования к архитектурно-строительным, объемно-планировочным и конструктивным решениям;

• выделение очередей и пусковых комплексов, требования по перспективному расширению предприятия;

• требования и условия по разработке природоохранных мер и мероприятий;

• требования к режиму безопасности и гигиене труда;

• требования по ассимиляции производства;

• требования по разработке инженерно-технических мероприятий гражданской обороны и мероприятий по предупреждению чрезвычайных ситуаций;

• требования по выполнению опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ;

• состав демонстрационных материалов.

Задание на проектирование должно нацеливать проектную организацию на разработку документации с учетом последних достижений науки и техники с тем, чтобы будущее предприятие было технически передовым, выпускало продукцию высокого качества при научно обоснованных нормах затрат труда, сырья, материалов и топливно-энергетических ресурсов.

Кроме того, проектировщик должен при проектировании объекта обеспечить высокую эффективность капитальных вложений, рациональное использование земель, охрану окружающей природной среды, сейсмостойкость, взрыво- и пожаробезопасность.

На данном этапе выполнения работ, как и в течение всего процесса проектирования, используется внутренняя и внешняя информация.

Составными частями внутренней информации являются материалы технического архива и библиотеки проектной организации, а также опыт и квалификация самих проектировщиков. Эта внутренняя информация может принести пользу лишь при быстром введении ее в процесс проектирования, что, в свою очередь, зависит от системы управления и организации труда в проектной организации. Эффективность внутренней информации зависит от непрерывного ее расширения и обновления при использовании обратной связи (корректировка и проверка данных внутренней информации в процессе строительства и эксплуатации проектируемых предприятий) и может быть достигнута применением систем автоматизированного проектирования.

Слагаемыми внешней информации являются исходные данные, получаемые от заказчика и исследовательских институтов, регламенты предприятий-аналогов и другие сведения по проектируемому объекту, поступающие извне. Конечным результатом переработки внутренней и внешней информации является проект предприятия.

Вся информация, полученная на стадии предпроектной проработки, составляет необходимые исходные материалы для проектирования. Объем их зависит от характера намеченного строительства (новостройка, расширение, реконструкция) и состава проектируемого объекта. Исходные материалы готовит заказчик с привлечением генерального проектировщика и отраслевого научно-исследовательского института.

При строительстве нового объекта к основным исходным материалам относятся:

• обоснование инвестиций в строительство объекта;

• решение местного органа исполнительной власти о предварительном согласовании места размещения объекта;

• акт выбора земельного участка для строительства объекта;

• архитектурно-планировочное задание;

• технические условия на присоединение проектируемого объекта к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникациям;

• исходные данные по оборудованию, в том числе индивидуального изготовления;

• необходимые данные по выполненным научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам, связанным с созданием технологических процессов и оборудования;

• материалы инвентаризации, акты и решения органов местной администрации о размере компенсации за сносимые здания и сооружения;

• материалы местной администрации, органов государственного надзора о социально-экономической обстановке, состоянии окружающей среды в районе строительства;

• материалы инженерных изысканий и обследований (по существующим сооружениям, сетям и коммуникациям);

• техническая характеристика продукции будущего предприятия;

• задание на разработку тендерной документации на строительство (при необходимости);

• заключение и материалы, выполненные по результатам обследования действующих производств, конструкций зданий и сооружений;

• технологические планировки действующих цехов, участков со спецификацией оборудования и сведениями о его состоянии, данными об условиях труда;

• условия на размещение временных зданий и сооружений, подъемно-транспортных машин и механизмов, мест складирования строительных материалов;

• другие необходимые материалы.

3. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Разработка проектной документации заключается в конкретизации и проверке решений, принятых при составлении обоснований инвестиций.

Рабочий проект при одностадийном проектировании содержит:

• пояснительную записку с технико-экономическим обоснованием;

• перечень типовых и повторно применяемых экономичных проектов;

• изменения и дополнения в связи с привязкой их к местным условиям;

• сводную смету;

• рабочие чертежи (генерального плана, архитектурно-строительных планов, чертежи зданий, технических трубопроводов, фундаментов под оборудование и т.д.);

• паспорт рабочего проекта.

Подготовленный рабочий проект представляется на экспертизу и утверждение.

При двухстадийном проектировании полностью состав проекта определяется инструкцией (в настоящее время СНиП IIПроект должен содержать разделы:

• общая пояснительная записка;

• генеральный план и транспорт;

• технологические решения;

• управление производством, предприятием и организация условий и охраны труда рабочих и служащих;

• архитектурно-строительные решения;

• инженерное оборудование, сети и системы;

• организация строительства;

• охрана окружающей среды;

• инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций;

• сметная документация;

• эффективность инвестиций.

Рабочая документация разрабатывается на основании утвержденного проекта и состоит из рабочих чертежей, смет, ведомостей объемов строительных и монтажных работ, ведомостей потребности в материалах, спецификации на оборудование, паспорта строительных рабочих чертежей и сооружений. Рабочие чертежи подразделяются на чертежи для производства строительных и монтажных работ, для установки технологического и другого оборудования, сетей и устройств всех видов энергоснабжения, элементов строительных конструкций и некоторые другие.

Рассмотрим структуру проекта при двухстадийном проектировании подробнее.

1. Общая пояснительная записка содержит:

• основание для разработки проекта;

• исходные материалы для проектирования;

• краткую характеристику предприятия и входящих в его состав производств;

• данные о проектной мощности и номенклатуре, качестве, конкурентоспособности, технологическом уровне продукции, сырьевой базе, потребности в топливе, воде, тепловой и электрической энергии, комплексном использовании сырья, отходов производства, вторичных энергоресурсов;

• сведения о социально-экономических и экологических условиях района строительства;

• основные показатели по генеральному плану, инженерным сетям и коммуникациям, мероприятия по инженерной защите территории;

• общие сведения, характеризующие условия и охрану труда работающих; санитарно-эпидемиологические мероприятия;

• сведения об использованных в проекте изобретениях;

• технико-экономические показатели, полученные в результате разработки проекта, их сопоставление с показателями утвержденного (одобренного) обоснования инвестиций в строительство объекта и установленными заданием на проектирование;

• сведения о проведенных согласованиях проектных решений; подтверждении соответствия разработанной проектной документации государственным нормам, правилам, стандартам, исходным данным, а также техническим условиям и требованиям, выданным органами государственного надзора (контроля) и заинтересованными организациями при согласовании места размещения объекта (площадки строительства).

2. Генеральный план и транспорт – приводятся краткая характеристика района и площадки строительства; решения и показатели по ситуационному и генеральному плану (с учетом зонирования территории), внутриплощадочному и внешнему транспорту, выбор вида транспорта, основные планировочные решения, мероприятия по благоустройству территории; решения по расположению инженерных сетей и коммуникаций; организация охраны предприятия. Данный раздел содержит чертежи:

• ситуационный план размещения предприятия, здания, сооружения с указанием на нем существующих и проектируемых внешних коммуникаций, инженерных сетей и подсобных территорий, границы санитарно-защитной зоны, особо охраняемой территории. Для линейных сооружений приводится план трассы (внутри- и внешнеплощадочных), а при необходимости – продольный профиль трассы;

• картограмму земельных масс;

• генеральный план, на котором наносятся существующие и проектируемые (рекомендуемые) и подлежащие сносу здания и сооружения, объекты охраны окружающей среды и благоустройства, озеленение территории, принципиальные решения по расположению внутриплощадочных инженерных линий и транспортных коммуникаций, планировочные отметки территории. Выделяются объекты, сети и транспортные коммуникации, входящие в пусковые комплексы.

3. Технологические решения содержат:

• данные о производственной программе;

• характеристику и обоснование решений по технологии производства;

• данные о трудоемкости изготовления продукции, механизация и автоматизация технологических процессов;

• состав и обоснование применяемого оборудования (в том числе импортного);

• решения по применению малоотходных и безотходных технологических процессов и производств, вторичному использованию ресурсов;

• предложения по организации контроля качества продукции;

• решения по организации ремонтного хозяйства;

• данные о количестве и составе вредных выбросов в атмосферу и сбросов в водные источники по отдельным цехам, производствам, сооружениям;

• технические решения по предотвращению (сокращению) выбросов и сбросов вредных веществ в окружающую среду; оценка возможности возникновения аварийных ситуаций и решения по их предотвращению;

• вид, состав и объем отходов производства, подлежащих утилизации и захоронению;

• топливно-энергетический и материальный балансы технологических процессов;

• потребность в основных видах ресурсов для технологических нужд.

Основные чертежи этого раздела:

• принципиальные технологические схемы производства;

• компоновочные чертежи (планы и разрезы) по корпусам (цехам);

• функциональные и принципиальные схемы автоматизации технологических процессов и энергоснабжения технологического оборудования;

• схемы грузопотоков.

4. Управление производством, предприятием и организация условий и охраны труда рабочих и служащих выполняется в соответствии с нормативными документами. В нем рассматриваются организационная структура управления предприятием и отдельными производствами, автоматизированная система управления и ее информационное, функциональное, организационное и техническое обеспечение; автоматизация и механизация труда работников управления, результаты расчетов численного и профессионально-квалификационного состава работающих; число и оснащенность рабочих мест; санитарногигиенические условия труда работающих; мероприятия по охране труда и технике безопасности, в том числе решения по снижению производственных шумов и вибраций, загрязненности помещений, избытка тепла, повышению комфортности условий труда и т.д.

5. Архитектурно-строительные решения – в них приводятся сведения об инженерно-геологических, гидрогеологических условиях площадки строительства. Дается краткое описание и обоснование архитектурно-строительных решений по основным зданиям и сооружениям; обоснование принципиальных решений по снижению производственных шумов и вибрации; бытовому, санитарному обслуживанию работающих. Разрабатываются мероприятия по электро-, взрыво- и пожаробезопасности; защите строительных конструкций, сетей и сооружений от коррозии. Основные чертежи: планы, разрезы и фасады основных зданий и сооружений со схематическим изображением основных несущих и ограждающих конструкций.

6. Инженерное оборудование, сети и системы – раздел содержит решения по водоснабжению, канализации, теплоснабжению, газоснабжению, электроснабжению, отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха. Дано инженерное оборудование зданий и сооружений, в том числе: электрооборудование, электроосвещение, связь и сигнализация, радиофикация и телевидение, противопожарные устройства и молниезащита; диспетчеризация и автоматизация управления инженерными сетями. Основные чертежи раздела:

• планы и схемы теплоснабжения, электроснабжения, газоснабжения, водоснабжения и канализации и др.;

• планы и профили инженерных сетей;

• чертежи основных сооружений;

• планы и схемы внутрицеховых отопительно-вентиляционных устройств, электроснабжения и электрооборудования, радиофикации и сигнализации, автоматизации управления инженерными сетями и др.

7. Организация строительства разрабатывается в соответствии со СНиП «Организация строительного производства» и с учетом условий и требований, изложенных в договоре на выполнение проектных работ, и имеющихся данных о рынке строительных услуг.

8. Охрана окружающей среды выполняется в соответствии с государственными стандартами, строительными нормами и правилами, утвержденными Минстроем России, нормативными документами и другими нормативными актами, регулирующими природоохранную деятельность.

9. Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны, по предупреждению чрезвычайных ситуаций выполняются в соответствии с нормами и правилами в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Для определения стоимости строительства предприятий, зданий и сооружений (или их очередей) составляется сметная документация в соответствии с положениями и формами, приводимыми в нормативно-методических документах Минстроя России по определению стоимости строительства.

10. Сметная документация, разрабатываемая на стадии проекта, должна иметь:

• сводные сметные расчеты стоимости строительства и, при необходимости, сводку затрат (если капиталовложения предусматриваются из разных источников финансирования);

• объектные и локальные сметные расчеты;

• сметные расчеты на отдельные виды затрат (в том числе на проектные и изыскательские работы).

Для определения стоимости строительства рекомендуется использовать действующую сметно-нормативную (нормативно-информационную) базу, разрабатываемую, вводимую в действие и уточняемую в установленном порядке.

Разработку сметной документации рекомендуется приводить в двух уровнях цен:

1) в базисном (постоянном) уровне, определяемом на основе действующих сметных норм и цен;

2) в текущем или прогнозируемом уровне, определяемом на основе цен, сложившихся ко времени составления смет или прогнозируемых к периоду осуществления строительства.

В состав сметной документации проектов строительства включается также пояснительная записка, в которой приводятся данные, характеризующие применяемую сметно-нормативную (нормативно-информационную) базу, уровень цен и другие сведения, отражающие условия данной стройки.

На основе текущего (прогнозируемого) уровня стоимости, определенного в составе сметной документации, заказчики и подрядчики формируют свободные (договорные) цены на строительную продукцию. Эти цены могут быть открытыми, т.е. уточняемыми в соответствии с условиями договора (контракта) в ходе строительства, или твердыми (окончательными). В результате совместного решения заказчика и подрядной строительно-монтажной организации оформляется протокол (ведомость) свободной (договорной) цены на строительную продукцию по соответствующей форме.

При составлении сметной документации, как правило, применяется ресурсный (ресурсно-индексный) метод, при котором сметная стоимость строительства определяется на основе данных проектных материалов о потребных ресурсах (рабочей силе, строительных машинах, материалах и конструкциях) и текущих (прогнозируемых) ценах на эти ресурсы.

В сводном сметном расчете отдельной строкой предусматривается резерв на непредвиденные работы и затраты, исчисляемые от общей сметной стоимости (в текущем уровне цен) в зависимости от степени проработки и новизны проектных решений. Для строек, осуществляемых за счет капитальных вложений, финансируемых из республиканского бюджета Российской Федерации, размер резерва не должен превышать трех процентов по объектам производственного назначения и двух процентов по объектам социальной сферы.

11. Эффективность инвестиций. Раздел готовится на основе количественных и качественных показателей, полученных при разработке соответствующих частей проекта, выполняются расчеты эффективности инвестиций. Производится сопоставление обобщенных данных и результатов расчетов с основными технико-экономическими показателями, определенными в составе обоснований инвестиций в строительство данного объекта.

Примерный перечень технико-экономических показателей приведен в табл. 2.

2. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Мощность предприятия, годовой выпуск продукции:

Удельный расход на единицу мощности:

электроэнергии Годовой выпуск продукции на работающего:

Общая стоимость строительства, в том числе строительно- тыс. р.

РАССМОТРИМ НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ ПРОЕКТА.

Первоочередной задачей является анализ исходных данных с целью проверки обоснованности рекомендованного метода производства. Если учесть, что один и тот же продукт можно получить различными методами и из различного сырья, то решающим фактором при выборе схемы часто оказывается стоимость сырья. Это объясняется тем, что в промышленности затраты на сырье составляют значительную долю производственных расходов.

Сравнивая с технологической точки зрения непрерывный и периодический способы получения одного и того же продукта, следует помнить, что эффективное применение непрерывного метода возможно при наличии сырья с постоянными заданными физико-химическими свойствами, надежного контроля производства с автоматическим поддержанием необходимых параметров процесса, надежной и бесперебойной работы оборудования. Для периодического производства характерен пооперационный контроль, требования к которому должны быть высокими с целью обеспечения заданного качества продукта.

В целом непрерывные производства имеют значительные преимущества перед периодическими: возможность постадийной специализации аппаратуры, стабилизация процесса во времени, а, следовательно, постоянное качество продукта, возможность регулировки параметров процесса и полной его автоматизации. Непрерывные схемы предусматриваются, как правило, для крупно- и среднетоннажных производств, а периодические – для малотоннажных, что объясняется в первом случае рентабельностью применения средств автоматизации.

На данном этапе проектирования изучают различные технологии получения продуктов питания, которые будет выпускать проектируемое производство. При этом учитывают новейшие результаты исследований по усовершенствованию технологии производства, анализируют регламенты действующих и опытных производств-аналогов, проверяют нормы расхода сырья, вспомогательных материалов, рекомендации по выбору конструкционных материалов для изготовления оборудования. При рассмотрении базового регламента проектировщик намечает пути усовершенствования некоторых технологических узлов с учетом последних достижений науки и техники.

Основные направления новых технических решений:

в зерноперерабатывающей промышленности – разработка оборудования для приемки, транспортирования и хранения зерна, обеспечивающего энергосбережение, экологическую безопасность, повышение технического и технологического уровня производства, сокращение потерь зерна и сохранение его качества;

в хлебопекарной и макаронной отраслях – разработка специальных видов оборудования для производства хлебобулочных изделий длительного хранения; пекарен различного типа (универсальных для выработки хлебобулочных, кондитерских, диетических изделий и др.) производительностью 0,2 – 5 т/сут.; оборудования для производства макаронных изделий быстрого приготовления, не требующих варки;

в сахарной отрасли – разработка оборудования для эффективного хранения сахарной свеклы, очистки сока (с применением новых мембранных, физико-химических, физико-механических и биотехнологических методов), кристаллизации сахара с помощью различных методов физического воздействия, производства сахара с минимальным расходом пара на технологические нужды, эффективного использования и анаэробной очистки сточных вод, переработки и использования отходов свеклосахарного производства;

в крахмало-паточной отрасли – разработка оборудования для производства крахмала из картофеля, кукурузы и новых видов сырья, для изготовления модифицированных крахмалов, декстрина, экструзионных крахмалов, биологически разрушаемых полимеров; для изготовления сахаристых веществ из крахмала и крахмалсодержащего сырья; для получения безбелковых продуктов лечебного питания и гидролизованного амилопектинового крахмала;

в масло-жировой отрасли – разработка оборудования для производства биологически полноценных, экологически безопасных, лечебно-профилактических пищевых растительных масел (в том числе линий дезодорации и физической рафинации, обеспечивающих получение высококачественных дезодорированных масел, сокращение отходов, потерь сырья и энергоресурсов); для производства модифицированных жиров (в том числе комплексов оборудования для производства заменителей какао-масла из отечественного жирового сырья на основе биотехнологии); для производства высококачественной маргариновой продукции и новых видов диетических майонезов; для получения биологически полноценных белковых продуктов из масляничного растительного сырья (в том числе комплекса оборудования для производства заменителей женского молока на основе соевых белково-липидных композиций);

в кондитерской отрасли – разработка специальных видов оборудования для производства кондитерских изделий лечебно-профилактического назначения и детского питания; комплексов оборудования для автоматизированных процессов преобразования исходного сырья и кондитерских масс (в том числе измельчения сырья и полуфабрикатов, приготовления рецептурных смесей при весовом дозировании компонентов; уваривания, охлаждения и темперирования полуфабрикатов;

смешивания высоковязких кондитерских масс; формования и стабилизации формы заготовок); оборудования для весового дозирования и упаковывания кондитерских изделий; комплексов оборудования для производства сахарных и мучнистых кондитерских изделий на малых предприятиях;

в плодоовощной отрасли – разработка оборудования для производства консервированных стерилизованных продуктов с использованием физических способов обработки сырья и полуфабрикатов, обеспечивающих получение продукции с повышенной биологической ценностью и сокращение вредного воздействия на окружающую среду (в том числе оборудования для производства концентрированных соков с использованием ИК-излучения и ультрафильтрационной обработки сокоматериалов; для стерилизации и пастеризации консервированной плодоовощной продукции); для производства сушеных плодов и овощей длительного хранения различной степени обезвоживания (в том числе оборудования с использованием нетрадиционных источников теплоты и способов энергоподвода для частичного или практически полного удаления влаги из растительного сырья, обеспечивающего выработку кусковых или диспергированных, многокомпонентных продуктов с максимально возможным сохранением питательных веществ и вкусовых достоинств сырья и длительными сроками хранения, оборудования для фасования продукции в экологически безопасные, саморазрушающиеся комбинированные материалы); для производства нестерилизованных продуктов переработки плодов и овощей, консервированных с использованием холода, консервантов и ферментативных процессов (в том числе линий производства быстрозамороженных продуктов с использованием системы охлаждения сухим льдом для предприятий малой мощности; производства быстрозамороженных продуктов повышенной питательной ценности и сбалансированных по основным питательным веществам; производства лактоферментированных овощных соков и напитков); для получения продуктов целевого назначения из вторичного сырья (в том числе комплексов оборудования для получения пектина с использованием мицелиальных грибов целлюлазного действия; комплексных пищевых добавок на основе растворимых балластных веществ из отходов сокового консервного производства;

ароматических, красящих и загущающих веществ на основе экстракционной обработки вторичных сырьевых ресурсов);

в пищеконцентратной отрасли – разработка комплексов оборудования для производства пищевых концентратов: хлопьев из злаковых культур с высокой питательной ценностью и варено-сушеных круп высокой степени кулинарной готовности;

для производства сушеных быстровосстанавливаемых фруктов, овощей и картофеля (в том числе оборудования для производства сушеных овощей и картофеля быстрого приготовления с использованием холода; обезвоженных продуктов высокого качества и длительных сроков хранения способом вакуум-сублимационной сушки; для получения концентрированных жидких продуктов растительною сырья с использованием холода методом криоконцентрирования), приготовления первых и вторых обеденных блюд, круп, не требующих варки, а также новых видов киселей на основе модифицированного крахмала;

машин и аппаратов для комплектации автоматизированных технологических линий производства продуктов длительного хранения; оборудования для интенсификации процессов приготовления пищевых концентратов;

в спиртовой и ликеро-водочной отраслях – разработка оборудования для производства спирта, концентрированных и сухих белково-углеводных кормовых продуктов, обогащенных каротином, белка при переработке и полной утилизации отходов спиртового производства (сусла и спиртовой барды); высококачественной и конкурентоспособной водочной продукции с экологически чистым замкнутым циклом процесса, улучшающим экологическую обстановку на предприятии; ликероводочных изделий общего и лечебно-профилактического назначения с применением мембранных, физико-химических и биологических методов обработки специфических видов растительного сырья: глубокоочищенных высококонцентрированных ферментов, а также утилизации отходов с использованием адсорбентов и мембран III-го поколения, антимикробных консервантов и аминокислотных смесей для создания высокоценных пищевых продуктов и других биологически активных веществ при переработке вторичных ресурсов спиртовой и других пищевых отраслей;

в винодельческой отрасли – разработка комплексов оборудования, обеспечивающих энергосбережение, экологическую безопасность, повышение технического и технологического уровня производства, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при выпуске высококачественной конкурентоспособной продукции (виноградных и плодово-ягодных, игристых и газированных вин, коньяков и крепких напитков); оборудования для утилизации отходов виноделия на кормовые и пищевые цели, сокращения сбросов вредных веществ;

в пиво-безалкогольной отрасли – разработка комплексов оборудования, обеспечивающих энергосбережение, экологическую безопасность, повышение технического и технологического уровня производства, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при выпуске высококачественной конкурентоспособной продукции (пива, безалкогольных напитков, квасов), оборудования для производства пива длительного хранения (в том числе непастеризованного), утилизации отходов пивоварения на кормовые и пищевые цели, сокращения сбросов вредных веществ со сточными водами; мини-пивзаводов различной производительности; комплексов оборудования для производства концентратов, безалкогольных напитков и квасов лечебно-профилактического действия и для детей;

в дрожжевой отрасли – разработка комплексов оборудования для производства хлебопекарных дрожжей длительного хранения; дрожжевых препаратов и комплексных непищевых препаратов с использованием крахмалосодержащих отходов и непищевых вторичных продуктов перерабатывающих отраслей; прессованных и сушеных хлебопекарных дрожжей; пищевкусовых и белково-углеводных стабилизирующих добавок из биомассы хлебопекарных дрожжей; энергосберегающего оборудования для сушки дрожжей;

в мясной отрасли – разработка роботизированных комплексов убоя и первичной переработки скота; комплексов оборудования, обеспечивающих высокую эффективность технологических процессов, энергосбережение, экологическую безопасность, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при измельчении мясного сырья, посоле мяса, дозировании рецептурных компонентов и перемешивании мясного фарша, формировании колбасных изделий и тепловой обработке мясного сырья и полуфабрикатов; оборудования для консервирования мясопродуктов длительного хранения методом вакуумного обезвоживания; для получения заменителей женского молока для детей грудного возраста; оборудования для переработки вторичного сырья с целью выпуска медицинской, пищевой, кормовой и непищевой продукции;

в молочной отрасли – разработка автоматизированных технологических линий и комплексов оборудования, обеспечивающих энергосбережение, экологическую безопасность, интенсификацию технологических процессов, сокращение потерь сырья и сохранение его качества при выпуске высококачественной молочной или молочно-консервной продукции (питьевого молока, сливок, кисломолочных напитков, сухого молока, сгущенного молока и др.); технологической линии производства лечебно-профилактических молочных продуктов с применением биологически активных добавок, стабилизаторов, гетерогенных антиоксидантов, радиопротекторов: оборудования для производства лекарственных форм препаратов на основе молочного белка; для получения молочных продуктов из вторичного молочного сырья с применением волновых и импульсных методов обработки продуктов:

в масло-сыродельной отрасли – разработка комплексов оборудования для производства сливочного масла бутербродного назначения с использованием новых видов сырья и улучшителей качества; масла кулинарного назначения (для кондитерских целей и жарения) на основе частичной замены молочного жира композициями из растительных и животных жиров, животного масла длительного хранения, содержащего концентраты молочного жира и сухой плазмы; сливочного масла и его аналогов диетического и лечебно-профилактического назначения; натуральных сыров с повышенной пищевой и диетической ценностью и безопасностью применения на основе ресурсосберегающей технологии; пищевых продуктов, полуфабрикатов, кормовых и технических препаратов из вторичного молочного сырья и его компонентов;

в холодильной отрасли – разработка технологических линий и комплексов оборудования для производства быстрозамороженных готовых мясных блюд, изделий из теста с начинками, упакованных в полимерные материалы, позволяющие их замораживать, хранить и разогревать; быстрозамороженных мясо-растительных наборов полуфабрикатов при помощи скороморозильных аппаратов; лечебно-профилактических и диетических видов мороженого и других взбивных продуктов с применением биологически активных веществ, новых стабилизаторов и др.; консервированных мясных и молочных продуктов (в том числе творога) с использованием биотехнологических и физических методов.

Перечисленные основные направления новых технических решений целесообразно использовать в качестве базы при разработке тематики дипломных проектов для соответствующей отрасли пищевой и перерабатывающей промышленности.

Моделирование и оптимизация. Компьютерное моделирование является мощным средством исследования проектирования пищевых технологий и производственного оборудования, допускает выполнение на бумаге основных этапов проектированя, не тратя понапрасну сырьевые ресурсы и готовые изделия. Уровень приближенности модели к реальным условиям должен быть математически обоснован.

Моделирование используют по многим причинам:

1) чтобы понять поведение сложных технологических линий, состоящих из множества машин, аппаратов и агрегатов;

2) чтобы предсказать результаты работы того или иного оборудования;

3) чтобы оптимизировать работу уже имеющейся технологической линии;

4) чтобы выбрать систему управления технологическим процессом.

Компьютерное моделирование широко используется в химической и нефтехимической промышленности – как в проектировании новых технологических процессов, так и в совершенствовании уже имеющихся [8 – 10].

Использование компьютерного моделирования ведется с конца 1950-х гг. и в настоящее время приобрело форму пакетов универсальных моделирующих программ, из которых можно выделить следующие пакеты программ, занимающие лидирующее положение в мире: ASPEN PLUS, HYSIS, CHEMCAD и PRO/II.

В пищевой промышленности наибольшее распространение получили пакеты ASPEN PLUS и SPEEDUP [11]. Эти пакеты состоят из блока математических моделей работы технологических установок, линий и систем с соответствующими уравнениями материальных и тепловых балансов, а также блока физико-химических свойств пищевых продуктов и сырья для их получения. Эти два блока взаимосвязаны и описывают изменения, происходящие в ходе технологического процесса.

Можно выделить два этапа в развитии компьютерного моделирования технологических линий пищевых производств, и сейчас мы находимся в преддверии третьего. Этот последний этап отличается от первых двух, в первую очередь, тем, что при моделировании учитывается неполнота информации о технологической линии, которой располагаем, и в постановку задачи включается требование обеспечения работоспособности (гибкости) технологической линии.

Технологические линии пищевых производств, как правило, имеют рециклы, их структура является замкнутой. В связи с этим расчет материальных и тепловых балансов, без которого не может обойтись ни одно проектирование новой технологической линии, сводится к решению системы нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений и представляет из себя сложную итерационную процедуру, обычно весьма трудоемкую ввиду нелинейности математических моделей физико-химических и биологических процессов, осуществляемых на различных технологических стадиях пищевого производства.

Настоящий расцвет компьютерного моделирования начался с появления персональных компьютеров. На втором этапе совершенствования универсальных моделирующих программ было осознано, что наибольшие возможности компьютерного моделирования технологических линий связаны не с передачей компьютеру традиционных для проектировщиков функций по расчету материальных и тепловых балансов, а с реализацией с помощью компьютера других функций и решением новых задач. И, прежде всего, функции оптимизации управления действующими технологическими линиями и особенно проектирования новых. Некоторые универсальные моделирующие программы оснащены математическими оптимизационными модулями, но их использование носит редкий, в основном иллюстративный или исследовательский характер.

Начало второго этапа в развитии компьютерного моделирования можно условно отнести ко второй половине 1980-х гг., когда в вышеназванные универсальные моделирующие программы были введены оптимизационные процедуры. Их (моделирующие программы) стали применять не только для расчета отдельных технологических процессов, но и для оптимизации стационарных режимов технологических линий. Но все же, вплоть до настоящего времени, универсальные моделирующие программы гораздо чаще применяют для расчета технологических машин и аппаратов и банка физико-химических свойств, отвечающего последним достижениям науки. Причина здесь – в значительно математической трудности оптимизационного расчета по сравнению с балансовым и в непривычности функции оптимизации для исследователей и проектировщиков. Но главное и принципиальное затруднение, на наш взгляд, связано с частичной неопределенностью информации, которой мы располагаем, когда должны решать задачу оптимизации. Неопределенность практически всегда имеет место на этапе проектирования и часто – на этапе эксплуатации технологических линий пищевых производств. Учет неопределенности информации требует как разработки новых математических постановок задач, так и новых подходов и методов их решения.

Запишем систему уравнений материальных и тепловых балансов технологической линии пищевого производства в общем виде:

где функции f i (d, z, y ) получены из уравнений материальных и тепловых балансов для отдельных машин и аппаратов технологической линии и соотношений связи между ними; d – вектор конструктивных переменных технологического оборудования; z – вектор режимных переменных технологической линии (вектор переменных, которыми можно будет непосредственно управлять при работе технологической линии); y – вектор состояний (вектор концентраций, температур осуществления технологических стадий, расходов потоков и т.п.). Обычно из уравнения (3.1) y определяется как однозначная функция d, z: y = y(d, z).

Далее, при проектировании должен быть соблюден ряд требований-ограничений, как правило, в форме равенств и/или неравенств:

Ограничения могут быть технологическими, технико-экономическими, экологическими и регламентными. Ограничением в форме равенства является производительность по целевому продукту.

Наконец, для оптимизации должен быть задан критерий как функция переменных технологической линии: C(d, z), подлежащий минимизации или максимизации. Критерий может быть технологическим или чаще экономическим – приведенные затраты или прибыль.

Математически задачу оптимизации технологической линии (для случая минимизации критерия) можно записать в идее:

где C(d, z) C(d, z, y(d, z)), gj (d, z) gj (d, z, y(d, z)).

В научной и прикладной литературе задачу (3.3), (3.4) принято называть задачей нелинейного программирования (задача НЛП). Методам решения таких задач посвящена обширная литература [12 – 14].

Так, однако, обстоит дело в идеальном случае. В реальности на этапе проектирования в математическом описании технологической линии всегда присутствуют неопределенности. Последние могут быть двух родов. Одни из них, такие, как параметры сырья и температура окружающей среды, могут изменяться во время работы технологической линии, оставаясь в пределах некоторого диапазона (интервала) изменений. Для них принципиально невозможно указать единственное значение.

Другие могут быть в реальности постоянными для данной технологической линии, но их значения могут быть известны лишь с точностью до определенного интервала, например, некоторые коэффициенты в уравнениях химической кинетики или тепломассопереноса. Чтобы учесть те и другие в математическом описании технологической линии, достаточно ввести неопределенные параметры в зависимости для C и gj, считая, что C = C(d, z, ), gj = gj (d, z, ), j = 1, …, m, где – вектор (частично) неопределенных параметров, принимающих любые значения из заданной области, которую обычно считают прямоугольной:

Таким образом, решение задачи (3.3), (3.4) на самом деле зависит от значения, которое принял вектор, и само оказывается неопределенным.

Традиционный путь преодоления данного затруднения состоит в следующем. Вектору неопределенных параметров приписывают некое «номинальное» значение: = N и решают задачу (3.3), (3.4) при номинальном N с определением номинального оптимального вектора конструктивных переменных dN. После этого волевым образом (на основе имеющихся знаний о проектируемом процессе и интуиции) вводят так называемые «запасы» ki (ki 1) и при проектировании принимают d i = ki d iN, где di – i-я компонента вектора d, i = 1, …, P (длина и диаметр реактора, поверхность теплообмена в теплообменнике, число тарелок в ректификационной колонне и т.п.).

Недостатки данного подхода очевидны, так как он не гарантирует ни оптимальности полученного решения, ни того, что все ограничения будут выполнены во время эксплуатации технологической линии. Если коэффициенты запаса окажутся недостаточными, то ограничения будут нарушены, если слишком большими, то будет перерасход затрат.

Существенно более правильным и адекватным является подход, когда неопределенность в параметрах технологической линии учитывается в самой постановке оптимальной задачи. Этот подход применительно к задачам пищевой и химической технологии в наиболее удачной форме был предложен в работах [15, 16].

Суть предлагаемого подхода заключается в следующем. Вместо ограничений (3.4) вводят единое ограничение где J = {1, …, m} – множество индексов для функций ограничений.

Это ограничение называют ограничением работоспособности (гибкости), а функцию (d) – функцией гибкости. Если технологическая линия с вектором d, получившим определенное значение, удовлетворяет ограничению (3.6), то технологическую линию называют гибкой. Гибкая технологическая линия сохраняет работоспособность при любых значениях из области неопределенности.

В качестве критерия оптимизации принимают некоторую усредняющую величину. В точной формулировке это будет математическое ожидание С по переменной из, что приводит к необходимости чрезвычайно сложных вычислений многомерного интеграла. Обычно, на практике, многомерный интеграл аппроксимируют взвешенной суммой с небольшим числом членов:

где i – «аппроксимационные» точки (представительные точки области, участвующие в операции усреднения критерия); S – число аппроксимационных точек; wi – весовые коэффициенты, wi 0, В результате получают следующую двухэтапную задачу оптимизации:

Постановка задачи (3.8) – (3.10) наиболее часто принимается при оптимизации технологической линии с неопределенностью. Эту постановку можно трактовать как оптимальный выбор запасов оборудования.

В настоящее время, по-видимому, существует незаполненная ниша, связанная с потребностью в простых, гибких и недорогих универсальных моделирующих программах, с широким спектром возможностей для оптимизации технологических линий, которые давали бы возможность квалифицированному пользователю решать оптимизационные задачи, используя эффективные алгоритмы, учитывающие особенность конкретной технологической линии. Эти программы можно было бы сравнительно просто оснастить средствами для учета неопределенности и анализа гибкости. Подобные программы явились бы полезным дополнением к существующим «большим» программам типа ASPEN PLUS.

В этой связи следует отметить разработки, связанные с программой ROPUD [17]. Программа предназначена для решения расчетных и оптимизационных задач, и ее можно отнести к классу универсальных программ. Программа составлена на языке С и ориентирована на работу в среде Visual C++.

ROPUD может функционировать в режиме самостоятельной работы (первый) и в режиме работы под управлением другой программы (второй). Программа рекурсивна, т.е. может вызывать сама себя. В связи с этим с помощью ROPUD можно реализовать различные декомпозиционные стратегии поиска, в том числе многоуровневые. От пользователя при этом требуется лишь составление на языке С функций-переходников достаточно простого вида. Возможность использования декомпозиционных стратегий поиска (в том числе многоуровневых) является важной характеристикой ROPUD, позволяющей учитывать особенности оптимизируемой технологической линии.

Ситуационным планом промышленного предприятия называют часть проекта, включающую в себя план определенного района населенного пункта или окружающей территории, на котором указывают расположение запроектированного предприятия и другие объекты, имеющие с ним непосредственные технологические, транспортные и инженерно-технические связи [1].

Разрабатывая ситуационный план, стремятся территориально объединить предприятия в один промышленный узел, при этом руководствуются принципами концентрации и кооперации.

Посредством концентрирования предприятий в одном месте может быть обеспечено совместное использование различных устройств и установок. Так, при кооперировании предприятий проблемы инженерного обеспечения и удаления отходов и стоков в промышленных районах решаются экономичнее, нежели для единичных предприятий, расположенных вне таких районов. Это относится к снабжению электроэнергией, газом, теплом, паром, горячей, питьевой и технической водой.