Разработка структуры многопродуктового производства по переработке зерносырья в этиловый спирт и биологически активные добавки

На основании существующих теоретических разработок и анализа различных технологий, а также проведенных нами исследований было предложено кроме целевого продукта — этилового спирта, выпускать на предприятиях по переработке зерносырья в качестве дополнительных продуктов следующие: белковый кормовой продукт, кормовой концентрат витамина В₁₂, биоорганоминеральное удобрение. Эти дополнительно получаемые продукты, позволяющие наиболее полно использовать отходы производства этанола, имеют высокий потребительский спрос. Рассмотрим далее с учетом предварительного выбора этих продуктов структуру многопродуктового производства этанола.

Все внутренние потоки, циркулирующие внутри системы, при переработке зерносырья в этиловый спирт можно охарактеризовать как ритмичные, практически стационарные в определенном диапазоне времени, стохастические, т. е. имеющие значение параметра в каждый момент времени с известной степенью вероятности. Возникает проблема создания производства последовательно-параллельного типа. Предлагаемая схема многопродуктовой структуры производства представлена на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Схема структуры многопродуктовой переработки зерносырья:

А — зерно; В, — этиловый спирт; В₂ — спиртовая барда; В₃ — кормовой витамин В₁₂; В₄ — кормовой белковый продукт; В₅ — добавка в удобрение

Реализация такой многопродуктовой схемы переработки зерносырья в этиловый спирт позволит получить пять продуктов: этиловый спирт, кормовой витамин В₁₂, кормовой белковый продукт, добавку в удобрение, спиртовую барду.

С учетом того, что структура такого производства имеет последовательно-параллельный характер, ассортимент продуктов может изменяться. Особенностью многопродуктового производства является то, что оно имеет переменную организационную и аппаратурную структуру. Поэтому под их структурным синтезом понимают поиск оптимальной дисциплины выпуска продукции, технологических маршрутов и т. п. Для стабильного функционирования такого предприятия необходимо разработать технологическую (аппаратурную схему) производства, составить временной режим работы предприятий, оценить серийность и график выпуска продукции. Перед предприятием встают следующие задачи: прогнозирование объема выпуска нового продукта и всех продуктов в целом; определение возможности производства продуктов на имеющемся и дополнительном оборудовании.

Задачу логистической системы управления в данном случае можно сформулировать следующим образом: достигнуть оптимальных потоков продуктов на выходе схемы, т. е. значений селективности по продуктам, обеспечивающих наибольшие границы возможного дохода от их реализации в сложившихся условиях рынка с учетом требований экологической безопасности окружающей среды.

Решение всех этих задач возможно только при использовании логистического подхода и анализа системы в целом. Вместе с тем базовой основой использования логистического анализа и оптимизации производства этанола является постановка и проведение комплекса исследований по разработке промышленно реализуемых биотехнологий новых продуктов. На схеме рис. 4.12 показана последовательность выполненных теоретических и экспериментальных исследований по переработке спиртовой барды в дополнительные продукты.

Рассмотрим схему формирования критерия оптимальности многопродуктовой схемы с учетом спроса на выпускаемые продукты. Необходимо оценить потребность i-ro продукта у j-ro потребителя и договорную цену i-ro продукта yj-ro потребителя. Эта задача решается на двух уровнях На верхнем уровне при заданной мощности по переработке зерносырья определяются теоретически возможные значения продуктов, т. е. значения селективности по продуктам, а на нижнем уровне решается задача оптимизации технологических процессов получения продуктов.

юо

Рис. 4.12. Структурная схема направлений проведенных теоретических и экспериментальных исследований

Рассмотрим далее конкретный пример производства этанола из зерна на предприятии «Биотехнологический завод» мощностью 4500 т в год, который работает 340 дней в году. Общее количество зерновой барды колеблется в пределах от 240 до 280 м³/сут.

В нашем случае производительность завода по продуктам, обеспечивающую наибольшую границу дохода, можно записать в следующем виде:

где Bjj — производительность по i-му продукту; Sy — цена i-ro продукта у j-ro потребителя; 5 — число продуктов, выпускаемых предприятием; I — количество возможных потребителей продукта.

Производительность завода по продуктам должна стремиться к максимальной величине, и при этом, удовлетворяться спрос на эти продукты

где Ру — спрос на каждый из продуктов.

С учетом последовательно-параллельного характера производства по переработке зерносырья должно выполняться соотношение

где А — количество перерабатываемого зерносырья; а — расход зерно- сырья на единицу продукции.

При этом Sjj > себестоимости i-ro продукта.

Принимается, что затраты на транспортировку продуктов до потребителя полностью покрываются покупателем.

На нижнем уровне решается задача обеспечения минимальной себестоимости продукта, т. е. наибольшего дохода от реализации продукта

где tj — себестоимость i-ro продукта.

Таким образом, общий критерий оценки производства Р_о6щ можно записать следующим образом:

Решение задачи обеспечения минимальной себестоимости осуществляется на основе математического моделирования процесса с учетом технико-экономического показателя приведенных затрат.

При решении в нашем случае общая схема расчета упрощается. Целевой продукт — этиловый спирт (РЦ пользуется неограниченным спросом, поэтому количество этого продукта, получаемое в производстве, определяется мощностью по переработке предприятия и в расчетах принимается теоретически возможным. Оценку выпуска других продуктов при переработке зерносырья в этиловый спирт с учетом социально-экономических особенностей региона производят реализацией простой логической процедуры — определяют спрос на эти продукты:

• • кормовой концентрат витамина В₁₂ — Р₂;
• • кормовой белковый продукт — Р₃;
• • органоминеральное удобрение — Р₄;
• • спиртовая барда (без переработки) — Р₅.

Таким образом, для получения максимального дохода предприятию необходимо реализовать технологии, обеспечивающие производство продуктов, имеющих спрос, потребительские свойства которых позволяют их реализовывать по ценам, превышающим себестоимость.

В ходе экспериментальных исследований и промышленной апробации согласно схеме на рис. 4.12 была показана возможность получения кроме традиционной послеспиртовой барды трех новых продуктов. Характеристики продуктов приведены ниже:

Реализация многопродуктового производства позволяет значительно увеличить долю полезно используемого исходного сырья — зерна. Распределение 1 т условного крахмала зерна при одно- и многопродуктовой структуре производства по переработке зерносырья в этиловый спирт показано на рис. 4.13 и 4.14. Расчет производился на примере ГУП «Биотехнологический завод».

При однопродуктовом производстве из 1 т условного крахмала можно получить 450 кг спирта, 550 кг уходит в отход — спиртовую барду. При многопродуктовом производстве крахмал практически полностью переходит в продукты.

Определение оптимального соотношения объемов выпускаемых продуктов проводили в соответствии с учетом спроса, ориентировочных договорных цен и расходных коэффициентов на продукты: белковый кормовой продукт, кормовой концентрат витамина В₁₂, удобрение на основе навоза и спиртовой барды.

юз

Рис. 4.13. Распределение 1 т крахмала при однопродуктовом

производстве

Рис. 4.14. Распределение 1 т крахмала в многопродуктовом производстве:

1 — спирт; 2 — белковый кормовой продукт; 3 — кормовой концентрат витамина

В₁₂; 4 — барда; 5 — удобрение

Расходные коэффициенты были уточнены в процессе проведенных исследовательских работ. Изучение спроса на продукты у потребителя и договорных цен проводили методом экспертных оценок для трех районов, а также по совхозам «Серебряные пруды», «Южный», «Подхожен- ский». Результаты экспертных оценок приведены в табл. 4.3, 4.4.

Таблица 4.3

Спрос на побочные продукты производства по переработке зерносырья в этиловый спирт

Таблица 4.4

Договорные цены на побочные продукты производства по переработке зерносырья

в этиловый спирт

Статистически обработанные усредненные значения спроса на продукты, договорные цены и расходные коэффициенты приведены в табл. 4.5.

Таблица 4.5

Расходные коэффициенты, спрос на суточную продукцию и усредненные договорные цены для побочных продуктов спиртового производства

Исследования спроса на продукты показало, что предприятие может покрыть потребность в белковом кормовом продукте в количестве 15,3 т/сут полностью, при этом останется неиспользованными 144,3 т/сут барды, из которых 91,7 м³/сут может пойти на производство кормового концентрата витамина В_]2, остальное количество может быть реализовано при производстве органоминерального удобрения. В соответствии с рассчитанными объемами выпускаемых продуктов была разработана технологическая схема производства по комплексной переработке зерносырья в этиловый спирт. При производстве 1 дал этилового спирта при реализации разработанной технологии может быть получено 7 кг белкового кормового продукта, 0,2 кг кормового концентрата витамина В₁₂, 0,25 кг удобрения. Суммарный выход продуктов от использованного зерна составляет при этом 99,9 %