Введение к работе
Актуальность проблемы.
С учетом роста добычи полезных ископаемых объемы образующихся и накапливаемых промышленных твердых отходов в России достигли такого высокого уровня, что принимаемые Правительством РФ меры по увеличению количества перерабатываемых отходов представляются более чем необходимыми, хотя и несколько запаздывающими и не вполне достаточными. Рассматриваемые нами промышленные отходы фосфорной промышленности составляют ядро проблемы охраны окружающей среды на заводах-изготовителях в России, Казахстане, Европе, и Америке.
Эффективное решение проблем утилизации отходов фосфорной промышленности требует использования методов системного анализа и самых современных информационных технологий. Наиболее перспективной компьютерной системой управления и обработки информации является CALS-технология (Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта).
Разработка методологии системного анализа утилизации отходов фосфорной промышленности с созданием соответствующего комплекса информационных CALS-технологий является актуальной научной и практической задачей, обеспечивающей информационную поддержку и интеграцию процессов жизненного цикла, а также возможность использования электронных данных для управления качеством продукции.
Основные разделы диссертации выполнялись в рамках конкурсных проектов Минпромэнерго России № 0410.0810000.05.039д «Разработка индикаторов инновационного развития химического научно-промышленного комплекса России» и № 0410.0810000.06.014л «Интегрированная оценка инновационных ресурсов...», Минобрнауки России № 01.168.24.074 «Разработка интегрированного комплекса информационных технологий ...» и Минпромторга России № 8411.0816900.13.057 «Комплексная, оценка инновационного потенциала промышленных предприятий...», а также при поддержке гранта Европейского Сообщества ECOPHOS № INCO-CT-2005-013359 «Утилизация отходов в промышленности фосфорной кислоты...».
Цель работы состоит в разработке на основе международных CALS-стандартов (ISO-10303 STEP) методологии системного анализа и стандартизированной информационной модели утилизации отходов фосфорной промышленности. Работа включает в себя следующие комплексы задач:
системный анализ инновационных ресурсов фосфорной промышленности, способствующих утилизации отходов;
разработка на основе концепции CALS типовой информационной модели маркетинговых исследований утилизации отходов фосфорной промышленности;
разработка CALS-проекта гибкого производства фосфорсодержащих соединений (продуктов утилизации фосфорного шлама);
разработка системы компьютерного менеджмента качества на примере ассортимента фосфорной кислоты различных квалификаций.
Научная новизна.
Разработана иерархическая структура системного анализа утилизации отходов фосфорной промышленности, включающая в себя следующие направления: анализ сырьевой базы фосфорных производств; анализ ассортимента и объемов выпуска продукции фосфорной промышленности; анализ основных производителей и потребителей продукции фосфорной промышленности; анализ основных видов и объемов отходов фосфорной промышленности.
Проведен системный анализ фосфорной промышленности в рамках структуры химического комплекса: химическая и нефтехимическая промышленность (135 предприятий); отрасли химического комплекса (в том числе промышленность минеральных удобрений); основные подотрасли промышленности минеральных удобрений (в том числе фосфорная промышленность); основные предприятия фосфорной промышленности (15 предприятий); основные виды продукции фосфорной промышленности.
Проведены исследования динамики инновационных ресурсов предприятий фосфорной промышленности за 1995-2007 гг. в следующих сечениях: финансирование по основным направлениям инновационного развития; объемы выпуска по видам инновационной продукции; балльная оценка основных результатов инновационной деятельности и основных факторов, препятствующие инновационному развитию.
Для основных видов целевых продуктов фосфорной промышленности (фосфорсодержащих удобрений, фосфорной кислоты, желтого фосфора) проведен анализ комплекса проблем, связанных с образованием отходов: виды отходов фосфорной промышленности; объемы накопленных и вновь образующихся отходов; современные методы и технологии, применяемые для утилизации.
Разработана методология и структура информационной модели маркетинговых исследований утилизации отходов фосфорной промышленности в рамках концепции CALS. Предложены основные категории: «Анализ рынка сырья и переработки», «Анализ технологии переработки отходов», «Анализ рынков продуктов утилизации отходов». Для каждой категории верхнего уровня проведен комплексный маркетинговый анализ в соответствующих подкатегориях.
Для наиболее перспективного метода утилизации отходов - «вторичной переработки», рассмотрены три индивидуальные схемы рециклинга фосфорного шлама в следующие целевые продукты: фосфит натрия, гипофосфит натрия, двухосновный фосфит свинца. Для каждой индивидуальной технологии разработана структура информационной CALS-модели.
На основе теории синтеза гибких многоассортиментных химико-технологических систем проведен анализ индивидуальных схем с целью организации их по гибкому принципу. Рассматриваемые производства проанализированы по двум основным признакам сходства: технологическому и химическому. Результаты системного анализа позволили синтезировать гибкую трех-продуктовую технологию фосфита натрия, гипофосфита натрия и двухосновного фосфита свинца. Для гибкой технологии разработана структура информационной CALS-модели.
Разработана архитектура информационной CALS-системы компьютерного менеджмента качества ассортимента фосфорной кислоты различных квалификаций и типовая компьютерная процедура контроля качества получаемых фосфор-
ных кислот особой чистоты, включая анализ лимитируемых примесей, методы их пробоподготовки и анализа, а также выходную техническую документацию.
Практическая значимость.
По результатам системного анализа для ведущих 15 предприятий фосфорной промышленности России проведена оценка объемов отходов, подлежащих утилизации.
Разработаны программные CALS-проекты:
системы маркетинговых исследований утилизации отходов фосфорной промышленности;
индивидуальных технологий получения фосфита натрия, гипофосфита натрия и двухосновного фосфита свинца - продуктов переработки фосфорного шлама;
гибкой трехпродуктовой технологии утилизации фосфорного шлама;
системы компьютерного менеджмента качества ассортимента фосфорной кислоты различных квалификаций.
Самостоятельное практическое значение, подтвержденное соответствующими актами о внедрении, имеют переданные в научно-производственные организации (ЗАО «Аврора-ИТ», ООО НПФ«ВИНАР» и «НПО Проект»), информационные комплексы КМК-систем и CALS-проекты технологий утилизации.
Программные модули CALS-проекта утилизации отходов фосфорной промышленности вошли в результаты работы по гранту Европейского Сообщества ECOPHOS № INCO-CT-2005-013359.
Полученные результаты вошли в конкурсные проекты: Минпромэнерго № 0410.0810000.05.039д и № 0410.0810000.06.014д; Минобрнауки № 01.168.24.074; Минпромторга РФ № 8411.0816900.13.057.
Личный вклад автора.
Проведен системный анализ фосфорной промышленности, включающий анализ основных видов и объемов отходов, подлежащих утилизации. Разработана методология и CALS-технология системы маркетинговых исследований утилизации отходов фосфорной промышленности. Разработаны индивидуальные схемы (фосфита натрия, гипофосфита натрия и двухосновного фосфита свинца) и гибкая трехпродуктовая CALS-технология переработки фосфорного шлама. Разработана система компьютерного менеджмента качества ассортимента фосфорной кислоты различных квалификаций.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы опубликованы в журналах «Нефтепереработка и нефтехимия», «Приборы (и автоматизация)», сборниках научных трудов «Успехи в химии и химической технологии», а также докладывались и обсуждались на 18th International Congress of Chemical and Process Engineering (Prague, Czech Republic, 2008); 11 th Conference on Process Integration, Modelling and Optimisation for Energy Saving and Pollution Reduction (Prague, Czech Republic, 2008); 6th European Congress of Chemical Engineering (Copenhagen, Denmark., 2007); 17th European Symposium on Computer Aided Process Engineering (Bucharest, Romania, 2007); 20, 21, 22-й Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-
2006, МКХТ-2007, МКХТ-2008 (Москва, 2006; 2007; 2008); 19, 20, 21-й Международной научно-технической конференции «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии», Реактив-2006, Реактив-2007, Реактив-2008 (Уфа, 2006, 2008; Минск, 2007); Международной конференции «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности» (Москва, 2006); 7, 8-й Международной научной конференции «Современные проблемы истории естествознания в области химии, химической технологии и нефтяного дела» (Уфа, 2006, 2007, 2008); 20, 21-й Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях», ММТТ-20, ММТТ-21 (Ярославль, 2007; Саратов, 2008); 13-й конференции «Высокочистые вещества и материалы. Получение, анализ, применение» (Н.Новгород, 2007); 5-й Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Нанокристаллизация. Биокристаллизация» (Иваново, 2008); 12-й Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2008» (Волгоград, 2008).
Публикация результатов исследования.
По теме диссертации опубликована 21 научная печатная работа, из них 5 статей (2 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК) и 16 тезисов докладов на международных конференциях. Общий объем опубликованных работ - 4,5 печатных листа.
Структура и объём диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы (142 наименования) и приложения, включающего акты внедрения результатов работы. Диссертация изложена на 172 страницах, включая 53 рисунка и 10 таблиц.
