2. Technológiai rendszerek- Sisteme de producţie Mint láttuk a technológiai folyamat legegyszerűbb ábrázolása a blokk séma. A 2.1. ábrán is látható a transzformációs folyamatba a betáplált nyersanyag és segédanyagból keletkezik a termék. A nyersanyagra jellemző a minőség, a tömeg vagy a tömegáram és az entalpia. A segédáram nem más, mint az energiahordozó és a termék előállításhoz szükséges segédanyagok árama. Zavarás úgy az anyagi, mint az energetikai részről érintheti a rendszert (szennyező komponensek hatása, anyag de főleg energiaveszteség). A kilépő áram, a termék, egy új tulajdonságokkal rendelkező anyag, mely minőségileg megfelel a piaci elvárásoknak. A technológiai folyamat fő célja a piac anyagi szükségletének kielégítése a leggazdaságosabb módon. Ez, mivel általában vállalkozásról van szó, természetesen a profit termeléssel együtt lehetséges. Ahhoz, hogy a kiinduló anyagokból előállíthassuk a piaci igényeket kielégítő terméket, meg kell keresni a legkedvezőbb átalakítási utat, amelynek követnie kell a szükségletek időbeli változását is. Segédáram Bemenő áram Nyersanyag Transzformációs folyamat Kimenő áram Termék Zavarás 2.1. ábra. A technológiai folyamat blokksémája [6]. A termékorientált termelési folyamat tervezése a következő utat követi: - a piaci igények számba vevése, piackutatás-marketing; - a késztermék tárolására szolgáló kapacitás meghatározása; - a termelőkapacitás meghatározása; - az alapanyag / nyersanyag tárolás megoldása; - a nyersanyag beszerzés biztosítása, szolgáltatások. 24
A technológiai folyamat elemzése és szintézise A nyersanyag termékké alakulása nem egyszerre történik, hanem több transzformáción keresztül. Ezeket a transzformációs elemeket nevezik még technológiai operátoroknak. A technológiában ezek az operátorok a műveleti egységek nevet viselik. A műveleti egységek összekapcsolása hozza magával a kémiai technológiai rendszert. Az összekapcsolást véve figyelembe beszélhetünk [9,10]: a) soros kapcsolásról, amikor az egyik elem kilépő árama a másik elem belépő árama. A kapcsolás egyirányú áramlást eredményez, úgy hogy az összes technológiai áram csak egyszer halad át minden operációs egységen (2.2. ábra). 2.2. ábra. Soros kapcsolásos rendszer. b) megkerülő by-pass kapcsolás, amelyre jellemző, hogy az anyagáramot egy műveleti egységben elválasztják, majd a másik áramhoz adagolják, miután ez az utóbbi, egy vagy több átalakuláson ment át (2.3. ábra). 2.3. ábra. By-pass kapcsolás. c) párhuzamos kapcsoláskor a rendszerben létezik egy elágazás és egy keverési művelet. Ilyen kapcsolást alkalmaznak a rendszer termelékenységének a növelésére, amikor is több kisebb berendezést párhuzamosan működtetnek. Ilyen megoldással találkozunk, például a modern membrán- elektrolízis esetén, amikor az ultra tiszta sólevet elosztják több elektrokémiai reaktornak és a kapott oldatot újra egyesítik és telítik (2.4. ábra). d) recirkulációs avagy visszavezetéses kapcsolás esetén valamely elem egy vagy több kilépő áramát az illető elembe visszavezetik. Ilyen módon megoldható a bevitt komponens teljes mértékű átalakítása. 25
2.4. ábra Párhuzamos kapcsolás. Ha az átalakulás termodinamikailag vagy kinetikailag korlátozott, akkor, miután átlépett a reaktoron, hol elért egy bizonyos konverziót, a kilépő elegyből kivonjuk a reagenst és visszavezetjük, a 2.5. ábrának megfelelő egyszeri sémát kapva. 2.5.ábra. Recirkulációs kapcsolás. e) a keresztirányú kapcsolás esetén a reaktort / vagy a műveleti egységet elhagyó áram hőtartalmát a főáram előmelegítésére használhatjuk. Ez természetesen a hűtésnél is megvalósítható. Az ilyen kapcsolási mód nagyon alkalmazott a környezetinél jóval magasabb hőmérsékleten végbemenő folyamatok esetén (2.6. ábra). A termelésben ezen 5 típusú kapcsolás kombinációival dolgoznak. Ezeket a kombinációkat két fő csoportba oszthatjuk, éspedig nyitott kapcsolásos és zárt kapcsolásos 26
A technológiai folyamat elemzése és szintézise Hőcsere Reaktor 2.6. ábra. A keresztáramú kapcsolás. A nyitott alrendszerek esetén csak soros, párhuzamos és by-pass kapcsolást találunk. Ilyenkor az áram csak egyszer halad át a rendszer bármely elemén. Egy ilyen típusú kapcsolást mutat be a 2.7. ábra. 2.7.ábra. Nyitott kapcsolásos technológiai alrendszer. A zárt technológiai alrendszerek esetében az elemeket legalább egy recirkulációs áram egyesíti (lásd a 2.8. ábrát). A termelési rendszerben a recirkuláció lehet úgy az anyagáramra, mint az energiaáramra viszonyítani. Igaz, hogy az anyag átalakításra jellemző a folyamatos termelési mód, de még mindég megtalálható a szakaszosan működtetett termelő egység is. A szakaszos gyártás időben periodikusan ismétlődő részműveletek sorozata. A termelő egység egyik készülékébe (alaktorba, reaktorba, gépbe) befogadó képességének megfelelő mennyiségű anyagot (tételt/ sarzsot) adagolunk. Elvégezzük a szükséges műveletet / folyamatot, melyet a paraméterek időbeli változásával követik. A művelet befejezése után ürítenek és felkészítik a készüléket a következő sarzs/tétel befogadására. A szakaszos gyártás előnye az, hogy nem igényel nagy beruházási költséget és könnyű az áttérés az egyik termékről a másikra. Hátránya a nagy élőmunka / munkaerő szükséglet, a változó minőség, a kis termelékenység és a magas ár. Alkalmas a kis mennyiségű, változó minőségű termékgyártás esetén. 27
2.9. ábra. Zárt technológia alrendszer. A folyamatos gyártás esetén a termelőegység mindenegyes készülékében folyamatosan tápláljuk az átalakítandó anyagáramot és folyamatos az elvonás is. A reaktorban, mint láttuk az intenzív paraméterek térben, változnak, de időben konstansok. Az áramlási sebesség a rendszerben állandó, s a reaktorban / reaktorokban olyan körülményeket teremtenek, hogy az átalakulás a kívánt irányba és az elvárt konverzióval játszódjék le. A folyamatos termelésre jellemző, hogy a különböző pontokban más és más a paraméter, de ezek értéke az adott ponton megadott határértékek között van tartva. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, szükség van műszerekre s rendszer automatizálására. Az automatizálás és a számítógépes vezénylés a minőségi termék előfeltétele. Ez azonban emeli a fajlagos beruházás értékét, ami oda vezet, hogy bár a rendszernek nagyon kicsi az élőmunka igénye, a tőkebefektetés kitevő lehet. Épp ezért, nem is alkalmas kis mennyiségeket gyártani, hisz a befektetés nagyon hosszú idő múlva térülne meg. Nagy volumenű termelés esetén az amortizáció megvalósítható 3-8 év leforgása alatt. Ez alatt a termelési rendszer még nem avul el. A folyamatos gyártás egyik igen fontos előnye az, hogy a rendszer teljesen zárttá alakítható, ami megkönnyíti az emberi munkát, kevésbé veszélyes a természetre és a dolgozó egészségére. A folyamatosan megvalósított termelésből állandó minőségű terméket kapunk, ami természetesen előny. Egyik, a termelés szempontjából nagyon fontos kitétele a folyamatos gyártásnak a jól képzett, tudatos, fegyelmezett munkaerő. Ez természetesen drága, de mivel a munkaerő aránya nagyon kicsi az összköltségben (néha egy pár százalék), nem képez túlszárnyalhatatlan akadályt. 28