Упражнения

 

12.1. Этапы реализации процесса. Дайте определение (по памяти) следующим этапам реализации процесса: идея его создания, предварительная оценка, разработка окончательных проектных данных, окончательный экономический анализ, детальный технологический процесс, материально-техническое обеспечение, строительно-монтажные работы, пусконаладочные работы, пробный пуск, промышленная эксплуатация.

12.2. Анализ чувствительности. Приведенные в табл. 12.10 данные убедительно показывают, что в случае существенных отклонений (20% в неблагоприятную сторону) переменных от принятого базового варианта чувствительность уменьшается в ряду: продажная цена, объем реализации продукта, перерасход капитальных затрат. Лучше оценивать чувствительность или процентное изменение прибыли на инвестированный капитал относительно изменения каждой переменной на ±5 и ±10%. Выполните такие расчеты для указанных трех переменных и постройте графики зависимости прибыли на инвестированный капитал (в процентах) от отклонений (также в процентах) от базовых величин продажной цены, объема реализации продукции и перерасхода капитальных затрат. Одинаков ли порядок чувствительности к различным переменным при небольших отклонениях (несколько процентов) и при 20%-ных отклонениях, рассмотренных в табл. 12.10? (Рассмотрите возможность применения разработочных таблиц в таких расчетах.)

12.3. Чувствительность экономического коэффициента. В графе Б табл. 12.10 приведены данные, отражающие результаты снижения продажной цены продукта на 20%, однако причина снижения цены не указана.

а) Допустим, что продажная цена непосредственно связана с процентным содержанием активного ингредиента в продукте и что этот фактор в свою очередь непосредственно связан с обратным экономическим коэффициентом (Y_P/S)^-1. Начертите график зависимости прибыли на инвестированный капитал от отклонения Y_P/S ( в процентах), соответствующего изменению продажной цены продукта на 0, ±5, ±10, ±20%.

б) Просмотрите в журнале Biotechnology and Bioengineering несколько статей, в которых приведены графики, позволяющие определить экономический коэффициент продукта. По приведенным там же исходным данным подтвердите расчетным путем значение коэффициента и вычислите стандартное отклонение σ² = (μ_i - μ)^2/n. Какую долю (в процентах) составляет σ от Y_P/S? С какой степенью достоверности можно предсказать величину Y_P/S за один цикл? Как этот результат повлияет на достоверность вашего расчета прибыли на инвестированный капитал?

в) Предположим, что изменение Y_P/S от цикла к циклу в «идентичных» условиях можно описать распределением типа

Начертите график этой нормализованной функции распределения и оцените дополнительные расходы, связанные с тем, что приходится хранить продукцию 10 последовательных циклов, для того чтобы при смешении с другими ингредиентами средний состав смеси отклонялся от Y_P/S на 5% или меньше.

12.4. Альтернативные процессы производства этанола. Недавно опубликован обзор, посвященный сравнительному изучению различных процессов получения и выделения этанола [Maiorella В. L., Blanch Н. Wilke С. R., Віоiech. Bioeng., 26, 1003 (1984)]. Прочтите этот обзор, выберите какой-либо процесс и подготовьте соответствующие варианты таблиц 12.2—12.9. Суммируйте все таблицы и составьте сводную таблицу объемом не более двух страниц (частные таблицы представьте в виде приложения).

12.5. Конкурирующие процессы. Ваша компания открыла новый микробиологический продукт с заметной фармакологической активностью, который должен производиться в большом масштабе, с тем, чтобы удалось завоевать 20% потенциального рынка. Директор исследовательского центра компании, являющийся специалистом в области органической химии, поставил задачу перед химиками-органиками и микробиологами за 3 месяца разработать проекты «идеальных» полиостью химического и микробиологического процессов производства этого продукта. Экономический анализ представленных черег 3 месяца проектов показал, что с точки зрения расходов два пути эквивалентны. Что бы вы рекомендовали руководству компании и почему?

12.6. Производство аминокислот. В справочном издании Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology прочтите раздел, посвященный производству аминокислот. Объясните, почему (как это указано в последнем столбце табл. 12.23) во всем мире только одна страна серьезно заинтересована в развитии микробиологических способов производства аминокислот?

12.7. Экономика процесса производства L-лизина. а) Рассчитайте чувствительность суммарных расходов (табл. 12.24) в процессе производства L-лизина по отношению к каждой переменной (статье расхода). [Выразите чувствительность как изменение суммарных расходов (в процентах) при изменении каждой переменной на 5%.]

б) Предположим, что принято решение о сооружении предприятия, строительство и ввод в эксплуатацию которого потребует 5 лет. Взяв за основу данные табл. 12.24, найдите оптимальное решение, какое предприятие для производства L-лизина следует строить —·микробиологическое или химическое, если ожидается, что цена на мелассу будет возрастать на 10% в год (по сравнению с другими ценами), а цена на циклогексанол на 0, 10, 20 или 30% в год?

12.8. Совершенствование процесса; растворимые и иммобилизованные ферменты. Рассмотрим ферментативный процесс, включающий N_b рабочих циклов в год, в каждом из которых расходуется количество фермента, равное E_b. Сравним этот процесс с другим, в котором участвует иммобилизованный ферментный катализатор и который также включает N_b рабочих циклов в год. Иммобилизованный ферментный катализатор характеризуется массой носителя M_c, удельной загрузкой катализатора C (отношение массы фермента E к массе носителя), коэффициентом активности иммобилизованного фермента R (отношение массы иммобилизованного фермента к массе используемого фермента) и временем жизни иммобилизованного фермента, равному N_i рабочих циклов.

а) Пусть X_e и X_c — стоимость единицы массы фермента и носителя соответственно, E_b — количество фермента, теряющегося после каждого цикла с участием растворимого фермента, а E_c и M_c — количество фермента и носителя, теряющихся после N_i - циклов с участием иммобилизованного фермента (без регенерации). Покажите, что разность между затратами на рабочий цикл с участием растворимого фермента и такой же цикл с участием иммобилизованного фермента описывается выражением

б) С помощью приведенного в предыдущей задаче выражения покажите, что процессы с участием иммобилизованного и растворимого ферментов экономически равноценны, если степень превращения н стоимость субстрата равны в обоих процессах и если выполняется следующее условие:

.где η — используемая доля общей активности иммобилизованного фермента (фактор эффективности, гл. 4). Таким образом, иммобилизованный фермент экономически выгоднее только в том случае, если время жизни иммобилизованного катализатора удовлетворяет условию

Аналогичное сравнительное изучение периодического процесса с участием растворимого фермента и непрерывного процесса с участием иммобилизованного катализатора в зависимости от скорости инактивации катализатора и стоимости субстрата проведено в работе: Domach М. М., Chem. Eng. J., 29, B1 (1984); здесь же приведены необходимые величины фактора эффективности η, коэффициента активности иммобилизованного фермента R для β-амилазы, глюкозоизомеразы и лактазы.

12.9. Производство биологически опасных соединений. Рассмотренные в этой главе проблемы экономики строительства и приборного оснащения, а также оценки накладных расходов биохимических предприятий применимы к относительно безопасным процессам и материалам. Производство потенциально биологически опасных веществ, например цитотоксичных противоопухолевых соединений или препаратов на основе вирусов человека, связано с дополнительными расходами. Согласно рекомендациям Национального института по .изучению рака, оценка этих расходов должна учитывать следующие факторы:

 

1. Контроль доступа к оборудованию (оборудование должно быть полностью закрытым, огражденным).

2. Поддержание отрицательного атмосферного давления (нельзя допускать утечки воздуха через двери, окна или не снабженные фильтрами системы вентиляции).

3. Выброс воздуха должен осуществляться только через фильтры типа НЕРА, обеспечивающие полную задержку пылевых частиц.

4. Полная местная изоляция всего оборудования, которое может быть источником образования аэрозолей (ферментеры, центрифуги, фильтры и т. д.).

5. Защита обслуживающего персонала: обеспечение одеждой, масками, обувью, перчатками (расходы на закупку и ежедневную чистку или стирку).

6. Регулярный медицинский осмотр обслуживающего персонала.

7. Постоянный контроль за загрязнением окружающей среды.

 

Предположим, что микробиологическое предприятие, производительность которого в четыре раза ниже производительности предприятия, детально рассмотренного в этой главе, предназначено для выпуска цитотоксичных соединений (в различных биологических процессах одинаковой продолжительности). С помощью приведенной в тексте схемы цеха ферментации составьте все таблицы, необходимые для сравнения расходов на обычном предприятии и предприятии, производящем цитотоксичные вещества. (Учтите стоимость оборудования, материалов, водо-, тепло-, газо- и энергоснабжения, эксплуатационные расходы, прибыль на инвестированный капитал не рассчитывайте). [Flickinger М. е., Sansome Е. В., Biotech. Bioeng., 26, 860 (1984).]

12.10. Экономика процесса с участием активного ила. Детальный анализ аэрируемого реактора с рециркуляцией обогащенного биомассой потока, выделением биомассы (отходы производства) центрифугированием и хлорированием обработанной воды дан в работе: Paterson R. В., Denn М. М., Chem. Eng. J., 27, В13 (1983). Авторы этой работы показали, что общие расходы предприятия практически нечувствительны в довольно широком диапазоне к двум основным переменным — концентрации биомассы в реакторе (повышается при уменьшении объема реактора) и среднему времени пребывания биомассы (в обогащенных биомассой системах с рециркуляцией эта переменная отличается от времени пребывания жидкости).

а) Ознакомьтесь с разд. 14.4, включая уравнение (14.5).

б) Чтобы понять кинетику процесса, решите упражнение 14.7.

в) Прочтите указанную статью и обсудите, почему были получены такие любопытные результаты. Обратите внимание на то, что типичные для всех проектов эксплуатационные критерии основаны на одной и той же (99,25%) степени восстановления поступающего в систему углеродсодержащего субстрата.