Экономический анализ биопроцесса

 

В качестве примера рассмотрим среднемасштабный микробиологический процесс производства гипотетического вещества (антимикробного агента, предназначенного для использования в сельском хозяйстве) [1]. Предварительный анализ потенциального объема производства показал:

 

1. Согласно предварительному изучению рынка, продажная цена 2,5 долл. за килограмм продукта позволит завоевать 15—25% рынков сбыта.

2. Если допустить, что подлежащие обработке этим препаратом культуры возделываются на площади 4,5—7,5 млн. гектаров, то потенциальная потребность рынка в продукте составит 13—22 млн. кг/год.

 

Теперь можно оценить потенциальный масштаб процесса:

Примем, что большой, но удобный для работы ферментер имеет общий объем 225 м³. Объем жидкой фазы в ферментере (рабочий объем) должен быть равен 180 м³. Если ферментер будет непрерывно работать в течение 97% всего времени (включая профилактические и ремонтные работы), тогда, согласно результатам лабораторных исследований, за один цикл в одном ферментере можно получить 20 000 кг продукта (при стандартизированной активности в единице массы).

При объеме производства 17 млн. кг в год и производительности за один рабочий цикл 20 тыс. кг (по данным лабораторных исследований) потребуется (17·10⁶/20·10³) =850 рабочих

циклов в год. Если продолжительность одного рабочего цикла составляет 40 ч (1,67 сут, включая 4 ч на профилактические работы и ремонт), то в одном ферментере можно будет осуществить 365/(5/3) =216 рабочих циклов в год. Следовательно, для заданного объема производства потребуется 850/216≈4 ферментера объемом 225 м³.

Определив таким образом базисные показатели проектируемого процесса, можно перейти к оценке необходимого количества материалов и их стоимости. Для этой цели можно воспользоваться масштабированием результатов лабораторных испытаний, а также анализом полученных ранее или опубликованных данных, характеризующих исходные материалы и составные части рецептуры. Полученные результаты приведены в табл. 12.5. Обратите внимание на то, что указанные в таблице расходы определены путем простых стехиометрических расчетов на основе лабораторных данных о выходе продукта из конкретного количества питательных веществ и об окончательном составе продукта [активное начало (продукт микробиологического процесса), разбавитель, стабилизатор, связующее вещество, агент, предохраняющий от слеживания и т. д.]; другими словами, эти расходы не зависят от характера операций, выбранных для осуществления биореакции и выделения продукта.

В табл. 12.5 перечислено основное оборудование и материалы, которые потребуются для реализации процесса в 4 ферментерах при установленной производительности 17 млн. кг продукта в год. С точки зрения экономики наибольщий интерес представляют три этапа разработки проекта этого процесса:

1. Определение конкретной последовательности технологических операций и на этой основе необходимого масштаба всего предприятия. Последовательность операций и данные, приведенные в табл. 12.3, позволяют рассчитать капитальные затраты на оборудование. Далее по литературным данным и опыту эксплуатации близких производств оценивают людские ресурсы, необходимые для обслуживания основного оборудования, что позволяет рассчитать стоимость труда производственных рабочих.

2. По операционной карте процесса, на которой указаны точная спецификация оборудования и число единиц оборудования каждого типа, определяют потребности каждой операции в паре, технологической воде, воде для промывки и охлаждения, стерилизованном воздухе, электроэнергии, природном газе или другом топливе. Суммируя эти данные по всем операциям, рассчитывают расходы на пар, воду, топливо и электроэнергию для всего процесса. (На основе этой же подробной операционной карты составляют детальную схему потоков исходных веществ, продукта, побочных продуктов и отходов; в окончательном варианте на схеме должны быть указаны расходы, связанные с переработкой и (или) ликвидацией всех отходов процесса.)

3. На основе рассчитанных описанным путем стоимости труда производственных рабочих, общих капитальных затрат и других данных (стоимости оборудования цеха ферментации, систем водо-, тепло- и энергоснабжения, материалов, расходов, связанных с хранением продукта, затрат на проектные и строительные работы, резерва на непредвиденные расходы), а также с учетом данных, приведенных в табл. 12.4, находят общие издержки производства.

 

Таблица 12.5. Потребность в материалах и их стоимость^а

Имея в своем распоряжении данные о стоимости труда производственных рабочих, оборудования, материалов, систем водо-, тепло- и энергоснабжения, а также об общих издержках производства, на следующем этапе проводят анализ рентабельности для рассматриваемого основного (базисного) варианта и ряда близких вариантов, с помощью которых определяют чувствительность результата расчетов рентабельности к изменениям основных переменных (продажной цены продукта, объема рынка сбыта, капитальных затрат, объема производства).

РИС. 12.2. Пример операционной карты процесса. [Воспроизведено с разрешения из работы: Bartholomew W. Н., Reisman Н. В., Economics of Fermentation Processes, in Microbial Technology, Peppier H. J., Perlman D. (eds.), 2d ed., vol. 2, p. 48S, Academic Press, Inc., New York, N.Y., 1979.]

 

Теперь рассмотрим пример операционной карты конкретного процесса и рассчитаем необходимые капитальные затраты, стоимость труда производственных рабочих, систсхм водо-, тепло- и энергоснабжения, а также заводскую себестоимость и прибыль на инвестированный капитал.

Операционная карта процесса (рис. 12.2) в рассматриваемом примере представляет собой, по сути дела, всего лишь соответствующим образом детализированный вариант общей схемы процесса (рис. 12.1). В операционной карте указывают последовательность операций, число идентичных аппаратов и необходимость подачи воды, тепла (пара), газа и электроэнергии для каждой операции.

Скорость переработки исходных материалов тесно связана со скоростью потребления пара, воздуха, воды, образования отходящих газов (CO₂, H₂O) и твердых отходов (биомассы), поэтому потребности в указанных вспомогательных средствах и в мощностях для ликвидации отходов можно достаточно точно отразить на детальной операционной карте расходования материалов (рис. 12.3). На этой карте для каждой отдельной операции указывают состав и объем всех потоков, в том числе исходных материалов и компонентов окончательной композиции, воды, пара, воздуха, газа, продукта и отходов. Для определения потребности в электроэнергии суммируют расход энергии каждым аппаратом; такие данные обычно сообщает компания, изготовляющая эти аппараты.

РИС. 12.3. Карта потоков материалов в биопроцессе. [Воспроизведено с разрешения из работы: Bartholomew W. Н., Reisman Н. В., Economics of Fermentation Processes, in Microbial Technology, Peppier H. J., Perlman D. (eds.), 2d. ed., vol. 2, p, 489, Academic Press. Inc., New York, N. Y., 1979.]

 

Таблица 12.6 Расчет капиталовложений (в тысячах долларов)^а

В табл. 12.6 представлены результаты определения капитальных затрат на процесс, схематично изображенный на рис. 12.3. Затраты на контрольно-измерительную аппаратуру, трубопроводы, здания и сооружения для цехов ферментации и выделения продукта оценивают как определенную долю от капитальных затрат на основное оборудование. В конечном итоге все затраты на оборудование выражают с учетом расходов на монтаж и установку. Для процесса, изображенного на рис. 12.3, общую стоимость основного оборудования можно представить в виде соответствующей доли от суммарного основного капитала; цех ферментации (61%), цех выделения продукта и приготовления композиции (26%), системы водо-, газо-, тепло- и энергоснабжения, помещения для хранения материалов (13%)). Приблизительные расходы на проектирование и строительные работы, а также непредвиденные расходы в каждом случае приняты равными 20% от основного капитала (который включает стоимость основного оборудования, контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры, технологических трубопроводов, зданий и сооружений).

Для определения общего расхода воды, тепла, газа и электроэнергии, необходимых для осуществления планируемого процесса, суммируют соответствующие расходы на отдельные операции, указанные на рис. 12.3; результаты такого расчета приведены в табл. 12.7. Цех выделения продукта и составления рецептуры потребляет 84% пара, 73% электроэнергии и 100% природного газа, а в цехе ферментации расходуется 100% технологической воды и 84% охлаждающей воды. Очевидно, что наиболее вероятным источником экономии электроэнергии на протяжении всего процесса в первую очередь может быть цех выделения продукта. Поскольку в этом цехе почти все энергетические затраты связаны с удалением воды (концентрирование, упаривание), то становится понятным стремление к разработке новых штаммов микроорганизмов, позволяющих повысить концентрацию продукта в бульоне. О влиянии подобных факторов на экономику процесса в целом мы уже упоминали в предыдущей главе. Обращают на себя внимание большие непредвиденные расходы (33%). В табл. 12.7 суммированы потребности в воде, паре, газе и электроэнергии на каждую операцию, а стоимость установленных систем снабжения соответствующей производительности указана в нижней части таблицы. Обратите внимание также на то, что принятая в конечном итоге производительность таких систем превосходит предварительные оценки (включая непредвиденные расходы) на 14% (для охлаждающей воды) н даже примерно на 50% (для пара и электроэнергии). Причина этого заключается в необходимости обеспечить достаточную гибкость процесса и (или) в номинальной производительности имеющихся в продаже систем энерго- и пароснабжения.

Согласно расчетам, общие капиталовложения в предприятие с общим объемом ферментеров 4x230=920 м³ (9,2·10⁵ л) составляют 20484 тыс. долл. (без стоимости земельного участка). Если учесть затраты на системы водо-, тепло-, газо- и энергоснабжения, составляющие 1550 тыс, долл., то общие расходы, отнесенные к 1 л емкости установленных ферментеров, составят 24 долл. Для сравнения можно указать, что, согласно опубликованным данным, затраты на 1 л емкости установленных ферментеров при приблизительно такой же производительности 'предприятия в ценах 1977 г. составляли от 20 до 50 долл. Если принять, что ежегодный средний рост цен начиная с 1977 г. равен 10%, то в ценах 1986 г. расходы на 1 л емкости установленных ферментеров будут на 135% выше, т. е. 47—118 долларов.

 

Таблица 12.7. Затраты на водо-, паро-, газо- и энергоснабжение^а

Расходы на оплату рабочих, занятых в основном производстве, определяют по опыту работы аналогичных предприятий (табл. 12.8). Для конкретного процесса, схема которого приведена на рис. 12.3 и 12.4, расчет заводской себестоимости продукции представлен в табл. 12.9. Себестоимость продукции складывается из стоимости сырья и материалов (37,0%), заработной платы (15%), снабженческих расходов и издержек (5,3%), расходов на водо-, газо-, паро- и энергоснабжение (22,3%) и других расходов (20,3%); таким образом находят, что общая себестоимость продукции равна 0,82 долл. за 1 кг. а ожидаемая продажная цена (для покупателя) составляет 2,5 долл./кг.

Для завершения экономического анализа планируемого процесса необходимо выполнить простой расчет прибыли на инвестированный капитал (или любого другого эквивалентного экономического показателя). Приведенная в табл. 12.10 схема расчета (включающего 14 строк) показывает, что частное от деления средней чистой прибыли за 10 лет после выплаты налогов (среднее из величин, приведенных в строках 10 и 11) на сумму оборотного капитала (строка 12) и первоначального инвестированного основного капитала (строка 13) дает прибыль на инвестированный капитал в размере 21,2%. Далее оценивают чувствительность расчетной величины прибыли на инвестированный капитал к 20%-ным флуктуациям принятой в расчетах продажной цены на продукцию (понижение), капитальных затрат (перерасход; повышение), объема производства (снижение).

 

Таблица 12.8. Оплата труда производственных рабочих^а

Если определенную величину прибыли на инвестированный капитал рассматривать как границу, разделяющую допустимый и экономически неоправданный варианты, то становится лонятной важность результатов анализа прибыли на инвестированный капитал ло базовому варианту (табл.12.10, графа А) и другим вариантам, соответствующейм изучению чувствительности (графы Б—Д).

Конечным результатом всех типовых расчетов являются 8 простых таблиц и 2 схемы, которых достаточно для разработки окончательного проекта (третий этап, табл. 12.1). После этого все результаты расчетов обычно направляют руководству компании для окончательного экономического анализа (четвертый этап, табл. 12.1).

Здесь целесообразно сделать небольшое отступление, касающееся взаимосвязи между организационной деятельностью и проектированием процессов. Основные принципы планирования организационной деятельности всей компании (и вообще любого планирования на ближайший период или более длительные сроки) иллюстрируются представленной на рис. 12.4 схемой. Рассмотренные в этой главе материалы по анализу экономики и технологии проектируемого процесса являются лишь частью той информации, которую должно рассмотреть и учесть руководство компании. Следует обратить вАимание на две цепи обратной связи в схеме планирования организационной деятельности компании (рис, 12.4). В первой (короткой) цепи доминируют количественные расчеты и анализы типа представленных в табл. 12.4—12.10 и на рис. 12.1—12.3. Во второй цепи главную роль играют проблемы стратегического и тактического характера, упоминавшиеся в начале этой главы. В частности, здесь выясняется, возможно ли расширение (или сужение) сферы применения планируемого процесса, имеет ли компания опыт эксплуатации аналогичных процессов и соответствующие выходы на рынок, целесообразно ли производить продукт на предприятиях компании или выгоднее продать лицензию другой компании, насколько надежны источники исходных материалов и энергии, какова стоимость строительных работ. Несмотря на то, что на многие из этих вопросов нельзя дать вполне определенные ответы, руководство компании должно принять конкретное адекватное решение относительно дальнейшей судьбы планируемого процесса и строительства предприятия с учетом всех существующих и прогнозируемых условий.

Располагая примером полного экономического анализа процесса, можно перейти к рассмотрению конкретных примеров существующих (эксплуатируемых), а также разрабатываемых или перспективных промышленных процессов.

 

Таблица 12.9. Определение заводской себестоимости продукта^а

 

РИС. 12.4. Поток информации в модели развития промышленных предприятий. [Воспроизведено с разрешения из статьи; Rudd D. F., Modelling the Development of the Intermediate Chemical Industry; Chem. Eng. J., 9, 11 (1975).]

 

Таблица 12.10. Расчет прибыли на инвестированный капитал (при непрерывной эксплуатации предприятия в течение 10 лет)^а