АНАЛИТИЧЕСКАЯ СЛУЖБА, ЕЕ ЦЕЛИ И ОСОБЕННОСТИ

Необходимым условием успешной работы предприятия является контроль показателей качества на всех стадиях производства: от анализа сырья до поставки продукции потребителю. Только такой контроль может обеспечить эффективность управления производственными процессами и необходимую ритмичность производства. Полная и достоверная информация о качестве химической продукции формируется по результатам аналитического контроля. Оперативное и надежное управление такой информацией является одной из основных функций службы аналитического контроля. Аналитическая служба является формой организации аналитического контроля в промышленности.

Аналитический контроль — аналитические работы, выполняемые с целью оценки соответствия состава, свойств и структуры объектов (веществ и материалов) установленным требованиям.

Аналитическую службу можно определить как сложную систему, действующую с целью получения данных о химическом составе (реже — химическом строении) веществ, которые необходимы для материального производства, для решения задач, возникающих при изучении состава веществ, оценивании соответствия этого состава требованиям и управлении составом (рис. 1.1).

Задачи, решаемые аналитической службой

Рис. 1.1. Задачи, решаемые аналитической службой

Под изучением состава понимают установление качественного или количественного состава веществ, т.е. получение объективных данных о составе вещества.

При оценивании состава устанавливают соответствие содержания компонента в основной массе вещества некоторым требованиям. Одной из наиболее распространенных задач, решаемых на основе подобного оценивания, является контроль химического состава веществ (аналитический контроль).

Под управлением составом понимают процесс, включающий, помимо всех перечисленных стадий, также управляющие воздействия (например, добавка реагентов с целью изменения состава в необходимом направлении, принятие нужной схемы переработки сырья и пр.). В общем случае управление включает и контроль результатов управляющих воздействий.

Положение контроля в схеме процесса производства веществ, материалов, продуктов отражено на рис. 1.2. Аналитический контроль производственных процессов предполагает постоянное слежение за изменением различных физических и химических параметров процесса в масштабе реального времени.

Структурная схема производственного процесса Источник

Рис. 1.2. Структурная схема производственного процесса Источник: ШаевичА.Б. Аналитическая служба как система. М.: Химия, 1981. С. 15

На вход технологического процесса подается сырье. Далее оно перерабатывается. Результатом является продукция (вещество, материал), качество которой должно удовлетворять определенным требованиям. На всех этих стадиях осуществляется контроль, а по его данным — управление.

Контроль технологических процессов представляет собой измерения в масштабе реального времени и включает пробоотбор, подготовку пробы к измерениям, собственно аналитические измерения, интерпретацию результатов и их использование для контроля химических процессов. Таким образом, целью контроля технологических процессов является проведение аналитических измерений в масштабе реального времени на всех (или части) технологических стадиях промышленного процесса и использование полученной информации для оценки состояния процесса и его оптимизации по отношению к расходованию реагентов, образованию отходов, выходу и чистоте продукта.

Необходимость проведения измерений в масштабе реального времени обусловлена многими причинами. В условиях жесткой конкуренции и регулирования производители заинтересованы в повышении качества продукции, производительности, оптимальном использовании исходных химических веществ, максимальном выходе и чистоте продукта и минимизации отходов. Измерения в масштабе реального времени используют для того, чтобы оптимизировать и контролировать химический процесс.

В ходе контроля технологического процесса промышленный анализатор измеряет контролируемый параметр, затем информация передается в компьютер. Измеренный параметр программно сравнивается с совокупностью справочных дискретных величин. Основываясь на разнице между ними, можно контролировать такие технологические параметры, как скорость потока, скорость смешивания, скорость потока охлаждающей воды и т.д. В табл. 1.1 перечислены некоторые примеры таких сравнений, выполняемых при аналитическом контроле технологического процесса. Рассмотрение данных таблицы позволяет заключить, что аналитическим контролем могут и должны быть охвачены все стадии производства продукции; следовательно, их совокупность образует систему аналитического контроля технологического процесса и предприятия в целом.

Таблица 7.7

Примеры получения информации для оценки состояния

отдельных стадий технологического процесса

Оцениваемый объект

Норматив

Сырье

Допускаемые пределы изменения содержания компонентов (допуск на состав)

Полупродукты

Допустимые технологическим регламентом колебания состава среды в реакторе

Готовая продукция

Содержание компонентов в продукции с целью оценки ее соответствия требованиям нормативных документов (техническим регламентам, национальным стандартам, стандартам организации, техническим условиям на продукцию, условиям договора)

Окружающая среда

Фоновые содержания элементов или их соединений в природе (например, требования СанПиН)

Основные способы организации и выполнения производственного анализа (рис. 1.3): «в лаборатории» (off-line); «на месте» (at-line); «на линии» (on-line); «в потоке» {in-line).

Режим off-line. В данном способе пробу отбирают из производственного потока и отправляют в централизованную лабораторию, где ее анализируют любыми доступными методами.

Поскольку пробу для измерений переносят с химического завода в лабораторию, возникает возможность вовлекать в процесс анализа все ресурсы аналитической лаборатории: применять сложную, дорогостоящую аппаратуру; использовать для проведения измерений квалифицированный персонал. Несмотря на это, данный способ является экономически выгодным, поскольку в такой лаборатории дорогостоящее оборудование обычно постоянно загружено.

ю

Основные способы осуществления производственного анализа (СИ - средство измерения)

Рис. 1.3. Основные способы осуществления производственного анализа (СИ - средство измерения):

  • 7 — «в лаборатории» (off-line); 2 — «на месте» (at-line); 3 — «в потоке» (in-line);
  • 4 — «на линии» (on-line)

Источник: Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т. / Пер. с англ.; Под ред. Р. Кельнера, М. Мерме, М. Отто, М. Видмера. М.: Мир; ACT, 2004. Т. 2. С. 651

Недостатком же этого способа является значительная длительность анализа. Следовательно, (#-/ше-измерения не позволяют оперативно влиять на технологический процесс. Их используют, как правило, при запуске нового производства, отработке технологического регламента и в ходе производственных исследований.

Режим at-line. Производственный анализ в режиме at-line, в котором средство измерения (СИ) находится на предприятии, является более эффективным. Он значительно приближен к условиям производства. Достоинствами такой организации являются:

  • • существенное сокращение времени анализа;
  • • большие возможности для контроля за ходом производственного процесса;
  • • использование более простой и дешевой аппаратуры.

Тем не менее такой способ также требует наличия квалифицированного персонала и не всегда обеспечивает необходимую быстроту контроля хода процесса. Кроме того, реализовать на практике такой способ анализа не всегда возможно.

Режим on-line предполагает уже непосредственный анализ технологического продукта. При этом отбор, подготовка и транспортировка пробы к измерительному прибору осуществляются автоматически. Оя-//яе-аппаратура может работать в периодическом (дискретном) или непрерывном режиме.

В первом варианте некоторую часть вещества (пробу) автоматически отбирают из технологического потока через определенные промежутки времени и вводят в измерительный прибор. Такой способ позволяет полностью автоматизировать аналитический процесс и исключить вмешательство оператора. Во втором варианте часть вещества из производственного потока протекает через измерительную ячейку непрерывно.

Недостаток способа on-line состоит в том, что анализу подвергается лишь некоторая отдельная часть технологического потока. Однако возможен анализ и непосредственно «в потоке».

Режим in-line обеспечивает лучшие возможности для проведения производственного анализа. Он основан на встраивании измерительного средства (СИ) непосредственно в технологический поток с целью исключения необходимости пробоотбора и реализации автоматических измерений (контактный способ). Однако применяемые в этом случае СИ должны отвечать несколько иным требованиям, чем лабораторное оборудование. Они должны быть защищены от воздействия технологической среды. Число таких сенсоров ограничено. Поэтому часто приходится ограничиваться измерением лишь некоторых важных параметров (например, pH, электропроводность и т.п.).

В некоторых случаях возможно проведение бесконтактных измерений (в отсутствие непосредственного физического соприкосновения сенсора с анализируемым объектом). При этом также не требуется пробоотбор. Кроме того, отпадает проблема загрязнения сенсора компонентами технологического потока. Например, определение анализируемого компонента можно проводить через прозрачное окно в технологической трубе с помощью спектроскопии в ближнем ИК-диапазоне. Этот неразрушающий способ анализа часто осуществляется дистанционно.

Среди первых аналитических устройств, использующихся для целей промышленного анализа в 1940—1950 гг., следует назвать рН- метры (pH-сенсоры). Вслед за ними в конце 1960-х и начале 1970-х гг. стали достаточно широко использоваться методы газовой хроматографии. В настоящее время все большее распространение получают спектроскопические методы. Оптоволоконные сенсоры или зонды, используемые для передачи сигнала между спектрометром и пробой, устраняют необходимость отбора пробы и способствуют внедрению многих спектроскопических методов в промышленный анализ. Существует и ряд других методов, которые применяются в промышленном контроле: рентгено-флуоресцентная спектроскопия, атомно-спектроскопические методы (с возбуждением в пламени и индуктивно-связанной плазмой).

Большинство аппаратуры, используемой в лабораторных условиях, может применяться и для промышленных измерений, однако она не удовлетворяет тем жестким требованиям, которые предъявляются к промышленным анализаторам. Используемые в производстве измерительные системы должны отвечать более высоким стандартам, чем лабораторное оборудование.

Промышленные анализаторы должны быть приспособленными для проведения длительных измерений в жестких внешних условиях, поскольку должны надежно работать в неблагоприятных условиях химического производства (при изменении температуры, давления и влажности в очень широком диапазоне, в агрессивной среде и т.д.). Кроме того, все операции аналитического цикла (пробоотбор, предварительная обработка пробы, измерения, сбор и обработка результатов измерений) должны быть автоматизированы. Анализаторы должны работать автономно в течение нескольких дней или даже недель, оставаясь в этот период в откалиброванном состоянии и допуская возможность автоматической калибровки. Аппаратура должна быть способна к проведению быстрых измерений, чтобы следить за процессом в масштабе реального времени. Промышленные анализаторы, в отличие от лабораторной аппаратуры, в основном монофункциональны, т.е. адаптированы для проведения измерений отдельных компонентов, что является их недостатком. Но в то же время такие анализаторы обеспечивают получение результатов аналитических определений с высокой степенью надежности.

Современные тенденции в области аналитического контроля производства связаны с развитием аппаратуры удаленного детектирования и микроанализаторной/сенсорной технологии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >