Инновационный проект совершенствования технологии производства арболита

Недостатком данного способа является длительность применения от 1 до 6 месяцев, способ связан с использованием больших производственных площадей, затрат на транспортировку и обеспечением противопожарных мер, а также данный способ ограничен сезонными условиями и применение данного способа малоэффективно, концентрация экстрагированных сахаров 0,0012% вместо 2%.

Известен способ экстрагирования водорастворимых веществ водой. Данный способ заключается в выдержке древесного заполнителя в воде с постоянной температурой 60-70°С, в течение нескольких часов.

Недостатками данного способа являются дополнительные затраты на электроэнергию для поддержания постоянной температуры, а вследствие малой продолжительности малое количество экстрагированных веществ.

Известен способ минерализации древесного заполнителя. Данный способ предполагает выдержку древесного заполнителя в растворе минерализатора в течение 30 минут.

Недостатками данного способа являются высокая стоимость некоторых компонентов минерализаторов, затраты на применение дополнительного оборудования, повышенный износ узлов и деталей оборудования за счет коррозии, связанной с работой в химически активных средах.

Наиболее близким к предлагаемому решению является способ электростабилизация или технология «Элстар». Сущность метода заключается в процессе озонирования, т.е. в электризации замоченной древесины и, как результат, усиленное окисление и нейтрализация древесных сахаров.

Недостатками данного способа являются большие временные и энергетические затраты, также требуется оборудование для получения озона.

В промышленности известен способ обработки древесного заполнителя горячим паром с добавлением сульфата алюминия. Способ заключается в пропаривании древесного заполнителя водяным паром под давлением 0,8 МПа, при температуре 160°С, с предварительной выдержкой в растворе минерализатора.

Недостатками данного способа являются большие временные и энергетические затраты, а также дополнительные затраты на минерализатор.

Целью данного изобретения является внедрение в производственные условия ультразвуковой технологии экстрагирования сахаристых фракций из отходов древесины, которая позволяют за счет кавитационных эффектов увеличить степень экстрагирования редуцирующих веществ. Для достижения цели используется низкочастотный ультразвук (частотой 20-44кГц) плотность мощности в среде 0,5 Вт/см3. Обработку осуществляют в ультразвуковом реакторе контактного действия в котором стенки реактора становятся также промежуточными излучателями и усиливают кавитационный эффект.

Способ заключается в подготовке древесного заполнителя с последующим замесом его с цементом и водой. Подготовка древесного заполнителя невостребованных отходов древесины хвойных и лиственных пород, размеры которых не должны превышать по длине 40 мм, по ширине 10 мм, по толщине 5 мм, включает стадию ультразвуковой обработки низкочастотным ультразвуком в ультразвуковом реакторе контактного типа, стенки которого после озвучивания древесины выполняют функцию излучателей в течение 5-6 минут. Время озвучивания 15-20 минут, соотношение массы заполнителя и воды 1:8; число кавитации 600-800, температура среды 60-70°С. За счет кавитации обрабатываемая среда становится кислой со значением рН=5,1. Технический результат - эффективное экстрагирование из древесного заполнителя редуцирующих сахаров, которые препятствуют процессам структурообразования, в количествах превосходящих в 1,5-2 раза при помощи известных технологий. За счет этого снижается срок схватывания растворной смеси до 50%, повышаются физико-механические характеристики арболита:

· плотность полученных образцов 700-850 кг/м3;

· коэффициент теплопроводности 0,12 Вт/мК;

· призменная прочность 2,62 МПа, что соответствует классу по прочности В1,5 и конструкционному назначению материала вместо класса В 0,75 и теплоизоляционному назначению.

Формула изобретения. Способ экстрагирования редуцирующих веществ, отличающийся применением низкочастотного ультразвукового воздействия для увеличения эффективности экстрагирования.

1. Ультразвуковой способ подготовки древесного заполнителя - невостребованных отходов древесины, заключающихся в увеличении эффекта экстрагирования редуцирующих веществ, которые препятствуют процессам структурообразования: ультразвуковое воздействие в течение 5 минут увеличивает содержание экстрагированных редуцирующих веществ в среднем в 1,5-2 раза. При пятиминутном воздействии ультразвука при обработке фракций размером 2-4 мм в раствор вымывается 0,42% редуцирующих веществ вместо 0,21%.

2. Способ по пункту 1, отличается тем, что сокращается время процесса структурообразования растворной смеси, связанное с удалением из древесины редуцирующих веществ ультразвуком. Ультразвуковое воздействие на органический заполнитель в течение 10-15 минут сокращается время начала схватывания древесно-цементной смеси на 50%, время конца схватывания на 40%.

3. Способ по пункту 2, отличается тем, что повышается механическая прочность арболита при сжатии от 28,03 до 58,82%.

4. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что повышается призменная плотность образцов арболита до 700-850 кг/м3.

5. Способ по пункту 1 отличается тем, что повышается призменная прочность арболита, что соответствует конструкционному назначению материала: у образца с плотностью 808 кг/м3 с применением ультразвука прочность при сжатии составляет 2,62 МПа, вместо 1,55 МПа без обработки ультразвуком, что соответственно повышает класс по прочности с В 0,75 (теплоизоляционное назначение материала) до В 1,5, что соответствует конструкционному назначению материала. Прочность образцов, изготовленных с применением ультразвука, повышается на 31,6%.

6. Способ по пункту 1, отличающийся тем, что уменьшается коэффициент теплопроводности на 27%. У образца, с применением ультразвука плотность составила 808 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,13 Вт/мК вместо 0,18 Вт/мК при плотности образца 800 кг/м3.

3.3 Оценка экономических показателей производственно-технологической системы

Предлагается включить в производственный цикл ультразвуковую ванну, представленную на рисунке 24.

Необходимые инвестиции (K0) для реализации проекта равны стоимости ультразвуковой ванны, и составят 1328 тыс. рублей. При реализации продукции арболит в объеме 1250 м3/год, при рыночной цене 4000 руб./м3, объем реализованной продукции (выручка) составит 5000 тыс. руб. /год. Технологические затраты производство составят 2024,9 тыс. руб./год. Чистый доход (CFcr) предприятия после вычета всех налогов и технологических затрат составит 2408,28 тыс. руб./год.

Рисунок 24 - Ультразвуковая ванна для обработки древесного заполнителя

Срок окупаемости рассчитывается по формуле (6) и составит 0,55 года.

, года (6)

Технические характеристики представлены в таблице 10.

Таблица 10 - Технические характеристики ультразвуковой ванны

В таблице 11 приведены сравнительные параметры предлагаемого ультразвукового реактора и паровой ванны, используемой на предприятии.

Таблица 11 - Сравнение параметров производительности и времени паровой и ультразвуковой ванн для обработки древесного заполнителя

При замене оборудования сократиться время на обработку 1 т древесного заполнителя на 4 часа, следовательно, и затраты на потребляемую электроэнергию [4].

При использовании ультразвуковой технологии сократятся затраты на потребляемую электроэнергию и воду на 36% и 69% соответственно. При этом применение ультразвуковой технологии позволяет сократить затраты на химические реактивы на 86%. Применение ультразвуковой кавитации в качестве гидролизатора не требует использования минерализаторов, которые используются для эффективного экстрагирования редуцирующих веществ из древесины при обработке паром [6].

Изменение материальных затрат при освоении данной технологии представлено в таблице 12.

Таблица 12 - Изменение материальных затрат при освоении ультразвуковой технологии

После освоения ультразвуковой технологии в производственно-технологической системе, происходит изменение параметров операционного цикла, представленные в таблице 13. При равном объеме реализованной продукции сокращаются технологические затраты и увеличивается чистый доход.

Таблица 13 - Параметры операционного цикла производственно-технологической системы с применением ультразвуковой и типовой технологии

В таблице 14 приведены значения критериев операционного цикла производственно-технологической системы в области производства арболита по двум технологиям в условиях ООО «АльянсИнвестСтрой». Из данных таблицы видно, что происходит увеличение коэффициента конверсии на 0,02, критерия доходности на 0,14, критерия капитализации на 0,12 и критерия ресурсов на 0,9.

Таблица 14 - Значения критериев операционного цикла производственно-технологической системы по обработке древесного заполнителя

Далее рассмотрим изменение параметров и критериев операционного цикла при увеличении объема реализованной продукции, за счет сокращенных технологических затрат. Изменение параметров при увеличенной объеме реализованной продукции представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Параметры операционного цикла при увеличении объема реализованной продукции

В таблице 16 представлено изменение критериев операционного цикла.

Таблица 16 - Изменение критериев операционного цикла

Увеличение объема реализованной продукции позволяет увеличить чистый доход, оставив технологические затраты на уровне до освоения инновации. Также при освоении технологии, за счет повышения потребительских свойств, имеется возможность регулирования цены на рынке потребителя.

Увеличение доли добавленной стоимости при освоении инновации происходит за счет снижения технологических затрат. Добавленная стоимость увеличиться на 9%. На рисунке 25 представлено изменение доли добавленной стоимости до и после освоения инновации.

Рисунок 25 - Динамика изменения добавленной стоимости и технологических затрат до и после освоения инновации

При увеличении объема реализованной продукции за счет сокращения технологических затрат наблюдается изменение добавленной стоимости на 20%. На рисунке 26 представлена динамика изменения доли добавленной стоимости при увеличении объема реализованной продукции.

При дальнейшем развитии предприятия и роста объема реализованной продукции доля добавленной стоимости будет расти. Так же увеличения доли добавленной стоимости возможно за счет увеличения рыночной цены на строительный материал, за счет улучшенных потребительских свойств.

Рисунок 26 - Динамика изменения объема реализованной продукции, технологических затрат и добавленной стоимости до и после освоения инновации

Результатом модернизации производственно-технологической системы предприятия в области обработки древесины является увеличение доли добавленной стоимости и роста объема реализованной продукции, а также повышение конкурентных преимуществ. Значение по объему выпуска реализованной продукции возросли на 668 тыс. руб./год, балансовая стоимость основных фондов увеличилась на 1195,2 тыс. руб./год.

В данном проекте разработана технологическая инновация, направленная на увеличение доли добавленной стоимости, за счет увеличения объема реализованной продукции, а также повышение потребительских свойств и повышения конкурентных преимуществ предприятия, с возможностью создания параллельных производств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной квалификационной работе выполнена разработка технологической инновации по совершенствованию технологии производства арболита в условиях ООО «АльянсИнвестСтрой». В ходе выполнения работы, целью которой, была разработка технологической инновации, обеспечивающей увеличение доли добавленной стоимости, путем роста объема реализованной продукции и конкурентных преимуществ, были изучены теоретические аспекты по освоению технологических инноваций, понятийный аппарат работы, изучен вопрос о проектировании операционного цикла производственно-технологической системы, который включает в себя интегрированный комплекс критериев операционного цикла, а также параметры инженерного бизнеса. Кроме этого была рассмотрена структура технологических затрат предприятия и ее составляющих.

Во второй части работы был проведен ситуационный анализ объекта исследования, а именно ООО «АльянсИнвестСтрой». Основным видом деятельности, которого является строительство и производство строительных материалов, в том числе и арболита. Изучая технологический цикл получения арболита была выявлена основная проблема производства композита. Главной проблемой производства является химический состав компонентов. Известно, что в древесине содержатся сахаристые фракции (редуцирующие вещества), которые препятствуют процессам структурообразования композита. Поэтому для производства ароболита древесный заполнитель подвергают предварительной обработке паром в присутствии катализатора. Применяемая технология направлена на гидролизацию и экстрагирование редуцирующих веществ из древесины. Для решения этой проблемы применяются регламентированные ГОСТом технологии. Однако они малоэффективны в связи с длительностью обработки и требуют больших затрат, так как известные технологии требуют нагрева обрабатываемой среды и поддержания постоянной температуры. Далее был проведен анализ предприятия по критериям и параметрам операционного цикла, а также структуры технологических затрат. Анализируя полученные данные можно сделать вывод, что производство арболита является ресурсозатратным, так как большую долю затрат составляют материальные затраты.

В третьей части выпускной квалификационной работы рассматривается технологический процесс обработки древесного заполнителя в производстве арболита. Было приведено обоснование и экспериментальные исследования по разработке и освоению технологической инновации, с описанием формулы изобретения для получения патента на предлагаемый ультразвуковой способ обработки древесного заполнителя. Также было приведено предложенное для включения в технологический цикл оборудование, а именно замена традиционной паровой ванны на ультразвуковую. Замена технологии позволит сократить время на предварительную обработку древесного заполнителя, а также время структурообразования композита. Кроме этого применение предлагаемой ультразвуковой технологии позволяет увеличить конкурентные преимущества, а также снизить технологические затраты при сохранении того же объема реализованной продукции. Увеличение объема реализованной продукции возможно за счет сокращения технологических затрат. В следствие чего наблюдается рост объема реализованной продукции на 668 тыс. руб., а добавленной стоимости на 20%.

Кроме этого данная технология позволяет создать дополнительные производства, а именно производство белково-кормовых дрожжей на основе экстракта полученного при обработке древесины, производство адсорбентов и производство микрокристаллической целлюлозы. В работе были разработаны производственно-технологические циклы получения данной продукции. Финансирование будет осуществляться за счёт собственных средств предприятия и накопленного амортизационного фонда. Срок окупаемости проекта составит 0,6 года.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. ГОСТ 19222-84. Арболит и изделия из него. - Введ. 01.01.1985. - Москва: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1986. - 20 с.: ил.

2. ГОСТ 3103-76. Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объёма. - Введ. 01.01.1978. - Москва: Госстандарт СССР: Изд-во стандартов, 1976. - 20 с.: ил.

3. Лебедева, Н. А. Инновационный проект освоения ультразвуковой технологии в производстве арболита / Н. А. Лебедева; науч. рук.: Л. М. Воропай, А. А. Борисов // Материалы межрегиональной научной конференции XI ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых: [в 3-х т.]. Т. 2 / [редкол.: А. А. Синицын, Л. Г. Рувинова, С. М. Хамитова и др.]. Вологда, 2017. - С. 113-117.

4. Лебедева, Н. А. Проектирование модуля ультразвуковой обработки в технологической линии по производству арболита / Н. А. Лебедева, В. П. Сеничев, Л. М. Воропай // Уральский научный вестник. - 2017. - Т. 2, № 11. - С. 82-85.

5. Лебедева, Н. А. Ультразвуковая технология обработки древесного наполнителя при производстве арболита / Н. А. Лебедева; науч. рук.: Л. М. Воропай, В. П. Сеничев // Молодые исследователи - регионам: материалы междунар. науч. конф. (Вологда, 20-21 апреля 2016 г.): [в 3 т.]. Т. 1 / [отв. ред. А. А. Синицын]. - Вологда, 2016. - С. 179-181.

6. Лебедева, Н. А. Экономическое обоснование освоения ультразвуковой технологии в производстве арболита / Н. А. Лебедева, А. А. Борисов // Неделя науки СПбПУ: материалы междунар. науч.-практ. конф. - Санкт-Петербург, 2017. - С. 185-187.

7. Лебедева, Н. А. Пиролиз углеродосодержащих сорбентов / Н. А. Лебедева, М. А. Лебедева, Л. М. Воропай // Сборник статей по материалам LVIII студенческой международной научно-практической конференции. - Новосибирск: АНС «СибАК», 2017. - С. 95-97.

8. Методические рекомендации по оформлению квалификационных работ, курсовых проектов/работ для студентов очной, очно-заочной вечерней и заочной форм обучения / сост. А. Н. Тритенко, О. В. Сафонова. Вологда: ВоГУ, 2016. - 74 с.

9. Наназашвили, И. Х. Производство арболита из древесных отходов / И. Х. Наназашвили, М. К. Марданов - Москва, 1974. - С. 4-42.

10. Наназашвили, И. Х. Строительные материалы из древесноцементной композиции / И. Х. Наназашвили. - 2-е изд., перераб. и доп. - Санкт-Петербург: Стройиздат, 1990. - 415 с.

11. АльянсИнвестСтрой [Электронный ресурс]: офиц.сайт. - Режим доступа: http://www.ais35.ru.

12. Пономарев, В. Д. Экстрагирование лекарственного сырья / В. Д. Пономарев. - Москва: Медицина, 1976. - 240 с.: ил.

13. Туккель, И. Л. Управление инновационными проектами: учебник / И. Л. Туккель, А. В. Сурина, Н. Б. Культин; под ред. И. Л. Туккеля. - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2011. - 416 с.

14. Ультразвуковая технология в производстве строительных композиционных материалов / Н. А. Лебедева, Л. М. Воропай, Ю. Р. Осипов, В. П. Сеничев // Бъдещето въпроси от света на науката: материали за 11-а международна научна-практична конференция / Бял ГРАД-БГ. - 2015. - Т. 20: Технологии. Здание и архитектура. - С. 74-79.

15. Ультразвуковой кислотный гидролиз сахаров в древесине / Н. А. Лебедева, М. А. Лебедева, В. П. Сеничев, Л. М. Воропай // Перспективы мировой науки - 2017: XI Междунар. науч.-практ. конф. - Шеффилд, 2017. - С. 61-66.

16. Фридман, В. М. Физико-химическое действие ультразвука на гетерогенные процессы жидкостной обработки материалов / В. М. Фридман Применение ультразвука в химико-технологических процессах: сборник. - Москва, 1960. - С. 107-118.

17. Шичков, А. Н. Ситуационный анализ рыночного уклада в муниципальном округе (районе): монография / А. Н. Шичков. - Вологда: ВоГТУ, 2013. - 207 с.

18. Шичков, А. Н. Теория и практика инженерного бизнеса и менеджмента: учеб. пособие / А. Н. Шичков. - Вологда: ВоГУ, 2016. - 119 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Бухгалтерский баланс ООО «АльянсИнвестСтрой» за 2013-2016 года

Финансовая (бухгалтерская) отчетность

Размещено на Allbest.ur