54.3. Основні поняття та загальна характеристика тех-нологічних систем

магниевый скраб beletage

Перш за все, треба визначити основу поняття технологія - це на-ука, яка вивчає способи і процеси переробки різних видів сировини упродукти споживання і засоби виробництва або це наука про раціона-льні засоби і способи здійснення виробничих процесів, наука про ра-ціональні методи і процеси переробки сировини у продукти спожи-вання і засоби виробництва. Хімічна технологія за рахунок проведен-ня хімічних реакцій приводить до якісної зміни сировини з метоюотримання нових з'єднань і матеріалів, що відрізняються за своїмифізико-хімічними властивостями і можуть бути використані люди-ною.

Вирішення задач підвищення ефективності виробництва харчо-вої технології може бути успішно здійснено спираючись на теоріюаналізу та синтезу технологічних систем:

фізичних - взаємодія визначається фізичними закономірнос-тями;

хімічних - сукупність елементів, які взаємозв'язані техноло-гічними потоками і функціонують як одне ціле для забезпечення еко-номічно доцільної переробки сировини на корисний продукт;

біологічних - сукупність молекул для взаємодії у клітині наклітинно-молекулярному рівні; клітин у організмі; організмів у попу-ляції та різних популяцій у навколишньому середовищі;

біохімічних - взаємодія тіл визначається біохімічними пере-твореннями, а також фізико-хімічних і інших.

Технологічна система - це підприємство, цех, ділянка, апарат -має чітко сформульовану мету у вигляді кількісних і якісних характе-ристик. При цьому технологічний процес - це сукупність послідовнихзмін у системі, які приводять до виникнення у ній нових властивостей.Більшість процесів харчової технології на відміну від хімічної є не-зворотні, тобто вони протікають у одному напрямку - ректифікація,сушіння, адсорбція, подрібнення і ін., на відміну від зворотних - крис-талізація, абсорбція і деякі інші.

Складність технологічної системи визначається її структурою,числом елементів, зв'язків, рівнів, обсягом інформації, закладеної всистему. Умовно за ступенем складності системи поділяють на малі івеликі (цех, завод, виробниче об'єднання, комплекс) - це сукупністьмалих, які мають певну цілісність, спільні цілі та призначення.

Поняття елементу системи неоднозначне, але це самостійнаумовно неподільна частина. Елементи класифікують: механічні - змі-нюється форма, розміри початкової сировини; фізичні - змінюєтьсяфізичний стан сировини; хімічні - змінюється хімічний склад сирови-ни; біологічні - змінюється біологічний склад сировини; енергетичні -перетворюється енергія; комбіновані і інші. Між елементами системизавжди існує функціональний взаємозв'язок у вигляді технологічнихпотоків - переміщення у просторі маси та енергії. Сукупність елемен-тів і зв'язків утворює структуру системи, а сукупність елементів, яка єпевною мірою самостійно функціонуючою частиною системи, розгля-дають як підсистему. Зміна станів системи у деякому інтервалі часу -це процес функціонування системи. Стан системи визначають і конт-ролюють за певним набором вихідних її змінних, які залежать від ве-личини вхідних змінних технологічної системи.

Процес функціонування системи обумовлюється параметрамисистеми (конструкційні та технологічні) і технологічними режимамиелементів - сукупність факторів всередині елементу, які впливають нашвидкість технологічного процесу, вихід і якість продукту.

Усі технологічні системи мають властивості:

чутливість - властивості системи змінювати технологічні ре-жими функціонування під впливом зміни власних параметрів системиі зовнішніх збурюючи впливів;

керованість - властивість системи досягати бажаних цілей приобмежених ресурсах управління, які є у реальних умовах експлуатації;

стійкість - властивість системи повертатися до попередньогостану після припинення дії збурення;

захищеність від перешкод - властивість системи ефективнофункціонувати в умовах дії внутрішніх і зовнішніх перешкод;

надійність - характеризує частоту відказів окремих елементівсистеми виконувати і зберігати задані функції, випускати потрібнупродукцію у заданих межах часу;

емерджентність - здатність системи здобувати нові властиво-сті, які відрізняються від властивостей окремих елементів, що утво-рюють цю систему;

інтеректність - здатність елементів утворюючих систему довзаємодії між собою у процесі її функціонування.

До показників ефективності функціонування технологічної сис-теми відносять: економічні, технологічні критерії ефективності, екс-плуатаційні та соціальні. Вибір показника ефективності залежить відцілей функціонування системи, яка визначається рівнем структурисистеми.

Кожний рівень структури технологічної системи, у свою чергу,має свою ціль функціонування і характеризується певними показни-ками ефективності функціонування. На першому рівні підприємстваціллю функціонування елементів технологічної системи є біохімічнийі фізико-хімічний влив на технологічні потоки. Показниками ефектив-ності функціонування елементів технологічної системи у цьому випа-дку можуть бути коефіцієнти корисної дії апаратів або величин, щохарактеризують селективність процесу, вихід продукту, експлуатацій-ні показники і ін.

Другий рівень структури утворюють технологічні системи, щовідповідні технологічним цехам, ціль на даному етапі полягає в отри-манні для даного цеху встановленої кількості цільового продукту, апоказниками ефективності функціонування будуть витратні норми насировину і енергію, а також показники економічної ефективності.

Третій рівень структури - це взаємозв'язана сукупність, якаутворює це підприємство. Ціль функціонування такого підприємства -виконання виробничого плану з випуску заданого асортименту проду-кції згідно з вимогами стандартів і технічної документації, ефектив-ність у даному випадку оцінюють узагальненими економічними пока-зниками з урахуванням економічного ефекту за рахунок переробкиабо використання відходів виробництва, а також регенерації енергети-чних ресурсів.

Структуру технологічної системи будь-якого рівня можна пред-ставити зображувальними моделями: функціональними, структурни-ми, технологічними та операторними схемами, що надає загальне уяв-лення про процес функціонування, про елементи (підсистеми) системиу графічному вигляді і по-різному описує технологічну систему.

Вибір виду моделі графічного зображення залежить від цілі ві-дображення та розмірів об'єкту:

функціональна схема - це блоки, що являють собою основніпідсистеми даного виробництва і технологічні зв'язки між ними, ви-користовують в основному на перших етапах проектування;

структурна схема - це блоки, які зображують елементи систе-ми і технологічні зв'язки між ними із зазначенням напрямів руху ма-теріальних і енергетичних потоків, використовують в основному настадії розробки окремих підсистем, вона чітко відображає потоки міжелементами;

технологічна схема - це зображення елементів системи загаль-ноприйнятими умовними позначеннями з визначенням зв'язків міжелементами лініями зі стрілками, її використовують в основному прирозрахунках на стадії експлуатації та проектування системи;

• операторна схема - це зображення елементів системи загаль-ноприйнятими умовними типовими технологічними основними (рис.54.2а) та допоміжними операторами (рис. 54.26) з визначенням техно-логічних зв'язків між ними.

Основні технологічні оператори забезпечують функціонуваннятехнологічної системи у заданому цільовому напрямку, а допоміжнітехнологічні оператори показують як змінюється енергетичний і фа-зовий стан технологічних потоків. Операторною схемою у теорії тех-нологічних систем користуються для введення в ЕОМ даних у виглядіпрограмних або обчислювальних модулів, побудованих на базі мате-матичних моделей окремих технологічних операторів, що, наприклад,може бути основою для створення систем автоматизованого проекту-вання підприємства.

Технологічна схема дає більше уявлення про елементи та різно-манітні процеси, що проходять у них, вона може мати відомості про їхгабарити та конструкції, типи, склад початкової сировини, проміжнихта кінцевих продуктів, а також про послідовність технологічних про-цесів.

Важливе значення окрім зображувальних моделей дають і опе-раційно-описові моделі - словесний послідовний постадійний опистехнологічного процесу (наприклад, технологічний регламент вироб-ництва), що відбувається в елементах технологічної системи. Вид спо-собу з'єднання технологічних елементів між собою (рис. 54.3) істотновпливає на якість функціонування системи. Послідовний зв'язок міжелементами системи показує, що потік, який виходить з одного елеме-нта, є вхідним для наступного і всі технологічні потоки проходятькрізь кожний елемент системи не більше одного разу. Такий зв'язокдозволяє підвищити ефективність функціонування даної групи техно-логічних операторів, наприклад, функціонування прямотечійних реак-торів. Послідовно-обвідний зв'язок - байпас, характеризується тим,що при послідовному включенні апаратів потік розподіляється міжними, тобто частка технологічного потоку на вхід кожного апаратазменшується, що приводить до збільшення часу перебування реагентіву апараті і, як наслідок, виходу продукту. Паралельний зв'язок засто-совується: для отримання з однієї сировини кількох проміжних проду-ктів для подальшого вироблення з них одного цільового продукту, атакож для підвищення продуктивності та потужності технологічноїсистеми.

Зворотний зв'язок - рецикл, замкнена технологічна система, ха-рактеризується наявністю зворотного технологічного потоку, щозв'язує вихід наступного елемента із входом попереднього, а елементиз'єднані між собою послідовно. Технологічні потоки поділяють на:прямі (Wa, Wd), головні (WB , Wc ) і зворотні WE, вони характеризу-ються коефіцієнтами. Для простих замкнених технологічних системце коефіцієнт відношення рециркуляції (1) або коефіцієнт рециркуля-ції (2):

R = WE / WB = WE / Wc (1), KR = WB / WA = WC / WD (2),

між цими коефіцієнтами існує зв'язок:

R = 1- (1/KR ); KR = 1/(1 - R).

Технологічні системи зі зворотним технологічним зв'язком (на-приклад, синтез етанолу з етилену гідратацією у паровій фазі) дозво-ляють досягти більш повного перетворення і регенерації енергії за ра-хунок використання теплоти реакції, технологічні режими такої сис-теми сприяють забезпеченню надлишку одного з реагентів, підтри-манню бажаного температурного режиму, заглушенню побічних реак-ції і ін.

Перехресний зв'язок дає можливість більш ефективно викорис-товувати енергію технологічної системи, наприклад, за рахунок теп-лоти отриманих продуктів реакції або газів, що відходять, підігріва-ють сировину; для процесів під високим тиском - використовуютьенергію стиснутих газів або рідин і ін., що дозволяє створити замкне-ну енергетичну систему.

З точки зору особливостей технологічної структури технологіч-ної системи розрізняють системи розімкнені - проходження всіх тех-нологічних потоків через будь-який елемент системи лише один раз зарахунок комбінації вищевказаних технологічних зв'язків між елемен-тами; замкнені - принаймні, є один зворотний зв'язок, жоден елементсистеми не повторюється двічі. Тобто, замкнені технологічні системи,замкнена багатоконтурна технологічна система - це сукупність кіль-кох взаємозв'язаних простих замкнених підсистем, що містять хоча бодин спільний технологічний елемент або спільний технологічний по-тік. Для досягнення однієї мети функціонування системи можна вико-ристовувати різні типи технологічних зв'язків.