55.1. Загальні питання енергозбереження в харчовихтехнологіях. Основні етапи синтезу і структура технологічної схеми систем

магниевый скраб beletage

У зв'язку з тим, що Україна на даний момент забезпечена вла-сними енергетичними ресурсами не більше ніж на 40 %, а середня ва-ртість енергії на питомий продукт, який випускається українськоюхарчовою промисловістю, у 1,5 - 2 рази перевищує цей показник дляіндустріально розвинених країн, більшість діючих українських під-приємств підлягають реконструкції з погляду ресурсо- і енергозбере-ження. При будівництві нових підприємств так само необхідно вико-ристовувати сучасні ресурсо- і енергозберігаючі методи проектування.

Один з таких методів, відомий у даний час за назвою пінч-аналіз, з'явився в індустріально розвинених країнах під час нафтовоїкризи 70-х років двадцятого століття. Пінч-технологія, як буде пока-зано нижче, надає інженерам-конструкторам, технологам і проектува-льникам можливість, що принципово відрізняється від існуючих ма-тематичних методів, які подібні чорній шухляді.

Структура технологічних процесів багатьох галузей харчовоїпромисловості (молочної, цукрової, спиртової, м'ясної, виробництвапатоки, інвертного сиропу, органічних кислот і ряду інших) у багатьохвипадках подібна структурі технологічних процесів хімічних вироб-ництв. Технологічні процеси ряду галузей харчової промисловостіможуть бути класифіковані як хіміко-технологічні системи, тому щоїхнє протікання супроводжується хімічними реакціями в апаратах, щозастосовуються в хімічній технології: пастеризатори, стерилізатори,випарні установки, теплообмінне устаткування, котли-реактори й ін.Ці процеси супроводжуються переносом (передачею) теплоти: приекзо- і ендотермічних реакціях, у процесах сушіння, кристалізації, ад-сорбції, ректифікації й ін.

Проектування підприємств харчової промисловості може бутирозділене на два рівні. Перший рівень - це проектування індивідуаль-них установок, таких як, реактори, печі, системи розподілу, теплооб-мінні апарати, сушарки і т.д. Другий рівень - це об'єднання цих уста-новок в інтегровані системи виробничих процесів. Пінч-аналіз зв'яза-ний із другим рівнем. Технологія проектування індивідуальних уста-новок добре розвинена, але задача вибору оптимального розміщенняапаратів і їхньої взаємодії надзвичайно складна. Для рішення цієї за-дачі в пінч-аналізі розроблені методи і правила, що базуються на ос-новних термодинамічних законах.

Ці технологічні системи харчової промисловості характеризу-ються великою кількістю прямих, обвідних, рециркулюючих, що роз-галужуються і з'єднуються матеріальних потоків, які утворюють сис-тему або підсистему підприємства, до якої можна застосувати методисистемного аналізу.

Основні етапи синтезу технологічних систем можна предста-вити в наступному плані:

вибір видів фізико-хімічних процесів перетворення сировинив необхідні продукти;

установлення взаємозв'язків між цими фізико-хімічними проце-сами з розробкою повної технологічної системи.

Р = F {F,G,K,D,V}

Рисунок 55.1. Умовне позначення технологічної системи:G - технологічна структура; K - конструкційні параметри;

D - технологічні параметри; F - сировина

У складних виробництвах перетворення сировини в необхідніпродукти звичайно не можна здійснювати в один етап (рис. 55.1). То-му технологічна система складається з декількох технологічних про-цесів або операцій, на кожній з яких відбуваються проміжні фізико-хімічні перетворення (хімічні реакції, процеси розподілу, змішування,нагрівання, охолодження, зміни розмірів часток і ін.).

Після вибору видів необхідних технологічних процесів уста-новлюються взаємозв'язки між ними, у результаті чого генеруєтьсяповна схема технологічної системи, що реалізує усі фізико-хімічні пе-ретворення вихідної сировини в кінцевий продукт.

Після генерування структури технологічної схеми можна пе-рейти до побудови математичної моделі.

Математична модель технологічної системи дозволяє прогно-зувати її поводження. Побудувавши математичну модель технологіч-ної системи, можна розрахувати витрати, склад, температуру і тискдля кожного технологічного потоку системи.

Математична модель технологічної системи повинна передба-чати значення витрат, склад, температуру і тиск продуктів. Вона та-кож дозволяє розраховувати геометричні розміри окремих одиницьустаткування (апаратів і машин різних технологій) і спрогнозуватикількість необхідної сировини і споживаної енергії.

Після цього можна розрахувати показники властивостей тех-нологічної системи - стійкість, чутливість, надійність, безпеку і т.д.

Показники ефективності технологічної системи:

економічні;

екологічні;

надійність і технологічна безпека;

простота контролю і керування;

гнучкість;

працездатність і тривалість часу виробництва і т.д.

Деякі показники ефективності технологічної системи, напри-клад, економічні й екологічні, можна точно розрахувати. Інші, напри-клад, гнучкість - не можна. У цьому випадку необхідно використову-вати експертні оцінки проектувальників.

Синтез і оптимізація технологічної системи (внесення змін упроект технологічної системи для поліпшення його економічних пока-зників) включає два види задач:

структурна оптимізація технологічної системи - синтез і оці-нка альтернативних технологічних схем (структур);

параметрична оптимізація технологічної системи - зміна па-раметрів технологічних процесів і апаратів усередині кожної структу-ри системи.

Таким чином, проектування складних технологічних системскладається з трьох задач:

синтез технологічної схеми системи;

побудова математичної моделі аналізу технологічної сис-теми;

оптимізація технологічної системи.

Три етапи проектування, що вказані вище, впливають один наодного, тому виникає необхідність їхнього спільного рішення, тобтосам процес проектування також є системною задачею.