1.5. Способы организации технологического процесса

По способу организации технологические процессы АПК под­разделяют на:

• периодические,

• непрерывные,

• комбинированные.

Периодический процесс характеризуется единством места про­текания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. При этом ис­ходные вещества пе­риодически загружаются в аппарат и обрабатываются, а го­товый продукт выгружается, т.е. все стадии процесса обычно осуществляются в одном аппарате, но в разное время. Таким образом, все периодические про­цессы нестационарны.

Периодические процессы могут протекать как в замкнутых системах, не обменивающихся веществом с окружающей средой, так и в открытых системах.

Периодические процессы целесообразно применять в произ­водствах небольшого масштаба, при часто меняющемся ассорти­менте выпускаемой продукции. При­менение периодических процессов оправданно в малотоннажных производствах с часто меняющимся ассортиментом выпускаемой продукции.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени проте­кания всех его стадий, установившимся состоянием, непрерывной загрузкой исходных ма­териалов и выгрузкой конечного продукта. При этом все стадии процесса про­текают одновременно, но в раз­ных точках аппарата (или аппаратов), причем в каждой его точке параметры процесса во времени не изменяются.

Непрерывные процессы обязательно осуществляются в откры­тых системах, т. е. в системах, обменивающихся веществом с окру­жающей средой. Проведение процессов по непрерыв­ному принципу позволяет:

• значительно повысить производитель­ность;

• повысить качество получаемых продуктов;

• полностью автоматизировать и механизировать производство;

• снизить энергоемкость продукции;

• повысить энергоэффективность производства.

Поэтому в АПК, особенно в многотоннажных производствах, перио­дические процессы повсеместно вытесняются непрерывными и имеют более высо­кую энергоэффективность.

Комбинированный процесс представляет собой либо непрерыв­ный процесс, отдельные стадии которого проводятся периодически, либо такой периодиче­ский процесс, одна или несколько стадий которого проводятся непрерывно.

Большинство технологических процессов многостадий­но и включает обычно несколько последовательных стадий. Часто одна из стадий осуществляется значительно медленнее остальных, лимитируя скорость протекания всего процесса. В этом случае для того, чтобы увеличить общую скорость процесса, це­лесообразно воздействовать прежде всего на лимитирующую стадию.

Знание того, какая стадия процесса является лимитирующей, позво­ляет упростить анализ, описание, интенсификацию процесса и повышение его энергоэффективности.

За последние годы выявлено существенное влияние на интен­сивность типовых процессов воздействия различных факторов (электрических и магнитных полей, лазерного излучения, пульсаций участвующих в процессе потоков жид­кости и т. п.).

1.6. Системный подход к проблеме повышения энергоэффективности про­изводства сельскохозяйственной продукции

При рассмотрении производства АПК как сложной системы предварительно необходимо изучить связи между элементами, выявить совокупность управляемых и неуправляемых параметров, способных влиять на показатели энерго­емкости процесса и качество продукции. К ним обычно относят:

• составы потоков, их расходы и технологические параметры (температура, давление, концентрация и т.д.);

• количество подводимой и отводимой энергии.

т.е. те параметры, от которых прежде всего зависит протекание технологического про­цесса, энергетические и капитальные затраты на производство про­дуктов.

При разработке и исследовании сложных систем, характеризующих любой технологический объект, выделяют, как правило, два класса основных задач:

• задачи синтеза, сводящиеся к выбору структуры и значений параметров на основе заданных свойств системы;

• задачи анализа, связанные с изучением свойств поведения системы в зави­симости от её структуры и значений параметров.

Синтез ТС– это операция выбора типов элементов и структуры технологических связей между ними, определения параметров элементов и технологиче­ских потоков системы, которые, в конечном счёте, обеспечивают оптимальное значение критерия энергетической эффективности.

Системой называется множество находящихся в отношениях и связях между собой элементов, представляющих единое целое и предназначенное для достижения какой-либо цели.

Система технологических процессов в производствах АПК – это совокупность элементов, обладающая двумя основными особенностями:

• технологический объект базируется на анализе комплекса явлений, харак­теризующих все процессы (энергетические, массообменные, механические и т. д.), поскольку производство нельзя рассматривать как сумму отдельных технологических операций и процессов. Каждый отдельный элемент производства непосредственно или косвенно влияет на другие элементы. Между элементами системы существует способ взаи­модействия, выраженный в ее структуре (структурной схеме);

• система функционирует при взаимодействии с окружающей средой.

Элемент системы – это самостоятельная и условно неделимая составляющая системы. Любой элемент системы рассматривается как система более низ­кого порядка, а сама система – как элемент системы более высокого уровня.

Структурная схема исследуемого объекта (СС) включает условно обозначенное на схеме электротехнологическое оборудование (элементы системы), имеет входы и выходы информационных потоков (материальных, энергетиче­ских и др.) с указанием направления переноса. СС дает информацию о характе­рах потоков и их преобразованиях в элементах системы.

Анализ и синтез систем основаны на понятиях иерархичности, т.е. отдельные уровни системы определяют аспекты ее функционирования. Результат взаимодействия всех уровней системы определяет ее работу.

Таким образом, системный анализ производств АПК, как технологической системы, осуществляют по следующим этапам:

• согласование и распределение материальных и энергетических потоков, определение общей энергетической нагрузки на аппараты;

• выбор и расчёт технологического оборудования с определением коэффи­циента энергоэффективности;

• определение энергозатрат, затрат на всё производство и анализ различных вариантов технологических схем по критерию оптимизации - энер­гоэффективность;

• окончательный выбор технологической схемы производства.

граница сис­темы

элементы

системы

Рис.1.1. Структурная схема

Согласно научной школе В.Н. Карпова [№] сельскохозяйственные производства можно представить в виде искусственной биоэнергетической системы (ИБЭС). Важнейшими объектами ИБЭС и соответствующими им ЭТП явля­ются:

• сельскохозяйственный биологический объект (СБО), являющийся объектом приложения основного технологического процесса производства продукции для реализации (ЭТП);

• технические средства создания микроклимата (ТСМ), обеспечиваю­щие условия жизнедеятельности ();

• биологические и технические средства (БТС) подготовки обработки СБО, обеспечивающие процесс предварительной подго­товки условий для осуществления основного производственного процесса ().

Рис. 1.2. Структурная схема производств АПК:

ЭТП - энерготехнологический процесс (технологический процесс), в ходе которого произво­дится энергетическое воздействие на объекты; СБО - сельскохозяйственный биологический объект являющийся объектом приложения основного технологического процесса производ­ства продукции для реализации ; ТСМ - технические средства создания микроклимата, обеспечивающие условия жизнедеятельности.

Выполнение первого этапа системного анализа возможно только после изучения процессов в материальном объекте (продукции), образующейся на раз­личных этапах, а также выявления всех ограничений при его производстве.

Каждую технологию производства продукции, представляющую систему, необходимо рассматривать как единство противоположных сторон: целостности и расчленённости.

Расчленённость отражает одну из общих сторон структуры системы и характеризуется тремя признаками:

• качественная специфика частей системы;

• число частей, на которые расчленяется рассматриваемая система;

• взаимное расположение в пространстве и во времени.

Наличие отношений и связей между элементами, образующими систему, позволяет ей выступать в качестве единого целого во взаимоотношениях с внешней средой.

Параметрическая схема исследуемых объектов (ПСИО) дает представление о всех внешних параметрах, воздействующих на систему и определяющих характер и реакцию системы на эти воздействия. ПСИО применяют при составлении энергетических и материальных балансов.

Определение материальных и энергетических потоков, обладающих определёнными свойствами и параметрами, а также параметров работы отдельного ЭТО позволяет оценить как характеристику, так и структуру любой подсис­темы технологического объекта. При этом имеется в виду, что рассматривае­мый объект предназначен для выполнения определённой функции, т.е. осуще­ствления каких-либо технологических операций, результатом которых является выход продукта или полупродукта.

Исходя из внешних признаков, для системы можно выделить следующие внешние связи (рис. 1.3):

Рис. 1.3. Параметрическая схема:

- входные параметры;х, , к– внешние силы;y– реакция системы;- воздействующие параметры;- возмущающие параметры

y=.

Все переменные, определяющие состояние технологического объекта, независимо от его физикой сущности, можно разделить на четыре группы:

Группа Х. В эту группу входят факторы, которые характеризуют сырье, проме­жуточные продукты и не допускают целенаправленного изменения в ходе ис­следования. К входным и промежуточным продуктам можно отнести исходные вещества или продукты предыдущих звеньев технологической цепи. Ин­форма­ция о значениях переменных этой группы получается в результате лабо­ратор­ных анализов, измерений и т. п. Часто эту группу факторов определяют как контролируемые, неуправляемые факторы процесса.

Группа К. Эту группу образуют управляемые факторы процесса. С их помощью реализуется заданный технологический режим. К ним относятся пока­зания рас­ходомеров, установок регуляторов и т. п. На значения управляемых факторов накладываются технологические ограничения.

Группу Y называют выходными контролируемыми параметрами. К их числу относятся величины, характеризующие экономическую эффективность про­цесса, технико-экономические параметры, технологические свойства и характе­ристики готовых продуктов. Переменные этой группы часто используются в качестве целевых величин при оптимизации процессов.

Группу образуют неконтролируемые, возмущающие факторы, которые не мо­гут быть измерены (неконтролируемые примеси в сырье, старение катализа­торов и т. д.). Именно наличие этих факторов в основном обуславливает веро­ятностный характер большинства конкретных технологических процессов и приводит к необходимости использования статистических методов оценки их состояния.