Оптимізація екологічних та якісних показників роботи цукрових заводів шляхом удосконалення математичного забезпечення АСУТП цукрового виробництва

Abstract

Метою дослідження є оптимізація екологічних показників і показників енергоефективності цукрового виробництва при забезпеченні випуску продукції високої якості в процесі випарювання соку у багатокорпусній випарній установці цукрового заводу за рахунок удосконалення та впровадження математичного забезпечення в АСУТП. На основі даних про споживання енергії та пари проведено аналіз ефективності цукрового виробництва в цілому і по кожній виробничій ділянці окремо. Розрахунковими методами на основі нормативних інструментів для розрахунку базових, проектних викидів в результаті різних процесів визначено вплив найбільш енерговитратних ділянок цукрового заводу, що впливають на стан довкілля. Шляхом диференціювання якісної моделі у розрахунку матеріального балансу виробничого процесу встановлено вплив впровадження удосконаленого математичного забезпечення АСУТП, в якому враховуються показники якості соку і екологічності, на енергоефективність процесу випарювання. Встановлено що основними складовими впливу на довкілля підприємств цукрової галузі є викиди в атмосферу. Викиди цукрових заводів містять як токсичні речовини (монооксид Карбону, оксиди Нітрогену, Сульфуру та тверді частки), так і парникові гази, що спричинюють зміни клімату (вуглекислий газ, монооксид Нітрогену і метан). Скиди цукрових заводів у водні об’єкти небезпечні високим вмістом органіки (за БПК) і можуть спричиняти евтрофікацію водойм. З метою екологічного обґрунтування застосування обраних показників у математичному забезпеченні автоматизованих систем управління цукрового виробництва проведено визначення обсягів утворення парникових газів у результаті використання електроенергії, виробленої єдиною енергосистемою України, природного газу, декарбонізації вапняку та зберігання жому. Визначено, що впровадження ефективних систем автоматизації технологічних процесів цукрового виробництва здатне скоротити споживання природного газу (до 17%) та електроенергії (близько 4%). Визначено вплив застосування показників якості у математичному забезпеченні АСУТП на оптимізацію процесу випарювання. Наслідками досліджень є розробка математичної моделі технологічного процесу випарювання цукрового соку, яка б доповнювала рівняння матеріального балансу врахуванням показника кольоровості соку. Іншим наслідком оптимізації процесу випарювання є зменшення витрати енергоносіїв, що покращує екологічні показники роботи цукрового заводу. Практична цінність дослідження полягає у вирішенні як нагальних проблем економії енергоносіїв в умовах постійного зростання їхньої вартості, так і забезпечення отримання якісної продукції та виконання екологічних вимог як в межах України, так і міжнародних зобов’язань країни. Застосовано нові підходи до розробки математичного забезпечення АСУТП випарного відділення цукрового заводу на основі нейромережевого підходу з урахуванням якості соку для зниження енергоємності процесу і мінімізації викидів парникових газів.