Побудова математичних моделей різних схем процесу випарювання соку для автоматизованих систем управління

Abstract

Розглянуто проблеми неефективної роботи цукрових заводів в Україні, а також, відповідно, і вплив роботи випарного відділення цукрового заводу, що забезпечує парою всі основні виробництва заводу, на енергоефективність буряко-цукрового виробництва. Проведеним дослідженням визначено вплив технологічних та технічних параметрів роботи багатокорпусних випарних установок, що працюють за різними схемами випарювання, на роботу всього цукрового заводу. Розглянуто енергоефективніть процесу випарювання у різних типах випарювальних установок та встановлено перспективні підходи до вирішення цієї проблеми енергоспоживання та енергорозподілу. Визначено характерні конструктивні та технологічні особливості технологічного обладнання багатокорпусних випарних установок, що використовуються при різних схемах процесу випарювання соку. Показано вплив технологічних показників процесу випарювання (температура, тиск, витрата соку та пари, рівень соку у випарній установці), а також показників якості (сухі речовини, лужність, доброякісність, каламутність, кольоровість тощо) на якість продукції. Зроблено аналіз впливу якісних показників технологічного процесу випарювання на якість продукцї, що випускається. Показано шляхи вирішення проблеми зниження якості продукції і ефективності виробництва цукру, що можуть виникати при неврахуванні показників якості сировини у процесі випарювання. Визначено проблеми в роботі автоматизованих систем управління технологічним процесом випарювання. Визначено основні вектори процесу управління з урахуванням складності технології випарювання і впливу різних технологічних і якісних показників для удосконалення автоматизованих систем управління технологічним процесом випарювання соку. Для вирішення цієї проблеми розглянуто ефективні підходи щодо використання і побудови простих регресійних математичних моделей, які можна впроваджувати в математичне забезпечення конкретних автоматизованих систем управління. Побудовані математичні моделі роботи багатокорпусної випарної установки, що враховують як показники технологічного характеру, так і показники якості продукцції, що використовуються в автоматизованих системах управління технологічними процесами цукрового заводу. Обгрунтована ефективність запропонованих моделей для роботи в системі автоматизованного управління процесом виварювання. Відповідно, є підстава стверджувати, що отримані регресійні математичні моделі, де враховано як технологічні показники, так і показники якості соку, у першому наближенні можна використовувати у системі автоматизованного управління випарювання соку.

Рассмотрены проблемы неэффективной работы сахарных заводов в Украине, а также, соответственно, и влияние работы выпарного отделения сахарного завода, которое обеспечивает паром все основные производства завода, на энергоэффективность свекло-сахарного производства. Проведенным исследованием определено влияние технологических и технических параметров работы многокорпусных выпарных установок, которые работают по разным схемам выпаривания, на работу всего сахарного завода. Рассмотрена энергоэффективность процесса выпаривания в разных типах выпарных установок и определены перспективные подходы для решения проблемы энергопотребления и энергораспределения. Определены характерные конструктивные и технологические особенности оборудования многокорпусных выпарных установок, которые используюся в разных схемах процесса выпаривания сока. Показано влияние таких технологических показателей процесса выпаривания сока как температура, давление, расход сока и пара, уровень сока в выпарных аппаратах, а также и показателей качества, которые характеризуют сок и сироп по следующим составляющим: сухие вещества, щелочность, доброкачественность, мутность, цветность, на качество продукции. Сделан анализ влияния качественных показателей технологического процесса выпаривания на качество выпускаемой продукции. Показаны пути решения проблем, которые возникают при снижении качества продукции и эффективности производства сахара, если не учитываются свойства перерабатываемого сырья в течении всего технологического процесса выпаривания. Определены проблемы в работе автоматизированных систем управления технологическим процессом выпаривания. В связи со сложностью процесса выпаривания сока в многокорпусной выпарной установке и влиянием различных показателей процесса как технологического, так и качественного характера, определены основные векторы процесса управления в автоматизированных системах управления технологическим процессом выпаривания сока. Для решения этой проблемы рассмотрен довольно эффективный подход - использование и построение простых регрессионных математических моделей, которые можно применять в математическом обеспечении автоматизированных систем управления. Построены математические модели работы многокорпусной выпарной установки, где учитываются как показатели технологического характера, так и показатели качественного характера выпускаемой продукции, и которые применяются в автоматизированных системах управления технологическим поцесссом сахарного завода. Обоснована эффективность предложенных моделей для работы в системе автоматизированного управления процесом випаривания. Следовательно, есть основание утверждать, что полученные регрессионные математические модели, где учтены технологические показатели и показатели качества сока, в первом приближении можно использовать в системе автоматизированного управления выпариванием сока.

The problems of low efficiency of sugar mills in Ukraine are identified. The focus was made on the impact of the evaporation stage as a main branch of a sugar mill, which provides steam for production of an entire mill, on the energy efficiency. The study determined the influence of technological and technical parameters of an evaporator on the work of an entire sugar mill. The energy efficiency of the evaporation process in the different types of evaporators is considered and promising approaches are determined to solve the problem of energy consumption. The typical structural and technological features of the equipment for evaporators which are used in different schemes of the juice evaporation are given. It was determined there are both the technological indicators of the juice evaporation (temperature, pressure, juice and steam consumption, juice level in evaporators), and quality indicators that characterize the juice and the syrup (solids, alkalinity, good quality, turbidity, colour, etc). The analysis of the influence of qualitative indicators of the technological evaporation process on quality of the products is made. The ways of solving the problems are determined which can occur when the product quality decreases and the efficiency of sugar production falls, if the properties of the processed raw materials are not taken into account during the whole technological process. The problems in the operation of evaporation automated process control systems are considered. Due to the complexity of the juice evaporation in an evaporator and the influence of both various technological and qualitative process indicators, we identified the main management vectors in the automated process control systems of evaporation. To solve this problem we offer an approach to the effective use and elaboration of simple regression mathematical models that can be applied in the mathematical support of the specific control process systems. Mathematical models of the evaporator operation were worked out, where both technological and qualitative indicators of the products are taken into account, and which are used in the automated process control systems of a sugar mill. The efficiency of the proposed models for operation in the automated process control systems of the evaporation process is substantiated. So there is reason to argue that the resulting regression model which takes into account the quality indicators of the juice can be used in the first approximation in the automated process control system of a sugar mill.