Oбґрунтування застосування показників якості в енерго – та екологічно ефективних АСУ цукрового виробництва

Abstract

Розглянуто питання підвищення ефективності роботи цукрової галузі, а також конкурентоспроможності цукрових заводів України. Проведений аналіз нормативної та законодавчої бази щодо регулювання роботи цукрових заводів показав підвищення уваги до показників якості цукру. Зроблено порівняння української нормативної бази і технічних та якісних вимог, що застосовуються у провідних країнах ˗ виробниках цукрової продукції. Визначено проблеми, з якими стикаються інженерні служби, що забезпечують функціонування виробничих процесів. На основі проведеного аналізу визначено підрозділи цукрового виробництва, робота яких найбільше впливає на показники якості. Розглянуто засоби, що застосовуються у цих підрозділах і їхній вплив на якісні показники цукру. Визначено, що на показники якості отриманої продукції суттєво впливає неефективна робота випарного відділення. Розглянуто причини і обставини неефективної роботи цукрових заводів, якість продукції яких є низькою. Зокрема, визначено невідповідності у роботі випарного відділення цукрового заводу, що спричинюють збільшення тривалості процесу випарювання, а це, в свою чергу, призводить до наростання кольоровості цукру. Таким чином, існує чітка залежність між забезпеченням високої якості цукру та тривалістю процесу випарювання, а отже і ефективністю споживання енергоносіїв на підприємствах. Інша сторона енергоефективності – це зменшення впливу на довкілля як результат економії енергоресурсів і зменшення викидів парникових газів. Ефективне регулювання роботи усіх підрозділів цукрового заводу через удосконалення автоматизованих систем управління (АСУ) технологічними процесами може комплексно оптимізувати виробництво, а це забезпечить покращення якості продукції до міжнародних вимог, зменшить споживання енергії та мінімізує вплив на довкілля. Показано вплив технологічних (температура, тиск тощо) та технічних показників процесу випарювання (поверхні нагріву, об'єми випарних апаратів, накип тощо), а також показників якості (сухі речовини, лужність, доброякісність, каламутність, кольоровість тощо) на якість продукції. Проаналізовано, як якісні та кількісні показники технологічного процесу випарювання впливають на якість продукції, що випускається. На основі даних про роботу цукрових заводів України за останні роки, де інженерні служби займались питанням отримання якісної продукції, визначено найбільш ефективні напрями покращення якості цукру. Як головні напрями обрано: оптимізацію режимів роботи випарної установки, застосування сучасних хімічних засобів, що додаються у розчини цукрової продукції (сік та сироп), застосування автоматизованих систем управління, що базуються на ефективному математичному та програмному забезпеченні. Порівняльний аналіз впливу технологічних заходів з підвищення якісних показників, що контролювались на вході та виході випарної установки став основою для проведення оцінки економічної ефективності запропонованих напрямків. Визначено рівень зменшення експлуатаційних витрат на енергоресурси за умови оптимізації процесів випарювання цукрового соку щодо підтримання мінімально необхідної тривалості технологічного етапу. За таких умов спостерігається суттєве зменшення наростання кольоровості соку. Запропоновано комплекс заходів щодо оптимізації процесу отримання цукру з якісними показниками, що є конкурентними на цукровому ринку.

Рассмотрены вопросы повышения эффективности работы сахарной отрасли и конкурентоспособности сахарних заводов Украины. Проведенный анализ нормативной и законодательной базы в области регулирования работы сахарных заводов показал повышение внимания к показателям качества сахара. Сделано сравнение украинской нормативной базы а также технических и качественных требований, применяемых в ведущих странах ˗ производителях сахарной продукции. Определены проблемы, с которыми сталкиваются инженерные службы, обеспечивающие функционирование производственных процессов. На основе проведенного анализа определены подразделения сахарного производства, работа которых больше всего влияет на показатели качества. Рассмотрены средства, применяемые в этих подразделениях и их влияние на качественные показатели сахара. Определено, что на показатели качества полученной продукции существенно влияет неэффективная работа выпарного отделения. Рассмотрены причины и обстоятельства неэффективной работы сахарных заводов с невысоким качеством продукции. В частности, определены несоответствия в работе выпарного отделения сахарного завода, которые вызывают увеличение продолжительности процесса выпаривания, что, в свою очередь, приводит к нарастанию цветности сахара. Таким образом, существует четкая зависимость между обеспечением высокого качества сахара и продолжительностью процесса выпаривания, а значит и эффективностью потребления энергоносителей на предприятиях. Другая сторона энергоэффективности - это уменьшение влияния на окружающую среду в результате экономии энергоресурсов и уменьшения выбросов парниковых газов. Эффективное регулирование работы всех подразделений сахарного завода путем совершенствования автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами может обеспечить комплексную оптимизацию производства, которая приведет к улучшению качества продукции до международных требований, уменьшению потребления энергии и снижению влияния на окружающую среду. Показано влияние технологических (температура, давление и т.д.) и технических показателей процесса выпаривания (поверхности нагрева, объемы выпарных аппаратов, накипь и т.п.), а также показателей качества (сухие вещества, щелочность, доброкачественность, мутность, цветность и т.д.) на качество продукции. Проанализировано, как качественные и количественные показатели технологического процесса выпаривания влияют на качество выпускаемой продукции. На основе данных о работе сахарных заводов Украины за последние годы, где инженерные службы занимались вопросами получения качественной продукции, определены наиболее эффективные направления улучшения качества сахара. В качестве главных направлений избраны: оптимизация режимов работы выпарной установки, применение современных химических средств, которые добавляются в растворы (сок и сироп), применение автоматизированных систем управления, основанных на эффективном математическом и программном обеспечении. Сравнительный анализ влияния технологических мероприятий по повышению качественных показателей, которые контролировались на входе и выходе выпарной установки, стал основой для проведения оценки экономической эффективности предложенных направлений. Определен уровень уменьшения эксплуатационных расходов на энергоресурсы при оптимизации процессов выпаривания сахарного сока по поддержанию минимально необходной продолжительности технологического этапа. При таких условиях наблюдается существенное уменьшение нарастания цветности сока. Предложен комплекс мер по оптимизации процесса получения сахара с качественными показателями, конкурентными на сахарном рынке.

The article considers questions of efficiency increase for a sugar industry and the competitiveness of sugar mills in Ukraine. The analysis of the regulatory and legislative framework on the regulation of the sugar mills operation showed an increase in attention to the quality of sugar. A comparison of the Ukrainian regulatory framework and the technical and quality requirements applied in the leading countries - producers of sugar products is made. The issues faced by the engineering services that ensure the functioning of the production processes are identified. On the basis of the analysis, we identified the sections of sugar production with the greatest influence on the qualitative indicators. The tools used in these sections and their impact on the quality of sugar are discussed. It is determined that the quality of the obtained products is significantly influenced by the inefficient operation of the evaporation department. The reasons and circumstances causing inefficient operation of sugar mills with low quality of the products are considered. In particular, we identified inconsistencies in the sugar mill evaporation department operation, which result in an increase in the evaporation duration. And it in turn leads to an increase in the color of sugar. Thus, there is a clear correlation between the ensuring high quality of sugar and the evaporation process duration, and therefore the efficiency of energy consumption at the plants. On the other hand energy efficiency causes the reduction of environmental impact as a result of energy savings and the reduction of greenhouse gas emissions. Effective regulation of the operation at all departments of a sugar plant through the improvement of automated process control systems can comprehensively optimize the production, which will improve the quality of the products to the international requirements, reduce energy consumption and minimize environmental impact. The influence of technological (temperature, pressure, etc.), technical parameters of the evaporation (heating surface, volumes of evaporators, scale, etc.), and qualitative indicators (dry matter, alkalinity, quality, turbidity, colour, etc.) on the quality of the products are shown. It is analyzed how the qualitative and quantitative indicators of the evaporation affect the quality of the products. Using the data about the operation of Ukrainian sugar mills in recent years where engineering services had been concerned with obtaining high quality products, we determined the most effective ways to improve the quality of sugar. These main ways are: optimization of the operating conditions at juice evaporators; the use of modern chemical additives to sugar solutions (juice and syrup); the use of automated prosess control systems based on the effective mathematical and software. The comparative analysis of the impact of technological measures to improve the quality indicators that were monitored at the inlet and outlet of the evaporators has become the basis for evaluating the cost-effectiveness of the proposed ways. The level of of operating cost reduction for energy resources has been determined under the condition of sugar juice evaporation optimization to maintain the minimum required duration of the technological stage. Under these conditions, there is a significant decrease in the increase in the colour of the juice. We proposed a set of measures to optimize the process of sugar producing with qualitative parameters which are competitive at the sugar market.