Принципы системного анализа процессов и аппаратов экологически чистых технологий

Принципы системного анализа процессов и аппаратов экологически чистых технологий

Развитие химических и смежных технологий идет по пути увеличения выпуска продукции, внедрения новой экологически безопасной техники, создания энергосберегающих и малоотходных производств. Промышленные процессы протекают в так называемых химико-технологических системах, каждая из которых представляет собой совокупность процессов и аппаратов, объединенных в единый производственный комплекс для выпуска ПМ различного назначения. Основной метод исследования ХТС - математическое моделирование. Наряду с моделями отдельных аппаратов используют модель всей системы, так как процессы, протекающие в отдельных аппаратах, влияют друг на друга. Предполагается, что аппараты, обеспечивающие реализацию высокоэффективных малоотходных и энергосберегающих технологий, являются элементами одной большой установки. Анализ структуры такой системы связан с декомпозицией ее элементов и подсистем, выявлением их устойчивых взаимоотношений и обычно проходит в две стадии. Первая стадия включает математическое моделирование отдельных подсистем, так называемое макроисследование, а вторая - микроисследование элементов подсистем. На второй стадии изучаются процессы, протекающие в машинах или агрегатах, и осуществляется усовершенствование применяемого оборудования.

Математическое моделирование используется при составлении моделей как на уровне отдельных процессов и аппаратов, так и на уровне их совокупностей. Модели должны учитывать принципы наилучшего использования сырья, повышения качества целевого продукта, рационального применения энергии, транспорта, информации, экологической защиты.

Процессы порошковых технологий отличаются большим ассортиментом продуктов, которые можно получить из одного и того же сырья, разнообразием оборудования для получения одного и того же продукта, динамикой промышленных выбросов и специфическими условиями их хранения и дальнейшей переработки. Поэтому за элемент системы принимают обычно технологическую операцию, включающую несколько физико-химических процессов. Превращение исходного сырья в промежуточный продукт или промежуточного продукта в конечное изделие происходит в результате нескольких операций, совокупность которых образует конкретную подсистему.

Учитывая условие агрегации таких подсистем в ХТС, можно ввести следующие уровни иерархии рассматриваемого производства ПМ:

Такая формализация рассматриваемой ХТС и ее иерархическая структура является важными предпосылками к созданию и внедрению на предприятиях высокоэффективных порошковых технологий, базирующих ся на рассмотренных принципах и позволяющих реализовать в каждом конкретном случае наиболее рациональную ХТС подготовки и переработки ПМ Далее кратко остановимся на общем описании предложенных уровней иерархии, а также рассмотрим некоторые задачи, характерные для каждого уровня

Необходимо принимать во внимание, что элементы верхнего уровня иерархии - отрасли или завода - связаны между собой и окружающей средой многочисленными подсистемами для транспорта сырья, энергии, полупродуктов и т.п. Они также содержат многовариантные подсистемы для закупки, распределения, хранения сырья, продуктов, сроков ввода новых объектов и т.д.

Для решения задач на верхнем уровне предложено использовать технико-экономические линейные модели, которые отражают взаимосвязь по линии «сырье - продукты»

где G, _ количество 1-го вещества - сырья; т - число технологий; а,у - коэффициент эффективности переработки /-го продукта в у-й подсистеме; а# < 0, если i - сырье; ау > О, если / - продукт производства; а - характеризует матрицу преобразования вещества в результате реализации технологий; x_{i }} - количество вещества, перерабатываемого ■ у-й подсистеме; д, - количество /-го вещества - продукта производства; S, - количество сырья; с/, - требуемое количество /-го сырья; р, - ограничение по мощности у-й подсистемы; п - число различных веществ в системе.

Аналогичные модели можно построить и для других балансовых величин - энергии, стоимости. Используя соответствующую целевую функцию, можно найти требуемые оптимальные решения (рис.2).

Для решения задач на среднем и нижнем уровнях иерархии необходимо иметь в виду следующее.

Анализ основных процессов подготовки и переработки ПМ показал, что обобщающей стороной технологии является процесс активации сырья с целью повышения показателей эффективности процесса стекловарения. В связи с этим выделяют пять основных подсистем, обладающих с одной стороны полной автономно