Безопасность экстракционных установок, работающих под высоким давлением, обеспечивается за счет функционирования информационных систем, уверенно распознающих текущие ситуации и обеспечивающих перевод опасных ситуаций в безопасные.
Программа модели экстракционного завода предусматривает способ обработки информации, позволяющий обеспечить эффективное моделирование, формализацию и воспроизведение динамических свойств системы, генерирование и анализ временных рядов.
Анализ и моделирование производственных систем широко отражено в работах известных специалистов: В.А. Атрощенко, Т.И. Барановской, Н.П. Бусленко, Л.А. Видовского, В.В. Володина, В.М. Дубова, В.И. Ключко, В.А. Кучера, В.И. Лойко, А.А. Колесникова, В.Ф. Макарова, В.С. Симанкова, K. Arrow, N. Boccara, H. Haken, D. Thunnissen и других.
В последние годы развитию теоретических и прикладных исследований системных структур с анализом информационных потоков активно занимались ученые специализированных кафедр КубГТУ и КубГАУ [1–3].
Внимание исследователей и производственников обращено на развитие основ управления процессами подготовки и извлечения ценных компонентов из растительного сырья [4–6]. Особенно много проблем с организацией информационных потоков встречается при эксплуатации высокотехнологичного оборудования по извлечению экстрактивных веществ из сырья сжиженными газами. Наиболее полно обеспечена математическими методами планирования эксперимента и отработана технологическими решениями экстракция жидким диоксидом углерода [5, 7]. Зарегистрирована программа ЭВМ по усовершенствованию системы регулирования параметров процесса газожидкостной экстракции [8]. Наиболее результативные технические решения запатентованы как имеющие мировую техническую новизну [9–11]. Ряд публикаций посвящены совершенствованию теоретических и прикладных исследований системных связей в конкретных отраслях промышленности: химической, хлебопекарной, экстракционной [12–14]. Рассмотренные авторами закономерности деятельности отраслевых предприятий ориентированы на совершенствование управляемых процессов с помощью современных методов обработки и хранения информации.
Цель исследования: определение направлений совершенствования управляемых процессов субъектов АПК с помощью современных методов обработки и хранения информации.
К объектам исследований относятся прогнозирование эффективности работы до- и сверхкритических экстракционных модулей и разработка математического аппарата для создания информационной системы экстракционных предприятий.
Предметом исследования является анализ и синтез экстракционных систем и применение автоматизированных систем управления процессом экстракции для обеспечения более высокого выхода, при условии максимальной сохранности ценных компонентов. К задачам исследований относится разработка методов анализа входящей и выходящей информации о работе экстракционных систем с целью их автоматизации при альтернативном переходе с субкритической на сверхкритическую СО2-экстракцию.
Материалы и методы исследования
Намечено создать формализованную модель безопасности аппаратов, работающих в условиях высоких давлений. Для идентификации состава экстрактов необходимо применить систему распознавания образов. На рис. 1 приведена действующая схема управления заводом по производству СО2-экстрактов ООО «Компания Караван».
Рис. 1. Схема управления заводом по производству СО2-экстрактов ООО «Компания Караван»
Приведенная схема основана на традиционных, экстенсивных методах управления производством. Сотрудниками КубГТУ, под руководством профессора Г.И. Касьянова, предложили ряд технических решений по интенсификации процесса извлечения ценных компонентов из растительного сырья, с учетом инновационных стратегий [13, 14].
В настоящее время в стране и за рубежом эксплуатируются экстракционные установки, работающие в докритическом режиме при давлении не превышающем 6,5 МПа и температуре до 25 °С. Небольшая часть установок работает в сверхкритическом режиме при давлении до 80 МПа и температуре до 90 °С. С участием авторов разработан комбинированный модуль, позволяющий проводить процесс экстракции в до- и сверхкритическом режимах. В таблице показаны особенности до- и сверхкритической СО2-экстракции.
Сформулируем математическую постановку задачи переоснащения экстракционного предприятия.
Внешнее воздействие с целью технического оснащения отделений завода зависит от изменения потребности перерабатывающих предприятий в СО2-экстрактах и их рыночной стоимости. Для расчета можно использовать уравнение Колмогорова:
(1)
где ω – уровень превышения рыночной стоимости X экстракта от себестоимости изготовления;
а – коэффициент сноса;
b – коэффициент диффузии;
f(t) – возмущающее воздействие.
Адекватное функционирование метасистемы включает элементы технического переоснащения, перспективные для экстракционного процесса и подчиняется уравнению (1). Можно определить готовность технического оснащения экстракционной системы к использованию ω1. Уравнение (1) будет иметь следующий вид:
(2)
Так как оба процесса испытывают одинаковые возмущения, то, подставляя вместо f(t) его выражение из уравнения (1), получаем
(3)
В упрощенном виде,
, (4)
уравнение (3) будет иметь следующий вид
(5)
Особенности до- и сверхкритической СО2-экстракции
|
Вид экстракционных установок |
Особенности эксплуатации экстракционных установок |
Преимущества и недостатки экстракционных установок |
|
Докритическая СО2-установка |
давление Р = 4,5–6,5 МПа и температура t от +10 °С до 25 °С |
Позволяет извлекать ароматические и вкусовые компоненты из растительного сырья в нативном состоянии |
|
Сверхкритическая СО2-установка |
давление Р = 8–80 МПа и температура t от +40 °С до 90 °С |
Позволяет увеличить выход экстрактивных липидсодержащих веществ из сырья за счет повышения температуры и давления. При этом часть БАВ разрушается |
|
Комбинированная СО2-установка |
давление Р = 4,5 до 40 МПа и температура t от +10 °С до 50 °С |
Позволяет извлекать ароматические и вкусовые компоненты в докритическом режиме, а из шрота дополнительно извлекать липидсодержащие вещества |
Результаты исследования и их обсуждение
На рис. 2 приведена разработанная авторами система логистических связей экстракционного предприятия, расположенного в пос. Белозерный г. Краснодара. Раскроем условные обозначения всех звеньев, предстваленых на рисунке: 1, 2 – поставщики сырья для переработки на СО2-экстракты (а – аптекоуправление, б – крайпотребсоюз, в – лекраспром, г – индивидуальные предприниматели); 3 – отделение подготовки сырья к экстракции (а – инспекция, б – дробление в крупку, в – лепесткование на вальцах, г – экструдирование); 4 – завод СО2-экстракции (а – загрузка сетчатых контейнеров с сырьем в экстрактор, б – герметизация и вакуумирование экстрактора, в – процесс экстракции, г – выгрузка СО2-экстракта и СО2-шрота); 5 – потребители СО2-экстрактов (а – мясные, б – молочные, в – рыбные, г – косметические предприятия).
Рис. 2. Система логистических связей материальных потоков экстракционного предприятия
Представленная на рис. 2 логистическая система рассматривается как организационно структурированная экономическая система, состоящая из отдельных звеньев, связанных единым процессом управления логистическими потоками.
Решение вопросов повышения производительности экстракционных производств основано на концептуальной теории развития экономики и создания конкурентных продуктов, с использованием новых информационных и технологических решений. Однако понятие производительности не всегда относится к решающим критериям, так как современные технические модули и системы должны обладать высокой гибкостью.
На рис. 3 показана модернизированная система управления экстракционным предприятием с пульта центрального процессора. Система использует блочный принцип моделирования и управления процессом производства СО2-экстрактов из экструдированного растительного сырья.
Рис. 3. Система управления экстракционным предприятием с пульта центрального процессора
Выводы
Внедрение интегрированной базы данных с большим информационным потоком о путях регулирования технологических режимов обработки растительного сырья позволяет оценить коэффициент удельного влияния применяемых новшеств и степени готовности нововведений к внедрению. Созданные ранее компьютерные программы позволяют оценивать принимаемые технологические решения, разбивать их на отдельные операции, предлагать новые технические решения и соединять их в единую техническую систему. Система может оценивать технико-экономические данные предлагаемых систем и выводить наилучшие из них для внедрения.
С помощью метасистемного подхода обеспечен выбор технического переоснащения экстракционного производства, выявивший важность предварительной подготовки сырья для экстракции, осуществляемой с помощью пооперационного проведения технологических операций.
С использованием метода стратегического планирования и рационального подбора технических средств намечены пути совершенствования технического оснащения экстракционного завода, что позволило оптимизировать процесс подбора устройств для измельчения сырья в наиболее сочетаемых системах.
При продолжении исследований необходимо выявить влияние интенсивности управляющих воздействий от продолжительности и уровня спроса на СО2-экстракты, изготовленные по усовершенствованной технологии путем сетевого планирования перевооружения и технического оснащения экстракционного завода.