Калыгин - Промышленная экология - 2000 (947505), страница 12
Текст из файла (страница 12)
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 (газообразных, жидких и твердых) и специфическими условиями их хранения и дальнейшей переработки (области использования).
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: Совокупность отделений, работающих на выпуск заданной продукции: предварительной обработки сырья, выпуска товарной продукции, переработки отходов, обеспыливания и обезвреживания промышленных выбросов.
Процесс (измельчение, смешение и т.п.) или совокупность процессов (компактирование— классификация — транспортировка и т.п.), связанных общей производственной линией. Дробилка, измельчитель, смеситель, валковый пресс, термический реактор и т.п. Цех Технологическая линия Типовой процесс (эле- мент системы) ЧЧ ! ! ЗН-Ч 2 ! ! Р1 С!И ! ! С!ЧЧ-Ч Ц2 ! ! С!1 ЧЧ ! ! С!ПИ 2 ! ! ДЧ Плановая потребность в продуктах Р и с. 4.1.
Информационная схема (алгоритм) для построения математической модели «отрасль» Такая формализация рассматриваемой ХТС и ее иерархическая структура является важными предпосылками к созданию и внедрению на предприятиях высокоэффективных порошковых технологий (модулей), 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» (пример типовой системы изображен на р и с. 4.1) О;+ а;;х;+9; -О; ~зы ~ О; ~8; я~ йб~, х) ~ р)', ~=1,2, ...,гп;~ 1,2, ...,и, где В; количество ~-го вещества — сырья; т — число технологий (производственных систем); а„- — коэффициент эффективности переработки ~-го продукта в~-й подсистеме; а„- < О, если ~ — сырье; а~ > О, если ~ — продукт производства; а — характеризует матрицу преобразования вещества в реэультаге реализации технологий; х„- — количество вещества, перерабатываемого в~-й подсистеме; д; — количество ~'-го вещества — продукта производства; 8~ - количество сырья; 4- требуемое количество /-го сырья; р; — ограничение по мощности у-й подсистемы; и — число различных веществ в системе (сырье, полупродукты, продукты).
Аналогичные модели можно построить и для других балансовых величин — энергии, стоимости. Используя соответствующую целевую функцию, можно найти требуемые оптимальные решения. Для решения задач на среднем и нижнем уровнях иерархии (с учетом применения для процессов предварительной подготовки и последующей переработки ПМ самой разнообразной аппаратуры„которую желательно рассматривать в свете функционирования всей технологической линии, то есть решать основную задачу ХТС) необходимо иметь в виду следующее. Анализ основных процессов подготовки и переработки ПМ (проведен на примере стекольных шихт) показал, что обобщающей стороной технологии является процесс активации сырья (механической, химической, термической или их совокупностью) с целью повышения показателей эффективности процесса стекловарения (интенсификация процесса плавления, повышение производительности печи, прогнозирование свойств стекол, снижение безвозвратных потерь компонентов).
В связи с этим выделяют пять основных (приоритетных) подсистем, обладающих с одной стороны полной автономностью, с другой — тесной взаимосвязью в рамках рассматриваемой технологии (р и с. 4.2) и имеющих с л е д у ю щ и е ц е л и: А. Подсистема подготовки: Иэмельчение — образовать из сырья полупродукт с нарушенной кристаллической решеткой заданного гранулометрического состава, часто с удалением влаги и декарбонизацией. Дозировка — обеспечить отмеривание исходных компонентов в таких количествах, соотношение которых обеспечивает соответствие показателей качества смеси требуемым значениям. Смеыеиие — получить химически и механически однородную смесь ингредиентов шихты или их групп, иногда с добавлением технологического связующего и отходов основного производства.
Компактирование — получить иэ многокомпонентного полидисперсного порошка компактные плитки (гранулы) необходимой прочности, плотности и влажности. Подсистема предварительной подготовки компактирование смешение дозировка измельчение Подсистема надежности (обеспечение стабильности подготовки) стекловарение Р и с. 4.2. Схема системной постадийной разработки и усовершенствования ресурсосберегающей техники подготовки и переработки стекольных шихт структурно-механические характеристики сырья Подсистема оценки качества полупродукта Активность компонентов и шихты Подсистема термической переработки Подсистема природоохранной стратегии Экологическая безопасность и ресурсосбережение износостойкость узлов и (или) конструкционных материалов формование стеклянных нитей II. Подсистема надежности (обеспечения стабильности подгощоеки): Износостойкость узлов и ~или~ конструкционных материалов — обесдЕчить заданные технологией режимные параметры процесса.
Структурно-механические характеристики сырья — снизить интенсивность отказов и интенсифицировать активационные эффекты. lИ. Подсистема оценки качества полупродукта: Активность компонентов и шихты — прогнозировать степень модификации сырья (шихты) и характеристики (структуру) будущих расплавов (стекол, волокон). ~К Подсистема переработки: Стекловарение — переработать подготовленный полупродукт (шихту) в стекломассу (чаще в стеклоизделия, например, стеклошарики) с заданныви характеристиками.
Формование стеклянных нитеи — перевести расплав шихты или стекдошариков в твердую фазу — элементарное волокно. К Подсистема природоохранной стратегии: Экологическая безопасность и ресурсосбережение — выявить приоритетные загрязнения окружающей среды, минимизировать их и оценить ХТС на соответствие критериям мапо- и безотходных технологий. Из сказанного следует, что производственные процессы получения стекла и стеклянного волокна характеризуются большим разнообразием выпускаемой продукции и сложностью. Общей чертой этих процессов является то, что для превращения исходного сырья (отдельных компонентов) в шихту ипи полупродуктов (шихты, стеклошариков, стекломассы) в целевой конечный продукт — стекловолокно — необходимо большое число функционально различных ступеней подготовки и переработки.
Для целенаправленного осуществления этих технологий требуются разные виды энергии, вспомогательных веществ и информации, так называемые параметры процесса. 8 литературе (системном анализе) принято деление параметров на входные, управляющие, возмущающие и выходные. Установить влияние характера взаимодействий различных фаз системы Т-Т; Ж-Т; Г-Т и т.п. (например, порошковой или гранулированной ших~ы, расплава стекла и его твердых отходов, режимных параметров оборудования и др.) на количество и состав промышленных выбросов, качество стекпоизделий, срок службы оборудования и так далее можно следующим образом.
Для этого графически исходную технологическую линию представляют в виде блок-схемы (прямоугольника), ограничивающего систему, которая содержит от 2 до 6 прямоугольников, ограничивающих подсистему. В подсистему входят несколько операторов, отражающих сущность гехнологической операции или операций, выполняемых в машине или агрегате. Границы оператора совпадают с границами такой машины или операции. Оператор содержит один или несколько процессоров, под которыми понимают физико-химические процессы.
Связи между операторами выражают в виде линий материальных потоков. Изображения типовых процессоров представлены на р и с. 4.3, опера торной модели линии — на рис. 13.1 (см. лекцию 13). Р и с. 4.3. Схема технологических процессов производства стекловолокна: 1 — соединение без сохранения поверхности раздела исходных компонентов (стадия сили катообраэования); 2 — соединение с сохранением поверхности раздела исходных компонентов исходной шихты (смешение); 3 — уплотнение (компактирование) шихты с частичным сохранени ем поверхности раздела исходных компонентов при небольшом или среднем давлении прессо вания, 4 — компактирование шихты без сохранения поверхности раздела компонентов при высо ком давлении прессования; 5 — дробление; 6 — сложный процессор (комплекс физических, хими ческих, тепло- и массообменных процессов); 7- придание стекломассе формы;  — термообра ботка (нагрев, расплавление, отжиг, охлаждение); 9 — изменение агрегатного состояния; 10 - до зирование, 11 — перемешивание шихты без изменения агрегатного состояния, 12 — разделение (классификация); 13 — вторичное использование (рекуперация) теплоты, 14 — формование пучки волокон, 15 — соединение пучка волокон в нить Анализ операторной модели линии, целей подсистем и их параметров показал, что работу всей системы определяют подсистемы образования компактированной шихты и стекломассы.
При их исследовании и Функциональном анализе целесообразно рассматривать не систему машин и аппаратов, а систему протекающих в них процессов. При этом технологически~ процесс может быть представлен как преобразование множества входов (исходное состояние шихты) в множество выходов (промежуточное или конечное состояние изделия).
Сложный характер взаимосвязей элементов подсистем может быть вь1- явлен при использовании статистических методов планирования эксперимента и вычислительной техники. Таким образом, результаты системного анализа можно использовать для разных целей: сбора информации о процессах и структуре связей между элементами и подсистемами в зависимости от технологических и конструкционных параметров систем, составления топологических моделей проведения многофакторных экспериментов в производственных условиях, а главное — при синтезе новых технологических схем, обеспечивающих работу линии в оптимальном режиме по эколого-экономическим показателям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
