Анализ состояния проблемы. Постановка задачи

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УПАРИВАНИЯ ПОСЛЕСПИРТОВОЙ БАРДЫ

Курсовой проект

по дисциплине «Моделирование объектов и систем автоматизации»

 

 

Специальность 1-53 01 01 Автоматизация технологических процессов и производств

Специализация 1-53 01 06 Автоматизация технологических процессов и производств пищевой промышленности

 

 

Руководитель проекта Выполнил

ктн., доцент студент группы АТПП-091

И.Д. Иванова Ю.В. Горевой

«___»______________2013 г. «___»______________2013 г.

 

Могилев 2013

Содержание

 

Аннотация

Анализ состояния проблемы. Постановка задачи

1 Исследование технологического процесса упаривания послеспиртовой барды

1.1 Формализация объекта исследования. Разработка математической модели

1.2 Выбор и обоснование модели для исследования технологического процесса упаривания послеспиртовой барды

1.3 Планирование эксперимента. Полный факторный эксперимент

1.4 Выводы

2 Решение задачи моделирования технологического процесса упаривания

послеспиртовой барды

2.1 Разработка имитационной модели технологического процесса упаривания

послеспиртовой барды

2.2 Разработка алгоритма программы для исследования

2.3 Выбор и обоснование программного обеспечения

2.4 Выводы

3 Обработка результатов моделирования

3.1 Статистический анализ

3.2 Корреляционный анализ

3.3 Регрессионный анализ

3.4 Дисперсионный анализ

3.5 Анализ модели на адекватность

3.6 Выводы

Заключение

Список используемых источников

Приложение

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

МГУП 1-53 01 01. 309067. ПЗ

Разраб.

Горевой Ю.В.

Пров.

Иванова И.Д.

Н. Контр.

Утв.

Содержание

Лит.

Листов

МГУП, гр. АТПП-091

Аннотация

 

Анализ состояния проблемы. Постановка задачи

 

На данном этапе развития промышленности невозможно обойтись без широкого применения математического моделирования технологических процессов. Моделирование часто используется для исследования химических и пищевых процессов, нахождения оптимальных режимов их осуществления, выбора и расчетов аппаратов, создание систем автоматизированной вычислительной техники.

В данном курсовом проекте рассматривается процесс упаривания послеспиртовой барды. Данный процесс выбран в связи с тем, что в современной промышленности становится актуально и экономически целесообразно переработка отходов. В частности послеспиртовая барда является кормом для свиней и птицы.

Проблема утилизации и переработки послеспиртовой барды (основного отхода, возникающего при производстве этилового спирта) появилась довольно давно. Она существовала и в советское время, и намного раньше — до революции. Но лишь в современных условиях она приобрела такую актуальность.

Любая современная технология изготовления этилового спирта не является замкнутой: основной отход данного производства — послеспиртовая барда. При этом отходом ее можно назвать довольно условно, так как в нее переходит около трети питательных веществ, содержащихся в исходном сырье (исключение составляют сахар и крахмал). Это водянистая, быстрозакисающая субстанция с содержанием сухого вещества 9-11%. Сюда входят протеины (1,5-3,5%), жиры (0,5-1,2%), клетчатка (0,5-1,1%), аминокислоты и минеральные вещества, содержащиеся в зерне.

Барда является ценным кормовым продуктом для животноводства, поскольку содержит белок и различные биологически активные соединения, образующиеся в процессе брожения. В советские времена ее использовали в специально созданных при спиртовых заводах хозяйствах или расположенных по соседству колхозах. Она подавалась туда прямо с завода по трубопроводу в горячем состоянии. При этом поставки осуществлялись, как правило, бесплатно. Однако оставалась проблема использования барды в летний период, когда животные откармливались в «естественных условиях», т.е. на лугах и пастбищах, когда искусственные корма не нужны. Длительное хранение барды невозможно, поскольку при ее окислении происходит накопление опасных токсинов.

В настоящее время даже «подсобное» использование барды крайне затруднено из-за колоссальных объемов получаемых отходов: на 1 Дал спирта ее приходится порядка 12 Дал. Даже на небольшом заводе, производящем порядка 500 Дал спирта в сутки, получается около 6 000 Дал барды. Чтобы полностью использовать ее, нужно иметь поблизости хозяйство с 1000 голов скота.

Другая проблема при использовании барды — большие издержки при ее транспортировке на дальние расстояния: из-за высокого содержания воды и, соответственно, низкой доли полезных веществ, транспортные расходы (в частности, топливо) делают этот процесс нерентабельным. Очистные сооружения также не справляются с данным видом отходов, поскольку в большинстве своем на очистку подобной массы не рассчитаны.

Соответственно, получается, что многие предприятия стараются слить жидкую барду в окружающую среду, что приводит к весьма неприятным последствиям из-за накопления уже упомянутых выше токсинов. В результате в ряде регионов вокруг спиртовых комбинатов складывается весьма неблагополучная экологическая обстановка. В то же самое время в сельском хозяйстве большинства развитых стран широко применяются продукты переработки барды. Так, например, во Франции и США порядка 90-95 % послеспиртовой барды перерабатываются в сухой кормовой продукт, который поставляется на заводы по производству комбикорма либо покупается фермерскими хозяйствами и перемешивается с фуражным зерном на месте.

На многих производствах задумались о проблеме использования барды уже достаточно давно. Например, в «Татспиртпроме» — еще в конце 90-х годов. К тому времени в Татарстане сложилась парадоксальная ситуация: дефицит кормового белка для животноводства достиг астрономической цифры — 70%, вследствие чего поголовье скота стало уменьшаться большими темпами. В то же время, спиртовой холдинг не знал, куда ему девать отходы своего производства, которые, как уже говорилось, весьма богаты зерновыми протеинами. Экспериментальной площадкой для переработки барды стал Буинский спиртовой завод, где был построен современный спиртовой комплекс, предусматривающий ее концентрацию и сушку. В результате получается сухой гранулированный протеиновый концентрат, весьма удобный для транспортировки, из которого можно приготовить полнорационный комбикорм. Кроме того, он намного дешевле фуражного зерна, которое обычно используется для этих целей. Согласно исследованиям, которыми оперирует «Татспиртпром», использование барды очень выгодно в животноводстве, поскольку производство мяса, молока, и общее качество продукции резко увеличиваются.

Другим примером успешной переработки барды является «Московский завод Кристалл». В его филиале «Корыстово», расположенном в Московской области также налажен выпуск сухой барды, которая продается в животноводческие хозяйства.

В мировой практике известно два основных принципиальных метода переработки барды. Первый метод предполагает простое выпаривание воды из общей жидкой массы до получения сухого остатка, который подвергается дальнейшей переработке (брикетированию, гранулированию и т.д.). Однако данный метод практически не используется из-за его огромной энергоемкости и соответственно, низкой рентабельности. Второй метод, который используется на большинстве современных производств, основан на предварительной фильтрации барды, а затем окончательной сушке продукта. В целом процесс переработки барды включает в себя четыре основные стадии:

1) Разделение барды на жидкую и дисперсную фазы (с помощью фильтров или центрифуг);

2) Упаривание барды (на выпарной линии);

3) Сушка полученного продукта;

4) Гранулирование.

Основной проблемой, с которой сталкиваются предприятия является проблема энергоносителей, их экономное и рациональное использование, которое не должно привести к ухудшению качества выпускаемой продукции. Таким образом, смоделировав реальный объект, можно рассчитать нужное количество греющего пара и соответственно определить затраты на его получение.

 

Постановка задачи

Целью данного курсового проекта является исследование количества греющего пара, поступающего в тепловую рубашку аппарата для поддержания требуемой температуры. Температуру необходимо поддерживать таким образом, чтобы на выходе получить продукт с заданными показателями качества (содержание сухих веществ в готовом продукте должно быть в пределах 34 – 36 %). При этом необходимо учитывать и качество исходного сырья, концентрация сухих веществ в котором должна быть в пределах 9 – 11%.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 Разработать и исследовать математическую модель упаривания послеспиртовой барды, которая позволит установить зависимость производительности выпарного аппарата от температуры греющего пара.

2 Провести планирование эксперимента для определения вида зависимости между исследуемыми параметрами процесса.

3 Выбрать и обосновать модель для разработки концептуальной и имитационной модели исследования процесса.

4 Разработать на ЭВМ имитационную модель упаривания послеспиртовой барды для исследования зависимости производительности выпарного аппарата от температуры греющего пара.

5 Провести анализ полученных данных и дать рекомендации по их использованию.