Проблема энергосбережения и особенности ее решения при переработке пищевого сырья

компьютерной методики расчета продолжительности тепловой обработки мясопродуктов; компьютерной системы анализа и обработки результатов маркетинговых исследований в области освоения новых видов мясных и молочных продуктов.

На основе методологий и алгоритмов диагностики предложена многоуровневая система компьютерной диагностики, позволяющая решать оптимизационные задачи технологий переработки биосырья на функциональном уровне, а также организовать службу сервиса технологической и технической подсистем в нескольких вариантах:

система базового компьютера (I уровень), соединенного через интерфейс с первичными преобразователями информации и вырабатывающего оперативную информацию о состоянии любого элемента технологической или технической подсистемы;

система встроенных диагностических плат (II уровень), соединенных с первичными преобразователями информации и осуществляющих накопление и запоминание информации о состоянии элементов диагностируемой подсистемы; при подключении к переносному компьютеру и обработке

последним накопленной информации формируются диагноз состояния элементов подсистемы и необходимые меры по содержанию технического обслуживания;

централизованная система диагностики, в которую поступает информация от систем I и (или) II уровней, что позволяет определить элементы технологической подсистемы, в которых допущены отклонения от регламента, и сформировать пакет рекомендаций по их устранению, спланировать сервисное обслуживание и получить информацию о качестве изготовления оборудования.

В настоящее время завершаются работы по созданию интеллектуальных обучающих систем, предназначенных для ознакомления с технологиями производства мясных продуктов и ориентированных на студентов вузов, слушателей институтов повышения квалификации ИТР и работников малых предприятий и фермерских хозяйств.

Кафедра вычислительной техники

Поступила 05.11.94

’ 664.004.18

ПРОБЛЕМА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ

Б.И. ЛЕОНЧИК

Московская государственная академия пищевых производств

Обоснование, создание и рациональное практическое применение методов и средств, обеспечивающих интенсивное (предельное) энергосбережение при переработке различного, в том числе пищевого сырья, относятся к первостепенным задачам энергетики теплотехнологии [1].

Одним из резервов экономии топлива и энергии при теплотехнологической переработке сырья вблизи крупных теплопотребляющих предприятий могут быть вторичные энергоресурсы ВЭР [2]: в сахарной промышленности — теплота утфель-ного пара из вакуум-аппаратов, паров самоиспаре-ния, газов, отходящих из котлов, барометрической, продувочной и жомопрессовой вод;

в спиртовой промышленности — теплота барды из бражных колонн, вторичной барды и продуктов производства, конденсатов, дефлегматорной воды, охлаждающей воды из конденсаторов, отходящих газов из котлов;

в пивоваренном производстве — теплота вторичного пара варочных котлов, конденсата, охлаждающей воды, отходящих газов;

в хлебопекарном, кондитерском и крахмало-па-точном производствах — теплота конденсатов, вторичного пара вакуум-аппаратов, змеевиковых колонок, вторичного пара выпарных установок, продуктов производства, отходящих газов печей и котлов;

в масло-жировом производстве — теплота конденсатов и охлаждающей воды, продуктов, теплота от сжигания отходов, отходящих газов котельной;

в консервном производстве — теплота вторичного пара выпарных установок и вакуум-аппаратов, охлаждающей и барометрической вод, продукции и отходящих газов.

Для определения эффективности использования ВЭР или энергосберегающих мероприятий вообще необходима оценка конечного народнохозяйственного эффекта, учет потерь энергии на всех стадиях ее производства — потребления [3].

При одинаковой стоимости вариантов снижения энергозатрат предпочтение отдается энергосбережению при решении непосредственно теплотехнологических задач [4]. Затем рассматривается целесообразность применения возобновляемых источников энергии, утилизации теплоты, источников энергии с высокой степенью превращения энергии топлива.

Особое значение имеют обобщение и анализ опыта энергосбережения при создании и осуществлении собственно теплоте-хнологических процессов. Для повышения их эффективности при переработке пищевого сырья существуют различные возможности, реализация которых основана на варьировании способов энергоподвода (конвективный, в электромагнитных полях, комбинированный), параметров режима, воздействия на свойства материала перед его обработкой и др. [5].

Недостаточно используются в отраслях АПК возможности совершенствования схем и конструкций оборудования, разработки новых или малоизученных теплотехнологических процессов и систем, например, основанных на применении теплоносителей — дисперсных потоков, перегретого пара, диоксида углерода, технологического кондиционирования, тепловых насосов [5-7].

В качестве эталона для сравнения совершенства теплотехнологических аппаратов, предназначен-

ных для нагреваї зовать г ный апп к которс частш жны бьг му и СВ

в каче та) испс зующихі го” топл в топке ющую С] темпера' рецир та), кра

0ТН0СИТ1

темпера’ алом, до ния мае часть ляемая предварі материа, нии, чте вышает ется ра (20°С);

физич потерь і вания в. сушенні расхсу можно г Остал ляться с (сушка, опыта, о Тепло' случаев ческих ( средства готовку и др.

Для о использс тель — ] — глоба

где

При аі тем сущ< бальной

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1-2, 1995

107

и формируют-подсистемы и | технического

1СТИКИ, в кото-;м I и (или) II элементы тех-ых допущены ¡ировать пакет спланировать информацию ия.

работы по со-щих систем, с технология-и ориентирошей институ-и работников

)ЗЯЙСТВ.

664.004.18

"И

на вторично-м-аппаратов, I, продукции

пользования ятий вообще эхозяйствен-всех стадиях

)В снижения энергосбере-теплотехно-вается целе-емых источ-источников ШЯ энергии

е и анализ I и осущест-ких процес-и при пере-различные снована на (конвектив-бинирован-I на свойст-Р- [5].

IX АПК воз-знструкций шоизучен-и систем, теплоноси-гтого пара,

1НДИЦИОНИ-

>ершенства

дназначен-

ных для решения идентичной задачи, например, нагревания и сушки сырья, рекомендуется использовать гипотетический термодинамически идеальный аппарат ТИА [1], основные общие требования к которому следующие:

частицы сырья, подвергаемого переработке, должны быть монодисперсны, иметь одинаковые форму и свойства;

тепловые потери, потери сырья и продукта, неорганизованный воздухообмен с окружающей средой отсутствуют;

в качестве теплоносителя (или сушильного агента) используется смесь продуктов сгорания, образующихся в результате полного сжигания ’’чистого” топлива заданного состава без избытка воздуха в топке при отсутствии тепловых потерь в окружающую среду, с условно абсолютно сухим воздухом, температура которого принимается равной 20°С;

рециркуляция теплоносителя (сушильного агента), кратность которой определяется допустимой относительной влажностью и соответствующей температурой после его взаимодействия с материалом, должна осуществляться с учетом направления массообмена (сорбция, десорбция);

часть теплоносителя (сушильного агента), удаляемая из сушильной камеры, используется для предварительного без тепловых потерь нагревания материала по противоточной схеме при допущении, что конечная температура смеси на 5°С превышает температуру материала, которая принимается равной температуре окружающей среды (20°С);

физическая теплота сухого продукта также без потерь используется для предварительного нагревания влажного (исходного) сырья, причем и высушенный продукт охлаждается до 25°С;

расходами энергии на перемещение потоков можно пренебречь.

Остальные требования к ТИА должны определяться с учетом его функционального назначения (сушка, увлажнение, нагревание, охлаждение) и опыта, описанного в [1].

Теплотехнологические аппараты в большинстве случаев входят в состав сложных теплотехнологических систем, включающих также технические средства, обеспечивающие энергоснабжение, подготовку сырья, отделение продукта, его упаковку и др.

Для оптимизации систем в [8] рекомендуется использовать обобщенный экономический показатель — приведенный доход (обычно рублей в год) — глобальный критерий:

ляр = 2Яв,-э1-ек, (0

¿= 1

где Ц1 — отпускная цена на продукт /-того вида (или утилизируемую энергию), учитывающая его качество;

В1 — годовой объем выпуска и реализации /-того вида продукта или утилизируемой энергии;

— суммарные эксплуатационные затраты;

Е — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений К.

При анализе многих теплотехнологических систем существует конфликт между локальной и глобальной целями, что является следствием внутрен-

него взаимодействия между подсистемами. Так как согласование локальных целей подсистем не всегда возможно, то возникает весьма сложная задача многокритериальной оптимизации, способы решения которой указаны в [8]. Здесь же приведены основные положения термоэкономического, в том числе сравнительного анализа, при выполнении которого сочетаются методы термодинамического анализа и экономической оптимизации.

Термоэкономический критерий оптимизации — композиция аддитивных функций, измеряющих эксергию, затраты на оборудование и др. в денежных единицах. Варианты (типы) структуры таких критериев приведены в [8], например, для систем, производящих один продукт при фиксированной производительности:

Щ Ст = Се, Я, + 2 кп } -

где Ст — общие затраты на осуществление процесса;

Си. — стоимость единицы эксергии потребляемых системой сырья и энергии;

Е1 — эксергия потребляемых системой сырья и энергии;

Кп — капитальные и другие сопряженные затраты п-й подсистемы;

{11} — совокупность значений оптимизирующих параметров, на которой определяется минимум.

При решении оптимизационной задачи для теплотехнологической системы необходимы: разработка рациональных схем энергоснабжения и энергоиспользования, выбор рациональных энергоносителей и рациональной структуры энергетических связей между элементами системы, определение рациональных вариантов использования ВЭР, выбор оптимальных параметров (структурных, конструктивно-компоновочных, расходных, термодинамических) для элементов системы [9].

Обобщенный показатель эффективности комплекса мер, направленных на экономию энергоресурсов, может быть определен [9]:

=

¿=1

где р, - АЭ./ЭГ —

коэффициент эффекта /-того мероприятия по экономии энергоресурсов;

Эс — их суммарный расход (в пересчете на условное топливо) до внедрения мероприятий;

АЭ( — возможная экономия суммарного энергоресурса при внедрении г-то-го мероприятия;

а, = Я / V /? —

1 I 1

-.= 1

весовой коэффициент /-того мероприятия;

/?; — общий ранг /-того мероприятия (номер места, занимаемого мероприятием в общей ранжировке);

/, п — виды и число мероприятий.

При использовании нетрадиционных источников энергии НИЭ следует учитывать три основных

І

эффекта [10]: производственно-технологический Эпт (экономия органического топлива, изменение капитальных вложений и т.д.) определяется как разность приведенных затрат в источники на органическом топливе и нетрадиционный: социальный Э (высвобождение рабочей силы при добыче и транспорте органического топлива, снижение заболеваемости людей и т.д.) определяется на основании удельных показателей; природоохранный Эзк (снижение уровня вредных последствий от сжигания органического топлива и т.д.) определяется также на основании удельных показателей.

Количественная оценка результатов использования НИЭ, сопряженного с дополнительными капитальными вложениями, но позволяющая в принципе получить экономию топлива, электроэнергии, вспомогательных материалов и др., может быть выполнена на основе расчета приведенных затрат в сравниваемые варианты. При этом для сопоставления вариантов необходимо выполнить ряд общепринятых при аналогичных расчетах условий, которые требуют одинакового энергетического (производственного) эффекта оптимальных условий осуществления, учета взаимосвязей в народном хозяйстве и т.д. [10].

При моделировании и оптимизации теплотехнологических систем для переработки пищевого сырья особенно важно учитывать показатели качества продукции — количественные характеристики тех свойств, которые в совокупности определяют ее пригодность удовлетворять определенным потребностям в соответствии с назначением.

Различают следующие показатели качества Р [11]:

единичные, характеризующие одно свойство продукции, например, содержание какого-либо компонента (влага, витамины), цвет и др.; комплексные, определяющие группу свойств: интегральные, отражающие суммарный полезный эффект от потребления продукта, например, пищевую ценность.

Базовые показатели качества Р определяются действующими стандартами или ТУ. Относительные показатели качества, число которых /, можно оценить

<?, - Р/Р,. Й)

Методы определения Р. могут быть [11]: экспериментальные — с помощью технических измерительных средств;

расчетные — на основе теоретических и эмпирических зависимостей показателей от параметров режима процесса;

органолептические (сенсорные) — на основе анализа восприятия органов чувств без применения средств измерения, при использовании накопленного опыта;

социологические — на базе анализа мнений потребителей продукции;

экспертные — основанные на решении, принимаемом группой специалистов-экспертов.

Основой для выбора объективных показателей качества преимущественно должны быть свойства, количественно определяемые экспериментально. Эти показатели должны использоваться при создании автоматизированных систем управления процессами. Однако следует устанавливать их соответствие результатам органолептических оценок.

К основным характеристикам пищевых продуктов относят измеряемые — химический состав и

калорийность, а также органолептические свойства (определяемые субъективно).

Теплотехнологические системы нового поколения для АПК, особенно большой производительности, должны быть оснащены системой управления качеством, которая предусматривает контроль на всех основных уровнях производства.

С учетом многофакторности задач управления качеством обобщенным показателем управляемого процесса рекомендуется [11] величина

Е = G/(RS),

где

G — S -R, —

R. =

где

п —

дк-

W, —

производительность системы; себестоимости продукта; параметр качества конечного продукта;

^ (Л - кы)2 = (п - !) Дк ’

оптимальное и фактическое значения параметра;

число параметров, определяющих качество продукта; дисперсия параметра /г; относительный вклад каждого параметра в обобщенный показатель качества продукта /?к.

вывод

Эффективность поиска и реализации вариантов интенсивного энергосбережения, особенно при создании крупных теплотехнологических систем (линий, цехов, производств) для переработки пищевого сырья, обусловлена применением методов энергетики теплотехнологии. Целесообразно использовать понятие об идеальном теплотехнологическом аппарате, методы математического моделирования и оптимизации с привлечением специфических критериев и показателей качества продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 127 с.

Разладил Ю.С., Сагань Н.И., Стабников В.Н. Использование вторичных энергоресурсов в пищевой промышленности. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. — 229 с.

Утилизация низкопотенциальных тепловых вторичных

2.

4.

энергоресурсов на химических предприятиях / В.Г. Гри-горов, В.К. Нейман и др. — М.: Химия, 1987. — 238 с.

Ганжа В.Л. Современные конце'пции энергосбережения / Материалы междунар. школы-семинара "Проблемы тепло-и массообмена в процессах и аппаратах при использовании вторичных энергоресурсов и альтернативных источников энергии". — Минск, 1990. — С. 3.

5. Данилов О.Л., Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 134 с.

6. Касьянов Г.И. Технологические основы СОг-обработки растительного сырья. — М., 1994. — 133 с.

7. Шаззо Р.И., Шляховецкий В.М. Низкотемпературная сушка пищевых продуктов в кондиционированном воздухе. — М.: Колос, 1994. — 117 t.

8. Кафаров В.В. Принципы создания безотходных химических производств. — М.: Химия, 1982.

9. Аракелов В.Е., Кремер А.И. Методические вопросы экономии энергоресурсов. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 190 с.

10. Валов М.И., Зимин Е.Н. Оценка экономической эффективности систем солнечного теплоснабжения. — М., 1988,

11. Стабников В.Н., Остапчук Н.В. Общая технология пищевых продуктов. — Киев: Вища школа, 1980. — 302 с.

Кафедра теплотехники

Поступила 05.11.94

Ю.А. ТЫР( А.Ю. КРИ1

Московская пищевых прі Государстві

Проблеї ческой бе качества г тальных в ных на сс ных тех» является | НИЯ СЛ0ЖІ ВИИ Н0В0Г]

’’Фталосой

’’Фталос ральные к — термос несенные

НЫМ НОСИ'

той удель: ределенні (3-8 мм).

Физико активності 0,2 мг-экв

ТОВ ПОЗВОІ тализа в тельно уп| шает экол ции стаді массы, ст< утилизаці

Так, прі лом с це, топлива в лоты дост; вые эфир| сорту непі этом ликв рализациі| и сушка. ’’Фталосої высших (( аналогов спермацет (С5—С9) с ных матер

При гщ] технологи фикации масла при что по сра МПа) эне

J