Науково-технічні передумови раціонального використання електроенергії в технологічних процесах виробництва молочних продуктів

Для партії молока зимового періоду (Київського регіону) к =137.5%, а для початку літа 150.5%. Розбіжність -к- у межах однієї групи не перевищувала 2%.

Для визначення вмісту води у молоці, коли значення y1 невідоме, запропонований показник - коефіцієнт розведення молока водою Кв , який розраховують за формулою

, (24)

де Б^о - масова частка білку в молоці, %, яку визначають стандартним методом; а_в - постійний коефіцієнт отриманий шляхом статистичної обробки експериментальних даних.

Наявність води у молоці визначають за попередньо встановленою залежністю К_в(Р_з). Дослідження показали, що електропровідність чутливо реагує на наявність води у молоці.

Визначено залежність х(Ж, СЗМЗ) кисломолочного сиру (паста Здоровье). При збільшенні масової частки СЗМЗ (х₂) його електропровідність зростає прямопропорційно.

Аналогічний вплив і масової частки жиру (х1), але їх загальний вплив на електропровідність продукту пропорційний власній масовій частці.

Досліджено вплив складових частин на електропровідність дослідних зразків згущеного молока. Математичну модель для визначення масових часток Ж та СЗМЗ у згущеному молоці за результатами вимірювання електропровідності при температурах 10 та 20⁰C представили у вигляді

х = 0.4 + 0.73СЗМЗ - 2.58Ж (25)

х = 0.47 + 0.79СЗМЗ - 3.13Ж ,

точність визначення СЗМЗ складає 5%.

Встановлено вплив складових частин відновленого молока: В, СЗМЗ та Б на електропровідність продукту. Результати досліджень дозволили установити наявність лінійного характеру цих залежностей. Збільшення концентрації СЗМЗ призводить до підвищення електропровідності продукту, а збільшення вологи цей фактор зменшує.

З метою підвищення якості створюваних молочних продуктів розроблено методику оптимізації рецептур молочних сумішей з заданими фізико-хімічними властивостями. У загальному вигляді задача оптимізації сформульована так: розрахувати масові частки харчових компонентів за умовою максимум властивостей до заданої якості.

При розробці рецептур кисломолочних напоїв та морозива на основі запропонованих математичних моделей вирішено наступні завдання.

Для заданих компонентів харчової суміші визначити їх масові частки.

Пряма задача. Максимізувати фізико хімічні властивості:

а) для заданої маси сухих речовин; б) за вмістом окремих корисних елементів та (а).

Зворотна задача. Максимізувати окрему харчову цінність:

в) для заданої маси сухих речовин; г) для потрібних смакових властивостей та (в) .

Збалансувати масові частки компонентів за заданими фізико-хімічними властивостями.

Пряма задача. Мінімізувати масову частку сухих речовин:

е ) для заданих величин окремих компонентів;

ж) для потрібних смакових властивостей та (е).

Зворотна задача. Скласти множину варіантів:

з) для заданих сполучень окремих компонентів та кращих смакових властивостей;

к) з одержаної множини вибрати такі, що забезпечують відповідний фізико - хімічний склад та смакові властивості.

У четвертому розділі досліджено вплив зміни продуктивності технологічного обладнання на ефективність його техніко-економічних характеристик. Показано, що проблему раціонального використання електричної енергії технологічним обладнанням можна вирішити шляхом оптимізації техніко-економічних характеристик на множині параметрів його життєвого циклу, який складається з 4 етапів.

На першому у відповідності до обраних критеріїв виконують максимізацію (мінімізацію) техніко-економічних характеристик технологічного обладнання. Потрібно поліпшити їх узагальнені показники якості шляхом вибору початкових даних та конструктивних параметрів за умовою досягнення таких технологічних характеристик, які не є оптимальними за жодним критерієм, але є найбільш прийнятними за їх сукупністю.

На другому визначають шляхи мінімізації затрат на створення потрібного зразка конструкції установки. Для вирішення цього завдання потрібно розробити методики розрахунку ефективної продуктивності технологічної установки та визначити підходи до вирішення задачі проектування в так званих суперечливих умовах, коли покращання одних параметрів призводить до погіршення інших.

На третьому оцінюють можливі витрати на експлуатацію.

На четвертому узгоджують та коректують одержані рішення на попередніх етапах у залежності від того, якому з критеріїв віддають перевагу.

Запропоновано підхід до вибору ефективної продуктивності. За критерій ефективності обрано досягнення maxG (на множені можливих продуктивностей), при якому забезпечується min(p, g), р, g - відповідно питомі затрати електричної потужності та металоємність, g = D/G (т⁰/т), т⁰, т - відповідно маса апарата та його продуктивність.

Як видно з рис.2.а підвищення продуктивності сепараторів очисників до 10 т/год. забезпечує зменшення металоємності на 65%. Подальше її підвищення недоцільне, оскільки питома металоємність не зменшується, а навпаки, спостерігається тенденція до її збільшення. Аналіз залежності р(G) дає можливість встановити, що підвищення продуктивності до 15 т/год забезпечує зниження питомих затрат електричної потужності на 60%, але при подальшому її підвищенні спостерігається тенденція наближення графіка функції до точки екстремуму. За одержаними даними виникає ситуація, коли в одному випадку 10 т/год є ефективною продуктивністю за критерієм - максимум продуктивності при мінімальній питомій металоємності, а в іншій 15 т/год є кращим показником за критерієм максимум продуктивності при мінімальних питомих затратах енергії. У результаті створюється ситуація, у якій за двома критеріями область 10...15 т/год є компромісною.

Для сепараторів вершковідокремлювачів (рис.2.б) визначено, що підвищення ефективності використання електричної енергії як функції збільшення продуктивності недоцільне, оскільки її підвищення з 1 до 12 т/год погіршує металоємність на 60...80%, при цьому енергоємність зростає в 2...3 рази. Для сепараторів високожирних вершків ці показники на порядок гірші.

Досліджено вплив зміни продуктивності на ефективність використання електричної енергії гомогенізаторами (рис 3.а). Встановлено, що при підвищенні продуктивності з 2 до 6 т/год металоємність зменшується на 63% і спостерігається тенденція до її зниження. При підвищенні продуктивності для функції p(G) спостерігається тенденція зменшення питомих затрат електричної потужності на 32 %. При подальшому її підвищенні цей показник не змінюється. Можна зробити припущення, що область параметрів 2...6 т/год є компромісною при оптимізації продуктивності за двома критеріями, що розглядаються.

Досліджено вплив продуктивності на ефективність техніко-економічних характеристик маслоутворювачів. Для продуктивності 0,6 т/год металоємність складає 2,16 т⁰/т. При підвищенні продуктивності до 1,2 т/год металоємність зменшується на 43%. Подальше її підвищення до 2,4 т/год зменшує темп зниження металоємності на 10%. Крім того існує достатній резерв для мінімізації питомого показника. Аналіз залежності р(G) показує, що для продуктивності 0.6 т/год ефективність використання електричної потужності складає 18,3 кВт/т. Підвищення продуктивності до 1,2 т/год зменшує питомі затрати електричної потужності на 12%. Ефективна продуктивність за умовою min(p, g) знаходиться в області 2...3 т/год.

У п'ятому розділі розроблено методи розрахунку та вибору енергоефективних режимів роботи технологічних процесів за умовами: мінімальних питомих затрат енергії і металоємності; обмежень на енергоресурси та сировину з урахуванням її якісних властивостей; наявності суперечливих вимог. Розроблено математичні моделі визначення ефективних характеристик виконавчих органів технологічного обладнання.

З метою аналізу затрат електричної енергії технологічними процесами досліджено ефективність техніко-економічних характеристик технологічного обладнання. Запропоновано підхід до розрахунку ефективності його техніко-економічних характеристик шляхом визначення відповідної рейтингової оцінки, яка здійснюється за умовами, коли техніко-економічні характеристики задані: в явному вигляді, за їх питомими значеннями, з пріоритетом заданого показника.

Запропонований підхід до аналізу ефективності техніко-економічних характеристик технологічного обладнання дозволяє: оцінювати його технічний рівень; при необхідності формувати варіанти покращання якісних показників, що забезпечує відповідність технічних умов обладнання, яке створюється, світовому рівню; прогнозувати напрямки розвитку та обирати ефективні рішення з урахуванням можливостей виробництва.

На основі запропонованого способу досліджено ефективність техніко-економічних характеристик вітчизняного і закордонного технологічного обладнання та визначено напрямки їх удосконалення. Одержані результати використані в інституті Укрндіпродмаш при розробці та впровадженні нового технологічного обладнання.

Для оцінки енергозаощаджувальних властивостей технологічних установок (ТУ) запропоновано наступний підхід. На площині U(G,P) (назвемо енергозатратною) точка L характеристика затрат електричної потужності при роботі ТУ з продуктивністю G, r = (P²+ G²)^1/2, G = r cosj_т, де r модуль ТУ, cosj_т технологічний коефіцієнт потужності ТУ.

Сформульовані аксіоми та обрані критерії дають можливість визначити оцінку ефективності затрат електричної енергії технологічними установками. Якщо задана математична модель ТУ, яка характеризується параметрами P, G на площині U(G,P), то простором параметрів ТУ є n - мірний простір, який складається із точок L з декартовими координатами {P , G}. Кожній точці L у просторі відповідає обмежений набір параметрів P , G : P^* < P < P ^{* *}, G ^* < G < G ^{* *}. Ці умови визначають прямокутник -п- у просторі параметрів P, G. Можна сказати, що кожній точці прямокутника -п- відповідає модель ТУ, параметри якої задовольняють заданим обмеженням і навпаки.

Аксіома 1. На площині -п- виберемо область (рис.4.1) з параметричними обмеженнями P^*< P < P ^{* *}, G = G^* з початковими даними G₁ = G₂ = ... = G _n, P₁ < P₂ < ...< P _n , cosj₁ cosj₂ ... cosj_n. Очевидно, що для даної області параметрів максимальна ефективність використання електричної енергії характеризується maxcosj.

Аксіома 2. На площині -п- виберемо область (рис.4.2) з параметричними обмеженнями G^*< G < G ^{* *}, P = P^* та початковими даними P₁ = P₂ = .. = P _n, G₁ < G₂ < ...< G _n, cosj₁ < cosj₂ < ...< cosj_n. Очевидно, що для даної області параметрів максимальна ефективність використання електричної енергії характеризується максимальною продуктивністю ТУ.

Аксіома 3. На площині -п- виберемо область з параметричними обмеженнями P* < P < P * * , G * < G < G * * з початковими даними , G₂ = 2 G₁, ..., G_n = n G₁, P₂ = 2 P₁, P_n = n P₁, cosj₁ = cosj₂ = ...= cosj_n. На практиці даний випадок можна розглядати як вибір: що краще, переробити один і той самий обсяг сировини приблизно з однаковими затратами енергії з більшою потужністю за менший час або з меншою потужністю, але за більший час. За критерій швидкодії обрано коефіцієнт tпропорційний часу t. На рис.5.1 наведені графіки P(t) і t(t), які характеризують випадок, що розглядається (наприклад, робота 3^х ТУ, які переробляють 4т сировини відповідно за 1, 2, 4 години з однаковими затратами енергії 8 кВт.год/т). Очевидно, якщо критерії рівнозначні, то вибір ефективних параметрів знаходиться на перетині e наведених графіків.

У залежності від того, якому критерію віддають перевагу, точка e зміщується вліво або вправо. Для оцінки зміщення координати оптимуму застосовано принцип Гурвиця

F(k₁, k₂) = a₁ min v (k₁) + (1 a₁) max v(k₂), 0 < a₁ < 1. (26)

k₁ О K^m k₂ О K^m

При a₁ = 0 перевага віддається max t, для a₁ = 1 min Р. У випадку, коли a₁= 0.5 критерії рівнозначні.

Розглянуто підхід до оцінки та визначення пріоритету ТУ за ефективністю використання електричної енергії, якщо конкуруючі ТУ мають суперечливі показники техніко-економічних характеристик. Дамо оцінку двом ТУ, які характеризуються електричною потужністю та продуктивністю в загальному вигляді P₁, P₂, G₁, G₂ за умовою, що G₁ < G₂, cosj₁ > cosj₂ (рис.5.2). На площині u(x₁⁰, x₂⁰), утвореній продовженням вектора ОМ₁ і нормаллю M₁X₁⁰ до точки М₁, вектор ОМ₁ відображає ТУ₁, а вектор ОМ₂ ТУ2. Вище було показано, що для установок, відображених точками L на вісі M₁X₁⁰, мають перевагу ті, у яких більший cosj, а для M₁X₂⁰ навпаки, у яких більше G. Тому площину u(x₁⁰, x₂⁰), утворену вісями M₁X₁⁰ та M₁X₂⁰, будемо вважати компромісною.

Одержані результати показують, що площина u(x₁⁰, x₂⁰) поділена на дві частини. Установки, для яких точки L розташовані у правій частині відносно лінії екстремуму, мають перевагу над базовою установкою (ТУ₁), а базова має перевагу над ТУ, точки L яких розташовані у лівій частині площини відносно лінії екстремуму.

З метою підвищення ефективності використання електричної енергії технологічними процесами в умовах обмежень на енергоресурси та сировину сформульовано задачі оптимізації та побудовано математичні моделі для їх вирішення.

Із групи конкуруючих технологічних установок кращою є та, при використанні якої для заданих обсягів продукції G та енергоресурсів W забезпечується максимальний прибуток П (27) або мінімальні затрати З (28)

(27) F(x)= ® max (28) F(x) = З_i x_i ® min

t_i x_i = G t_i x_i = G

p_i x_i =W x_i і 0 p_i x_i = W.

При наявності специфічних вимог на додержання технологічних циклів функціонування обладнання один із шляхів розв'язання задачі енергозаощадження полягає в тому, щоб розрахувати оперативний план його завантаження сировиною та часові цикли технологічних процесів за умовою, що фактичний графік споживання енергоресурсів Р_ф(t) повинен дорівнювати заданому Р_з(t), оскільки при Р_ф > Р_з підприємство підлягає штрафним санкціям, а при Р_з > Р_ф - несе збитки у зв'язку з переплатою за заявлену потужність, а також з недозавантаженням обладнання. Відомі способи стабілізації Р_ф(t) = Р_з(t) використовують автоматизовані обчислювальні системи управління споживанням електроенергії, які для переробних підприємств не завжди прийнятні у зв'язку з додатковими матеріальними витратами та терміном окупності до 5 років. Тому запропоновано новий підхід до вирішення задачі оптимізації затрат енергії, який базується на ефективному використанні якісних властивостей сиро-вини, технологічних режимів роботи обладнання та раціональному завантаженні процесів сировиною.

Моделі розрахунку режимів функціонування обладнання t, які для заданих енергоресурсів W_з забезпечують максимум продуктивності (29), а для заданої продуктивності G_з мінімум затрат енергії (30)

(29) F(t) = G_it_i ® max (30) F(t) = P_i t _i ® min

P_i t_i =W_з t_i = t_0i G_i t_i = G_з.

Для заданих часових циклів t, питомих затрат p та електричної енергії W розподіляєм сировину g між технологічними процесами

( 31) F(g) = t_i g_i ® max (32) F(g) = p_i g _i ® min

p_i g_i =W g_i = g_0i S g_i = G.

Для заданих електричних потужностей Р обладнання технологічного процесу і часу Т (за директивним графіком споживання енергоресурсів) визначаєм раціональні часові цикли їх завантаження

(33) F(t) = P_i t_i ® min (34) F(t) = g_i t ® max

t_i = T t_i = t_{0 i} t_i =T.

Наведені моделі дають можливість розраховувати в залежності від конкретних умов виробництва режими роботи обладнання, які забезпечують максимум продуктивності при мінімально можливих затратах енергії, а також знизити плату за електроенергію за рахунок стабілізації Р_ф(t) = Р_з(t). Працездатність розглянутих вище моделей була підтверджена при дослідженні їх на виробництві. На основі розроблених моделей розраховано режими роботи обладнання підприємств кондитерської та молочної промисловості, що забезпечує зменшення затрат електричної енергії на 7...15%.

Для визначення електричної потужності (як правило) вирішують пряму задачу - для заданого G знайти Р. З метою підвищення ефективності використання електричної енергії запропоновано вирішення зворотної задачі, суть якої у наступному. Для стандартної номенклатури електричних потужностей Р_і, і = 1, 2,..., n (на основі відомих фундаментальних залежностей) визначають відповідні їм продуктивності G_і, у результаті чого одержують множину конкуруючих пар параметрів Р_і G_і. Для кожної пари розглянутим вище методом розраховують рейтингову оцінку ефективності. Вибір кращої пари параметрів здійснюють за допомогою запропонованих моделей за умовою: з групи ТУ та краща, яка при заданих затратах електричної енергії виробляє більший обсяг продукції або для заданої продуктивності має менші затрати електричної енергії.

Запропонований метод досліджено та впроваджено при розробці технологічного обладнання в інституті Укрндіпродмаш. Він дозволяє оптимізувати вибір продуктивностей та підвищити ефективність використання електричної енергії, що дає можливість зменшити її затрати на 8...12%.

Враховуючи, що більшість технологічних процесів мають ознаки складної системи (багатомірність, нелінійний характер залежностей між продуктивністю та затратами енергоресурсів, невизначеність багатьох характеристик функціонування та обмежена кількість параметрів, що контролюються), запропоновано новий підхід до визначення їх ефективної продуктивності за інтегральною характеристикою. Він базується на визначенні узагальненої характеристики Р(G) процесу, який складається із сукупності окремих технологічних операцій. Кожна операція має власні особливості технологічного режиму, а обладнання, що їх реалізує, характеризується певними техніко-економічними характеристиками. Показано можливість визначення ефективної продуктивності технологічного процесу, яку здійснюють на множині інтегрованих залежностей Р_і(G_і), і = 1, 2,..., n за критерієм max(cos, G), що розглянутий вище. Таке рішення обумовлює зменшення встановленої електричної потужності технологічних процесів на 8...10%.

Досліджено підхід до оптимізації технологічних процесів в умовах, коли покращання одних показників якості призводить до погіршення інших, наприклад, мінімізація питомих показників р та g має різний напрямок, функції р(G) та g(G) досягають екстремуму в різних точках G.

Якщо покращання одних показників призводить до погіршення інших, то такий випадок характеризується наявністю ''суперечливих умов'', а прийняття рішень у цих умовах вважають компромісним.

Для вирішення задачі вибору раціональних техніко-економічних характеристик технологічного обладнання при наявності суперечливих умов розглянута модель

Ф = < I_jk , { М_k }, { В_к }, R_к , п >, (35)

де І - множина задач розрахунку та вибору параметрів установки, (наприклад за умовою: не погіршуючи якості продукту досягти максимальної продуктивності, одержати мінімальну металоємність, максимальну надійність тощо); к - кількість критеріїв, що розглядаються; М_k - векторні цілі; В_к - векторні стратегії; R_к - наявні ресурси; п - документація, яка регламентує умови вирішення завдання.

Показано, що вирішення поставленої задачі базується на кількісній оцінці виграшу (збитків) можливих варіантів з позиції критеріїв, що розглядаються. Умовою вирішення цієї задачі є врівноважений вибір з позиції критеріїв, що розглядаються, тобто межа однакових втрат, яку представлено у вигляді

opt r_1i - _1i (r₁) = opt r_2i -_2i (r₂), (36)

де opt r_1i , opt r_2i - відповідно оптимальні характеристики кожного варіанта; _1i, _2i - відповідно збитки даного варіанта.

Досліджений вибір компромісної продуктивності на прикладі сепараторів очисників показав, що такий підхід справедливий і для інших видів технологічного обладнання, наприклад, для розглянутого в розділі 4.

Запропонована методика може використовуватися для обгрунтування вибору раціональних техніко-економічних показників існуючого технологічного обладнання, серед яких, крім якості продукції, є: продуктивність, затрати енергії та питома металоємність.

З метою раціонального використання електричної енергії в транспортних орієнтуючих системах (ТОС) технологічних процесів та зменшення браку готової продукції вирішено задачу пошуку їх ефективного навантаження: не погіршуючи якості кінцевого виробу, забезпечити досягнення максимальної продуктивності обладнання при мінімальних затратах енергії. Ідея запропонованого підходу полягає в наступному. Визначали функцію h (хі) = h0 за умовою, що h0 = Нд, де h0 - параметр, який характеризує навантаження на виріб, і = 1, 2,..., n, Нд - допустиме навантаження (за його міцностними властивостями), хі - параметри, які впливають на характеристики динаміки ТОС. Значення hо може бути одержано при різних сполученнях хі. Але, оскільки їх значимість та вплив на динаміку виробу різний, то з усіх можливих сполучень хі потрібно обрати такі, які забезпечують умови ефективного навантаження у кожному конкретному випадку.

На основі одержаних математичних залежностей визначено геометричні характеристики ТОС, які з усіх можливих варіантів забезпечили вибір ефективного h₀. Розроблені моделі впроваджені в інституті Укрндіпродмаш при розрахунку ТОС технологічних процесів. Аналіз затрат енергії при роботі технологічних процесів показав, що в загальному випадку за рахунок підвищення продуктивності і зменшення браку продукції досягається економія електричної енергії на 6...8%.

Досліджено динаміку затрат електричної енергії в системі вакуумний захоплювач-виріб. Установлено особливості динаміки системи для різних видів вакуумних захоплювачів з урахуванням їх навантажувальних характеристик, які дозволяють визначити ефективну електричну потужність машини ТОС, що забезпечує максимальну продуктивність за умовою стійкості процесу укладання з заданою якістю виробу.

Експериментальні дослідження показали, що за рахунок раціонального збільшення продуктивності та зменшення браку продукції досягається економія електричної енергії на 8...12%.

На основі проведених досліджень та запропонованих методів розрахунку раціональних параметрів конструкцій виконавчих органів машин розроблено галузевий стандарт (РТМ-27-31-931-82. Расчет кулачковых механизмов. - Минлегпищемаш СССР, - 240с), який використано при розробці та впровадженні технологічного обладнання у харчову та переробну промисловість.

ВИСНОВКИ

Основні науково-технічні передумови раціонального використання електричної енергії в технологічних процесах.

Проблема раціональних затрат електричної енергії в технологічних процесах виробництва молочних продуктів є комплексною і повинна вирішуватись шляхом узагальнення досліджень електрофізичних властивостей молочних продуктів і енергозаощаджувальних можливостей технологічного обладнання.

На основі узагальнення результатів теоретичних і експериментальних досліджень та системного аналізу техніко-економічних характеристик технологічного обладнання визначено, що енергозатрати (р), якість продукту (Я), продуктивність (G) та металоємність (m) є основними критеріями при оцінці ефективності технологічних процесів.

3. На основі положень механізму електропровідності в об'єктах з матричною структурою та динаміки технологічних процесів розроблено математичні моделі для визначення ефективних техніко-економічних показників, що зумовлює мінімізацію затрат електричної енергії.

4 Враховуючи, що якість молочних продуктів визначають не тільки складом речовин (жиру (Ж), білку (Б), солі тощо) й технологічними параметрами (кислотністю (К), рН, густиною тощо), їх треба розглядати з позиції багатопараметричних систем з матричною структурою електропровідності (х), що зумовлює: можливість визначення якості продукту через х, яка в існуючих продуктах змінюється у діапазоні (3· 10^-49·10^-4), створення засобів експрес-контролю якості з використанням параметрів, які здійснюють основний вплив на х та наявність позитивного зворотного зв'язку між х і Т.

5. Механізм електропровідності молочних продуктів, які є об'єктами з матричною структурою, повинен базуватись на наближенні його до неідеальних провідних середовищ.

6. На основі аналізу залежностей для ефективних провідності і діелектричної проникності неоднорідних середовищ у наближенні неідеальних діелектриків встановлено, що важливим параметром є ємнісна складова провідності матриці та неоднорідностей.

7. Встановлено, що електротеплова нестійкість молочних середовищ залежить від структури розподілу електричних полів, температури і їхніх фізичних властивостей.

8. Доведено, що показник якості молока визначається кореляційною залежністю К_в та наявністю води в молоці, що зумовлює можливість з більшою імовірністю здійснювати кількісну оцінку фальсифікації через коефіцієнт К_в (розведення молока водою).

9. Установлено, що вміст пектину (К_п), який зумовлює якісні характеристики концентрантів, визначається кореляційною залежністю х і К_п. Такий підхід дає можливість створення та впровадження принципово нових методів експрес-контролю на підприємстві.

10. Доведено, що оцінка ефективності затрат електричної енергії в існуючих технологічних процесах повинна здійснюватись шляхом диференціювання питомих затрат енергії, а їх визначення - як функції у просторі параметрів G, Я.

11. Для визначення ефективності затрат електричної енергії в межах заданого енергобалансу запропоновано моделі та методи їх вирішення, які базуються на мінімізації затрат енергоресурсів. Ефективність цього рішення підтверджена розробкою та впровадженням типових програм розрахунку на лініях виробництва масла, казеїну, морозива, кефіру, що забезпечує зниження енергозатрат на 7...15%.

12. За умовою ефективного використання електричної енергії оптимізація проектних рішень повинна здійснюватись на множині інтегрованих залежностей методом Парето. Таке рішення зумовлює зменшення встановленої електричної потужності технологічних процесів на 8...12%.

13. На основі виявленого позитивного зворотного зв'язку між х і Т розроблено принцип побудови конструкції нагрівників з безпосереднім нагрівом електричним струмом, що зумовило їх впровадження.

14. Запропоновано математичну модель, яка на основі рівноваги мінімальних втрат за критеріями min(p,m)maxG дає можливість визначити ефективну продуктивність обладнання при наявності суперечливих вимог.

15. Оцінка ефективності продуктивності технологічного обладнання здійснюється за системним критерієм соs?_т - G, який характеризує його енергозаощаджувальні властивості. Доведено, що впровадження такого методичного підходу зумовило зменшення втрат електричної енергії в процесі виробництва кисломолочних напоїв та морозива на 7...9%.

16. Запропонована методика вибору раціональної продуктивності технологічного обладнання та визначення ефективності затрат електричної енергії, яка базується на використанні множини електричних потужностей, заданих стандартною сіткою електротехнологічного обладнання, за допомогою енергозатратної площини u(P,G). Апробація прийнятого рішення забезпечує зменшення затрат електричної енергії на 8...12%.

17. Визначення ефективності технологічного обладнання здійснюється за техніко-економічними показниками за рейтинговою оцінкою (R), з використанням системи рівнянь, побудованих на основі прийнятої схеми оцінок: для загальної - за maxR, а для питомих показників - за minR.

18 Враховуючи вплив геометричних розмірів виконавчих органів машин на ефективність використання електричної енергії, запропоновано метод вибору їхніх параметрів за системним критерієм р G на множині характеристик динаміки із застосуванням характеристичних рівнянь.

19. Для визначення ефективного режиму функціонування транспортних орієнтуючих систем запропоновано метод, який базується на теорії чутливості з урахуванням реакції характеристик динаміки системи на пробні за планом експерименту зміни аргументів.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ЩО ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ромоданова В., Смірнов В., Мазуренко О., Кочубей О. Електрометрія молочних продуктів // Харчова і переробна промисловість. - 1997. - №8. - С.24-25. (Постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, розробка матмоделей, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

2. Смірнов В. Електрометричне тестування якісних характеристик молока і молочних виробів // Зб. наук. пр.- К.: Український державний університет харчових технологій. - 1998. - №4. - С.48-49.

Ромоданова В., Смірнов В.,. Гуляєв-Зайцев С, Мазуренко О., Кочубей О. Пухляк А.. Електрометричне визначення якості // Харчова і переробна промисловість. - 1998. - №4. - С. 37.

(Постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

Смірнов В., Ромоданова В., Мазуренко О., Поліщук В. Оптимізація рецептур молочних сумішей // Харчова і переробна промисловість. - 1999. - №10. - С.19.

(Розробка матмоделей, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

Богаєнко К., Смірнов В., Мазуренко О., Рюмшин М. Регулювання процесу термообробки з економічними витратами енргоресурсів // Автоматизація виробничих процесів. - 1998. - №1-№2. - С.45-49.

(Розробка матмоделей і принципів оптимізації, участь в експериметальних дослідженнях та узагальнення їх результатів).

6. Богаєнко К, Смірнов В, Мазуренко О. Методи аналізу енергозаощаджуючих властивостей технологічного обладнання // Автоматизація виробничих процесів. - 1998. - №1-№2. - С.20-23.

(Розробка матмоделей та підготовка матеріалів до публікації).

7. Смірнов В.С. Ефективність. технологічного устаткування // Харчова і переробна промисловість. - 1998. - № 9. - С.30-31.

Гуляев - Зайцев С, Мазуренко А, Смирнов В. Энергосбережение в молочной промышленности // Сыроделие. М.: - 1998. - №2. - С. 35-36.

(Розробка принципів математичного моделювання та підготовка матеріалів до публікації).

Смірнов В. Керування енергозбереженням технологічних процесів в умовах дефіциту сировини // Автоматизація виробничих процесів. - 1997. - №1. - С.44-47.

Богаенко К, Смирнов В, Мазуренко А. Автоматизация маркетинговой задачи управления энергопотреблением предприятия //Автоматизация производственных процессов. - 1995. - №1. - С.109-111.

(Розробка матмоделей та підготовка матеріалів до публікації).

11. Бурляй Ю, Сухой Л, Смирнов В. Исследование колебаний упругих вакуумных захватов // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1978. - №10. - С.36-38.

(Участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

12. Скорик Г, Атаманский П, Смирнов В. Оптимизация выбора конструктивных параметров ориентирующих дисков // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1981. - №1. - С.29-31.

(Постановка задачі, розробка матмоделей, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

13. Смірнов В, Мазуренко О, Черниш В, Марченко В. Режим роботи ощадливий // Харчова і переробна промисловість. - 1999. - № 1. - С.32.

(Постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

14. Шапран В, Костюк В, Смирнов В. О колебаниях вакуумных захватов с удерживаемыми изделиями // Пищевая промышленность, 1988, вып.34. - С.38-41.

(Постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів).

15. Смірнов В, Мазуренко О. До енергоресурсів - ощадливо. // Харчова і переробна промисловість, 1997. - №9. - С. 22.

(Участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

16. Ромоданова В, Смірнов В, Кочубей О, Мазуренко О. Ефективність виробництва за електро- та теплофізичними характеристиками згущених молочних продуктів // Харчова і переробна промисловість. - 1999. - №11-№12 - С.15.

(Участь в експериментальних дослідженнях, підготовка матеріалів до публікації).

Поліщук В, Смірнов В, Ромоданова В, Домарецкий В. Ячмено-солодовий екстракт у виробництві морозива на молочній основі // Харчова і переробна промисловість. - 1999. - №.11-№12 - С.26.

(Участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів).

Смірнов В. Оптимізація продуктивності технологічного обладнання в суперечливих умовах // Автоматизація виробничих процесів. - 1999. - №2. - С. 46-49.

19. Ашуева Т, Кирнос Л, Суржик Т, Смирнов В. Эффективная электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость гетерогенных сред в переменном поле // Праці Інституту електродинамік НАН України. - К.: - 1999. - С.13-17

(Постановка задачі, розробка матмоделей та підготовка матеріалів до публікації).

20. Смірнов В. Дослідження електротермооброблення молока в потоці // Харчова промисловість. - 2000. Вип. 45. - С.124-127.

21. Смірнов В, Крапивницька І, Шуліка В. Електрометричний метод визначення накопичення пектину в технологічному середовищі. //Зб. наук. пр. - К.: Український державний університет харчових технологій. - 2000. - С.56-58

(Розробка матмоделей, участь в експериментальних дослідженнях та підготовка матеріалів до публікації).

22. Ашуева Т, Кирнос Л, Суржик Т, Смирнов В. Электротепловая неустойчивость в среде с неоднородным распределением электрического поля и температуры. - К.: Технічна електродинаміка - 2000. - №2. - С.8-10. (Розробка матмоделей та підготовка матеріалів до публікації).

23. Смірнов В. Теоретичні основи ідентифікації технологічного обладнання за ефективністю техніко-економічних характеристик // Зб. наук. пр.- К.: Український державний університет харчових технологій. -1998. - №4.-С.25-26.

24. Смірнов В, Крапивницька І, Шуліка В, Мельник В. Елекрофізичний метод контролю в пектиновому виробництві // Харчова і переробна промисловість. - 2000. - №1. - С.24.

(Участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

25 Смірнов В. Вибір продуктивності технологічного обладнання за умовами ефективного використання електричної енергії. Зб. наук. пр. - К.: Український державний університет харчових технологій. -1998. - №4.-С.39-40.

26. Смірнов В. Система енергозбереження в умовах дефіциту сировини // Рыночные трансформации в сфере научно-технической деятельности. - К.: Институт Экономики НАН Украины. - 1997.- С.89-95.

27. Патент на винахід №22537А. Пастеризатор / Заремба В.К., Мазуренко О.Г., Смірнов В.С. Опубл. 30.06.98, Бюл. Промислова власність №3. - 3с.

(Участь в розробці пристрою та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

28. Патент на винахід №21620А. Пристрій для вимірювання елек-тропровідності / Смірнов В, Мазуренко О, Ромоданова В, Гуляев -Зайцев С, Кочубей О, Пухляк А. Опубл. 30.04.98, Бюл. Промислова власність № 2. - 3с. (Участь в розробці пристрою та експериментальних дослід-женнях, узагальнення одержаних результатів.

29 А.С. №1324929 СССР, МКИ В 65 В 5/10. Устройство для укладки штучных изделий в тару / Костюк В.С., Шапран В.З., Адаменко В.Б., Смирнов В.С. Опубл. 23.07.87, Бюл. № 27. - 3с.

(Участь в розробці пристрою та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

30. А.С. №1402495 СССР, МКИ В 65 В 5/10. Устройство для укладки штучных изделий в тару / Костюк В.С., Шапран В.З., Адаменко В.Б., Смирнов В.С. - Опубл. 15.06.88, Бюл. № 22. - 3с.

(Участь в розробці пристрою та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

31. Патент на винахід № 20644. Спосіб визначення вмісту жиру в вершках / Гуляев-Зайцев С.С., Смирнов В.С., Мазуренко А.Г., Ромоданова В.А., Кочубей О.В., Пухляк А.Г. Опубл. 27.02.98, Бюл. Промислова власність. №1. - 3с.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

32. Патент на винахід №24594А. Спосіб визначення фізико-хімічних показників молока / Ромоданова В, Смірнов В, Гуляев-Зайцев С, Мазуренко О, Кочубей О, Пухляк А. Опубл. 30.10.98, Бюл. Промислова власність. №5. - 4с.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

33. Рішення про видачу патенту України на винахід №97094783 від 14.10.98. Спосіб визначення фізико-хімічних показників молока / Гуляев -Зайцев С.С., Смирнов В.С.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

34. Рішення про видачу патенту України на винахід №97125994 від 14.10.98. Спосіб вимірювання електропровідності в харчових продуктах та пристрій для його реалізації / Гуляев - Зайцев С.С., Смирнов В.С., Мазуренко О.Г., Лобок О.П.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

35. Рішення про видачу патенту на винахід №98031415 від 27.12.99. Пастеризатор / Заремба В.К., Мазуренко О.Г., Смірнов В.С.

(Участь в розробці пристрою та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

36. Рішення про видачу патенту на винахід №99010335 від 27.12.99. Спосіб визначення росту біомаси дріжджів / Смірнов В.С., Романовська Т.І., Шуліка В.П., Мазуренко О.Г.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

37. Рішення про видачу патенту на винахід №99010513 від 27.12.99. Спосіб визначення пектину в пектинових екстрактах / Смірнов В.С., Танащук Л.І., Гулий І.С., Крапивницька І.О., Тарасенко С.Д.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

38. Рішення про видачу патенту України на винахід №99010514 від 27.12.99. Спосіб визначення пектину в пектиновому екстракті / Смірнов В.С., Крапивницька І.О., Танащук Л.І., Гулий І.С., Тарасенко С.Д.

(Участь в розробці способу та експериментальних дослідженнях, узагальнення одержаних результатів).

39.Мазуренко О.Г., Смірнов В.С., Шапран Т.В. Диспетчеризація управління енергоспоживанням на підприємстві // Праці міжнародної науково-технічної конференції Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість - Київ: Український державний університет харчових технологій. - 1997. - С.153.

(Участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

40. Смірнов В.С., Крапивницька І.О., Танащук Л.І., Мазуренко О.Г., Шуліка В.П. Експрес-контроль вмісту пектину в технологічних розчинах // Праці міжнародної науково-технічної конференції Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості - Український державний університет харчових технологій. - 2000. - С.42.

(Постановка задачі, розробка матмоделей, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

АНОТАЦІЇ

Смірнов В.С. Науково-технічні передумови раціонального використання електричної енергії в технологічних процесах виробництва молочної продукції. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.20.02 - розробка методів та технічних засобів енергозбереження та раціонального використання електричної енергії в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва. - Національний аграрний університет, Київ, 2000.

Дисертація присвячена проблемі енергозаощадження в технологічних процесах при переробці заготівельного молока. На основі розроблених науково-технічних передумов запропоновано новий напрямок ефективного використання електричної енергії.

Розроблено методи та моделі: електрометрії якості молочних продуктів, аналізу ефективності використання електричної енергії в технологічних процесах, розрахунку та конструювання технологічного обладнання з ефективними техніко-економічними характеристиками, що забезпечує раціональні затрати електричної енергії в технологічних процесах. Основні результати праці знайшли промислове впровадження в технологічних процесах виробництва молочної продукції.

Ключові слова: електрофізичні характеристики, ефективна продуктивність, якість продукту, енергозатрати, математичне моделювання.

Смирнов В.С. Научно-технические предпосылки рационального использования электрической энергии в технологических процессах производства молочной продукции. ? Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.20.02 - разработка методов и технических средств энергосбережения и рационального использования электрической энергии в технологических процессах сельскохозяйственного производства. - Национальный аграрный университет, Киев, 2000.

Диссертация посвящена проблеме энергосбережения в технологических процессах при переработке молока. На основе разработанных научно-технических предпосылок предложено новое направление эффективного использования электрической энергии, которое базируется на положениях механизма электропроводности в объектах с матричной структурой и динамики процессов, которые характеризуют их интегральные характеристики.

Изучены основные вопросы проблемы повышения энергоэффективности технологических процессов производства молочных продуктов. Выявлены особенности затрат электрической энергии на отдельных участках технологических процессах и разработаны теоретические основы их моделирования при переработке заготовительного молока.

Предложено оценку энергоэффективности технологических процессов выполнять по совокупности критериев, которые характеризуют качественные свойства заготовительного молока и готового продукта, удельным затратам энергии и металлоемкости оборудования.

Получены научно обоснованные данные влияния качественных характеристик заготовительного молока и молочных продуктов на удельные затраты электрической энергии. Показано, что проблема рациональных затрат энергии является комплексной и должна решаться путем обобщения исследований электрофизических свойств молочных продуктов, а также энергосберегающих возможностей технологического оборудования.

На базе экспериментальных исследований выявлены особенности механизма электропроводности молока. Разработан новый подход к анализу эффективной электрической проводимости и диэлектрической проницаемости гетерогенных сред, которые в приближении являются не идеальными диэлектриками. Установлено, что существенным фактором является емкостная проводимость матрицы и неоднородностей. Доказано, что оперативную оценку качественных характеристик заготовительного молока и молочных продуктов возможно выполнять по их электрофизическим характеристикам.

Получены электрофизические характеристики пектиновых концентрантов, которые использованы при разработке метода и устройства для определения содержания пектина в его экстрактах.

Исследован процесс электротермообработки молока. Выявлены: особенности, которые характеризуют молоко как объект с тепловой неустойчивостью, влияние электротермообработки на его бактерицидную чистоту. Предложен подход к анализу электротепловой неустойчивости в средах, электрическая проводимость которых зависит от температуры. Показано, что условия реализации неустойчивости зависят от структуры распределения электрического поля, температуры и характера зависи-мости физических характеристик от температуры. Этот подход обусловил создание способа повышения энергоэффективности электротермо-обработки молока в потоке.

Исследованы электрофизические характеристики молочных продуктов, определена рациональная конструкция устройств измерения электропроводности. Получены экспериментальные данные влияния разведения молока водой на его электропроводность. Предложены моде-ли электрометрии компонентов молочных продуктов и оптимизации качества рецептур молочных смесей.

Разработаны методы анализа эффективности использования электрической энергии в технологических процессах производства молочных продуктов.

Исследованы технико-экономические характеристики технологического оборудования. Предложен подход к выбору их эффективной производительности. За критерий эффективности выбрали достижение maxG, которое обеспечивает min(p, g).

Разработан подход и математические модели расчета конструктивных характеристик исполнительных органов технологического оборудования, которые обеспечивают снижение брака продукции и для заданных затрат энергии обуславливают максимум производительности. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены методы расчета и выбора энергоэффективных режимов работы технологических процессов.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение в технологических процессах производства молочной продукции.

Ключевые слова: электрофизические характеристики, эффективная производительность, качество продукта, энергозатраты, математическое моделирование

Smirnov V.S. The scientifically technical preconditions of rational use of electrical energy in technological processes of dairy production manufacture. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a speciality 05.20.02 - development of methods, technical means of energy saving and rational use of electrical energy in technological processes of agricultural production. - National agrarian university, Kiev, 2000.

The dissertation is devoted to problems of energy saving in technological processes at milk processing. On the basis of the developed scientific and technical preconditions the new direction of an effective utilization of electrical energy is offered which is based on rules of the electrical conductivity mechanism in objects with matrix structure and of dynamics of processes, which characterize their integrated characteristics.

The methods and models are developed: electrometry of quality of dairy products, analysis of efficiency of electrical energy use, account of the process equipment with the effective technical and economic characteristics, that provides rational expenses of electrical energy in technological processes. The basic results of work have found industrial introduction in technological processes of manufacture of dairy production.

Key words: the electrophysical characteristics, effective productivity, quality of a product, energy expenses, mathematical modeling.

Размещено на Allbest.ru

...