Математичні моделі та методи комп'ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

Горячев Георгій Володимирович

 

УДК 681.332:664.1

 

МАТЕМАТИЧНІ МОДЕЛІ ТА МЕТОДИ КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАКЦІЇ ЦУКРУ В ПОХИЛОМУ ДИФУЗІЙНОМУ АПАРАТІ

 

Спеціальність: 01.05.02 – Математичне моделювання та обчислювальні методи

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Вінниця - 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Мокін Борис Іванович, Вінницький державний технічний університет, 

завідувач кафедри електромеханічних систем автоматизації

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Лисогор Василь Микитович, Вінницький державний аграрний університет, професор кафедри менеджменту АПК

кандидат технічних наук, Скидан Ольга Юріївна,

Інноваційне впроваджувальне підприємство “ІнноВінн”, м. Вінниця головний менеджер

Провідна установа: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Фізико-технічний інститут, м. Київ

 

 

Актуальність теми. На цукрових заводах України актуальним є питання підвищення якості і кількості випущеної продукції.

Одним з основних процесів цукрового виробництва є процес екстракції цукру з бурякової стружки, який характеризується значними сировинними втратами, що становлять до 30–50% усіх втрат цукру при його виробництві. В зв’язку з цим постає питання отримання об’єктивної інформації про ведення процесів в дифузійному апараті технологічного потоку отримання цукру з бурякової стружки в темпі цих процесів.

Основним критерієм ефективності роботи дифузійного відділення цукрового заводу є втрати цукру в жомі – чим вони менші тим ефективніше працює цукровий завод. Безпосереднє вимірювання цього параметру на цукрових заводах здійснюється лабораторно з дискретністю в одну годину. Зміни ж параметрів процесу екстракції відбуваються безперервно, тому прогнозування концентрацій цукру у вихідних речовинах є важливою задачею для управління ним.

Складність взаємозв’язків та суттєва нелінійність залежностей між проміжними параметрами процесу, вхідними параметрами і цукристістю, а також якісний характер багатьох параметрів (в’ялість буряка, підмороженість, волокнистість, ступінь зараження буряка бактеріями, забрудненість буряка, кількість браку різки) ускладнює визначення цукристості.

Тож побудова математичних моделей процесів, що протікають в дифузійних апаратах цукрових заводів під час екстракції цукру із бурякової сировини, за допомогою яких можна було б адекватно оцінювати і оптимізувати хід процесів, прогнозувати їх кінцеві результати і розробляти алгоритми керування ними, є задачею актуальною як в науковому плані, так і в плані підвищення ефективності цукрового виробництва.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст роботи складають результати досліджень, що проводились протягом 1997–2002 років. Протягом 1997–1999 років дослідження та наукові розробки проводились по програмі магістерської підготовки здобувача, яка була успішно завершена восени 1999 року. Протягом 1999–2002 років науково-дослідна робота проводилась відповідно до наукового напрямку кафедри “Розробка математичних методів та моделей процесів, що протікають в енергетичних, електромеханічних та екологічних системах, синтез інформаційно-вимірювальних систем автоматичного і автоматизованого керування цими процесами” та у ролі відповідального виконавця, по науково-дослідним роботам “Комп’ютерне моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті”, “Дослідження інформаційного забезпечення системи управління процесом екстракції цукру в похилому дифузійному апараті”, що проводились по договорам творчої співдружності ВДТУ з підприємствами ЗАТ “Подільський цукор” та ЗАТ ВТК “Немирів – цукор” протягом 2001-2002 років.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка математичних моделей та комп’ютерних методів моделювання технологічного процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті, придатних для розробки алгоритмів управління технологічним процесом вилучення цукру з бурякової стружки на цукрових заводах.

Для досягнення цієї мети необхідно розв’язати такі задачі:

1. Провести аналіз існуючих методів математичного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті.

2. Провести аналіз параметрів процесу екстракції цукру з бурякової сировини з метою виявлення ступеня їх інформативності для автоматичного контролю і управління.

3. Розробити математичні моделі процесу екстракції цукру з бурякової сировини з врахуванням механізму формування в часі стохастичних властивостей незалежних вхідних параметрів процесу екстракції та його інерційних характеристик.

4. Розробити методи комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру із бурякової стружки та його прогнозування.

5. З використанням запропонованих моделей і методів розробити і реалізувати програмний продукт для імітаційного моделювання процесу екстракції цукру з бурякової сировини, придатний для розробки алгоритмів оптимізації та управління технологічним процесом вилучення цукру з бурякової стружки в ПДА.

Об’єктом дослідження в дисертаційній роботі є процес екстракції цукру з бурякової сировини, що здійснюється в похилому дифузійному апараті цукрових заводів.

Предметом дослідження в дисертаційній роботі є математичні моделі процесу екстракції цукру з бурякової сировини в похилому дифузійному апараті та методи комп’ютерного моделювання цього процесу.

Методи дослідження. Вирішення і аналіз поставлених задач здійснювався з використанням методів кореляційної теорії стохастичних систем для розробки кореляційних математичних моделей процесу екстракції, теорії цукристих речовин для розробки структур математичних моделей та методів комп’ютерного моделювання процесу екстракції, теорії тепломасопереносу, теорії подібності і математичного аналізу для розробки методу комп’ютерного моделювання процесу екстракції, теорії нечітких множин, теорії оптимізації для розробки нечіткої імітаційної математичної моделі та методу прогнозування втрат цукру в стружці на виході з похилого дифузійного апарата, теорії програмування ЕОМ, а також чисельні методи розв’язання задач для розробки методів комп’ютерного