Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Н.А. Галактионова
Промышленная экология

Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002

Предыдущая

Тема 3. Технологии и технологические системы

3.3. Технологические системы

Технологическая система (ТС) – совокупность взаимосвязанных материальными, энергетическими и информационными потоками аппаратов, в которых осуществляется определенная последовательность операций для получения товарного продукта [2].

Элементами ТС являются условно неделимые единицы – технологические аппараты, в которых осуществляется целенаправленное протекание технологических процессов физической, химической и биологической природы.

Между элементами ТС имеется функциональная связь. Они взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой в виде материального, энергетического и информационного обмена.

Технологическая система изображается в виде технологической схемы. В качестве примера на рис. 3.1 приведена упрощенная технологическая схема производства белково-витаминного концентрата (БВК) из н-парафинов нефти[8]. Схема включает в себя ряд основных стадий производства, в которых происходит последовательная переработка исходного сырья в целевой продукт.

Рис. 3.2. Упрощенная технологическая схема производства белковой биомассы дрожжей   из  н-парафинов  нефти:
 А
свежая вода; Б воздух; В — культуральная жидкость; Г — биологически очищенная вода; Д суспензия микроорганизмов; Е — сгущенная биомасса; Ж отработанный газ;
I
подготовка засевной биомассы; II — подготовка питательной минеральной среды, IIIподготовка субстрата; IV ферментация, V — сепарационное сгущение; VI термообработка н выпарка»; VII — сушка; VIII — биохимическая очистка; IX стерилизация

Стадия подготовки засевной биомассы обеспечивает подачу в производственные биореакторы необходимого количества посевного материала — активной культуры микроорганизмов, выращенной в периодических или непрерывно работающих инокуляторах. На стадии подготовки минеральной питательной среды осуществляется растворение минеральных солей, фильтрация растворов и доведение концентраций элементов в них до заданных соотношений. В качестве минеральных источников питания используют сернокислые соли калия, магния, железа, аммофос, сульфат аммония, а также микроэлементы — соли марганца, цинка, железа и меди. Подготовка углеводородного субстрата (стадия III) включает процессы подогрева, перемешивания жидких парафинов и их дозированной подачи в производственные биореакторы.

Основной стадией биохимического производства является IV — ферментация, представленная несколькими (в зависимости от мощности производства) параллельно работающими биореакторами, в которых осуществляется непрерывный процесс выращивания биомассы микроорганизмов в условиях аэрации и перемешивания ферментационной среды. Отбираемая суспензия микроорганизмов поступает на стадию сгущения V, где с помощью сепараторов концентрируется (в одну или две стадии) и затем поступает на стадию теплообработки и выпарки VI для дальнейшего концентрирования. Готовый продукт — белковая биомасса микроорганизмов — получается на стадии сушки VII, куда подается упаренная суспензия микроорганизмов. Одновременно с сушкой может осуществляться гранулирование продукта в сушилках — грануляторах. Культуральная жидкость или непосредственно, или после стадии биохимической очистки VIII может повторно использоваться в процессе после осуществления химической или тепловой стерилизации (стадия IX).

В представленной схеме наглядно видно многообразие технологических элементов, их взаимосвязь и целенаправленное функционирование. Так, из схемы ясно, что одна из основных стадий — стадия ферментации — будет работать эффективно лишь в том случае, если качественно функционируют стадии подготовки сырья и засевной биомассы. В то же время работа стадии ферментации во многом определяет работу последующих стадий — сгущения, сушки, очистки. Имеющиеся замкнутые циклы по жидкостным и газовым потокам создают возможность обратного влияния на процессе ферментации процессов подготовки сырья, сгущения и обработки биомассы. Использование, например, отработанной культуральной жидкости на стадии ферментации представляется выгодным и целесообразным с точки зрения минимизации потребления свежей воды.

Из рассмотренного примера следует, что анализ и синтез оптимальной технологической схемы, отвечающей высоким требованиям современного производства, невозможен без рассмотрения работы системы в целом, без учета взаимодействия элементов системы. Последнее возможно только при высокой степени формализации функционирования системы с использованием количественных оценок. При этом эффективность производства будет определяться как условиями взаимодействия между элементами системы — технологическими аппаратами, так и качеством функционирования самих аппаратов.

Условное графическое изображение последовательности технологических стадий при получении продукта называется блок – схемой.

Рассмотренная выше технологическая схема производства БВК может быть представлена в виде следующей блок-схемы (рис. 3.3):

Рис. 3.3. Блок-схема производства БВК

Современные технологические линии и производства, характеризующиеся сложной многоуровневой структурой взаимосвязей эффектов физической, химической и биологической природы, наличием прямых и обратных потоков между технологическими аппаратами, могут рассматриваться как сложные кибернетические системы, при изучении которых используется стратегия системного анализа. На этой основе осуществляется синтез схем с применением методов автоматизированного расчета и оптимального проектирования ТС.

С позиций системного анализа решаются задачи математического моделирования на ЭВМ, при этом полная математическая модель системы может быть представлена в виде иерархической структурной модели, где на каждом уровне имеется описание своего класса явлений. Применение такого подхода к изучению сложных ТС позволяет целенаправленно использовать и систематизировать исследования, получаемые в лабораторных, опытных и промышленных условиях для разработки модели ТС в целом. Полученная таким образом математическая модель используется затем для оптимизации производства при его функционировании, а также на стадии проектирования производств



[8] Лет 20- 30 тому назад БВК широко использовался для откорма скота. Под девизом «Зачем выращивать корма – давайте получать их из нефти», открывались все новые и новые заводы по производству БВК. Однако, скоро стало ясно, что получаемый белково-витаминный концентрат не безвреден для людей и животных, к тому же цены на нефть резко возросли и нефть стало выгодно продавать за границу. Часть заводов были закрыты.

Предыдущая