Системний аналіз технологічного комплексу

4. Системний аналіз технологічного комплексу

 

Бродильне відділення спиртового заводу

Технологічний комплекс як складна система:

Головна мета функціонування ТК: зброджування сусла - виготовлення бражки.

Короткий опис технологічного процесу, матеріальних та енергетичних потоків:

Спиртове бродіння - це процес анаеробного перетворення вуглеводневого сусла в етиловий спирт і вуглекислий газ під дією дріжджів. Спиртове бродіння сумарно виражається рівнянням Гей-Люссака

 

С₆Н₁₂О₆ -…-…-=2С₂Н₅ОН +2 СО₂ +118кДж ,

яке відображає початкові і кінцеві продукти бродіння , але не дає уявлення про хімічні перетворення цукрів і не позволяе судити про механізм творення побічних продуктів і нових дріжджових клітин . Процес спиртового бродіння протікає через ряд проміжних стадій з участю аденілових кислот і великої кількості ферментів .

Хімізм бродіння вивчали багато вчених \А.А. Іванов , А.М. Лебедев , С.П. Костичев , А.Е. Фаворський , О. Мейергоф , Г.М. Ембден та інші\ .

Весь процес спиртового бродіння , або ферментативної дисиміляції вуглеводнів в анаеробних умовах можна умовно зообразити поетапно на тринадцять етапів.

При спиртовому бродінні поряд з етиловим спиртом і вуглекислим газом завжди утворюється невелика кількість побічних продуктів в тому числі і гліцерину . При зв’язуванні оцтового альдегіду сульфітом бродіння направляється в сторону утворення гліцерину .

С₆Н₁₂О₆ -…-…= СН₃СНО + С₃ Н₅ (ОН)₃ .

В лужному середовищі молекула оцтового альдегіду вступає в реакцію з другою молекулою оцтового альдегіду , утворюючи етиловий спирт і оцтову кислоту , паралельно утворюється також гліцерин . Ці реакціі сумарно виражаються рівнянням .

2С₆Н₁₂О₂ + Н₂О=2С₃Н₅(ОН)₃ + С₂Н₅ОН + СН₃ СООН +2 СО₂

Другорядним продуктом бродіння крім гліцерину , оцтової кислоти є також янтарна , молочна , лимонна кислоти , ацетон , діацетил , та вищі спирти , ефіри , альдегіди, кетони.

Зброджування сусла відбувається для отримання бражки та її подальшої переробки у бражній колоні. В даному випадку бродіння у кожному з чанів триває 72 години.

Перелік контрольованих, регульованих параметрів та функцій управління, які обираються для створення системи автоматизації:

У 1-9 бродильних чанах контролюється верхній рівень дискретними активними датчиками (використовуються у схемі сигралізації верхнього рівня), а у передаточному чані рівень контролюється за допомогою рівнеміра з аналоговим вихідним сигналом що подається на контролер. Також на кожному чані стоять клапани впуску сусла та випуску бражки. Остання за допомогою насосів подаєтсья у передаточний чан, а потім на БРУ.

Спосіб функціонування: неперервно-періодичний;

Класифікація за кількістю виконуваних функцій: однофункціональний.

Ступінь однорідності: однорідне виробництво.

Класифікація за способом з’єднання елементів: паралельний.

Наявність накопичувальних ємностей: немає.

Інформаційна потужність ТК: мала (до 160 сигналів).

5. Графова потокова модель бродильного відділення спиртового заводу

 

Кожній вершині графа відповідає елемент технологічного комплексу:

1.         Варильне відділення

2.         Дріжджове відділення

3.         1-й чан;

4.         2-й чан;

5.         3-й чан;

6.         4-й чан;

7.         5-й чан;

8.         6-й чан;

9.         7-й чан;

10.      8-й чан;

11.      9-й чан;

12.      Передаточний чан;

13.      БРУ.

На основі графової моделі будуємо матрицю зв’язків:

і		j
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0
2	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0
3	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
4	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
5	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
6	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
7	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
8	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
9	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
10	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
11	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
12	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
13	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Для виділення внутрішніх комплексів на графах використаєм алгоритм заснований на використанні матриці шляхів на графі (Р-матриця).

 

Р-матриця:

і		j
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
2	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
3	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
4	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1
5	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1
6	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	1	1
7	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	1	1
8	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	1
9	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	1	1
10	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1
11	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1
12	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
13	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1

На основі Р-матриці складаєм допоміжну S-матрицю за таким правилом:

S-матриця:

і		j
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
3	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
4	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0
5	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0
6	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0
7	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0
8	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0	0
9	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	0
10	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
11	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0
12	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0
13	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1

Висновок: Як бачимо із допоміжної S-матриці, у даному ТК немає жодного комплексу

Література

1.    Ладанюк А.П. Основи системного аналізу: Навчальний посіб. – Вінниця.: Нова книга, 2004. – 176 с.

2.    Згуровський М.З., Панкратова Н.Д. Основи системного аналізу. – К.: BHV, 2007. – 544 c.

3.    Перегудов Ф. И., Тарасенко Ф. П. Введение в системный анализ. Уч. пособие для вузов.– М.: Высшая школа, 1989, - 367 с.

4.    Стопакевич О. А. Теорія систем і системний аналіз. Підручник.– К.: ІСДО, 1996, - 200 с.

5.    Добкин В. М. Системный анализ в управлении.– М.: Химия, 1984, - 224 с.