CC BY
35
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2017, том 60, №3-4_
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 542.941.8:973:546.76
Ш.Ё.Холов, Н.И.Юнусов*, А.С.Джонмуродов, З.К.Мухидинов, А.С.Насриддинов*
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА
ПЕКТИНА ИЗ ВЫЖИМОК ЯБЛОК
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан, Таджикский технический университет им. академика М.С.Осими
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан ДХХаликовым 14.09.016 г.)
Работа посвящена построению математических моделей звеньев технологического процесса производства пектина в классе модели авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего на основе натурных данных. Предложена принципиальная схема управления технологическим процессом производства пектина на основе алгоритмов нейро-нечеткой логи
Ключевые слова: математическая модель, алгоритм, идентификация, пектин, гидролиз-„и.. объект, „ _ потоксырМ.
На этапе моделирования технологического процесса получения пектиновых веществ из выжимок яблок рассмотрены вопросы определения продолжительности основных стадий физико-химического процесса производства пектина, расхода пектиносодержащих масс, сделана попытка раскрытия механизма влияния параметров технологического процесса обработки сырья на качество готового продукта. На основании методики, созданной группой учёных из Института химии им.В.И.Никитина АН Республики Таджикистан, разработана информационно-логическая модель технологического процесса производства пектина из выжимок яблок (рис. 1). Метод получения пектина, известный как флеш метод, позволяет в короткий срок используя раствор слабой кислотности и проточной мембранной технологии получить очищенный ультрафильтрацией экстракт пектина из растительного сырья из различных регионов республики. На основе разработанной модели рассчитан выход готовой продукции пектина из выжимок яблок.
продукции пектина из в На основе проведенных исследований структуры объекта, отдельных стадий технологической цепочки и расхода потоков масс между звеньями разработана математическая модель технологического процесса производства пектина (1) - (4) в классе моделей авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего. Идея оценки параметров моделей авторегрессии и скользящего среднего заключается в максимальном приближении модели к исходным данным. Эти модели используют всю совокупность причинных факторов, влияющих на интересующий нас показатель посредством натурных данных, использованных при построении модели.
Адрес для корреспонденции: Мухидинов Зайниддин Камарович. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: [email protected]
Распылительная сушка (RS)
Обозначим через Y(t) функцию состояния звен через Y(t-1) состояние звена Y в момент времени ^ вид
омент времени t (мин), соответственно модель Бокса-Дженкинса будет иметь
где ai - коэффициенты а] рядок авторегрессии, j= 1,
т
Y =XaY-> j + e,
орегрессии, Д - коэффици
кользящего среднего, i = 1, 2, ...p - по-его, e - случайная составляющая.
Рис. 2. Результаты моделирования в среде Matlab с помощью пакета System Identification Toolbox.
Для описания динамики технологических звеньев синтезирована система уравнений в классе моделей авторегрессии скользящего среднего в Matlab Simulink с помощью пакета System Identification Toolbox.
Обозначения функций состояний звеньев даны на рис. 1.
Уравнение (1) показывает, что изменение состояния звена Z (звено замачивания) описывается, с одной стороны, скоростью изменения процесса, а с другой стороны, характеризуется уровнем рН раствора и потоков сырья с учётом заданных расходов.
Расход потоков масс между звеньями учитывает скорость обработки, потерю массы сырья и определяет режимные параметры технологической линии, зависящие от технологических характеристик оборудования. Замачивание сырья, кг
Гидролиз - экстрагирование, кг
Z(t) = 1 - 1.707 Z t-i + 0.7895 Z t _ - •
скорость обработки, потерю массы сырья
и, зависящие от технологических характери и, зависящие от технологических характери
7 /1
Фильтрование, кг
Нейтрализация, кг
0.7895 Z t _2
GE(t)= 1 - 1.722 GE t .1 + 0.7941 GE t .2 + 0.05403 GE t .3
V ^¿C
F(t)= 1 + 4.237 Ft.
Аналогичные модели были получены и для других звеньев.
Результаты моделирования сведены в таблице в виде потоков масс кг/час.
Результаты м Результаты м
моделирование в виде потоков масс
(1)
(2)
(3)
(4)
Таблица
Усл. обозн. \ \ Технологические процессы Время, час
5 У 10 15 20 24
Z Замачивание 562 263 275 285 2963
GE Гидролиз и эстрагирование 3626 5635 6752 7364 7611
F Фильтрование 359 722 1336 1656 1929
N Нейтрализация 183 522 733 923 1121
SF Центрофугирование 249 1665 3678 4323 5432
UF Ультрафильтрация 80 187 525 1187 1143
RS Распылительная сушка 30 123 342 678 1485
U Упаковка готового продукта 0.002 140 441 1876 3697
ты модел ты модел
Полученные результаты моделирования означают, что при загрузке 24 т сухих яблок выход готового продукта в виде сухого пектина составит 3697 кг. Проведенный вычислительный эксперимент позволил также о зафически динамику состояния технологической системы (рис.3).
Выя од готовой продукции, X
Рис. 3. Прогнозируемая произв*
ите_пы-10сть: 1 час
- 24 часов.
На рис.4. показана принципиальная схема управления технологическим процессом производства пектина в лабораторных условиях. Контроллер состояния объекта получает данные от датчиков, преобразовывает в цифровую форму, контролирует значения параметров в дискретные моменты времени и передает данные
Модель объекта 4
ных от контроллера
В базе знаний работают сформированные правила и взаимозависимости параметров звеньев
нные в базу знаний. екта формирует математическую моде состояния.
ель звеньев на основании данных, получен-
1х решг
технологической линии, на основе которых решатель принимает решение по управлению ключами (контактами реле). Блок управления на основании полученного решения управляет блоком реле. Схема работает на базе алгоритмов нейро-нечеткой логики.
работ
V
Блок упр
азе алгоритмов нейрс
£
Рис. 4. Принципиальная схема управления технологическим процессом производства пектина. 1 - модель процесса замачивания, 2 - модель стадии гидролиза и экстрагирования, 3 - модель процесса фильтрования, 4 - модель нейтрализации, 5 - модель процесса центрофугирования, 6 - модель ультрафикации,
гением, 8 - упаковка готового про
7 - модель сушки распылен
1.
2.
3.
4.
5.
6. 7.
Лукашин Ю. Адаптивные мето, 2003.
га.
ЕРАТУРА
)зироваш
Поступило 14.09.2016 г.
ИТЕРАТУРА краткосрочного прог
ния временных рядов. - М.: Мир,
Бокс Дж., Дженкинс Г.М. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. - М.: Мир, 1974. оделиро
Бубенник А.И. Моделирование интегральных технологий, приборов и схем. - М.: Высшая школа, 1989, 320 с.
Аверченков В.И. ских систем. - М.:
[., Федоров В.П., Хеш А.: Флинта, 2011. , Тешаев Х.И., Джонм
М.Л. Осно
вы
Хейфец
вы математического моделирования техниче-
Мухидинов З.К., Тешае :в Х.И., Д ],жонмуродов А.С., Лиу Л.Ш.. Патент TJ 563 Республика Таджикистан. Флеш-способ экстракции пектина из растительного сырья. - Заявл. 11006924; опубл. 2013, Бюл. № 86 НПЦ Р. Таджикистан.
Muhidinov Z.K., Tesh aev Kh.I, Dzhonmurodov A., Khalikov D. et al. Physicochemical characterization of pectin polysaccharides from various sources obtained by steam assisted flash extraction (SAFE). -Macromolecular Symposia, 2012, v. 317-318, № 1, pp. 142-148.
Podzimek S., Vlcek T., Johann C. Characterization of Branched Polymers by A4F-MALS J. - Appl. Polym. Sci, 2001, v. 81, pp. 1588.
Ш.Ё.Холов, Н.И.Юнусов*, А.С.Ч,онмуродов, ЗД.Мухидинов, А.С.Насриддинов* МОДЕЛСОЗИИ РАВАНДХРИ ТЕХНОЛОГИИ ИСТЕ^СОЛИ ПЕКТИН АЗ
АФШУРАИ СЕБ
Институти кимиёи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон, *Донишго^и техникии Тоцикистон ба номи академик М.С.Осими Кори мазкур ба сохтани моделдои математикии зинадои раванди технологии истедсоли пектин дар синфи моделдои авторегрессионии интегронидашавандаи лагжиши миёна дар асоси додадои эксперименталй бахшида шудааст. Накшаи принсипиалии идоракунии раванддои
технологии истедсоли пектин дар асоси алгоритмдои мантикд нейрони пешнидод шу
Л.
Калима^ои калиди: модели математики,
экстраксия, объект, зина, системаи идоракуни, нацшаи сели массаи ма%с_
алгоритм, идентификатсия,
дар асос аванддо удааст.
н, гидролиз
The work deals with the construction of mathematical mode in the class model of autoregression of integrated moving
Sh.E.Kholov, N.I.Unusov*, A.S.Jonmurodov, Z.K.Muhidinov, A.S.Nas MODELLING OF THE TECHNOLOGICAL PRO OF PECTIN FROM APPLE POMACE
M.Osimy Tajik Technical University
technological process of pectin , based on field data. A schematic diagram of the control process of pectin production based on neuro-fuzzy logic algorithms. Key words: mathematical model, algorithm, identification, system, the flow of feedstock mass.
ydrolysis-extraction, object, the control
