CC BY
8
КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В XIMIÏ, ТЕХНОЛОГИЯХ I СИСТЕМАХ СТАЛОГО РОЗВИТКУ
9. Рыбин, Ю. И. Теория уплотнения порошковых материалов : теория и математическое моделирование процессов обработки
давлением уплотняемых материалов : учеб. пособие [Текст] / Ю. И. Рыбин // -СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. - 109 с.
10. Друянов, Б.А. Математическое моделирование процессов обработки давлением металлических порошков и пористых тел [Текст] / Б.А. Друянов, И.Д. Радомысельский, М.Б. Штерн // Порошковая металлургия. -1981. - № 3. -С. 6-11.
11. Баглюк, Г.А. Научно-технологические принципы получения изделий из порошковых материалов на основе гетерогенных железо-углеродистых сплавов с повышенной износостойкостью [Текст] / Г.А. Баглюк // - НАН Украины; Институт проблем материаловедения им. И.Н.Францевича. - К.: 2004. - 486 с.
-□ □-
Розглянуто процес ферментацп у виробництвi бюетанолу. Запропоновано алгоритм прогнозування тривалостi процесу. Виконано дослидження методiв прогнозування. Наведет схеми системи автоматичного керування для припинення процесу без прогнозування та комп'ютерно1 системи керування з алгоритмом прогнозування
Ключовi слова: бюетанол, ферментащя, трива-
л^ть, прогнозування, керування
□-□
Рассмотрен процесс ферментации в производстве биоэтанола. Предложен алгоритм прогнозирования продолжительности процесса. Выполнены исследования методов прогнозирования. Приведенные схемы системы автоматического управления для прекращения процесса без прогнозирования и компьютерной системы управления с алгоритмом прогнозирования
Ключевые слова: биоэтанол, ферментация, продолжительность, прогнозирование, управление □-□
Here is considered process of fermentation in manufacturing bioethanol. It is offered the algorithm of forecasting durability process. It is accomplished the exploration of the methods of forecasting. We can see some schemes of automatic control to stop the process without forecasting and computer control system of forecasting algorithm
Key words: bioethanol, fermentation, durability, forecasting, manipulation -□ □-
УДК 681.5.015:66.048:66.066
ВИЗНАЧЕННЯ ТРИВАЛОСТ1 ПРОЦЕСУ ФЕРМЕНТАЦП У ВИРОБНИЦТВ1 Б1ОЕТАНОЛУ
Л.Д. Ярощук
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: 066-253-51-97 Е-mail: vicleon@i.ua
I. А. Раухвергер*
Контактний тел.: (044) 245-75-16, 050-207-27-87 E-mail: I_M_T_R@mail.ru *Кафедра автоматизацп хiмiчних виробництв Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни «Кшвський пол^ехшчний шститут» пр. Перемоги 37, м. КиТв, 03056
1. Вступ
Дослщження, розглянуп у матерiалах стати, сто-суються систем керування перюдичними технолопч-ними процесами хiмiчного, бiохiмiчного та спорщне-них виробництв, зокрема виробництва бюпалива.
Сустльна защкавлешсть у бюпалив^ як альтернативному видi палива, щорiчно зростае. Для цього е досить вагомi тдстави, що пов'язаш з економiчними, полиичними та еколопчними проблемами викори-стання палива нафтового походження. Прикладом не-традицшного палива, призначеного для використання в шнуючих двигунах, е етанол, отриманий не з нафти, а з рослинно! сировини, яку називають бюмасою.
Бюетанол - зневоднений етанол, вироблений з бюлопчно вщновлювано! сировини, головним чином його використовують як моторне паливо. Позитивним
при иого застосуванш е не т1льки зменшення спожи-вання нафти, але И ращональне використання рослин [1].
2. Постановка проблеми
Об'ект дослщження - процес ферментацп (бродш-ня) у виробництв1 бюетанолу. Його слщ розглядати як неперервно-перюдичний бюх1м1чний процес, кож-нии цикл роботи якого складаеться з наступних ета-тв: заповнення очищеного апарату певною к1льк1стю др1ждж1в та сусла, власне бродшня впродовж певного часу, виведення отриманих речовини з апарату для по-дальшоï переробки.
Задач1 системи керування ферментащею досить складт. Це пояснюеться нестаб1льними властивостя-
ми сировини (вони залежать вщ и виду, мiсця та умов вирощування та зберiгання) та складнiстю метаболiз-му дрiжджiв, як органiзмiв.
Найбшьш поширеними у сучасних виробництвах бюхiмiчноi промисловостi е такi системи автомати-зацii процесу ферментацii, якi виконують натсупнi функцii:
- стабiлiзацiю температури бюмаси змiною витрати теплоносiя в оболонщ ферментера;
- стабiлiзацiю рН бюмаси через змшу витрати амь ачноi води;
- стабiлiзацiю рiвня пiни над бiомасою шляхом уве-денням у неi пiногасника;
- стабШзащю тиску надлишкових газiв над бюма-сою змiною '¿х витрати на виходi з ферментера.
Вони дозволяють в основному задовольнити вимо-ги виробництва, але конкретнi параметри процесу та вчасне його припинення [2] значною мiрою залежать вщ досвiдченостi обслуговуючого персоналу. Визна-чення тривалосп процесу ферментацii - своечасна та важлива задача, спрямована на тдвищення еко-номiчноi та екологiчноi ефективностi виробництва бiопалива.
3. Мета дано! роботи
Тривалкть ферментацii важко передбачити навггь фахiвцю, тому запропоновано використати методи ма-тематичного прогнозування часу припинення процесу в алгоритмi комп'ютерноi системи керування. Метою роботи е вибiр найбiльш iнформативних технолопч-них змiнних та проведення дослвджень методiв про-гнозування для вибору такого, який забезпечить бажану точнiсть визначення тривало-стi ферментацii у виробничих умовах.
сшввщношення концентрацiй спирту та цукрiв буде дорiвнювати 1 (див. рис. 1) [3]. Про оптимальний рь вень рН (рНопт) свiдчить час, починаючи з якого кон-центрацiя цукрiв почне зменшуватись, виходячи на усталений режим, а концентращя етилового спирту - зб^ьшуватись. Було з'ясовано, що iснують сучаснi засоби вимiрювання зазначених концентрацш, зокре-ма це ультразвуковий прилад РЮХ S, який розташо-вують навiть на зовнiшнiй поверхш ферментера. За-значенi факти дозволили вибрати щ двi технологiчнi змшт для використання в алгоритмi прогнозування тривалосп ферментацii.
Концентрацiя етанолу.
сс^зОН
Сс2н
, [%]
Концентрацiя цу^в.
сцукр1в , [%]
Час, t
Рис. 1. Графiк залежностi концентрацш етанолу та цу^в у бюмаси вщ тривалостi процесу бродiння
На рис. 2 подано схему автоматизацп, яка перед-бачае закiнчення процесу при досягненш однакових значень обома концентращями за вiдсутностi функцп прогнозування в алгоритмi керування.
5. Вибiр методу прогнозування
Х1м1чний тногасник
Надлишков1 гази
4. Дослщження технологiчного об'екту
Розглянемо основнi показ-ники, яю пов'язанi з перебь гом процесу ферментацп. У першу чергу це властивоси речовин, що мiстяться в апа-ратi пiдчас бродiння. 1х роз-дiляють на фiзико-хiмiчнi та органолептичш. До перших належать вм^ти у бтма-сi етилового спирту, цукрiв, сивушного масла, води, аль-дегiдiв, ii рН, температура, тиск надлишкових газiв тощо. Основними органолептични-ми властивостями бiоетанолу е зовшшнш вигляд - це чиста прозора рщина без стороннiх домшок та запах - характер-ний спиртовий.
Яккним продуктом на ви-ходi апарату е такий, у якому
Ам1ачна вода (КИ4ОИ)
Вода в сорочку
Рис. 2. Схема автоматизацп процесу ферментацп
КОМП'ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В Х1М11, ТЕХНОЛОГИЯХ I СИСТЕМАХ СТАЛОГО РОЗВИТКУ
Для порiвняння були вибранi методи, що базують-ся на згладжуваннi часових рядiв - ковзного середньо-го, експоненщального зваженого середнього, а також Холта i Брауна, Вiнтерса, Бокса-Дженкiнса (АШМА), регресiйного аналiзу тощо. Визначенню шдлягали параметри кожного методу та глибина прогнозування т. Критерiем вибору була похибка прогнозування на однакову глибину при оптимальних параметрах ме-тодiв.
Найкращими серед розглянутих методiв були виз-наш методи регресiйного аналiзу та експоненщально-го зваженого середнього.
На рис. 3 зображено експериментальш данi та ре-зультати апроксимацп концентрацiй етанолу та цу-крiв у бiомаси вiд тривалостi процесу бродшня регре-сiйними залежностями.
Алгоритмом прогнозування передбачено перю-дично проводити апроксимащю результатiв вимь рювання концентрацш та отримання математичних залежностей СС2Н50Н = та Сцукр;в = f2(t). За ними передбачено визначати таке т, при якому буде справедливою умова Сс2н5он = Сцукр1в [2].
Рис. 4. Загальна структура системи керування з прогнозуванням т
На рис. 5 подано схему алгоритму прогнозування тривалосп процесу, який вщповщае блоку "Прогнозування" у структурi системи керування (рис. 4).
Висновки
Бiохiмiчнi технологи вда-ло працюють там, де повною мiрою використовують досвщ персоналу, а не тiльки техшч-нi засоби автоматизацii. При керуванш саме такими техно-логiчними процесами треба актившше використовувати комп'ютерну техтку, яка на-дае можливiсть виконувати б^ьш складнi (гнучкi) алго-ритми.
Рис. 3. Графк залежностi концентрацiй етанолу та цу^в у бiомасi вщ тривалостi процесу бродiння на прикладi методу регресiйного моделювання
Прогнозування закшчення процесу фермента-цii можливе шльки за умови надходження шформацп про вказанi концентрацii та при наявносш комп'ютера з вiдповiдним програмним забезпе-ченням.
Тож, система керування (див. рис. 4) матиме дво-рiвневу структуру: з локальними автоматичними системами керування режимними параметрами на нижньому рiвнi та комп'ютером для статистичноi обробки зашумленоi iнформацii та розрахунку три-валостi процесу - на верхньому.
Осюльки ферментацiя е дуже складним процесом, то рекомендацп щодо ii тривалостi треба узгоджува-ти з особою, вщповщальною за прийняття ршень на виробництвi (ОПР).
Надходження шформацп про
СС2Н50Н = А (V
Сщ
в =
Первинна обробка iнформацií по
СС2Н50Н =А ^цукр1в ~
Отримання моделей
СС2Н50Н =АЮ
С
а т
Визначення часу закшчення ферментацп
Повщомлення оператору
Рис. 5. Схема обробки шформацп для прогнозування т
Проведет дослщження дозволять визначити за-здалепдь тривалкть процесу бродшня для того, щоб тдготувати апарати ц1е'1 схеми до подальших техноло-пчних операцш i виконати це ретельно. Поширення цих
результапв можливе для шших виробництв з перюдич-ною роботою обладнання. Напрямком подальших до-слщжень автори вбачають у створеннi нечгтко"! системи керування спiввiдношенням зазначених концентрацш.
Лiтература
1. Ярощук Л.Д., Раухвергер I.A. Визначення тривалост ферментацй' бюетанолу [Текст]: Тези доповiдей п'ято! науково-практич-но! конференщп студентiв. - К.: НТУУ «КП1», - 2011. - С. 26 - 27.
2. Fermentation of Ethanol (Highlighted by Environmental Microbiology - 2008 - №10(1) - С. 278-279.
3. Споаб керування процесом ферментацй у виробнищга бюетанолу [Текст] : пат. 64618 Украша : МПК11 С12М 1/36, Л.Д. Ярощук, I.A. Раухвергер ; заявник i патентовласник Л.Д. Ярощук, I.A. Раухвергер. - № U201105180 ; заявл. 26.04.2011 ; опубл. 10.11.2011, Бюл. № 21. - 3 с. : ш.
-□ □-
Дослиджено закономiрностi видалення iз стiчних вод барвнитв за допомогою флотоек-стракцп. На основi проведених експериментiв встановлено вплив рН середовища, часу прове-дення процесу, мольного спiввiдношення реагу-ючих речовин та визначеш ращональш умови проведення флотоекстракцп
Ключовi слова: флотоекстракщя, поверх-нево-активш речовини, метиленовий блакит-
ний, стiчнi води □-□
Исследованы закономерности удаления из сточных вод красителей методом флотоэк-стракции. На основе проведенныхэксперимен-тов установлено влияние рН среды, времени проведения процесса, мольного соотношения реагирующих веществ и определены рациональные условия проведения флотоэкстрак-ции
Ключевые слова: флотоэкстракция, поверхносно-активные вещества, метилено-
вый голубой, сточные воды □-□
The main characteristics of removal dyes from wastewater by solvent sublation were investigated. The influence of pH, time, molar ratio of rea-ctants was studied and the reasonable conditions of the process were determined
Key words: Solvent sublation, surfactant, methylene blue, wastewater -□ □-
УДК 622.765:542.61:546.571
ФЛОТОЕКСТРАКЦ1ЙНЕ ВИДАЛЕННЯ БАРВНИК1В 13 СТ1ЧНИХ
ВОД
Т.I. Обушенко
Старший викладач* Контактний тел.: (044) 454-97-35 E-mail: tio63@mail.ru I.M. А с т р е л i н
Доктор техшчних наук, професор, декан xiMiKO -технолопчного факультету, завщувач кафедри* Контактний тел.: (044) 454-97-35 E-mail: i.m.astrelin@xtf.kpi.ua Н.М. Толстопалова Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: (044) 454-97-35 E-mail: tio63@mail.ru В.О. Батюк* *Кафедра технологи неоргашчних речовин та загальноТ хiмiчноT технологи Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни «КиТвський пол^ехшчний шститут» пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056
Вступ
У зв'язку з обмеженою юльюстю запаив пршно! води на Землi (запас доступно! прiсноi води на планет становить всього 5 - 6 тис. м3 на душу населення) проблема охорони пдросфери невпинно загострю-еться, хоча для !! виршення людство прикладае
чималих зусиль. PiCT мiст, бурхливий розвиток про-мисловоси, iнтенсифiкацiя сiльського господарства, значне розширення площi земель, що зрошуються, покращення культурно-побутових умов i ряд шших факторiв - всi цi чинники ще бiльше ускладнюють проблеми забезпечення пршною водою, незважаючи на значний вклад у захист пдросфери, за рахунок
