Маркіна Л. М. Автоматизація процесів приготування замісу із зернової сировини та його водно-теплової обробки у спиртовому виробництві

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності виготовлення етилового спирту із зернової суміші шляхом забезпечення стабільності параметрів напівфабрикату на початковій стадії приготування замісу з його водно-тепловою обробкою. Процес приготування замісу супроводжується сильними збуреннями, що ускладнює точне дотримання показників якості замісу. Відсутність ефективного автоматизованого контролю за показниками якості замісу в переважній більшості призводить до порушення технологічних режимів на наступних дільницях, що знижує якість етилового спирту та викликає перевищення витрат енергоресурсів та вихідних матеріалів. Тому задача автоматизації процесів приготування замісу із зернової сировини та його водно-теплової обробки у спиртовому виробництві є актуальною, що дозволить зменшити витрати вхідних матеріалів та забезпечить стабільність наступних етапів виробництва. У роботі проаналізовано стан автоматизації на ділянках приготування спирту та отримано залежність між концентрацією сухих речовин, густиною та в’язкістю, що дозволило створити ефективну систему керування процесом приготування замісу і його водно-теплової обробки. За результатами експериментальних досліджень сформовано залежність концентрації розчиненого крохмалю в замісі від густини, в’язкості, а також температури, що дало можливість обрати координати керування та розробити багатоконтурну систему керування процесом приготування замісу і його водно-теплової обробки. Проведено порівняльний аналіз функціональних схем автоматизації процесу приготування замісу та розроблено і реалізовано алгоритми, що дали змогу об’єднати всі стадії приготування замісу та його водно-теплової обробки в єдину автоматизовану систему. Запропоновано підхід моделювання процесу приготування замісу та його водно-теплової обробки, а саме створено узагальнену модель змішування як об’єкту керування, забезпечив можливість синтезу керуючих впливів і кількісної оцінки інформативних параметрів: концентрації крохмалю та об’єму замісу. Використано споживану потужність мішалки як непрямий метод вимірювання в’язкості, що забезпечило можливість ефективного контролю показника, який є критично важливим для стабільності процесу приготування замісу. За результатами проведених експериментів підтверджено доцільність урахування температури та в’язкості в системі регулювання процесу приготування замісу та водно-теплової обробки. Вперше розроблена систему автоматичного керування комплексним процесом приготування замісу і його водно-теплової обробки, що дало можливість підвищити ефективність технологічного процесу та якість напівфабрикату. Проведено дослідження системи керування з застосуванням ПІД-регулятора і LQR-регулятора, що дозволило обрати закон регулювання який забезпечує точність регулювання та підвищує якість керування у динамічних режимах. Синтезовано LQR-регулятор для автоматизованої системи керування процесом приготування замісу та його водно-теплової обробки і проведено оптимізацію його параметрів, що забезпечило покращення показників якості системи керування та підвищило швидкодію регулювання об’єму і концентрації розчиненого крохмалю в замісі. Отримані рішення застосовані у виробничих умовах (зокрема на Луцькому, Марилівському та Борокському спиртових заводах), що підтвердило зниження витрат зерна, ферментів і енергії, а також підвищення загальної ефективності процесу до 5% за рахунок стабілізації параметрів замісу та оптимізації водно-теплової обробки. Ключові слова: заміс, водно-теплова обробка, концентрація розчиненого крохмалю, система автоматичного керування, регулятор, математична модель, алгоритм.