Введение к работе
Актуальность темы. Отбелка целлюлозы является одним из основных процессов в производстве беленой целлюлозы. Затраты на отбелку целлюлозы составляют до 30 % общих затрат. В последние годы появились новые отбеливающие реагенты, схемы с исключением элементарного хлора – ECF (Elemental Chlorine Free) и общего хлора TCF (Total Chlorine Free) и возросла тенденция к переходу к наилучшим достигнутым технологиям. Кроме того, повысились требования к охране окружающей среды.
В условиях рыночной экономики еще более актуальными стали вопросы сокращения расходов на производство беленой целлюлозы.
Решение этих задач возможно только путем оптимизации процесса многоступенчатой отбелки целлюлозы. До последнего времени такая задача не ставилась в полном объеме; решались лишь частные задачи оптимизации для отдельных ступеней отбелки с использованием частных технологических критериев оптимальности.
Особенно актуальной задача оптимизации отбелки целлюлозы становится при изменении качества небеленой целлюлозы и требований к беленой, а также ценовой политики к сырью, химикатам, энергии и ущербу от загрязнения окружающей среды.
Указанные задачи решались применительно к целлюлозе, которая используется в композиции бумаг.
В диссертационной работе рассматриваются вопросы моделирования и оптимизации технологического процесса отбелки целлюлозы, а также вопросы реализации оптимального режима с помощью автоматизированных систем управления технологическими процессами.
Целью работы является совершенствование процессов отбелки на основе развития их математического описания и оптимизации при эксплуатации и проектировании на основе обобщенных экономических критериев.
Для достижения этой цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:
изучить особенности физико–химических процессов в современных и перспективных системах отбелки;
исследовать и развить математическое описание процессов отбелки для их оптимизации по интегральным экономическим критериям, учитывающим затраты на химические реагенты, потери волокна, тепловую энергию и ущерб от загрязнения окружающей среды;
проанализировать теоретические и практические задачи при оптимизации процессов многоступенчатой отбелки целлюлозы с целью их совершенствования;
разработать программно-алгоритмическое обеспечение процессов оптимизации многоступенчатых систем отбелки по интегральным экономическим критериям;
выполнить экспериментальные исследования оптимизационных задач для различных многоступенчатых систем отбелки на конкретных предприятиях отрасли;
создать инженерную методику для внедрения оптимизационных процедур при совершенствовании процессов отбелки;
разработать программно-алгоритмическое обеспечение системы автоматизированного проектирования для практической реализации оптимизационных задач многоступенчатых процессов отбелки целлюлозы при создании новых предприятий отрасли.
Методы исследования. Результаты исследования базируются на изучении физико-химических аспектов технологических процессов производства целлюлозы и бумаги, в частности систем отбелки, теории моделирования и оптимизации, теории алгоритмов, теории вероятностей и математической статистики, а также на накопленном опыте разработок при создании современных наукоемких многоступенчатых процессов отбелки в организациях и предприятиях отрасли (Гипробум, ВНИИБ, СПбГТУРП, ЦНИИБ).
Научная новизна. Развито математическое описание многоступенчатых систем отбелки по ступеням и в целом с целью их моделирования для оптимизации параметров процесса отбелки по интегральному экономическому критерию, учитывающему затраты на химические реагенты, потери волокна, тепловую энергию и ущерб от загрязнения окружающей среды.
При этом получены следующие конкретные результаты:
получены уточненные математические модели существующих и недостающих ступеней технологического процесса отбелки целлюлозы, необходимые для оптимизации процесса;
выбран метод оптимизации технологического процесса отбелки целлюлозы, удовлетворяющий требованиям поставленной задачи;
разработано программно-алгоритмическое обеспечение оптимизации многоступенчатого процесса отбелки целлюлозы;
выполнено экспериментальное исследование по оптимизации процессов отбелки для различных многоступенчатых систем отбелки на конкретных предприятиях и при их проектировании, позволившее подтвердить эффективность предложенных решений;
разработано программно-алгоритмическое обеспечение системы автоматизированного проектирования многоступенчатых систем отбелки как подсистемы проектирования технологических процессов отраслевых предприятий с целью их совершенствования и обеспечения конкурентоспособности.
Практическая ценность. Выполненные теоретические и экспериментальные расчеты оптимальных параметров ряда отбельных установок для различных предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (ОАО "Светогорск" и ОАО "Сясьский ЦБК") по предложенным в работе экономическим критериям убедительно показали возможность совершенствования этих систем отбелки. При этом использовалось разработанное программно-алгоритмическое обеспечение оптимизационных процедур и элементы системы автоматизированного проектирования процессов отбелки.
Показано, что оптимизация позволяет снизить затраты на отбелку на 5-7 % за счет сокращения капитальных затрат, экономии расходов химикатов и тепловой энергии, увеличения выхода целлюлозы, сокращения ущерба от загрязнения окружающей среды.
Инженерная методика использования оптимизации отбелки целлюлозы и техническое задание на систему автоматизированного проектирования многоступенчатых систем отбелки целлюлозы с учетом обобщенных экономических критериев их совершенствования переданы Государственному институту по проектированию предприятий целлюлозно-бумажной промышленности (Гипробум).
Разработанная методика и программно-алгоритмическое обеспечение оптимизации процесса отбелки целлюлозы переданы на ОАО "Сясьский ЦБК" и использованы при разработке технико-экономического обоснования АСУТП отбелки целлюлозы на ОАО "Сясьский ЦБК".
Результаты работы используются в учебном процессе при изучении следующих дисциплин: автоматизация технологических процессов отрасли (АТПО), проектирование автоматизированных систем (ПАС), автоматизированное проектирование систем автоматизации (АП), моделирование объектов автоматизации, интегрированные системы управления (ИСПиУ) и др.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-практической конференции “Достижения и проблемы варки и отбелки целлюлозы” (Санкт-Петербург, 2003 год); на Международной научно-технической конференции “Проблемы автоматизации и управления в технических системах” (Пенза, 2004 год); на Международной научно-практической конференции “Организация и управление производительностью производственных систем” (Новочеркасск, 2004 год); на Международной научно-практической конференции “Ресурсо- и энергосбережение в целлюлозно-бумажной промышленности и городском хозяйстве” (Санкт-Петербург, 2005 год); результаты диссертационной работы были представлены на 8-ой Международной выставке лесной, целлюлозно-бумажной и перерабатывающей промышленности PAP-FOR 2004.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, библиографии и четырех приложений, изложенных на 187 страницах. Содержит: 13 таблиц, 54 рисунка, библиографию из 83 наименований.
