Содержание к диссертации
Введение
1. ЭКОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ВЫПУСКУМАСЛОЖИРОВОЙ ПРОДУКЦИИ 12
1.1. Эколого-технологический анализ основных производственных процессов масложировых производств. 12
1.2. Анализ способов организации и режимов эксплуатации систем водопотребления и водоотведения масложировых 25
1.3. Анализ качества сточных вод масложировых производств,выбор критериальных загрязняющих веществ, иххарактеристика с точки зрения экологической опасности 33
1.4. Анализ эффективности существующих способов очистки сточных вод масложировых производств и их повторного 41
2. МЕТОДОЛОГИЯ АНАЛИЗА И СИНТЕЗАЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕГАЮЩИХ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВОДНОГОХОЗЯЙСТВА МАСЛОЖИРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ 49
2.1. Принципы анализа и синтеза энергоресурсосберегающих химико-технологических систем водного хозяйства 49
2.2. Термодинамический эксергетическии метод проектирования энергоресурсосберегающих химико-технологических систем 57
2.3. Термодинамический водный пинч-метод проектирования энергоресурсосберегающих химико-технологических систем водопотребления и водоотведения масложировых 76
2.4. Термодинамический и технологический подход к определению параметров химико-технологических систем локальной обработки сточных вод масложировыхпроизводств 94
3. СИНТЕЗ ИНТЕГРИРОВАННОЙЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВОДНОГОХОЗЯЙСТВА МАСЛОЖИРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ 100
3.1. Разработка структуры интегрированнойэнергоресурсосберегающей химико-технологической системыводного хозяйства масложировых производств 100
3.2. Проектирование энергоресурсосберегающей химико-технологической системы водопотребления и водоотведенияэкстракционного цеха производства растительных масел 109
3.3. Проектирование энергоресурсосберегающей химико-технологической системы водопотребления и водоотведения 117
3.4. Проектирование энергоресурсосберегающей химико-технологической системы водопотребления и водоотведения 123
3.5. Проектирование химико-технологической системы локальной 130
4. АНАЛИЗ САНИТАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНТЕГРИРОВАННОЙЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ВОДНОГОХОЗЯЙСТВА МАСЛОЖИРОВЫХ ПРОИЗВОДСТВ 138
4.1. Оценка санитарной безопасности интегрированнойэнергоресурсосберегающей химико-технологической системыводного хозяйства масложировых производств 138
4.2. Оценка эколого-экономической эффективности интегрированной энергоресурсосберегающей химико-технологической системы водного хозяйства масложировых 141
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 148
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 150
ПРИЛОЖЕНИЕ 163
- Эколого-технологический анализ основных производственных процессов масложировых производств.
- Принципы анализа и синтеза энергоресурсосберегающих химико-технологических систем водного хозяйства
- Разработка структуры интегрированнойэнергоресурсосберегающей химико-технологической системыводного хозяйства масложировых производств
Введение к работе
Современный экологический кризис ставит под угрозу возможность устойчивого развития цивилизации. Дальнейшая деградация природных систем ведет к дестабилизации биосферы, утрате ее целостности и способности поддерживать высокое качество окружающей среды, необходимые для жизни. Преодоление кризиса возможно только на основе формирования нового типа взаимоотношений человека и природы, исключающих возможность разрушения и деградации природной среды.
В экологической доктрине Российской Федерации указывается на то, что устойчивое развитие, высокое качество жизни и здоровья нашего населения, а также национальная безопасность могут быть обеспечены только при условии сохранения природных систем и поддержания соответствующего качества окружающей среды. Для этого необходимо формировать и последовательно реализовывать единую государственную политику в области экологии, направленную на охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Сохранение и восстановление природных систем должно быть одним из приоритетных направлений деятельности государства и общества.
Вопросы экономии природных ресурсов и сохранения экологического равновесия между производственной деятельностью человека и окружающей средой имеют в настоящее время глобальную значимость.
Одной из наиболее актуальных экологических проблем является проблема антропогенного загрязнения водного бассейна. Загрязнение природных вод наносит огромный ущерб как природе, так и экономике. Происходят серьезные, нередко, необратимые изменения в развитии биогеоценозов водных объектов, сокращаются их биологические ресурсы. Загрязненные водоисточники становятся ограниченно пригодными, а во многих случаях и совершенно непригодными для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, орошения сельскохозяйственных угодий, рыбного хозяйства. Загрязненные водоемы становятся непригодными для целей рекреации, они нередко являются источниками инфекционных заболеваний человека и животных.
Особенно серьезной является экологическая обстановка в регионах с развитой промышленной инфраструктурой, в частности, в Верхне-Волжском и Волжско - Камском регионах России. Оценка качества поверхностных вод Верхне-Волжского региона за последние годы показывает, что по уровню загрязнения они относятся к III - IV классам, т.е. «умеренно-загрязненным» и «загрязненным».
В условиях становления рыночной экономики и различных форм собственности, дальнейшее развитие получает масложировая отрасль пищевой промышленности. Растет производство продуктов питания на основе растительных масел и жиров, таких как растительные масла, майонезы, маргарины, кулинарные жиры др. Наличие неограниченного потребительского рынка растительных масел и жиров, а также значительных
ресурсов масличного сырья для их получения привело к тому, что в России последние годы наблюдается тенденция расширения мощностей действующих масложировых предприятий, а также создание новых, в основном, малотоннажных. Производства небольшой мощности размещаются либо в районах массового производства масличных культур, либо они максимально приближены к районам потребления готовой масложировой продукции.
Технологические процессы масложировых производств являются весьма водоемкими, в результате протекания которых образуется значительное количество отработанной воды - сточных вод (СВ). Так, сброс СВ предприятий масложировой промышленности распределяется, примерно, по трем десяткам участков крупных рек, входящих в двадцать водных бассейнов страны.
Техническое перевооружение действующих и создание новых предприятий масложировой промышленности осуществляется на базе передовых технологий и современного высокоэффективного оборудования. К сожалению, данный процесс не всегда касается изменения энергоресурсоемкого подхода к организации масложировых производств.
В сложившихся условиях одним из путей повышения эффективности масложировых предприятий может стать внедрение в производство энергоресурсосберегающих химико-технологических систем (ХТС) их водного хозяйства. Организация замкнутых водооборотных циклов, комплексная переработка и утилизация вещества и энергии технологических водных потоков может позволить кардинально решить вопросы рационального использования ресурсов и охраны окружающей среды при функционировании предприятий пищевой промышленности.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Концептуальные положения теории устойчивого социально-экономического развития предусматривают создание ресурсосберегающих экологически безопасных производств, основу которых составляют эффективно действующие химико-технологические системы (ХТС). Особый интерес в связи с этим представляет изучение принципов анализа и синтеза (проектирования) ресурсосберегающих ХТС промышленных предприятий на основе изучения физико-химической сути технологических процессов, рассмотрения их термодинамических, технологических, экологических и экономических особенностей.
В условиях становления рыночной экономики и различных форм собственности, дальнейшее развитие получает масложировая отрасль пищевой промышленности. Однако, происходящее в настоящее время техническое перевооружение масложировых производств не всегда касается изменения ресурсоемкого подхода к их организации.
Нисходящую иерархию анализа объекта исследования строили в соответствии с технологической организацией по схеме: «масложировое производство в целом» - «цех по выпуску конкретной продукции» -«технологическая линия» - «технологическая операция» - «технологическое оборудование». Восходящая иерархия синтеза подчинялась обратной последовательности. Эколого-технологический анализ функционирования масложировых предприятий показал, что большинство их водоиспользующих технологических процессов представляют собой незамкнутые системы, в которых получение целевого продукта требует существенных затрат сырьевых (в частности, свежей воды) и энергетических ресурсов и сопровождается образованием большого объема отработанной воды. Сброс недостаточно очищенных сточных вод данных производств осуществляется в водотоки, примерно, тридцати крупных рек России, входящих в двадцать водных бассейнов страны. Особенно остро стоит проблема антропогенного загрязнения водного бассейна в регионах с развитой промышленной инфраструктурой, в частности, в Центральном, Приволжском, Южном Федеральных округах России.
В этой связи разработка и развитие методологии проектирования ресурсосберегающих ХТС водного хозяйства (водных ХТС - (ВХТС)) масложировых производств с целью повышения их технико-экономической эффективности и экологической безопасности является актуальной научной проблемой.
Содержание работы соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации: экология и рациональное природопользование; производственные технологии; а также перечню критических технологий Российской Федерации: природоохранные технологии, переработка и утилизация техногенных образований и отходов;
снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф.
Работа выполнена в соответствии с планом проекта Минобразования РФ № 01.03.005: «Научные основы и новые принципы синтеза ресурсосберегающих химико-технологических систем водопотребления промышленных предприятий» и гранта № 04-05-78035 Российского фонда фундаментальных исследований.
Цель и задачи работы
Цель работы - развитие методологии анализа и синтеза ресурсосберегающих систем водного хозяйства промышленных предприятий и ее применение для проектирования научно-обоснованной ресурсосберегающей ВХТС масложировых производств, обеспечивающей сокращение удельных нормативов потребления свежей воды и отведения сточных вод, уменьшение массы сброса загрязняющих веществ (ЗВ) в водоемы со сточными водами, высокоэффективную технологию локальной обработки сточных вод для их повторного использования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
провести комплексный эколого-технологический анализ основных производственных процессов действующих предприятий по выпуску масложировой продукции, способов организации и режимов эксплуатации их систем водопотребления и водоотведения;
применить термодинамический эксергетический метод анализа и синтеза ресурсосберегающих ВХТС промышленных предприятий, позволяющий научно аргументировать решение проблемы разделения - смешения водных технологических потоков масложировых предприятий;
применить водный термодинамический пинч-метод анализа и синтеза высокоэффективных ресурсосберегающих ВХТС промышленных предприятий с целью обеспечения существенного сокращения удельных нормативов потребления свежей воды и отведения сточных вод масложировыми предприятиями;
обосновать применение высокоэффективной технологии локальной очистки отработанной воды масложировых производств.
Научная новизна
В ходе работы получены результаты, свидетельствующие о новом вкладе в теорию создания . ресурсосберегающих систем водного хозяйства промышленных предприятий, а именно:
1)на базе термодинамического подхода показана возможность применения методологии анализа и синтеза ресурсосберегающих систем водного
хозяйства промышленных предприятий для проектирования ресурсосберегающей ВХТС масложировых производств;
предложена методика учета изменения величины эксергии в процессе смешения подпотоков производственных подразделений (цехов) при использовании термодинамического эксергетического метода анализа и синтеза ресурсосберегающих ВХТС промышленных предприятий;
предложена методика оптимизации поэтапного проектирования при использовании водного термодинамического пинч-метода анализа и синтеза ресурсосберегающих ВХТС промышленных предприятий.
Практическое значение
На основании научных результатов исследования, выводов и обобщений, сделанных в ходе работы, предприняты шаги к их реализации:
разработана ресурсосберегающая ВХТС масложирового производства, представляющая собой сочетание систем: разделения-смешивания объема технологической воды производства на индивидуальные потоки подразделений (цехов); повторно-последовательного использования технологической воды; высокоэффективной локальной обработки сточных вод; водооборотной системы технологической воды; контроля качества технологической воды и продуктов ее обработки; оценки эколого-экономической эффективности ВХТС;
предложены способы энергоресурсосбережения при функционировании масложировых производств: снижение удельных норм водопотребления и водоотведения, повторное использование в основной технологии оборотной воды, парового конденсата, очищенной сточной воды;
разработаны проектные решения по созданию ВХТС локальной обработки сточных вод масложировых производств, рассчитаны технологические и конструкционные параметры основных узлов ее аппаратурного оформления.
Объектами исследования и экспериментальной проверки полученных результатов были предприятия: ОАО «Ивановский маргариновый завод» (г. Иваново); ОАО «Шуйский маслоэкстракционный завод» (г. Шуя, Ивановской обл.); ООО «Владгазинвест» (п. Мелехово, Ковровский р-н, Владимирской обл.).
Свидетельством практического значения работы являются заключения о возможности внедрении ее результатов на ОАО «Шуйский маслоэкстракционный завод» (г. Шуя, Ивановской обл.) и ООО «Владгазинвест» (п. Мелехово, Ковровский р-н, Владимирской обл.), приведенные в Приложении 1.
Надежность результатов и достоверность выводов
Надежность полученных результатов обеспечена: 1) использованием классического аппарата математического описания основных
термодинамических закономерностей процессов в жидкофазных системах, 2) использованием исходных данных, описывающих технологические процессы, полученных на действующих в настоящее время промышленных предприятиях, 3) применением современной вычислительной техники на базе персональных компьютеров. Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций, сделанных в работе, обусловлена их соответствием фундаментальным представлениям о способах энергоресурсосбережения в промышленности.
Эколого-технологический анализ основных производственных процессов масложировых производств
Масложировая промышленность России объединяет комплекс производств, связанных общностью сырья, последовательностью изделий или этапов его переработки и назначением вырабатываемой продукции.
В эту отрасль входят предприятия по производству растительных масел и предприятия, перерабатывающие эти масла и выпускающие разнообразную продукцию продовольственного, бытового и технического назначения. На предприятиях масложировой продукции производят следующую продукцию:
1) растительные масла;
2) гидрированные масла (саломасы) различного назначения; .
3) маргариновую продукцию в ассортименте;
4) майонез;
5) хозяйственное, туалетное мыла;
6) товарные жирные кислоты и глицерин.
Жиры широко используются в питании человека. Это высококалорийный продукт, имеющий большое физиологическое значение. Они употребляются для приготовления кулинарных блюд, выработки консервов, в пищевой промышленности, непосредственно в пищу. В технике из масел производят мыла, олифы, жирные кислоты, глицерин, лаки.
Очищенные от примесей, отбеленные и уплотненные масла растительные (преимущественно льняное, конопляное, ореховое, маковое) применяются в масляной живописи в качестве основного компонента связующих масляных красок.
Масла растительные также используются для разбавления красок и входят в состав эмульсионных грунтов и масляных лаков. Масла растительные, высыхающие медленно (подсолнечное, соевое и др.), и масла растительные, не образующие пленок на воздухе (касторовое), применяется в качестве добавок, которые замедляют высыхание красок на холсте (при длительной работе над картинами создавая возможность очищать и переписывать отдельные участки красочного слоя) или палитре, при долговременном хранении красок. В медицинской практике из жидких масел растительных (касторовое, миндальное) готовят масляные эмульсии; масла растительные (оливковое, миндальное, подсолнечное, льняное) входят как основы в состав мазей. Масла растительные являются основой многих косметических средств.
Предприятия пищевой промышленности представляют собой различной мощности производства по переработке природного сырья, растительного и животного происхождения с целью выпуска пищевых продуктов. При этом, в процесс глобального антропогенного воздействия на природную среду вовлекаются как действующие технологии сельскохозяйственного производства, представляющие интерес для отдельной области экологии, так и непосредственно технологические процессы различных отраслей пищевой индустрии. Кроме того, переработка основного сырья в пищевые продукты требует изъятия из природной среды большого количества вспомогательных ресурсов (топлива, воды, воздуха и др.). При этом, зачастую непригодная для производства пищевых продуктов часть основного сырья, а также неутилизированные вспомогательные ресурсы возвращаются в природную среду в виде ЗВ.
При формировании принципов экологизации пищевых производств необходимо учитывать, что предприятиям более, чем 20 отраслей пищевой промышленности характерно большое разнообразие по ассортименту выпускаемой продукции, и, следовательно, по применяемым технологиям и производственному оборудованию. К сожалению, в настоящее время большинство из пищевых производств в значительной степени остаются небезопасными для окружающей среды.
Для пищевой промышленности, перерабатывающей многокомпонентное сельскохозяйственное сырье, проблема ресурсосбережения, комплексного использования сырья особенно важна, так как при переработке исходного сырья для получения основной продукции оно используется лишь на 15 - 30 %, а остальная часть переходит в отходы и вторичные сырьевые ресурсы.
Разработкой экологически безопасных, ресурсосберегающих технологий в пищевой и перерабатывающей промышленности РФ отраслевые научно-исследовательские организации занимаются уже достаточно продолжительное время. При этом следует отметить определенный прогресс, имевший место в 80-ые и начале 90-х годов 20-го столетия, когда эта работа носила программно-целевой характер. С переходом на рыночные отношения и в связи со сложившимся тяжелым финансовым положением научно-исследовательских организаций и промышленных предприятий отрасли, в целом, разработка новых энергоресурсосберегающих технологий и их внедрение замедлилось и даже прекратилось.
На современном этапе развития научно-технического прогресса проблему эффективности функционирования предприятий пищевой промышленности невозможно рассматривать без учета последствий развития производства продовольствия для окружающей среды, а также влияния их на рациональное использование природносырьевых ресурсов [1,2].
Современный тип эколого-экономического развития пищевой промышленности определяется как техногенный, природоемкий. Характерные черты техногенного типа развития - быстрое и истощающее использование невозобновляемых видов природных ресурсов и сверхэксплуатация возобновляемых со скоростью, превышающей возможности их воспроизводства и восстановления. Таким образом, назрела необходимость перехода от техногенного типа развития к устойчивому, для чего и требуется экологизация всех отраслей пищевой промышленности.
В первую очередь производственная деятельность предприятий пищевой промышленности наносит ущерб водным ресурсам, в несколько меньшей степени - воздуху и почве.
Традиционно водоснабжение предприятий пищевой промышленности осуществляется за счет потребления воды из городского водопровода и из артезианских скважин. В системах производственного водоснабжения в пищевой промышленности воду используют в качестве сырья, для теплообменников, мойки и транспортирования сырья, тары, оборудования, трубопроводов, в качестве поглотителя твердых частиц, газов, для санитарно-бытовых нужд. Расход воды на предприятиях пищевой промышленности по сравнению с очень водоемкими отраслями (например, текстильной) невелик и редко превышает 2-3 тыс. м3/сут. Однако, принимая во внимание многочисленность пищевых предприятий, а также высокую концентрацию органических соединений в отработанной воде (до десятков граммов на литр), проблема их техногенного воздействия на биосферу, в частности, на природные водоемы, становится очевидной.
Даже для предприятий, оборудованных системами оборотного водоснабжения, количество потребляемой свежей воды в несколько раз превышает объем перерабатываемого сырья. Высокий уровень водопотребления обусловливает и большой объем образования СВ. Количество образующихся СВ зависит также от наличия повторного и оборотного водоснабжения, особенностей технологического процесса, качества сырья, поступающего на переработку, и многих других факторов.
Принципы анализа и синтеза энергоресурсосберегающих химико-технологических систем водного хозяйства
Ресурсосбережение - это взаимосвязанная совокупность научно методологических, технологических, инженерно-технических, организационно-технических, экономических и организационно хозяйственных мероприятий, направленных при производстве разнообразных продуктов на сбережение и рациональное использование природных ресурсов; на значительное повышение степени переработки и резкое сокращение потерь материальных ресурсов; на более полную рекуперацию вторичных материальных ресурсов и отходов, которые обеспечивают существенный рост экономической эффективности промышленного производства и предотвращают его вредное воздействие на окружающую среду. Принципы ресурсосбережения лежат в основе концепции создания экологически безопасных технологических процессов. Последние представляют собой сложные многоконтурные ХТС, в структуру которых входят высокоэффективные химико-технологические процессы (ХТП) и высокоинтенсивное технологическое оборудование, взаимосвязанные обратными, или рециклическими, технологическими потоками вещества и энергии [2, 47, 48].
Нисходящую иерархию анализа объекта исследования (масложирового производства) строили в соответствии с технологической организацией по схеме: «масложировое производство в целом» — «цех по выпуску конкретной продукции» - «технологическая линия» - «технологическая операция» -«технологическое оборудование». Построение восходящей иерархии синтеза объекта исследования подчинялось обратной последовательности.
Разработка научно-обоснованных технологических, инженерно технических, организационно-технических, экономических и организационно-хозяйственных мероприятий по ресурсосбережению в промышленности методологически базируется на применении следующих основных способов ресурсосбережения: наилучшего использования движущей силы ХТП; наиболее полной переработки сырья; рационального использования топливно-энергетических ресурсов; наилучшего функционально-структурного использования аппаратов и машин; способа замкнутого водоснабжения; обеспечения и повышения надежности произ водства; рациональной пространственной компоновки производства. В системном анализе способов ресурсосбережения важным элементом является выявление различных приемов, операций и средств, направленных на обеспечение ресурсосбережения для каждого элементарного физико-химического явления, для каждого отдельного ХТП как сложной физико-химической системы и для каждой ХТС производства продукции, а также установление взаимосвязей между этими приемами, операциями и средствами, которые позволяют интенсифицировать ХТП, значительно повысить эффективность производства.
Для осуществления любого ХТП переработки сырья и топливно-энергетических ресурсов необходимо наличие движущей силы процесса, представляющей собой первопричину всех химических и физико-химических преобразований вещества и энергии. Величина движущей силы влияет на значение скорости ХТП. В общем случае уравнение для расчета скорости, , любого ХТП имеет вид:
Скорость ХТП определяет производительность аппаратов и их число в технологической схеме ХТС. Интенсивность работы аппарата ХТС равна удельной производительности аппарата на единицу объема или площади сечения аппарата. В структуру ХТС должны входить высокоинтенсивные ХТП и технологическое оборудование. Интенсификация работы оборудования достигается за счет повышения эффективности самого ХТП и за счет улучшения конструктивного оформления аппаратов и технических характеристик эксплуатации [82 - 85].
Для практической реализации различных способов энергоресурсосбережения в промышленности применяют следующие приемы и операции:
технологические;
режимно-параметрические;
аппаратурно-конструкционные;
организационно-технические.
Режимно-параметрические и технологические приемы и операции обеспечивают ресурсосбережение для каждого ХТП, входящего в структуру ХТС за счет микро-, и макроскопических воздействий на движущую силу, на кинетику и на механизм протекания химических, тепло- и массообменных явлений, а также на гидродинамическую структуру потоков в аппаратах химической технологии. Для эффективного использования любого из режимно-параметрических и технологических приемов или операций с целью повышения показателей: ресурсосбережения каждого ХТП как сложной физико-химической системы необходимо, прежде всего, выявить лимитирующую стадию ХТП.
Технологические приемы и операции обеспечивают ресурсосбережение для каждого ХТП и для ХТС в целом за счет рационального совмещения различных ХТП в одном аппарате; дискретно-периодической подачи вещества в аппарат; использования внешних энергетических воздействий на перерабатываемые вещества; создания рациональной структуры технологических потоков между аппаратами ХТС; исключения нерациональных промежуточных технологических стадий производства.
Аппаратурно-конструкционные приемы и операции обеспечивают ресурсосбережение для отдельных ХТП и для ХТС в целом за счет микро - и макрокинетических воздействий на физико-химические явления, протекающие в аппаратах; за счет изменения инженерно-аппаратурного оформления ХТП, влияющего на механизм протекания ХТП, на гидро- и аэродинамические характеристики отдельных узлов и аппаратов в целом; использования энергии контактирующих фаз и создания многократного взаимодействия перерабатываемых веществ в аппаратах.
Организационно-технические приемы и операции обеспечивают ресурсосбережение для отдельных ХТС и территориально-промышленных комплексов путем рационального использования природных ресурсов, наиболее полной регенерации и рекуперации вторичных материальных ресурсов и сокращения отходов производства.
Выделим основные приемы, операции и средства, направленные на обеспечение ресурсосбережения в промышленности.
Разработка структуры интегрированнойэнергоресурсосберегающей химико-технологической системыводного хозяйства масложировых производств
Одной из важнейших задач успешного функционирования масложировых производств и пищевых предприятий, в целом, является повышение их экономической эффективности и экологической безопасности за счет снижения объема потребления свежей воды и объема отводимых СВ с одновременным уменьшением содержания в них биологически опасных ЗВ.
Проектирование энергоресурсосберегающих ВХТС промышленных предприятий предусматривают решение одного из наиболее важных вопросов - формирование сети (структуры) водных технологических потоков данного производства. Теоретическое обоснование практического решения данной задачи свидетельствует о необходимости учета: законов химической термодинамики; основных экологических принципов (системности, комплексности, цикличности, рациональной организации, экологической безопасности); реальных технических, экономических и организационных возможностей промышленных предприятий в конкретный период.
В настоящее время традиционным подходом к организации систем водного хозяйства промышленных предприятий пищевого профиля является прямоточное техническое водоснабжение. В наших работах показано, что такой подход не отвечает требованиям теории и практики анализа и синтеза ресурсосберегающих ВХТС [2, 15, 16, 87, 88]. В частности, делается вывод о том, что смешение водных технологических потоков различного происхождения приводит к увеличению суммарной энтропии системы в результате разбавления (рассеивания) ингредиентов. Это, в свою очередь, увеличивает энергетические и, следовательно, экономические затраты на последующую обработку воды. При рассмотрении качественной, организационной стороны вопроса, желательно, насколько это возможно, избегать смешивания потоков отработанной воды различных технологических линий данного предприятия. Для количественной оценки происходящих при этом процессов удобной для использования характеристикой служит величина потери эксергии (см. главу 2, раздел 2.2.). С целью разработки методологии проектирования ресурсосберегающих ВХТС масложировых производств нами рассмотрен и развит эксергетический метод термодинамического анализа [147]. Он позволяет провести количественную оценку степени рассеивания компонентов жидкофазной системы за счет разбавления водных потоков (СВ) при их нецелесообразном смешении.
В работах [16, 18, 19, 88, 148 - 154] проведен эколого-технологический анализ основных процессов масложировых комбинатов и предложены решения по организации инновационных водоресурсосберегающих технологий в данной отрасли. На основании данного анализа представляется возможным предложить оптимальный вариант организации систем водопотребления и водоотведения масложировых производств.
Целью данного этапа работы являлось проектирование структуры интегрированной энергоресурсосберегающей ХТС водного хозяйства (И-ВХТС) масложировых комбинатов, предусматривающей повторно-последовательное водопотребления и водоотведения, высокоэффективную обработку СВ и их повторное использование (до 80 - 90 %).
В табл. 3.1.1. приведены исходные данные для проектирования структуры целевой И-ВХТС масложирового комбината на базе индивидуальных ВХТС (соответствующих отдельным производствам масложировых предприятий).
К данным производствам относили: производство майонеза (ВХТС-1), производственные процессы экстракции растительных масел (ВХТС-2) и производственные процессы цеха рафинации растительных масел (ВХТС-3). Каждая из рассматриваемых ВХТС состоит из индивидуальных технологических водоиспользующих операций (см. табл. З.1.1.).
В качестве обобщающей характеристики (брутто-показателя) уровня загрязнения технологической воды в рассматриваемых производствах нами принят показатель «химического потребления кислорода» (ХПК) - один из основных нормируемых показателей водных потоков пищевых предприятий. Начальные значения показателя ХПК (в миллиграммах кислорода на литр воды) — на входе в соответствующую технологическую операцию, С Bx.j — представляют собой рекомендуемые величины для технологической воды используемой на отдельных операциях в масложировом производстве. Подстрочный индекс j относится к данной технологической операции внутри индивидуальной ВХТС . Конечные значения величины ХПК - на выходе из соответствующей технологической операции С BbIXj - оценены нами по данным инвентаризации источников отведения отработанной технологической воды в процессе функционирования соответствующих производственных линий.
Масса ЗВ, перешедших в воду в результате ее контакта с технологическим оборудованием и тарой, соответствующая данному изменению значения ХПК в водном технологическом потоке (массовая нагрузка), rtij, очевидно равна: mj = (С вьвд - С IiX.j ) Q Bj , где Q в. j - расход технологической воды из расчета двухсменной работы оборудования.
