OPTIMIZATION OF HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES PROCESSING IN A CELL OF OIL CROPS

УДК 665.3.099.73.011.8.

OPTIMIZATION OF HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES PROCESSING IN A CELL OF OIL CROPS Саидмуратов Уктам Азимович                                                        U.A.Saidmuratov, Candidate of Technical Sciences,                                            Associate Professor, E-mail: Saidmurotov1@mail ru                                                   Department of “Machinery and equipment for food and                                                 chemical  industries”.Bukhara Engineering Institute of Technology.                                        Bukhara city K. Murtazoev, 15           Contact tel: [phone] Abstract: One of the promising areas in the technology of oilseed processing is electrophysical processing methods. The use of electrophysical processing methods dramatically accelerates the flow of processes, increases labor productivity, reduces the need for production facilities, and in some cases reduces energy consumption. Based on the foregoing, it is possible to formulate the main goal of studying the process of heat treatment of cotton seed mint in a two-phase flow: to identify rational conditions for the process, to outline rational ways for effective structural design of the apparatus for heat treatment of cotton seed mint. Achieving this goal should ensure a reduction in the energy and material consumption of the process, an increase in the yield of black oil, an improvement in the quality indicators of the final products and working conditions of the staff. The analysis of technological processes occurring in a single biological cell of peppermint of cotton seeds is important, among other things, because it allows us to outline ways of choosing and synthesizing optimal process parameters, and to develop highly efficient plants. However, the solution to the problems of optimization of continuous heat and mass transfer (HMO) processes occurring in apparatuses or installations as a whole as L-optimization is labor intensive, since when considering complex HMO systems, the number of optimizing factors increases. In the systems under consideration, the number of main factors exceeds 20, even if they vary at two levels, more alternative options are required for optimization. The functional decomposition of optimization problems was carried out based on the hierarchical structure of the TMT systems, in which the hydrodynamic structure of the interacting flows is considered as the main central subsystem-processes, which are subsequently divided into more than elementary TMT processes. Optimization of the lower levels of technological plants for the implementation of solid-state processes is considered for IR - roasting in a solvent medium (IR-LCMSR).                  Keywords: Cotton seeds of cotton seeds, biotechnological phenomena, infrared heating, moisture treatment, degree of denaturation, transform, micro level, macro level, infrared irradiation.

 Основная задача современного этапа развития пищевой промышленности - интенсификация технологических процессов и обеспечение высокого качества продукции. Она достигается путем широкого внедрения в народном хозяйстве принципиально новых технологий переработки сырья, в том числе: переработки при импульсном и терморадиационном энергоподводе с учетом особенностей биотехнологических явлений, протекающих в клеточной структуре обрабатываемого продукта, что позволяют многократного повысить производительность производства, поднять эффективность использования ресурсов и снизить энерго- и материалоемкость установок.

Процесс термообработки маслосодержащих материалов является одной из основных стадий технологии производства растительных масел, в значительной мере влияющих на качество, себестоимость продукции, условия труда обслуживающего персонала и возможность создания непрерывно действующих механизированных линий. Поэтому задача изыскания и разработки способов интенсификации процесса влаготепловой обработки маслосодержащих материалов путем улучшения структуры потоков обладает особой актуальностью.

Один из наиболее распространенных способов термообработки мятки семян хлопчатника - процесс жарения, который осуществляется в чанных жаровнях глухим паром и в транспортерах с ИК- энергоподводом, способствующим эффективному извлечения масла.

В результате дальнейшего изучения процесса экстрагирования масла возник способ прямой экстракции маслосодержащего материала, исключающий процесс влаготепловой обработки последнего. Недостаток данного способа состоит в том, что при прямой экстракции мятка семян хлопчатника не располагает достаточно в скрытыми клетками, в результате чего затрудняется достижение максимального съема масла из мезги и следовательно, имеет место повышенное содержание целевого продукта в шроте.

            В настоящее время разрабатываются новые прогрессивные способы извлечения масла из маслосодержащих материалов в поле электромагнитных волн ИК - диапазона, который свободны от упомянутых недостатков [1].

В последние годы в нашем регионе и за рубежом выполнен ряд исследований, направленных на применение коротковолновых инфракрасных излучателей для обжарки маслосодержащих материалов (бобы, какао, арахис, миндаль и др.), и свидетельствующих о перспективности данного способа подвода тепла для обработки пищевых продуктов и маслосодержащих материалов.

Результаты исследований авторов работ [2,9,10,16,17] дают представление о механизме внутреннего тепло- и массопереноса в процессе термической обработки (обжарки, сушки) пищевых продуктов инфракрасными лучами и позволяют рекомендовать оптимальные технологические режимы.

Вместе с тем, процесс термообработки маслосодержащих материалов, осуществляемый в чанных жаровнях, не обеспечивает равномерного распре- деления влаги и тепла в объеме материала, а обработка в транспортерах за счет ИК-энергоподвода не обеспечивает требуемого качества процесса жарения. Длительный процесс обработки приводит к пережарке маслосодержащего материала и другим негативным последствиям, существенно отражающемся на выходе и качестве масла.

 Несомненно, что наиболее рациональный путь повышения эффективности установок для термообработки - совершенствование, интенсификация и оптимизация процессов переработки маслосодержащих материалов, что имеет важное социальное значение.

            Применение ИК-нагрева и изучение гидродинамической структуры потоков в процессе термообработки мятки семян хлопчатника - один из основных путей, позволяющих вскрыть скрытие резервы интенсификации процесса.

            Важное значение имеет проникновение инфракрасных лучей в толщину материалов и продуктов, а также специфические особенности воздействия ИК-излучения на их структуру. Наряду с этим, возможность регулирования пространственного распределения лучистого потока позволяет осуществлять направленный нагрев только обрабатываемого обьекта, сводя к минимуму потери энергии на нагрев окружающей поверхности. В свою очередь, проникновение лучей в толщу обрабатываемого материала существенно влияет на характер полей распределения температуры и влажности, что, предопределяет темп разрушения клетчатки (скорость биохимической реакции), последствия которого сказываются на качестве получаемого масла. Следовательно, облучение маслосодержащего сырья инфракрасными лучами следует рассматривать не только как метод интенсивной термической обработки, но и как процесс глубокого воздействия на физико - химическую природу материала.

            Обоснование оптимальных режимов термообработки мятки семян хлопчатника, позволяющей сократить продолжительность процесса, снизить энергозатраты и повысить качество готовой продукции, имеет существенное значение для промышленного производства растительных масел.

Все это свидетельствует об особой актуальности задачи интенсификации технологического процесса термообработки мятки семян хлопчатника, основанного на применении прогрессивных методов энергоподвода с использованием последних достижений в области теории к практики тепло- и массопереноса.

Основной задачей современного этапа развития пищевой промышленности является интенсификация технологических процессов и обеспечение высокого качества продукции путем широкого внедрения принципиально новых технологий переработки сырья, в том числе и переработки при импульсном и терморадиационном энергоподводе - с учетом особенностей биотехнологических процессов, протекающих в клеточной структуре обрабатываемого продукта и  позволяющих повысить производительность труда, поднять эффективность использования ресурсов и снизить энерго- и  материалоемкость установок.

Влаго-термическая обработка – подготовка мятки масличных семян к прессованию и экстрагированию – является одной из важнейших технологических операций в производства растительных масел, в значительной мере влияющей на качество и себестоимость продукции, условия труда обслуживающего персонала. Применение нетрадиционных способов термообработки, в частности, инфракрасной (ИК) – обработки мятки семян хлопчатника позволяет сократить продолжительность процесса, увеличить выход черного и рафинированного масла, улучшить качество конечной продукции. В связи с этим дальнейшая интенсификация процесса ИК- термообработки  мятки семян хлопчатника в двухфазном потоке с предотвращением окисления составных компонентов, выявление рациональных режимов обработки и создание установки, позволяющей улучшить структуру потоков материала, является актуальной задачей. 

Интенсификация процесса жарения хлопковой мятки в терморадиационном поле инфракрасного излучения. Устранение окисления компонентов масла путем ведения процесса в инертной бескислородной среде, организация процесса жарения при оптимальном гидродинамическом потоке. 

Анализ способов и установок процесса жарения маслосодержащих материалов; экспериментальное исследование эффективности влияния параметров на процесс жарения; разработка нового способа термообработки хлопковой мятки ИК-облучением, разработка конструкции установки; составление математической модели процесса термообработки мятки хлопковых семян  на основе экспериментальных исследований; исследование процесса на математической модели и выявление оптимальных значений параметров, влияющих на процесс;  расчёт и экспериментальное определение параметров обработки мятки; составление методики инженерного расчета промышленного образца конструкции установки для термообработки мятки с ИК- энергоподводом и обоснование конкретных рекомендаций; расчет технико-экономических показателей новой установки; обсуждение технико-экономической эффективности применения установки.

Масличное сырье представляет собой сложные гетерогенные биологически активные системы; их массовлагообменные и термодинамические характеристики является функцией химического состава, структуры, параметров состояния (плотности, температуры, влажности и т.п.) и зависят от методов обработки. Поэтому эти характеристики в ходе технологических процессов изменяются в широких пределах.

Значительная часть пищевых продуктов, подвергаемых технологической обработке, является влажными дисперсными системами. Решающее влияние на связь влаги с сухим скелетом и на его массообменные характеристики оказывает дисперсность материала. Чем больше дисперсность материала (его внешняя и внутренняя удельная поверхность), тем больше в нем прочно связанной влаги. Вместе с тем, для пористых материалов большое значение имеет и радиус капилляров: чем он меньше давление пара с мениском жидкости в капилляре и тем больше энергии необходимо затратить на удаление влаги [3].

Пищевые продукты - системы, в которых влага обладает различными формами связи с твердым скелетом. Ряд исследователей упрощает классификацию форм связи влаги и предлагает различить всего две основные группы; свободную и связанную воду.

В коллоидных системах свободная вода соответствует первой фазе механизма взаимодействия воды с коллоидом и представляет собой "межмицеллярную" жидкость, обладающую известными свойствами воды. Связанная вода, особо прочно адсорбированная на поверхности "мисцелл", соответствует второй и третьей фазам указанного процесса и отличается рядом особенностей: она труднее испаряется, является плохим растворителем и может находиться под повышенным давлением, обусловленным молекулярным силовым полем. Поэтому, как было указано выше, плотность адсорбционно-связанной воды может несколько увеличиться. Прочное связывание воды иногда увязывают с теорией образования "твердого раствора" при "внутримицеллярном" взаимодействии [3].

Взаимодействие влажного материала с окружающей средой может происходить в двух направлениях:

а) если парциальное давление пара у поверхности материала  больше парциального давления пара в воздухе  , то происходит процесс испарения (десорбция);

б) если , то материал увлажняется в результате поглощения пара из окружающего воздуха (сорбция).

При увлажнении (сорбции) происходят глубокое структурные изменения масличных материалов, обусловленные физико-химическими различиями гидратации и набухания структурных элементов мятки (белковых образований, клетчатки и др.), что приводит к объемно-напряженному состоянию и образованию микротрещин. В результате этого при сорбции увеличивается внутренняя поверхность, на которой происходит адсорбционное связывание воды. Поэтому при последующей десорбции надо удалять больше связанной влаги.

Практический интерес представляет комплексное изучение форм связи и состояния влаги, а также энергии связи влаги в коллоидных капиллярно-пористых материалах. В качестве коллоидных капиллярно-пористых тел рассмотрим маслосодержащие продукты (семена хлопчатника).

            При влаготепловой обработке в мятке семян хлопчатника происходят биохимические изменения. Суммарное воздействие влаги, тепла и кислорода воздуха при жарении способствует активизации ферментной системы мятки, что приводит к интенсивному протеканию нежелательных гидролитических, протеолитических и окислительных процессов в ней [11].

Мятка, подвергаемая жарению, имеет очень сложный ферментный состав - разный для семян различных масличных культур. Мятка содержит весь набор ферментов живого семени, поэтому в ней протекает сложный комплекс биохимических процессов, ход которых оказывает существенное влияние на качества конечных продуктов переработки масличного сырья.

Превышение влажности и температуры мятки семян хлопчатника уровня предельно допустимых значений в начале процесса жарения приводит к повышению активности ферментной системы, а дальнейшей нагрев - к затуханию активности ферментов. Эти свойства ферментной системы широко используют в промышленности для обеспечения выработки высококачественного масла. Однако из-за длительной продолжительности процесса жарения не всегда удается получать высококачественное масло.

Степень денатурации белков мятки семян хлопчатника и других семян зависит от режима жарения. В работах [14] указывается, что с повышением исходной влажности мятки и температуры мезги степень денатурации белковых веществ неуклонно возрастает.

Мятка семян хлопчатника отличается от других тем, что в ней содержится красящее вещество - госсипол. Содержание госсипола в ядре колеблется от  до   массы ядра.

Под действием тепла, влаги, кислорода воздуха в процессе жарения мятки хлопковых семян происходят многообразные превращения госсипола.

Повышенная влажность и температура мятки семян хлопчатника, а также определенный режим длительности теплового воздействия облегчают растворение госсипола в масле.

Интенсивная влаго - тепловая обработка приводит к накапливанию в мезге госсипротеиновых соединений, снижению содержания лизина на  по сравнению с мягким режимом, при котором госсипол переходит в масло [15].

         Из сказанного выше можно сделать вывод о том, что процесс жарения представляет собой сложный комплекс физических и химических изменений в мятке.  Необходимо проведение  дальнейших  исследований, направленных на интенсификацию процесса и улучшение  качества получаемой продукции.

Приготовление мезги (жарение) представляет собой операцию, заключающуюся в обработке мятки теплом и водой в течение определенного промежутка времени при перемешивании в специальных аппаратах-жаровнях.

Цель этой операции - вызвать определенные физико-химические изменения мятки и трансформировать  структуру ее частиц с целью способствовать наилучшему эффекту дальнейшего извлечения масла. Кроме того, в ряде случаев при жарении необходимо проводить дополнительные химические изменения, обеспечивающие получение продуктов наивысшего качества (например, при переработке семян хлопчатника - связывание госсипола, семян сои - изменение некоторых белков и удаление с водяным паром неприятно пахнущих веществ).

Процессы пищевой технологии - это сложные физико-химические системы, имеющие двойственную детерминированно-стохастическую, природу переменные в пространстве и во времени параметры. Участвующие в них потоки вещества, как правило, многофазны и многокомпонентны. Весь процесс в целом протекает в аппарате с конкретными геометрическими характеристиками, оказывающими, в свою очередь, влияние на характер протекающего процесса.

Диссипативная функция (локальное производство энтропии) характеризует  все виды энергозатрат на протекание необратимых процессов в системе. Разложение основной движущей силы на составляющие приведено в работе [5].

При моделировании ТМО процессов, осложненных физико-химическими превращениями, важным  этапом  качественного анализа   является вскрытие  движущих сил  процессов.

При анализе процессов,  протекающих в технологических аппаратах, принято всю совокупность протекающих в них физико-химических явлений и эффектов условно  делить на два уровня: микроуровень и макроуровень [5]. К микрокинетических факторам относят совокупность физико-химических эффектов, определяющих скорость протекания биологических, физических или химических явлений на молекулярном, клеточном уровне и в локальном объеме потоков аппарата.  Макрокинетика процесса изучает поведение процесса  в масштабе аппарата в целом.  Здесь на эффекты микроуровня накладываются гидродинамические, тепловые, диффузионные явления крупномасштабного характера.

Обычно трудно провести резкую границу между эффектами и явлениями, происходящими на микро- и макроуровне. В связи с этим возникает необходимость введения в рассмотрение промежуточных уровней явлений и эффектов.

Математическое моделирование химико-технологических процессов, указывает акад. В. В. Кафаров,  должно осуществляться  взаимосвязанно между тремя  стадиями: формализацией изучаемого процесса- построением собственно математической модели; алгоритмизацией,  обеспечивающей нахождение численных значений определенных параметров; и установлением адекватности модели ,  описывающей реальный процесс.

Многомерность ТМОП вынуждает к значительным упрощениям обобщенного описания, что усложняет сохранение разумной степени детализации математического описания. 

Указанные обстоятельства обусловливают третий подход к синтезу математической модели ТМОП, основанный на модельных представлениях о внутренних биохимических превращениях, происходящих в технологических аппаратах. Основу такого подхода составляет набор элементарных моделей, отражающих простейшие физико-химические явления (модель идеального смешения, модель идеального вытеснения, диффузионная модель, ячеечная модель, комбинированные модели и т.д.).  Получение математического  описания ТМОП в этом случае сводится к подбору такой комбинации типовых моделей, чтобы результирующая модель достаточно точно отражала основные закономерности биохимических превращений существующего и синтезируемого ТМОП. Такой подход позволяет сравнительно просто учесть влияние важнейших факторов в системе на макроуровне, а также стохастические свойства  ТМОП.

Построение полной математической модели ТМОП завершается агрегированием отдельных подсистем или блоков (блока гидродинамика, биохимичесческого блока, блока химической кинетики, блока диффузионной кинетики, блока кинетики тепловых явлений, блока равновесных соотношений и т.д.) в единую систему.

С этим проверка адекватности математической модели ТМОП и идентификации ее параметров  выполняется на основе теории решения обратных задач математической физики, идентификации и оценки параметров состояния систем. Поскольку первые два этапа обычно позволяют синтезировать структуру математической модели ТМОП, достаточно близкую к физической структуре ТМОП, то задача идентификации на третьем этапе сводиться к поиску неизвестных параметров модели, исходя из заданного критерия соответствия экспериментальных и расчетных данных  [5,8].

 Математическое моделирование, и оптимизация, физико-химические методы исследования, многофакторное планирование экспериментов.

Использование методов системного анализа при решении задач изучения процессов промышленной переработки масличных культур обеспечивает возможность учитывать все наиболее существенные факторы, влияющие на смежные технологические процессы масло-жирового  производства.

 Сущность системного анализа и общие принципы, применяемые, к решению любой системной задачи с достаточной полнотой отражены в работах академика Кафарова В.В., проф. Дорохова И.Н. [5,6,7,8].

Стратегия системного подхода к построению математических моделей ТМО процессов включает следующие этапы: качественный анализ структуры ТМОП, синтез математических моделей ТМОП, проверку адекватности и идентификацию параметров математических моделей.

Качественный анализ структуры  ТМОП включает смысловой, (то есть предварительный анализ априорной информации о физико-химических, биохимических, биофизических и других особенностях ТМОП) и математический, (то есть качественный анализ структуры математических зависимостей, входящих в описание ТМОП).

Рассмотрение структуры материальных, тепловых и других потоков  в ТМОП как его основной подсистемы позволяет нам более правильно представить сложное внутреннее строение процессов.

Для построения  иерархической структуры и реализации первого  этапа смыслового анализа процессов, необходимо расчленить процессы тепло- и массообмена,  протекающие одновременно с процессами и влаготермической обработкой. Построение иерархической структуры объекта исследования позволяет вскрыть взаимосвязь явлений, происходящих в физико-химических процессах, получить их математические описания на уровнях иерархии, начиная от атомарно-молекулярного и конечно обрабатываемым слоем продукта, перерабатываемого  в рассматриваемых аппаратах.

 В связи с вышеизложенным и согласно общим принципам системного анализа определим иерархическую структуру основных ТМОП. Рассматриваем при этом каждую из них  как самостоятельную систему.

 Рассмотрение совокупности химических, физико-химических, биохимических, биофизических, теплообменных, тепло-массообменных явлений и эффектов, имеющих место в ТМОП целесообразно осуществить на отдельных ступенях иерархии тепло-массообменных процессов. При этом число уровней иерархии каждой системы определяется сложностью ее структуры.

Далее приводится качественный анализ процессов, протекающих в подсистемах иерархической структуры ТМОП. При этом в каждой иерархической ступени соответствующего ТМОП определяется своя подсистема с соответствующими основными входными и выходными параметрами, характеризующими поведение данной подсистемы, рассматриваются способы управления и улучшения организации процессов в подсистемах ТМОП.

Формулировка задачи оптимизации включает выбор критерия оптимальности, установление ограничений, выбор оптимизирующих факторов и определения целевой функции [4].

В молекулярном уровне  в рассматриваемых ТМО процессах объектами элементарных процессов являются молекулы масла, растворителя, липидов, белков и других веществ, входящих в состав маслосодержащих клеток. Задача данного уровня заключается в определении значений теплофизических параметров: коэффициентов теплопроводности , молекулярной диффузии , удельной теплоемкости , теплоты фазовых превращений , константы биохимических реакций  и т.д.

На втором уровне  объектом оптимизации для ТМО процесса ИК-ЖХМСР является маслосодержащая клетка. Для рассматриваемых случаев основным целенаправленным элементарным процессом является максимальное разрушение стенки маслосодержащих клеток, который способствует в конечном итоге увеличению выхода масла и интенсифицирует массоперенос в твердой фазе. Поэтому в качестве критерия оптимальности выбирается степень разрушения стенки маслосодержащей клетки , a ограничениями – плотность ИК - потока  температура , влажность , время облучения и выдержки  и другие параметры, характеризующие свойства компонентов материала, а также показатели качества получаемых продуктов. Из них в качестве оптимизирующих факторов можно выделить .

На третьем уровне  объектами оптимизации являются:

   - в ИК-ЖХМСР - частица твердой фазы. Степень жарения частиц маслосодержащего материала характеризуется количеством разрушенных клеток в нем. Поэтому в качестве критерия оптимальности выбирается степень разрушения стенок клеток в частице маслосодержащего материала . Ограничениями в ИК-ЖХМСР диаметр трубы , концентрация суспензии  и мисцеллы , плотность ИК - потока , температура , влажность , время облучения  и выдержки . Оптимизирующими факторами в ИК-ЖХМСР являются: диаметр трубы  и концентрация суспензии  и мисцеллы .

На четвертом уровне  оптимизации объектом элементарных ТМО процессов является гидродинамическая структура потоков. Процессы, протекающие в частицах потоков, косвенно характеризуются гидродинамической обстановкой в аппарате. С точки зрения анализа и синтеза ТМО процессов,  наиболее целесообразно зафиксировать структуру потоков ячеечной моделью. Поэтому в качестве критерия оптимальности рассматриваемых ТМО процессов выбирается число ячеек . Ограничениями являются конструктивные показатели  и параметры, характеризующие гидродинамические условия протекания процесса ( и т.д.). Оптимизирующими факторами выбираются в ИК-ЖХМСР - соотношение длины трубы к ее диаметру .

На пятом уровне объектами оптимизации являются аппараты или установка для осуществления ТМО процессов. Здесь задачу оптимизации можно сформулировать в виде многокритериальной задачи. На данном уровне объекты оптимизации характеризуются конструктивно - технологическими показателями. В качестве критериев оптимизации принимаются следующие: для осуществления ИК-ЖХМСР в трубчатых установках (ТУ) - рабочая поверхность , температура , время обработки  и расход электроэнергии .

В связи с этим задачу оптимизации можно сформулировать в виде следующих математических выражений:

Минимальные значения  и  определены экспериментальными и теоретическими исследованиями [12,13] на нижних уровнях оптимизации, обеспечивающими заданную  температуру конечного продукта, вытекающую из требований последующих технологических процессов.

Исходя из вышеизложенного задачу оптимизации логически можно привести к следующему виду:

Ограничениями для данной задачи являются соответствующие математические модели, связывающие входные и выходные параметры процесса и G, u, t, q, τ. В данном случае в качестве оптимизирующих факторов выбираются  и .

На шестом уровне объектами оптимизации выступает установки для ИК-ЖХМСР. Рассматриваемые объект являются частью технологической линии, в которой получаются промежуточные продукты. Поэтому в качестве экономического критерия оптимальности в данном конкретном случае целесообразно выбрать сумму переменных  и постоянных расходов , отнесенную к единице выпускаемой продукций . В соответствии с этим задачу оптимизации для каждой установки можно выразить следующим математическим выражением:

При этом в качестве ограничений на целевую функцию выступают выделить в виде равенств – математические модели основных и вспомогательных аппаратов установки, связывающие между собой входные и выходные параметры и в виде неравенств - ограничения, на кладываемые  на потребление электроэнергии , производительность установок , качественные показатели продуктов . Можно выделить следующий  оптимизирующий фактор:  расход электроэнергия .

В рассматриваемых задачах оптимизации ТМО систем в нижних I-IV уровнях виды целевых функций неизвестен. Поэтому для отыскания экстремума целевых функций в данных уровнях применяется экспериментальный метод.

На пятом уровне оптимизации из-за сложности приведения выражения целевых функций к явным видам и трудности осуществления операции  дифференцирования, обусловленной ее многофакторностью, исключается возможность применения аналитических методов оптимизации. Поскольку на данной ступени иерархии целевая функция задана алгоритмами вычислений при заданных значениях факторов, а  математические модели ТМО процессов построены по блочному принципу со структурированием по структуре потоков для таких случаев целесообразно применение численных методов оптимизации. Для решения рассматриваемых классов задач проще всего применение оптимизации перебором и сканированием [4].

Решение задач оптимизации на первом уровне иерархии. Задачей молекулярного уровня является определение теплофизических параметров и констант биохимических реакций.

Коэффициенты биохимических реакций определены экспериментально решением обратной задачи для оптимального ведения ИК-ЖХМСР.

 Они и имеют следующие значения:

 

Решение задач оптимизации  втором уровне. Степень разрушения стенки маслосодержащей клетки характеризуется количеством распада полисахаридов на ди- и моносахаридов. Образование моносахаридов экспериментально определено автором работы [86] методом "Ортотлуидной" и "Хагедорна-Ионсана". Полученные экспериментальные данные подтверждают достоверность превращения от общей массы ядра клеточных стенок в моносахариды, что составляет  от общей массы клетчатки. По выводам на основе экспериментальных данных [12] при распаде  полисахаридов достигается - ное разрушение стенки клетчатки и тем самым обеспечивается максимальный выход масла.

Методами планированием экспериментов определены значения влияющих факторов, обеспечивающих максимальный выход масла, соответственно максимальную степень разрушения стенки клетчатки, которые имеют следующие значения для ИК-ЖХМСР ,  и  при  ограничений  и .

Решение задач на третьем уровне оптимизации. По результатам экспериментальных исследований выявлено, что при ИК-ЖХМСР максимальное разрушение стенки клеток в частице мятки  обеспечивается при ,  и .

Алгоритмизация и решение задач  четвертом уровня оптимизации.    Определение минимальной длины зоны ИК - облучения при ИК-ЖХМСР осуществляется по алгоритму, подразумевающему следующую последовательность действий:

1.  Задаются исходные значения параметров: ;

2.  Определяется расход суспензии        ;

3. Рассчитывается объемный расход суспензии

4. Определяется средняя скорость суспензии в трубе

5. Используя экспериментально определенное значение продолжительности  ИК-облучения,вычисляются длина трубы             

Таблица 1 -  Оптимальные значения режимных и управление  процессов

Опти-миза- ции	Класс процесса и объект уровня	Критерии оптимизации (функция цели)	Оптими-зирую-щие факторы	Ограни- Чения	Оптимальные значения параметров
Аппа- рат	Трубчатая  установка		q,
Моле- кула	Целлюлоза белок и др.	Коэффициенты биохимических реакций

По вышеизложенному алгоритму определена минимальная длина трубы зоны ИК-облучения при ИК-ЖХМСР для следующих исходных данных: , , , которая составляет .

На единой методологической основе осуществлена формализация многоуровневых и многокритериальных задач оптимизации ТМО процессов. Осуществлены выбор методов оптимизации и алгоритмизация решения целевых функций.

Определены оптимальные  конструктивно - технологические параметры установки для  осуществления процесса ИК-жарения хлопковой мятки в среде растворителя. Продолжительность активного воздействия высоких температур снижена более 3000 раз при ИК-ЖХМСР по сравнению с продолжительность воздействия высоких температур при традиционном жарении в чанных жаровнях. Улучшение качественных показателей продукции за счет реализации разработок подтверждено заключениями лабораторий.

Трактуются вопросы  химических превращений при обработке мятке семян хлопчатника в среде растворителя в поле ИК - облучения.

В результате теоретических и экспериментальных исследований получена математическая  модель процесса терморадиационной обработки  мятки семян хлопчатника в среде растворителя. Разработан алгоритм решения математической модели, программно реализованный на алгоритмическом языке МАТЛАБ применительно к IBM PC. Исследованы основные закономерности  процесса термообработки мятки семян хлопчатника в среде органического растворителя.

Список литературы:

1. А.  с.  13677471.(СССР),  МКИ³  С 11 В 1/10.  Способ получения хлопкового масла / Артиков  А.А.,  Усманов  А.У.,  Маматкулов  А.Х.  и др.(СССР). -   №3894705/31 - 13;  Заявление  01.04.85;   Опубл. 15.09.87,ДСП. - 5 с.: ил. УДК  665.1 (088.8).

2. Гинзбург А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 1973. - 408 с.

3. Гинзбург А.С., Савина И.М. Массо-влагообменные характеристики пищевых продуктов.  - М.: Легкая и пищевая промышленность,1982. -279 с.

4. Закгейм А.Ю.  Введение в моделирование химико - технологических процессов. - М.: Химия, 1982. - 288 с.

5. Кафаров В.В.,  Дорохов И.Н.  Системный анализ процессов химической технологии. - М.: Наука. 1976. - 500 с.

6. Кафаров В.В.,  Дорохов И.Н.  Системный анализ процессов химической технологии. Топологический  принцип формализации. - М.: Наука. 1979. - 400 с.

7. Кафаров В.В.,  Дорохов И.Н.,  Липатов Л.Н.  Системный  анализ процессов химической технологии. - М.: Наука, 1982. - 344 с.

8. Кафаров В.В., Глебов М.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств.- М.: Высшая школа, 1991. - 400 с.

9. Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. Основы ИК - техники. - М.: Машиностроение. 1974. - 336 с.

10. Рогов И.А. Электрофизические методы обработки пищевых продуктов. - М.: Агропромиздат, 1988. - 272 с.

11. Руководства по технологии получения и переработки  растительных масел и жиров / Под ред.  А.Г. Сергеева. - Л.: ВНИИЖ, Т1. кн. вторая, 1974. - 591 с.

12. Сафаров  А.Ф.,  Влаго-тепловая  обработка  масличных  культур: Дис... докт. техн. наук. - Ташкент, 1991. -297 с.

13. Саидмуратов У.А. Оптимизация тепло-массообменного процесса жарения хлопковой мятки //Химическая технология, контроль и управление. – Ташкент, 2008. №6.  - С. 32-34.

14. Технология  производства  растительных  масел  / Копейковский В.М., Данильчик С.И., Гарбузова Г.И. и др. - М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982. - 416 с.

15. Щербаков В.Г.  Биохимия и товароведение масличного  сырья.  - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 336 с.

16. Ganvo K. ИК-сушка в промышленности // Ind. Finish and Surface Coat. 1976. V. 28. N 331.

17. Vavsko A. UK-излучение -London: Iliffe Books-Prague. Techn., Liter. 1968.