Анотація до роботи:

Шахновський А.М. Аналіз та проектування технологічних схем промислового водоспоживання. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.21. – Технологія водоочищення.- Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2006.

Робота присвячена розробці методів підтримки проектних рішень при проектуванні технологічних схем промислового водоспоживання. Розроблено математичну модель схеми водоспоживання на основі рівнянь матеріального балансу одиниць, що впливають на якісний склад води на підприємстві. Сформульовано сукупність критеріїв оптимізації схем водоспоживання та доведено ефективність критерію оптимізації, що передбачає мінімізацію питомих фінансових втрат у процесі водоспоживання.

Вперше запропоновано методологію технологічного проектування схем промислового водоспоживання, що включає концептуальний аналіз схеми водоспоживання та синтез оптимальної схеми із використанням математичної моделі схеми водоспоживання та техніко-економічного критерію оптимізації. Вперше в області проектування технологічних схем водного господарства запропоновано підхід, що базується на задачі математичного програмування до виконання графоаналітичного концептуального аналізу схем водоспоживання, водовідведення та водоочищення.

На основі запропонованих методологічних підходів розроблено алгоритмічне забезпечення для синтезу технологічних схем оптимального водоспоживання.

Випробування результатів дослідження здійснене на промислових об’єктах. Запропоновані у рамках даного дослідження рішення щодо оптимізації водного господарства прийнято до впровадження у Відкритому акціонерному товаристві “Фармак” (м. Київ), та хлібозаводі №3 Відкритого акціонерного товариства “Житомирхліб” (м. Житомир). На підставі проведених досліджень обґрунтовано можливість впровадження на згаданих виробництвах повторно-багаторазового водоспоживання із значним зменшенням обсягу скидання стічних вод до міської каналізаційної мережі. Розроблені математичні моделі та алгоритмічне забезпечення знайшли застосування в наукових дослідженнях та навчальному процесі на кафедрі кібернетики хіміко-технологічних процесів Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут” (м. Київ), та на хімічному факультеті Жешувського технологічного університету (м. Жешув, Польща).

1. Виходячи з необхідності впровадження в промисловості ресурсозберігаючих технологій, підвищення ефективності процесів очищення природних та стічних вод, водоспоживання та водовідведення, проведено теоретико-експериментальне дослідження технологічних схем промислового водоспоживання, водовідведення та водоочищення. Розроблено та впроваджено на промислових об’єктах нову процедуру та алгоритмічне забезпечення для підтримки проектних рішень при створенні або модернізації технологічних схем промислового водоспоживання, водовідведення та водоочищення, яка може застосовуватися для оптимізації схем водного господарства широкого класу підприємств хімічної та споріднених галузей.

2. Розроблена процедура підтримки проектних рішень використовує принцип структурної оптимізації, базується на сформульованій математичній моделі схем водоспоживання, водовідведення та водоочищення в цілому, та техніко-економічному критерії оптимальності технологічних схем і включає етапи концептуального аналізу для визначення потенційних можливостей водного господарства з точки зору водозбереження, та комбінаторного синтезу для генерації проектних рішень щодо оптимального водопостачання та водовідведення. Ця математична модель сформульована на основі детермінованих моделей споживачів води та процесів локального очищення води.

3. Запропоновано новий метод проведення пінч-аналізу як спеціальної складової частини процедури синтезу схем водоспоживання, водовідведення та водоочищення. Водний пінч-аналіз у пропонованій формі не містить графічного етапу, на відміну від традиційного пінч-аналізу, є повністю аналітичним і базується на вирішенні задачі математичного програмування. Серед переваг запропонованого методу перед традиційним – високий ступінь формалізованості та можливість врахування кількох джерел водопостачання.

4. На основі розроблених моделей та процедури генерації проектних рішень створено алгоритмічне забезпечення для розрахунку схем водоспоживання, водовідведення та водоочищення. Розроблений новий алгоритм може використовуватися самостійно, або виступати складовою частиною вже існуючого пакету прикладних алгоритмів “Екологія”, призначеного для проектування хіміко-технологічних схем та їх елементів.

5. Розроблені математичні моделі та алгоритмічне забезпечення використано для підготовки обґрунтовуючих матеріалів щодо організації водопостачання та водовідведення:

– при створенні схеми водоспоживання, водовідведення та водоочищення ділянки целюлозно-паперового комбінату – планується зменшення водоспоживання та утворення стічних вод із 11 тис. (у випадку прямоточного водопостачання) до 13-15 (у оптимізованій схемі));

– під час реконструкції ділянки виробництва на ВАТ “Фармак” (м. Київ) – очікується зниження споживання свіжої води та утворення стічних вод із 11 тис. до 8,5 тис. ;

– під час реконструкції ділянки виробництва хлібозаводу №3 ВАТ “Житомирхліб” (м. Житомир) – за результатами впровадження оптимізованої схеми водопостачання та водовідведення досягнуто зниження споживання свіжої води, та, відповідно, зниження обсягів утворення стічних вод у середньому на 11%.

Аналіз варіантів схем очищення стоків досліджуваних підприємств показує зменшення очікуваних сумарних річних зведених витрат на очищення стічних вод, що утворюються оптимізованою схемою водоспоживання, у середньому на 15% порівняно з тією ж схемою до оптимізації.

6. Практично важливим результатом роботи є те, що розроблена із використанням системного підходу процедура підтримки прийняття проектних рішень щодо оптимального водоспоживання та водовідведення може застосовуватися для оптимізації схем водного господарства широкого класу підприємств хімічної та споріднених галузей.

7. Розроблені алгоритми знайшли застосування у наукових дослідженнях та у навчальному процесі на кафедрі кібернетики хіміко-технологічних процесів ННТУУ “КПІ” (м. Київ) і на кафедрі хімічної інженерії Жешувського технологічного університету (м. Жешув, Польща).

Основний зміст дисертаційної роботи викладений у таких публікаціях:

1. Статюха Г. О., Квітка О. О., Шахновський А. М. Використання методу водного пінч-аналізу в проектуванні схем промислового водоспоживання. // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2003. – №2. – С. 125-131.

2. Статюха Г.О. Квітка О.О., Шахновський А.М. Моделювання схем промислового водоспоживання на основі методу структурних параметрів // Экотехнологии и ресурсосбережение. – 2003. – №5. – С. 57-62.

3. Статюха Г.А., Квитка А.А., Ежовски Я., Шахновский А.М. Повышение эффективности схем промышленного водопотребления (на примере из содовой промышленности). // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2003. – №3. – С. 57-65.

4. Джигирей І. М., Квітка О.О., Шахновський А.М. Застосування Пінч-аналізу до моделювання схем очищення стічних вод на прикладі пивоварного виробництва // Вісник Технологічного університету Поділля. Ч.2. Технічні науки. – 2003. – №4. – С. 242-245.

5. Shakhnovskij A., Jezowski J., Kvitka A., Jezowska A., Statiukha G. Optymalizacja sieci wody procesowej przy zastosowaniu programowania matematycznego. // Inzineria chemiczna i procesowa. – 2004. –25. – р. 1607-1612.

6. Шахновский А.М., Статюха Г. А., Квитка А.А. Структурная оптимизация схем промышленного водопотребления // Вісник Черкаського державного технологічного університету. – 2004. – №3. – С. 149-153.

7. Шахновський А. М., Єжовський Я.М., Статюха Г. О., Квітка О. О. Проблема оптимальності в задачах синтезу схем промислового водоспоживання. // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2004. – № 6. – С. 35-41.

8. Шахновський А. М. До питання комплексного розрахунку технологічних схем водоспоживання та водоочищення // Вісник Хмельницького національного університету. – Том 1. Технічні науки. – 2005. – № 6. – С. 59-62.

9. Статюха Г. А., Квитка А. А., Шахновский А. М. Проектирование схем рационального водопользования на основе метода “Пинч-анализа”. // Материалы МНТК “Современные проблемы химической технологии неорганических веществ”. – Одесса: “Астропринт”, 2001. – т.2. – С. 212-215.

10. Статюха Г.А., Квитка А.А., Шокодько О.В., Шахновский А.М. Моделирование схем очистки сточных вод предприятий на основе метода “Пинч-анализа”. // Материалы международной конференции “Математические методы в технике и технологиях” – ММТТ-2001. – Смоленск. – 2001.

11. Квитка А. А.,. Шахновский А. М. Повышение эффективности схем промышленного водопользования. // Збірка тез доповідей учасників ІV МНПК “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУУ “КПІ”, 2001. – С. 181-182.

12. Statyukha G., Kvitka A., Jezowski J., Shakhnovsky A. The improving of efficiency of industrial water use networks by example of soda refinery // Summaries of 15 International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA-2002, Praha. – 2002. – P 5.74.

13. Квитка А.А., Шахновский А.М. К вопросу синтеза схем рационального водопотребления. // Материалы международной конференции “Математические методы в технике и технологиях” – ММТТ-15. – Тамбов. – 2002. – т.4. – С. 113-115.

14. Квітка О. О., Шахновський А. М., Джигирей І. М. Оптимальний синтез схем водоспоживання. // Збірка тез доповідей учасників V МНПК “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУУ “КПІ”, 2002. – С. 436-437.

15. Квітка О. О., Шахновський А. М. Використання методу пінч-аналізу для розрахунку схем очищення стічних вод. // Збірка тез доповідей учасників V МНПК “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУУ “КПІ”, 2002. – С. 438-440.

16. Краженко Т. А., Шахновский А. М., Квитка. А. А. Схемы промышленного водопотребления с регенерацией потоков // Збірка тез доповідей учасників VІ МНПК “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУУ “КПІ”, 2003. – С. 120-121.

17. Статюха Г.А., Квитка А.А., Шахновский А.М. Применение метода обобщенной схемы к синтезу схем промышленного водопотребления // Материалы международной конференции “Математические методы в технике и технологиях” – ММТТ-16. – Ростов-на-Дону. – 2003. – т.4. – С. 65-67.

18. Шахновский А.М., Ежовски Я., Статюха Г. А., Квитка А.А. К робастности одной процедуры оптимизации схем водопотребления // Материалы международной конференции “Математические методы в технике и технологиях” – ММТТ-17. – Кострома. – 2004. – т.4. – С. 37-38.

19. Квитка А.А., Краженко Т. А., Шахновский А.М. Простой экономический критерий оценки эффективности схем промышленного водопотребления // Материалы международной конференции “Математические методы в технике и технологиях” – ММТТ-17. – Кострома. – 2004. – т.4. – с. 38-39.

20. Shakhnovsky A., Jeowski J., Statyukha G., Jeowska A. An approach to water usage network retrofit design. // Materials of International Workshop “Process integration and modelling chromatography processes”. – Rzeszow-Boguchwala. – 2004. – p. 95-104.

21. Статюха Г. А., Квитка А.А., Шахновский А.М., Джигирей И. Н. Проектирование ресурсосберегающих технологических схем водного хозяйства промышленных предприятий. // Тезисы докладов ІІ Международной конференции “Сотрудничество для решения проблемы отходов”. – Харьков. – 2005. – С. 185-187.

22. Янишпольський В. В., Шахновський А. М., Громова А. А. Моделювання схеми водоспоживання ділянки фармацевтичного виробництва. // Збірка тез доповідей учасників VІІІ МНПК “Екологія. Людина. Суспільство”. – К.: НТУУ “КПІ”, 2005. – с. 161.