Синергетические аспекты инновационной экологизации промышленных установок

Рассмотрены синергетические аспекты новой методики изобретательства применительно к решению задач экологизации промышленных установок.

Во многих  странах, оказавшихся  в  сложном кризисном экономическом положении,  пытаются реформировать свою экономику. Их опыт свидетельствует о том, что  одной из наиболее важных стратегических задач  реформирования  является  реализации принципов устойчивого развития с решением экономических, социальных и экологических проблем за счет ориентации на развитие среднего и малого бизнеса и превращения его в технологический бизнес, использования высокого инновационного потенциала и рыночных механизмов хозяйствования на базе системного анализа и современных информационных технологий. Особое значение при этом приобретает экологизация производства.

Сравнительно новый термин экологизация предполагает, что это  процесс неуклонного  и последовательного  внедрения систем  технологических,  управленческих  и других решений,  позволяющих  повышать эффективность  использования естественных ресурсов  и условий наряду с улучшением или  хотя бы сохранением качества. Все рассуждения о необходимости экологизации останутся словами, пока не установлены четкие  количественные характеристики экологических показателей систем на различных иерархических уровнях. Без этого невозможно заниматься оценкой различных методов производства и техники очистки газов и жидкостей, невозможно сопоставлять варианты решений, предлагаемых для конкретных производственных задач, наконец, невозможно заниматься оптимизацией экологической техники.

Имея количественные характеристики экологического уровня производства, можно сопоставить различные технические решения, выбрать оптимальные и даже проектировать новые системы с заранее заданным уровнем воздействия на окружающую среду. В силу  принятой  стратегии реформирования экономики  в  условиях кризиса,  приобретают большое значение  экологизация средних и малых предприятий. Ввиду разнообразия таких предприятий, большого их количества,  особенностей экономики, эта проблема становится с каждым днем все более важной.

Кроме того, все чаще приходится слышать о том, что   реальный средний и малый бизнес без инновационного наполнения является неэффективным и не способствует технологическому перевооружению агонизирующей экономики. Причина в том, что при нынешнем динамичном развитии мира часто усвоение накопленного ранее опыта и знаний становится почти бесполезным во многих профессиональных областях. Объем знаний сейчас таков, что усвоить их даже частично уже невозможно, тем более, что количество информации, по некоторым оценкам, увеличивается каждые десять лет вдвое. Анализ ситуации показывает, что сейчас нужно не столько что-то знать (ибо большая часть знаний быстро забывается), сколько понимать, что нужно знать для решения той или иной задачи, уметь находить ее решения, используя творческие способности или умение самостоятельного поиска необходимой информации с использованием информационных технологий и приобретенных знаний. 

Поэтому для  развития среднего и малого бизнеса  и создания стартапов   необходимы творчески ориентированные специалисты, нестандартно мыслящие люди, способные эффективно работать в самых разных областях знаний, независимо от их специальности. Для предпринимателей нужен новый тип мышления – креативный. Формирование человека креативного типа предполагает освоение им принципиально новой культуры мышления, суть которой, в конце концов, заключается в развитии интеллекта человека с помощью нетрадиционных технологий обучения. В таких технологиях акцент делается не столько на организацию и переработку знаний, сколько на их порождение. 

Итак, современный технологический бизнес в условиях рыночной экономики  должен быть  инновационным, иначе он  не сможет быть  развивающимся и успешным. Поэтому ставка на узкую специализацию  предпринимателя,  даже с высшим образованием  по европейскому  образцу (даже при  использовании  пресловутой Болонской системы),  сейчас представляется бесперспективной уже потому, что для плодотворной работы и создания чего-то нового необходимо обладать широким кругозором и уметь грамотно и творчески  решать проблемы. К сожалению, высшее образование сегодня крайне редко    готовит таких  специалистов для среднего и малого бизнеса. В связи с этим может оказаться, наконец (я много раз писал уже об этом), полезной моя новая  синергетическая методика изобретательства, основанная на   использовании системного анализа и синергетики систем,  средств и методов  управления  процессами на лимитирующих уровнях и обеспечения их гармонизации. У новой методики  нет особо новых теоретических основ. Все те же  известные системный анализ, синергетика, логика, диалектика, много традиционных и новых методов внешнего воздействия. Все то же внимание к характеристикам  системы, прежде всего на ее лимитирующих определяющих уровнях. Разве что, отличие, что   в методике  предложены еще и средства и методы  использования всего этого  для  решения конкретных изобретательских задач на  основе принципа соответствия (гармонизации) внешних воздействий на   лимитирующих уровнях системы с учетом характеристик  основных процессов на них.

Для того, чтобы найти инновационные решения при оптимизации  действующих  технических систем или  создании новых в рамках среднего и малого бизнеса предлагался   новый  алгоритм   синергетического изобретательства и технологического бизнеса (АСИТБ). Главное в новом  методе то, что он не ставит задачу устранения противоречий, как в известных традиционных подходах, типа ТРИЗа, а предлагает  проводить поиск или создание  новых методов  и определение оптимальных параметров противоречий  с целью их гармонизации.

Подробное описание и примеры использования этого метода изобретательства можно найти в  моем Интернет -  портале   Это не развлекательный портал для студентов, его цель - не только дать  информацию и расширить профессиональный кругозор, но также обучить инновационной технике и технологии бизнеса, обеспечить развитие творческих способностей, склонности создавать инновационные решения.

Изобретателями не рождаются, ими становятся. Сложность в том, что для уверенного использования  этой методики изобретательства необходимо не только знать, что  существуют те или иные способы и средства  воздействия на  системы, но и   уметь   их   выбрать или  предложить новые. Для этого  в портале предусмотрена возможность получения дальнейшего  образования в специальной Школе синергетического изобретательства, которая   может  работать как в явочном, так и в онлайновом режимах.

Рассмотрим  синергетические аспекты  использования  предложенной методики применительно к решению задач экологизации  промышленных установок.

1. Конкретизация задачи это не всегда ее сужение. В случае экологизации  трудно оторвать эту задачу от задачи совершенствования технологии, точнее, техники (если рассматривать технику как синергетическое единство технологии и оборудования для ее реализации). И повышение энергоэффективности  также  заслуживает внимания.  Ведь не случайно наряду с  экологическим аудитом специалисты проводят  технологический и  энергетический.  Нетрудно убедиться, что при выполнении всех этих аудитов    специалисты используют одну и ту же информацию,  на ее базе   создают  очень близкие по форме  документы, да и выводы и рекомендации  аудиторов по  объекту очень близки, а  иногда и просто совпадают.  Видимо,  настала пора заменить  эти аудиты одним комплексным эколого - технолого – энергоаудитом, проведя  который можно определить изменение  интегральных  показателей объекта. Мы многократно  убедились в этом, выполняя работы по оптимизации  действующих   промышленных установок в химической и пищевой технологиях.

2. Системный анализ объекта    при  реализации предложенного алгоритма  включает не только анализ известных   технологических и аппаратурных решений, но  и  анализ кинетических характеристик процессов в объекте. Такой анализ дает основную информацию, необходимую для установления,   так называемого, определяющего, лимитирующего уровня. Именно на нем при экологизации  необходимо сосредоточить  усилия  разработчиков.

3. Выявление противоречий на лимитирующем уровне иерархии является наиболее  ответственным и трудным этапом  работы и требует  достаточно высокого уровня  профессионализма и опыта  в области экологизации.  Здесь типичной ошибкой является использование, так называемых, узких специалистов.

4. Итак, нужна гармония между  противоречиями. В  известном ТРИЗе  противоречия запросто устраняют. Это можно сделать в простейших  объектах, где создаются изобретения самого низкого уровня.   К примеру, колпачок из металла к  газовому баллону сделать не металлическим, а  из  подходящего пластика.  В экологии приходится решать задачи гораздо более сложные, связанные с  многостадийными промышленными производствами. И методы должны быть соответствующими. 

Гармонию можно обеспечить   как  изменениями внутри системы, например, за счет использования  адаптивного оборудования с высокой степенью адаптивности, или, как сейчас говорят, высокой гибкости, но можно использовать внешние воздействия с параметрами, соответствующими определяющим размерам элементов структуры лимитирующего уровня. К примеру, лимитирующим оказался уровень какого-то газо-жидкостного аппарата, где взаимодействие фаз происходит в барботажном режиме. Анализ подсказывает, что экологическая проблема  будет решена, если  ускорить процесс отвода продуктов из зоны взаимодействия фаз.  В нашей базе данных есть   метод для  этого – создание колебаний фаз. Вот только каких колебаний? Какой частоты?  В свое время,  в США для  такого случая    под так называемый  дефлегматор в ректификационной установке поместили   низкочастотный вибратор, снятый  с бетономешалки.  Эффекта не получили. Нужны колебания, соизмеримые с частотой собственных колебаний  пузырьков газовой фазы, а это гораздо выше, чем в бетономешалке, порядка 10 сек ^-1. 

Для выбора методов воздействия на систему  целесообразно использовать предложенную автором базу данных по тактическим приемам экологизации.  Ввиду ограниченного объема публикации, я сообщу лишь о некоторых  эффективных приемах, используемых нами при  выполнении 4 этапа алгоритма  экологизации, иногда с краткими  ремарками:

Наряду с тем, что некоторые из имеющихся в этой базе принципов имеют общетехнический характер (рекуперация, утилизация отходов и ресурсосбережение), некоторые из них имеют особенное значение для перерабатывающих отраслей промышленности, в частности, для химической, металлургической, пищевой. К примеру, концепция обеспечения безотходности не только за счет утилизации отходов или ресурсосбережения, но и за счет повышения селективности, т.е. выхода именно целевого продукта. В конце концов, эта концепция сводится не к стремлению бороться с отходами, а вести процесс так, чтобы они образовывались в минимальном количестве.

Современная экологизация предусматривает не обезвреживание выбросов "вообще" в смешанном жидком или газовом сбрасываемом потоке, а локальное обезвреживание выбросов по возможности покомпонентно как можно ближе к источнику их образования. Этот подход является альтернативным по отношению к распространенному принципу создания глобальных очистных сооружений для нейтрализации или утилизации всей гаммы вредных выбросов. Локальная очистка, максимально приближенная к источникам выбросов, как показал мировой опыт, оказалась гораздо более эффективным направлением экологизации, особенно в сочетании с концепцией безотходности.

Не касаясь слишком специальных вопросов- им место на страницах специальных изданий, остановимся лишь на некоторых принципах экологизации, сформировавшихся в последние годы и показавших свою высокую эффективность и результативность уже при первых опытах их использования при экологизации конкретных объектов перерабатывающих отраслей промышленности.

Одним из наиболее эффективных принципов экологизации является смнергетичность  в решении задач уменьшения степени загрязнения окружающей среды промышленными установками. При этом подразумевается не только использование безотходных или малоотходных технологий, не только применение оборудование для локальной очистки газов и жидкостей, а, прежде всего - решение комплексной задачи по созданию экологической  техники как синергетического единства технологии и оборудования. Таким образом, принцип комплексности в этой трактовке подразумевает одновременное решение вопросов оптимизации аппаратурного и технологического оформления процессов.

Наряду с комплексностью необходимые требования экологичности обеспечиваются принципом обеспечения достаточного уровня гибкости. Под гибкостью при этом подразумевается количественный показатель, отражающий возможность работы технологии и оборудования в широком диапазоне изменения внешних и внутренних параметров установки с заданными значениями уровня образования побочных продуктов. Можно воздействовать на объект экологизации, прежде всего изменяя его гибкость. Воздействовать на объект можно также достаточно результативно, используя принципы "многократность использования ресурсов и энергии" и "максимальная селективность синтеза и разделения", смысл которых ясен из их названия.

Кроме принципов экологизации, в базе данных приведены наиболее употребительные приемы для их реализации, в частности, применительно к перерабатывающим отраслям производства. Среди них следует разграничить две тесно связанные между собой группы методов- режимно-технологические и аппаратурно-конструктивные. Наряду с традиционными для любой области техники методами (замкнутость структуры и многофункциональность оборудования, интенсификация) особенности перерабатывающих отраслей предопределяют использование некоторых специальных методов экологизации.

Среди них:

- минимизация времени обработки и избыток одного из реагентов, приводящие чаще всего к повышению селективности и уменьшению образования побочных продуктов, рекуперация, замкнутость потоков вещества и энергии, приводящие, к "идеализации" режимов синтеза и значительному уменьшению скорости побочных процессов,

- совмещение синтеза и разделения, гетерогенизация, позволяющие существенно уменьшить образование побочных продуктов за счет отвода целевого продукта из реакционной зоны в момент его образования,

- адаптивность технологии и оборудования, позволяющая обеспечить надежную работу технической системы за счет "внутренних" резервов (гибкости) установки, что уменьшает возможность залповых выбросов вредных веществ или получения некондиционного продукта. 

Заметим, кроме того, что:

- Недопустимо  смешивать отходы различных производственных установок. Это не только усложняет их извлечение, но и зачастую  затрудняет их обезвреживание или использование в качестве сырья в других производствах.

- Уже отмечено, что необходимо стремиться решить  вопросы экологизации как можно ближе к месту  образования выбросов.  Необходимы локальные установки очистки на каждой  установке, а не   грандиозные очистные сооружения цехов и предприятий.

- Целесообразно  широко  использовать в производствах, где один из компонентов   является высокотоксичным,  рециркуляцию нетоксичного компонента, с тем, чтобы значительно  увеличить  соотношение  компонентов в сравнении с требуемой  стехиометрией.

- Значительный эффект повышения  экологичности  можно достичь,  используя  синергетические или диссинергетические эффекты. В некоторых случаях нам  таким путем удавалось в несколько раз сократить выбросы и увеличить  производительность, улучшить качество продукции  одновременно с уменьшением в десятки раз  расхода энергии.

- В развитие  совершающего победное шествие по Европе  метода индустриального симбиоза (увязывание материальных и энергетических потоков различных  производств в единую технологическую систему ), мы предложили и сейчас развиваем метод индустриально – аграрного симбиоза, идея  которого ясна из  названия. К примеру, нам удалось предложить эффективное решение сложной  проблемы   использования отработанного активного ила за счет его вывоза в качестве удобрения на поля, несмотря на наличие в нем тяжелых металлов,  в количествах, гораздо выше нормативных,   засеивания полей люцерной, являющейся биологическим насосом для этих металлов, дальнейшей переработки  значительно возрастающего при этом урожая  люцерны  за счет  металлов  (они выполняют роль микроудобрений)  на заводе  растительного белка с отделением  концентрата тяжелых металлов и полным освобождением  от них  зеленой массы  (работы Г.Лобача). За счет такого индустриально – аграрного симбиоза  трудную проблему переработки токсичного ила рано или поздно удастся решить.

Что касается  методов переработки промышленных отходов и обезвреживания выбросов, то необходимо вначале  рассмотреть вопросы об экологизации собственно производства и реализовать экономически оправданные варианты устранения или существенного уменьшения количества выбросов путем повышения селективности  (избирательности) основного процесса или выхода целевых продуктов. В конце концов, эта концепция сводится не к стремлению бороться с отходами, а вести процесс так, чтобы они образовывались в минимальном количестве.