CC BY
26
тальные параметры как и в уравнении (2). Ранжирование параметров экструзии показыва-, что на выходной параметр У (будь то степень пучивания, прочность, удельная мощность или юизводительность) более существенно влияют 1лщина щели фильеры и влажность Х{, в зньшей степени — число оборотов Х2 и длина нека Х^.
Анализ матрицы парных корреляций показал, о наиболее коррелируемыми со степенью вспу-шания являются ширина формующего отверстия влажность, повышение удельной прочности при-)дит к снижению степени вспучивания крекера, роме того, исследование коэффициентов >рреляции позволяет выявить коллениарные па-1метры, каковыми в нашем примере являются ирина щели фильеры, влажность и производи-
(ЛЬНОСТЬ.
Можно сделать вывод, что эти параметры тределяются некоторой новой латентной пере-энной, которую можно характеризовать как ком-1ексный фактор, определяющий степень физико-шических преобразований материала при экс-)удировании. Регулирование этих параметров называет влияние на регрессионную модель, сле-)вательно, дает возможность предсказать ожида-дое значение степени вспучивания экструдатов, е. их качество.
Высокий коэффициент дисперсии параметров Х2 Х3 говорит о высокой степени рассеяности, что :лает модель неустойчивой, в то же время коэф-ициенты эластичности и вариации указывают, го пренебречь этими параметрами нельзя. По-роение прогнозирующего уравнения объясняет 1кже поведение модели при введении дополни-;льных компонентов, например, вкусовых доба-ж соли или сахара. На высокую чувствительность одели при этом указывает не только численное зменение коэффициентов, но и замена знаков гкоторых из них.
Так, при вводе 2% соли в уравнении мощности зложительный знак имеют только коэффициенты , и Хъ, а при вводе 5% сахара, при прочих равных
условиях, Х{ и Хь имеют отрицательные знаки, а Х2, Х6, Х7 и Хв — положительные.
Предварительные однофакторные эксперименты показали, что добавки соли до 2% или сахара до 5% повышают степень вспучивания, снижают удельную прочность крекеров, улучшают вкусовые показатели по экспертной оценке. При этом производительность при добавке сахара в 1,5 раза выше, а остальные показатели примерно одинаковы.
Совпадение однофакторных и статистических полнофакторных зависимостей говорит о высокой чувствительности модели и ее адекватности. Таким образом, задача скорейшего получения научно обоснованных прогнозов может решаться с использованием математических моделей, в которых основные технологические, конструктивные, экономические и другие показатели рассматриваются во взаимодействии и взаимосвязи.
Это приводит к повышению точности и надежности результатов, улучшению характеристик принятого варианта прогноза, что позволит создавать в перерабатывающих отраслях промышленного производства технологические линии высокой эффективности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панфилов В.А. Технологические линии пищевых производств (теория технологического потока). — М.: Колос, 1993. — 288 с.
2. Благуш П. Факторный анализ с обобщениями. — М.: Финансы и статистика, 1989. — 248 с.
3. Методы анализа и прогнозирования показателей производственно-хозяйственной деятельности энергетического объединения / Е.Е. Барыкин, О.В. Зайцев, Э.М. Косматов, А.А. Миролюбов / Под ред. П.М. Шевкоплясова. — Спб.: Энергоатомиздат, 1994. — 144 с.
Кафедра автоматики и автоматизированных производств
Кафедра технологии пищевых производств Кафедра вычислительных машин, комплексов, систем и сетей
Поступила 14.03.96
66.012-52:66.047.5
АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ С РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫМИ ПОТОКАМИ
.Т. КРЕТОВ, А.А. ШЕВЦОВ, С.В. ШАХОВ
~>ронежская государственная технологическая академия
Принципиальным направлением в повышении гпловой экономичности и экологической эффектности сушильных установок является рецирку-щия части отработанного сушильного агента, т.е. ■о возврат на сушку с предварительным смешива-яем со свежим воздухом, забираемым из атмосеры. Рециркуляция сушильного агента по схеме частично замкнутым циклом позволяет сущест-;нно повысить степень использования его потен-аала и в случае недопустимости интенсивного 1аления влаги из продукта создает ’’мягкие” ре-имы сушки. Регулируя соотношение расходов >ставляющих смеси сушильного агента, можно
получить необходимые параметры при сушке различных зернистых продуктов независимо от климатических условий и времени года [1].
Однако рециркуляция сушильного агента, с одной стороны, приводит к увеличению его влагосо-держания, а с другой — уменьшает движущие силы процесса массообмена.
При сушке термолабильных продуктов с высокой энергией связи влаги, например зерна, когда исчерпаны возможности повышения начальной температуры сушильного агента в силу накладываемых ограничений на качество, увеличивают длину сушильного тракта или число зон, или применяют многократную подачу зернистого продукта на сушку. В соответствии с современными тенденциями в создании компактных зерносушильных объектов
для фермере сушильных у ляции продуї продукта прі при получен: этом ИНТЄНС] шильной уст Однако вы смеси рецир ваемым не м случае исхоі нентов, прои сушилку и влажность, влажности е большой разі вать технолі мым к качест та. Регулиро сухому прод; и конечных тических заі ной степени конечной вл ний и позво, ных физико-Учитывая роны технол низацией де предлагаете мы управлеї щей по схеї отработанно ной рецирк) Под алгорі совокупност ющих логкч равляющих определяете: стью операт условиях сл;
Особенно» рассматрива стемы управ щий поток і новной и дс ется на пре; дукта, а доп куляцию и соотношени ного влагосс Предвари: последующу работке прс сушильным ловия ДЛЯ ( рециркуляці равнивание мого продук ходимых те> Приведем которые леї сушки. Уде. свежего суи ставляет:
_ 1+1
наки, а
именты хара до шжают <усовые ом про-5 раза динако-
ических
!ЫСОКОЙ
:ти. Та-научно исполь-|рых ос-, эконо-ются во
надеж-•ик при-)здавать ленного кой эф-
ых произ-L: Колос,
- М.:
производного объ-<осматов, .. — Спб.:
)6.047.5
1ке раз-от кли-
'а, с од-шгосо-1жущие
1ЫСОКОЙ
)гда ис-:ой тем-адывае-т длину меняют на суш-нциями бъектов
для фермерских хозяйств уменьшение габаритов сушильных установок достигается за счет рециркуляции продукта. Частичный возврат (ретур) сухого продукта придает ему хорошие сыпучие свойства при получении низкой конечной влажности. При этом интенсивно используется рабочий объем сушильной установки [2].
Однако выравнивание температуры и влажности смеси рециркулирующего продукта с вновь подаваемым не может произойти мгновенно. В общем случае исходная смесь состоит из набора компонентов, прошедших неодинаковое число раз через сушилку и имеющих различные температуру и влажность. Поэтому значения температуры и влажности высушенной смеси имеют достаточно большой разброс, что не всегда может соответствовать технологическим требованиям, предъявляемым к качественным показателям готового продукта. Регулирование же кратности рециркуляции по сухому продукту в зависимости от его начальных и конечных показателей с использованием кинетических закономерностей процесса в значительной степени решает задачу стабилизации средней конечной влажности в интервале заданных значений и позволяет вести сушку в области стандартных физико-химических свойств продукта.
Учитывая положительные и отрицательные стороны технологических приемов, связанных с организацией движения рециркуляционных потоков, предлагается алгоритм функционирования системы управления сушильной установкой, работающей по схеме с частично замкнутым циклом по отработанному сушильному агенту с одновременной рециркуляцией продукта по сухой фазе.
Под алгоритмом функционирования понимается совокупность определенных правил, устанавливающих логическую последовательность подачи управляющих воздействий, ресурс действия которых определяется системой ограничений с возможностью оперативной коррекции режима сушки в условиях случайных возмущений.
Особенность способа сушки [3], для которого рассматривается алгоритм функционирования системы управления, заключается в том, что отходящий поток сушильного агента разделяется на основной и дополнительный. Основной поток подается на предварительный подогрев влажного продукта, а дополнительный направляется на рециркуляцию и смешивается со свежим воздухом в соотношении, необходимом для получения заданного влагосодержания исходной смеси.
Предварительный подогрев продукта ускоряет последующую сушку, а при непосредственной обработке продукта высоковлажным отработанным сушильным агентом создаются благоприятные условия для его подвяливания. За счет частичной рециркуляции сухого продукта обеспечивается выравнивание начальной влажности вновь подаваемого продукта на сушку с целью реализации необходимых технологических режимов сушки.
Приведем некоторые балансовые соотношения, которые легли в основу управления процессом сушки. Удельный расход смеси отработанного и свежего сушильного агента в процессе сушки составляет:
L+Ln
о =
_L
G,
0
11 +
L GJ
где
гса = 1>ш/Ь — кратность рециркуляции по сушильному агенту; соответственно расходы отработанного сушильного агента в линии рециркуляции и свежего, забираемого из атмосферы; йт — расход влажного продукта.
С учетом материального баланса по испаряемой влаге для способа смешивания рециркулята и свежего сушильного агента перед калорифером величина гса может быть определена по формуле [1]
=
(2)
где
X
рц
(1)
, хсн — соответственно влагосодержание свежего, отработанного и смеси сушильного агента.
Отсюда следует, что
*с„ = - *о) + 'V (3)
В установившемся режиме сушки, когда = const, достижение заданной величины хсм обеспечивается выбором единственного значения кратности рециркуляции га. При случайных возмущениях как со стороны начальной влажности продукта, так и со стороны влагосодержания свежего сушильного агента (хj - х0 = var), обусловленных погодно-климатическими условиями, непрерывно корректируется величина гса воздействием на расход сушильного агента в линии рециркуляции L, из условия выполнения ограничения (о).
Средние значения влажности зернистого продукта в начале и конце процесса связаны между собой через кратность рециркуляции по сухой фазе следующим образом:
W0 = (W0 + r3WK)/( 1+0, (4)
где _ _
Г0, W0, WK — влажность соответственно продукта, подаваемого на сушку, смеси рециркулирующего и вновь подава-емого на сушку продукта, продукта на выходе из сушилки; r3 = G / GT — кратность рециркуляции продукта по сухой фазе;
G , GT — соответственно расходы сухого продукта в линии рециркуляции и влажного продукта, поступающего на сушку.
Перепишем (4) относительно гз:
г. = (к - ю/(к - Щ- (5)
Из (5) следует, что величина гз определяется
текущей влажностью исходного продукта W0, значением W, получаемым при смешивании, и разностью (W0 - W.). В этой связи из закономерностей кинетики сушки необходимо располагать зависимостью изменения влажности конкретного зернистого продукта от времени и параметров процесса, которую в общем виде можно представить функцией:
Гк = (W0, Т, v, Я, *см, г), (6)
где Т и v — температура, К и скорость сушиль-
ного агента, м/с, на входе в сушилку;
Я — толщина зернистого слоя, м; т — время, ч.
Наличие достаточно точной математической модели (6) во всем диапазоне изменения переменных позволяет реализовать метод оптимизации с предвидением [4]. Метод предусматривает непрерывное измерение не только управляющих воздействий, но и всех существенных возмущений, нарушающих найденный однажды оптимум. При изменении тех или иных условий протекания процесса система управления в соответствии с алгоритмом функционирования расчетными методами по модели (6) находит новые значения всех варьируемых параметров, оптимальных для данных условий с точки зрения получения конечной влажности продукта в заданном интервале значений.
в
На рисунке представлена схема управления процессом сушки зерна, поясняющая алгоритм ее функционирования.
Схема содержит сушилку /, калорифер 2, вентилятор 3 с регулируемым приводом, накопитель 4, норию 5 с регулируемым приводом, камеру нагрева 6, камеру смешивания 7; линии: подготовки сушильного агента 8, рециркуляции сушильного агента 9, подачи отработанного сушильного агента на предварительный подогрев влажного продукта 10, отвода отработанного сушильного агента 11, подачи влажного продукта в сушилку 12, отвода высушенного продукта 13, рециркуляции высушенного продукта 14, подачи греющего пара в калорифер 15, отвода конденсата /б; датчики: давления сушильного агента на входе и выходе из слоя продукта 17 и 18, температуры и влагосо-держания сушильного агента 19 к 20, влажности высушенного продукта 21, соответственно расходов рециркулирующего продукта 22, влажного продукта 23, сушильного агента 24, греющего пара 25; вторичные приборы 26-34, микропроцессор 35, преобразователи 36-41, регуляторы 42-45, исполнительные механизмы 46-51.
Управление процессом осуществляется следующим образом. С помощью датчиков 17-25 и вторичных приборов 26-34 информация о ходе про-
цесса сушки передается в микропроцессор 35, в который предварительно вводят ограничения на . влагосодержание и температуру сушильного агента, на перепад давления сушильного агента в слое зернистого продукта, а также влажность высушенного продукта соответственно в пределах:
0,01 кг/кг <хсм <0,014 кг/кг, (7) 373 К <ГСН <413 К, (8)
0,45 кПа< АР <3,42 кПА, (9)
10% <ГК <12%. _ ; (10)
Пределы ограничений (7)—(10) определены экспериментально и применительно к сушке зерна в . подвижном перемешиваемом слое обусловлены как его качеством, так и экономической целесообразностью процесса [5].
По информации датчика 21 и вторичного прибора 32 микропроцессор 35 непрерывно сравнивает текущую величину влажности высушенного продукта с заданным интервалом значений , При отклонении от например, в сторону, увеличения (Шк > микропроцессор последова-: тельно по четырем каналам управления корректи-, рует режим сушки по следующему алгоритму.
Сначала вырабатываются корректирующие сигналы, которые с микропроцессора через преобра-, зователи 37 и 38 подаются на исполнительные механизмы 47 и 48, посредством которых умень--> шается кратность рециркуляции по сушильному агенту гса путем снижения его расхода в линии 9 (I канал управления). Излишняя часть отработанного сушильного агента подается по линии 10 на. предварительный подогрев влажного продукта. Работа исполнительных механизмов 47 и 48 синхронизирована. Уменьшение кратности рециркуля-: ции га осуществляется до достижения влашсодер-жания х значения 0,01 кг/кг в соответствии с (7).
Затем через преобразователь 40 корректируется г задание регулятору 44, который с помощью испол-' нительного механизма 50 воздействует на увеличение расхода греющего пара в калорифер 2 до . достижения температуры сушильного агента максимально допустимого значения Гсн = 413 К в соответствии с (8) (II канал управления).
Далее микропроцессор через преобразователь 39 осуществляет коррекцию задания регулятору 43 и посредством исполнительного механизма 49 регу^ лируемого привода вентилятора увеличивает по-дачу сушильного агента в линии 8 до достижения ’ перепада давления в слое значения Р = 3,42 кПа в соответствии с (9) (III канал управления).
И последним этапом в коррекции режима сушки является подача управляющих воздействий на изменение соотношения расходов влажного продукт -та, подаваемого на сушку, и сухого в линии рецир- : куляции 14 (IV канал управления). При этом корректирующие сигналы подаются через преобра*; зователи 36 и 41 на регуляторы 42 и 45, которые соответственно с помощью исполнительных меха-.; низмов 46 и 51 увеличивают кратность рециркуляции продукта по сухой фазе гз до тех пор, пока не . будет выполнено главное условие (10).
Следует заметить, что каждый последующий канал управления срабатывает после того, как предыдущий выйдет на ограничение, т.е. полностью исчерпает свой собственный ресурс. Включе-
ние к; рывае' ности ному Вс. водит поряд ресурс ми дв Так онирс новкс опера проце зерни его П( МЫ С} суши реци] режи ным энер!
Ра мы у
Е.Н.
Кубаї
Кі
тиф]
вия,
кото
мов
ции
приї
отбс
закл
К0Л(
р
шен
НОВІ
дачі
стш
П0ВІ
ции
рас"
сод<
деп
мас
рос
хар;
ком
Ьр 35, В Ьния на л Ьго аген- ' га в слое усушен- :
(7) ;
(8) (9)
(10) !ены экс-\ зерна в (ловлены ^елесооб-
'0 прибо-шнивает юго про-ний . сторону, -іследова-; . орректи-,; стму. щие сиг-преобра-, цельные х умень-:ильному линии 9 работай- ; ни 10 на укта. Ра-? синхро-циркуля-агосодер-тствии с
тируется |Ю испол-(а увели-зер 2 до :нта мак-413 К в
затель 39 ■ору 43 и.
49 регу-івает по-тижения ,_ 3,42 кПа я).
т сушки їй на из-3 продукт ; їй рецир-1ри этом преобра* которые :ых меха-, циркуля-, пока не.
едующий ■ого, как
5, П0ЛН0-
Включе-
ние каналов управления, а также их работа прерывается, как только фактическое значение влажности высушенного продукта станет равным заданному интервалу значений.
В случае, когда УУ,, <№к, микропроцессор производит включение каналов управления в том же порядке, а подача управляющих воздействий и их ресурс определяется противоположными границами двухсторонних ограничений (7)-(10).
Таким образом, предлагаемый алгоритм функционирования системы управления сушильной установкой с рециркуляционными потоками позволяет оперативно регулировать режимные параметры процесса при колебаниях начальной влажности зернистого продукта в широких пределах и темпа его подачи на сушку, обеспечивает ’’мягкие” режимы сушки за счет регулирования влагосодержания сушильного агента с воздействием на кратность рециркуляции, стабилизирует гидродинамический режим и сокращает потери продукта с отработанным теплоносителем, максимально используя энергетический потенциал последнего.
ВЫВОД
Разработан алгоритм функционирования системы управления сушильной установкой, работаю-
щей по схеме с частично замкнутым циклом по сушильному агенту и одновременной рециркуляцией продукта по сухой фазе. В условиях случайных возмущений алгоритм предусматривает строго упорядоченную подачу управляющих воздействий, ресурс действия которых определяется ограничениями, обусловленными как качеством высушиваемого продукта, так и экономической целесообразностью процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. — М.: Химия, 1988. — 352 с.
2. Лыков М.В. Сушка в химической промышленности. — М.: Химия, 1970. — 432 с.
3. Пат. 2018077 РФ. МКИ Р 26 В 25/22. Способ автоматического управления процессом сушки сыпучего продукта / М.Г. Парфенопуло, А.А. Шевцов, С.В. Николаенко, С.В. Шахов, Т.п. Мосолов. Заявл. 03.06,91; Опубл. 15.08.94; Вюл. № 15.
4. Остапчук Н.В. Математическое моделирование технологических процессов хранения и переработки зерна. — М.: Колос, 1977. — 240 с.
5. Валуйский В.Я., Шевцов А.А., Шахов С.В., Юсеф М. Оптимизация сушки зерна во вращающемся барабане // Хлебопродукты. — 1990. — № 8. — С. 18-21.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 29.07.96
66.048.37.001.573
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕКТИФИКАЦИИ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНЫХ УСТАНОВОК ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО СПИРТА
Е.Н. КОНСТАНТИНОВ, Т.Г. КОРОТКОВА, Б.М. АЧМИЗ
Кубанский государственный технологический университет
Качество пищевого спирта, получаемого на ректификационных установках непрерывного действия, определяют примеси, суммарное содержание которых исчисляется всего десятками миллиграммов на литр [1]. Поэтому при расчете ректификации необходимо точное определение содержания примесей в дистилляте, кубовом остатке и боковых отборах (последние используются, как правило, на заключительной стадии разделения — в спиртовой колонне).
Решение этой задачи требует, во-первых, повышения надежности расчета парожидкостного равновесия и, во-вторых, учета кинетики массопере-дачи в многокомпонентных смесях. Широко известный подход [1, 2], основанный на том, что поведение примеси зависит только от концентрации этанола, не вполне удовлетворителен. При расчете равновесия это обусловленозначительным содержанием примесных компонентов в эфироальдегидной и сивушной фракциях; при описании массопередачи — существенным влиянием на скорость переноса примеси перекрестных эффектов, характерных для процесса массообмена в многокомпонентных смесях.
В настоящей статье разработана математическая модель процесса ректификации спиртовых смесей с использованием современных методов расчета равновесия [3-5] и массопередачи [6] в многокомпонентных смесях. Предварительно было проведено сравнение имеющихся в литературе равновесных экспериментальных данных в системе пар— жидкость [7-9] и расчетных по групповой модели растворов иМ1РАС [10-12]. В предлагаемой модели учитывается влияние температуры и состава компонентов в смеси на коэффициент активности г-го компонента. Были проанализированы равновесные данные в системах этиловый спирт—вода, этиловый спирт—примесь, вода—примесь и этиловый спирт—вода—примесь (всего 21 бинарных и трехкомпонентных смесей).
Расчет состава паровой фазы проводили стандартным методом [13] на основе программы расчета температуры кипения многокомпонентной смеси. В качестве известных величин были приняты давление и состав жидкой фазы. В программе рассчитывали значения зависимых переменных — температуры и состава паровой фазы с использованием уравнения равновесия и стехиометрического соотношения
У1 = . 0>
