CC BY
62
верхности масличного материала в адиабатном процессе охлаждения определяется [1] по соотношению
Т€д ” Т0 - Г (р р 0')/(СрР о).
(10)
На рис. 2 представлена зависимость понижения температуры поверхности материала при испарительном охлаждении от исходных температур поверхности материала и окружающей среды.
Можно отметить, что в рассматриваемом диапазоне на понижение температуры поверхности материала влияет только исходная температура поверхности и практически не влияет исходная температура окружающей среды. Причем чем выше исходная температура поверхности, тем больше ее понижение.
ВЫВОДЫ
1. Взаимодействие нагретого масличного материала с мисцеллой в экстракторе орошения может рассматриваться как процесс испарительного охлаждения.
2. Интенсивность испарения растворителя из мис-целлы при взаимодействии с нагретым масличным материалом растет с ростом температуры материала и снижением температуры окружающей среды.
3. Падение температуры материала растет с ростом исходной температуры материала и не зависит от температуры окружающей среды.
Рис. 2
ЛИТЕРАТУРА
1. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справ. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1990. -367 с.
2. Кошевой Е.П. Технологическое оборудование предприятий производства растительных масел. - СПб.: ГИОРД, 2001.
-368 с.
3. Деревенко В .В. Дистилляция масляных мисцелл в роторном аппарате с дистанционной доставкой жидкости: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар: КПИ, 1984. - 24 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 11.05.06 г.
636.085.002.2
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ
А.А. ШЕВЦОВ, Л.И. ЛЫТКИНА, Е.С. ШЕНЦОВА,
О.П. КОЛОМНИКОВА
Воронежская государственная технологическая академия
Технологические процессы на комбикормовых предприятиях характеризуются значительной энергоемкостью. В большинстве случаев их нельзя признать оптимальными с энергетической точки зрения и достаточно научно обоснованными. Велика доля физически и морально устаревшей малопроизводительной техники, что приводит не только к перерасходу топливно-энергетических ресурсов, но и отражается на качестве и себестоимости выпускаемой продукции, создает дополнительные затруднения при соблюдении технологических режимов.
Значительные возможности экономии ресурсов создаются при автоматизации технологических процессов [1, 2]. Однако этот перспективный путь оптимизации управления технологическими процессами в кормопроизводстве не нашел достойного места в решении актуальных задач энергосбережения.
В данной работе предлагается схема автоматической оптимизации новой технологии [3-5] приготовления комбикормов заданной крупности для сельскохозяйственной птицы. Функционирование схемы базируется на методологическом подходе [6] в поиске оптимальных решений на основе построения экстремальных характеристик, однозначно связывающих объем получаемой комбикормовой продукции с удельными теплоэнергетическими затратами.
В процессе оптимального управления минимизации подвергаются суммарные теплоэнергетические затраты, приходящиеся на единицу массы готового продукта, выбранные в качестве критерия оптимизации
Я = (З1 + З2 + З3 + З4 + З5 + З6)/ Окк, (1)
где З1, З2, З3, З4, З5 и З6 - затраты электроэнергии в единицу времени на привод вентилятора при охлаждении смеси исходного рас -сыпного комбикорма и горячих гранул в камере охлаждения, на привод валкового измельчителя, на привод просеивающей маши -ны, на процесс гранулирования мелкой фракции, на привод грану -лятора и на привод транспортирующего оборудования, р./ч, соответственно; Окк - расход средней фракции (комбикорм заданной крупности).
Первое слагаемое в числителе критерия (1)
З1 = цм = шареф, (2)
где Цэ - цена электроэнергии, р./кВтч; N1 - мощность привода вентилятора, кВт; к - коэффициент перевода механической энергии потока охлаждающего воздуха в электрическую энергию электропривода вентилятора; Е - площадь сечения охладительной камеры в направлении движения холодного воздуха, м ; Ф -скорость холодного воздуха, м/с.
Аэродинамическое сопротивление продуваемого слоя смеси рассыпного комбикорма и горячих гранул определяли по формуле
АР = кф2, (3)
где &1 - экспериментально определяемый коэффициент.
Подставим (3) в (2) и З1 обозначим через А:
А = ЦэМ = №ЦЕФ3. (4)
Второе слагаемое числителя критерия (1) выражено через пропускную способность валкового измельчителя и с достаточной точностью аппроксимировано уравнением второй степени
З2 %ЦЭМ2 %Цэ(к2вс„2 &-), (5)
где
Є-м2 % Є-М1 & Скф, (6)
еом1 % Є & егг . (7)
В формулах (5)-(7) приняты обозначения: N2 - мощность привода валкового измельчителя, кВт; О - расход исходного рассыпного комбикорма, кг/ч; Огг - расход горячих гранул из мелкой фракции
на входе в гравитационный смеситель, кг/ч;
Осм1 - расход смеси исходного комбикорма и горячих гранул из мелкой фракции на входе в гравитационный смеситель, кг/ч; Окф - расход крупной фракции, подаваемой с просеивающей машины на валковый измельчитель, кг/ч; Осм2 - расход смеси комбикорма на входе в валковый измельчитель (на выходе из гравитационного смесителя) и крупной фракции, подаваемой с просеивающей машины на валковый измельчитель, кг/ч; к2 и с - эмпирические коэффициенты.
Выразим слагаемые уравнений (6) и (7) через расход исходного комбикорма
Осм1 = О(1 + о), (8)
Окф = Оу( 1 + о), (9)
где о = Огг/О - кратность рециркуляции мелкой фракции (горячих гранул), подаваемой на смешивание в гравитационный смеситель; 7 = Окф/[О(1 + о)] - кратность рециркуляции крупной фракции, подаваемой на измельчение.
Тогда уравнение (6) с учетом (7)-(9) принимает вид
Осм2 = О(1 + о)(1 + 7). (10)
С другой стороны, фактическую пропускную способность валкового измельчителя можно определить через его размеры [7]
Осм2 = ^^^см^^? (11)
где р - плотность измельчаемой смеси, кг/м3; Ь - длина вальца, м; Ь -
межвальцовый зазор, м; Фсм - скорость прохождения измельчаемой
смеси между вальцами, м/с; к3 < 1 - коэффициент объемного использования зоны измельчения.
Тогда
Ссм2 = ВО, (12)
где
В = ри смЬк2кз, (13)
а (5) с учетом (12) принимает вид
З2 = Ц , кВ О2 + с ]. (14)
Третье слагаемое числителя критерия (1) определяем по формуле [7]
З3 % ЦЭ^3 % Цэрю3 АЮр/ 13800П (15)
где N3 - мощность привода просеивающей машины, кВт; <2Пр = кгр^м - производительность просеивающей машины с прямоугольной просеиваемой поверхностью, кг/ч; к - толщина слоя материала в начале просеивающей поверхности, м; г - ширина просеивающей поверхности, м; Фм - скорость движения материала по поверхности, м/с; р - плотность материала, кг/м3; Ас = ек4 - ампли -туда колебаний сит, м; е - эксцентриситет (радиус кривошипа) эксцентрика, приводящего просеивающие сита в возвратно-поступа -тельное движение; к4 - коэффициент, учитывающий колебания рамы машины; Ю = Р?/30 - частота вращения кривошипа, с-1; л - КПД передаточного механизма.
Обозначим
РЮ4 А2 /1380юп % О, (16)
тогда формула (15) примет вид
З3 = Цэ^О. (17)
Четвертое слагаемое числителя критерия (1)
З4 = ад^Т, (18)
где 2п - расход пара, кг/ч; сп - теплоемкость пара, кДж/(кг-К); Т -температура пара, К; Цп - цена тепловой энергии, р./кДж.
Пятое слагаемое числителя критерия (1)
З5 = Цэ^ = Цэ (ХОгг + е) = ЦДоО + е), (19)
здесь мощность привода гранулятора N выражена
уравнением линейной регрессии с коэффициентами Х и е, определяемыми экспериментально.
Шестое слагаемое числителя критерия (1)
Зб = ЦЛр, (20)
где N3 - номинальная мощность приводов транспортирующего обо -рудования.
Знаменатель критерия (1) выразим через коэффи -циент извлечения, который показывает, какую часть средней фракции (готового комбикорма) удалось выделить из исходной смеси
л % Сж/ (С-„ 2 - СКф ), (21)
где (Осм2 - Окф) - расход проходовой фракции комбикорма, кг/ч.
С учетом (7) и (8) формула (21) принимает вид
л%СМ</[С(1+ о)(1+ у)- С^(1+ а)]% (22)
%е./«1+ О) ' ’
следовательно
Окк = лО (1 + о). (23)
Подставим (4), (14), (17), (18), (19), (20) и (23) в критерий (1)
К % (А & Ц эк 2 е2 в2 & ЦэС & ЦэОС & Ц • -Т
&ЦэХов& Цэе& Цэ^тр)/ [пв(1& о)]. Упростим (24)
К %(ав2 & рв & 5)/ в,
24)
(25)
где
а = Цэк2Б2/[11(1 + о)],
Р%(ЦэО & ЦэХо)/ [п(1& о)],
5% (А & ЦэС & ЦО-Т&Цэе + +Цэ^тр) / [л(1& о)].
(26)
(27)
(28)
Экстремальное (оптимальное) значение О* определяется из условия йЯ/йО = 0.
бК/бв%(ав2 - 5)/в2 % 0.
(29)
Отсюда следует единственное решение в точке оптимума, т. е.
в * %^ 5/а. (30)
Так как С2Я/СО2 = 25О/О4 > 0, то в точке оптимума (30) имеет место минимум.
Таким образом, оперативное изменение расхода исходного рассыпного комбикорма в условиях реальных возмущений позволяет обеспечить экстрему м критерия (1).
Нами показано [6], что для поточной линии производства комбикормов заданной крупности с различными кормовыми добавками производительностью по готовому продукту 12,9-16,1 т/ч в условиях Воронежского экспериментального комбикормового завода критерий (1) принимает вид
Я = (0,02О2 + 116О + 5511200)/О. (31)
Из анализа (31) следует, что реализация данной технологии с минимальными удельными теплоэнергетическими затратами, составляющими 780 р./т, при ограничениях на производительность оборудования и качество промежуточных продуктов достигается при расходе 16,6 т/ч исходного рассыпного комбикорма, подаваемого на обработку. Незначительные отклонения расхода от этого значения приводят к перерасходу тепловой и электрической энергии на единицу массы получаемого комбикорма.
Полученные экспериментальные и теоретические данные легли в основу автоматической оптимизации технологии приготовления комбикормов для сельскохозяйственной птицы, базирующейся на экстремальном управлении расхода исходного рассыпного комбикорма по минимальной величине суммарных теплоэнергетических затрат с учетом ограничений по управляемым переменным, обусловленных качеством готовой продукции.
На рисунке представлена схема автоматической оптимизации технологии приготовления комбикормов.
Схема содержит: пресс-гранулятор 1; шнековые дозаторы 2 и 3; гравитационный смеситель 4; теплообменник 5; охладительную камеру 6; вентилятор 7; валковый измельчитель 8; просеивающую машину 9; норию рециркуляции мелкой фракции 10; норию отвода средней фракции 11; норию подачи рассыпного комбикорма 12; норию рециркуляции крупной фракции 13; приводные механизмы 14-23; линии: 24 и 26
- подачи мелкой фракции и пара в пресс-гранулятор, 25 и 28 - подачи рассыпного комбикорма и горячих гранул в шнековый дозатор, 27 - отвода конденсата из пресс-гранулятора, 29 и 30 - подачи горячих гранул и рассыпного комбикорма в гравитационный смеситель, 31 - подачи воздуха в охладительную камеру, 32 - отвода воздуха из охладительной камеры,
33 и 35 - подачи смеси гранул с рассыпным комбикормом и возврата крупной фракции комбикорма на измельчение в валковый измельчитель, 34 - подачи продуктов измельчения в просеивающую машину,
36 - отвода средней фракции (комбикорма заданной крупности); датчики: 37-42 - расхода мелкой фрак-
ции на выходе из шнекового дозатора, пара на гранулирование, исходного рассыпного комбикорма, смеси горячих гранул с рассыпным комбикормом на выходе из б, крупной фракции, средней фракции соответственно, 4З - температуры пара на входе в пресс-гранулятор, 44-5З - мощности приводов нории 1З в линии
З5, нории 12 в линии 25, нории 11 в линии Зб, нории 10 в линии 24, пресс-гранулятора, шнековых дозаторов, вентилятора, измельчителя, просеивающей машины; исполнительный механизм 55; микропроцессор 5б (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С -входные; а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л - выходные каналы управления).
По информации датчиков З7-5З микропроцессор 5б определяет коэффициент извлечения средней фракции по кратности рециркуляции мелкой и крупной фракций и непрерывно вычисляет текущие значения суммарных теплоэнергетических затрат, приходящихся на единицу готового продукта, определяет знак производной суммарных теплоэнергетических затрат по расходу рассыпного комбикорма и в зависимости от знака производной воздействует на изменение расхода рассыпного комбикорма в линии его подачи 25 в шнековый дозатор З. При положительном знаке производной микропроцессор 5б выдает сигнал на уменьшение расхода рассыпного комбикорма, а при отрицательном
- на увеличение, устанавливая при этом расход рассыпного комбикорма, соответствующий минимуму удельных теплоэнергетических затрат.
Таким образом, предлагаемая схема автоматической оптимизации обеспечивает непрерывное слеже-
ние за минимальным значением удельных теплоэнергетических затрат, по которому устанавливает оптимальный расход исходного рассыпного комбикорма и обеспечивает рациональную нагрузку на оборудование в пределах заданной производительности поточной линии при получении комбикорма стандартного качества.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шевцов А.А., Лыткина Л.И., Шенцова Е.С. Про -
граммно-логический алгоритм управления процессом производства комбикормов заданной крупности // Автоматизация и Современные технологии. - 2003. - № 12. - С. 29-31.
2. Пат. 2226844 РФ, МКИ7 А 23 К 1/00, А 23 N 17/00. Спо -соб управления процессом приготовления комбикормов / Л.И. Лыткина, А. А. Шевцов, Е.С. Шенцова и др. // БИПМ. - 2004. - № 11.
3. Управление производством комбикормов заданной крупности / А. А. Шевцов, Л.И. Лыткина, Е.С. Шенцова и др. // Комбикорма. - 2003. - № 4. - С. 24-25.
4. Способ производства комбикормов заданной крупности / А.А. Шевцов, А.И. Орлов, Л.И. Лыткина и др. // Там же. - 2004. -№ 5. - С. 17-18.
5. Пат. 2079276, МКИ7 А 23 К 1/10. Способ обработки комбикорма для птицы / Орлов А.И. и др. // БИ. - 1997. - № 14.
6. Нормирование рассыпного комбикорма методом одно -параметрической оптимизации процесса приготовления комбикор -мов заданной крупности / А. А. Шевцов, Л. И. Лыткина, Е.С. Шенцо -ва и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2003. - № 12. -С. 39^2.
7. Машины и аппараты пищевых производств: В 2 кн. Кн.
1. / Под ред. акад. РАСХН В.А. Панфилова. - М.: Высш. шк., 2001. -703 с.
Кафедра технологии хранения и переработки зерна
Поступила 22.09.04 г.
66.02.3.06.001.573
ОЦЕНКА ПРОНИЦАЕМОСТИ СЛОЯ ЭКСТРАГИР УЕМОГО МА ТЕРИАЛА
Е.М. РУДИЧ, Е.П. КОШЕВОЙ, В.С. КОСАЧЕВ
Кубанский государственный технологический университет
В процессе экстрагирования на поверхности частиц при обтекании растворителем образуются пограничные диффузионные и гидродинамические слои, поэтому при оценке проницаемости слоя принимаем модель [1], в которой каждая отдельная частица окружена жидкой пленкой. Рассмотрим слой с частицами одинакового размера. В соответствии с принятой моделью частица радиуса а окружена жидкой пленкой до радиуса аЯ и эффективной жидкой средой. Относительный размер жидкой пленки Я может зависеть от развития гидродинамики и массообмена на поверхности частицы, а также от детально й стру ктуры расположения частиц в слое.
Самый простой выбор параметра относительного размера пленки возможен исходя из структуры пористой среды слоя
Rc =(1- e)
У3
(І)
где е - порозность пористой среды.
Выбор Яс - структурный - эквивалентен соответствию объема пленки объему пустого объема пористой среды слоя с порозностью е.
Параметр Яв - волновой - также структурного характера, он связан с упаковкой твердых частиц в слое, может быть использован [1]
Rb =
1- S(0)
1-e
(2)
где £(0) - нулевое волновое число - фактор структуры упаковки час -тицы, которое определено следующим соотношением:
S(0) = / [P(r|0) - njdr,
(3)
где Р(г|0) - вероятность нахождения частицы с ее центром около г; п - плотность числа частиц.
з
