CC BY
45
0 і:! % J
........В к
■ І-].'і
І: і аіилки
: суш» ііі
X "гіЛ НімПД-
йокіізн7С.:я
ГПГП ПСІ?С;^І-УЬ. ЛЛІ іічиїя
и:е кадслий.
рґ:.:1-;■ н = - £ЛЇ (;■ яінянта |і>-
чН: ЛїТС
. І м Г, Плт-. і ■ Кі.йЙ н
І.'.НІІ кне І; і: -
Ц^ГВ!
"0 J
636.985.55.658.51
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ. ' ПОНЯТИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТОПОЛОГИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИ С ТЕМЫ
Г.В. КОВАЛЕНКО, Я.Ф. МАРТЫНРЧКО
Кубанский государственный технологический университет
При исследовании процессов функционирования технологической системы ТС мельзавода [1] каждый элемент системы рассматривается как технологический оператор, качественно и количественно преобразующий физические параметры входных материальных и энергетических технологических потоков хи х2, .... х„ в физические параметры выходных материальных и энергетических потоков уи у2, ут.
Каждый элемент ТС рассматривается как многомерный технологический оператор. Его символическую математическую модель можно выразить в виде функциональной зависимости
[у] = [Я*), к], где [у\ — вектор физических параметров выходных технологических потоков;
Р(х) — вектор-функция от вектора физических параметров входных технологических потоков (х); к — конструкционные и технологические параметры элемента ТС. Каждый типовой процесс в мукомольной технологии можно считать типовым технологическим оператором. Типовые операторы подразделяют на основные и вспомогательные. К основным относятся технологические операторы: измельчение (вальцовые станки)
сепарирование, просеивание
гидротермическая обработка ГТО
Основные технологические операторы обеспечивают функционирование ГС в требуемом целевом направлении.
Кроме основных типовых технологических операторов для повышения эффективности функционирования системы в ТС используют вспомогательные типовые технологические операторы, определяющие энергетическое и фазовое состояние технологических потоков. К ним относятся операторы нагрева — подогрев зерна, пропаривание зерна (скоростное кондиционирование), влагосни-мание и т.п.
В зависимости от целей исследования процессов функционирования ТС каждый технологический оператор (элемент системы) рассматривают либо как совокупность нескольких типовых операторов, либо как один типовой технологический оператор.
Взаимодействие отдельных технологических операторов (элементов, моделей) ТС данной системы и внешней окружающей среды, без которого не может происходить целенаправленное функционирование ТС в целом, осуществляется благодаря наличию между ними определенных технологических связей или технологических соединений.
Каждой технологической связи (соединению) соответствует некоторый материальный или энергетический поток, называемый технологическим потоком. Исследование характера технологических связей ТС должно показать, какое действие на качество функционирования системы оказывает способ соединения технологических операторов (элементов, подсистем) между собой. Эффективность функционирования ТС можно повысить: путем улучшения показателей качества функционирования основных технологических операторов (элементов) и изменения технологических связей между существующими в системе технологическими операторами;
введением дополнительных вспомогательных и основных технологических операторов и созданием новых технологических связей.
Неочищенное зерно
Рис. 1
Характер и особенности технологических связей ТС, т.е. способ соединения элементов между1 собой, наглядно отображают с помощью обобщенных иконографических моделей, схем: технологических, структурных, операторных и функциональных.
На технологической схеме ТС каждый элемент системы представляют в виде условного стандартного общепринятого изображения, а технологические связи отображают направленными линиями со стрелками.
Например, технологическая схема первичной очистки зерна приведена на рис. I (/ — конвейер, 2 — бункер для неочищенного зерна, 3 — дозаторы, 4 — винтовой конвейер, 5 — автоматические весы, 6 — подогреватель зерна, 7 — воздушно-си-товой сепаратор, 8 — камнеотделительная машина, 9 — куколеотборник, 10 — овсюгоотборник,
11 — нория, Шк — отходы третьей категории, кШк — контроль отходов третьей категории, мин. — минеральная примесь, к.к. —- контроль куколя, к.о. — контроль овсюга).
Технологическая схема ТС содержит следующую информацию: состав и свойства исходного сырья, тип и способ соединения элементов (аппаратов и машин), последовательность отдельных технологических процессов. '
Однако технологическая схема не содержит исчерпывающей количественной информации.
Структурная схема ТС — это наглядное графическое изображение, которое включает все элементы ТС в виде блоков, имеющих несколько входов и выходов, и технологические связи между ними, указывающие направление движения материальных и энергетических технологических потоков
Дозирование зерна
КШк
і
_с КІІІК
л к1Ик Мин
К.к. — >
10
К.о
■>
Рис. 2
системы. Структурная схема той же ГС приведена на рис. 2.
В отличие от структурной схемы на операторной схеме ТС каждый элемент изображают в виде совокупности нескольких типовых технологических операторов. Операторная схема ТС дает наглядное представление о физико-химической сущ-
1— ч. >
1 !
г-Л-
/\
/ \ / \
\
I
Подогрев зерна
г
Очистка зерна от грубых, крупных, мелких и легких примесей
і г
Очистка зерна от минеральной примеси
• с- •. . ■ ч* ЇІ ■■■■ и , і 1
Очистка. от к у кт>. і н
”' і г
Очистка зерна от овсюга
На дальнейшую обработку
Рис. 4 : :
ности технологических процессов системы. На рис. 3 приведена технологическая операторная схема предварительной очистки зерна.
Функциональная схема ТС показывает технологические связи между основными подсистемами мукомольного производства, каждая из которых выполняет какую-либо из основных технологических операций (подготовка сырья, собственно превращение сырья, выделение готового продукта). Функциональная схема дает обобщенное представление о процессе функционирования ГС в целом и не содержит информации о типах отдельных элементов системы. Функциональная схема предварительной очистки зерна приведена на рис. 4.
Для ГС характерны следующие типы технологических связей между элементами (технологическими Операторами) и подсистемами: последовательные, последовательно обводные (байпасы), параллельные, обратные (рециклы) и перекрестные.
Последовательная технологическая связь между элементами (рис. 5) характеризуется тем, что выходящий из одного элемента поток является входящим для следующего элемента и все технологи-
Сепаратор
Камнеотборник
хаміїеотсторїпік
кам кеотбрр н их
I
"Гриер
триер
■у
Мория
(3) В?
(+)
Сорг2
Рис. 6
ческие потоки проходят через каждый элемент системы не более одного раза._
Последовательная технологическая связь позволяет повысить эффективность функционирования данной группы технологических операторов.
Параллельная технологическая связь (рис. 6) применяется для повышения производительности и мощности ТС, а также при; параллельном получении на базе одного исходного вещества двух или нескольких промежуточных продуктов, идущих на производство -одного целевого продукта. ! Примером ТС с параллельными технологическими связями между элементами является подготовка зерна (фракционирование, сепарирование) перед размолом-и сбор его на один транспортный механизм.
Обратная (рециклическая) технологическая связь характеризуется наличием обратного технологического. потока, связывающего выход какого-либо /-го и последующего элемента ГС,л которые соединены последовательно между собой- (контроль отходов, контроль муки). ,
Таким образом, обратная технологическая связь предусматривает многократное возвращение в один и тот же элемент системы, .технологических потоков всех реагирующих компонентов или одной из фаз. в ГС, в которой осуществляются различные процессы (в данном случае — сортирование).
Указанная связь может охватывать как несколько элементов или подсистем ГС, так и некоторый определенный элемент системы, соединяя .выход данного элемента с его входом. В этом случае говорят, что элемент охвачен рециркуляционной петлей. Элементы, связанные между собой обратным технологическим потоком, образуют простую замкнутую или контурную подсистему ; ГС. При рассмотрений ГС с обратной связью выделяют прямой, главйый я обратный технологические потоки. '
Приведем пример на основе эпизода технологической схемы односортного 75%-го (высшёгй: сорта) помола пшеницы (рис. 7).
Потоки, входящие в замкнутую подсистему или выходящие из нее, называют прямыми технологическими потоками. Прямой поток имеет решающе^ значение для выхода материальной продукции подсистемы ГС. Внутренний технологический поток (а, Ь, с, ё), который соединяет между собой элементы подсистемы и направление которого" совпадает с направлением прямых технологических потоков, является главным технологическим потоком ГС. Главный и прямой технологические потоки
М.2
(ПЦ м. 2
▼ III др. с. Ям-!
.... р- IV др. С. м
V 1 га
Сорт. 3 ІОр.е.
8р,с. ^
і гЬ li&A ^
IV др. с. кр.
Юре. ь
(2)
(*)
(7)
отруби (12}
'' ’ ' . Рис. Т ‘ '
простых замкнутых ГС или подсистем образуют основной технологический поток системы. Значение расхода главного технологического потока обусловливает качество функционирования замкнутой ГС. Внутренний технологический поток замкнутой подсистемы, направление которого противоположно направлению основного потока (е) называют обратным технологическим потоком ГС. На входе простой замкнутой или контурной ГС к обратному потоку добавляется главный входной технологический поток. Последний содержит такое количество свежих исходных компонентов, которое равно их расходу на получение заданного продукта или промежуточного продукта в выходном главном технологическом потоке с учетом различных потерь этих компонентов в ГС. Для характеристики простых замкнутых ГС используют коэффициент отношения рециркуляции
R = d/с - d/b - d/а или коэффициент рециркуляции
Ко = а/f — b/а = с/Ь, где а, Ь, с, d —массовый расход видного прямого (/'), главного {а, Ь, с, d), выходного (м. 2) и обратного (е) технологического потрка.
Между коэффициентом отношения рециркуляции и коэффициентом рециркуляции существует взаимооднозначное соответствие
1/1 - R.
Обратная технологическая связь применяется в ГС для решения технологических задач: наиболее полное использование сырья; рекуперация энергии системы,
|-: О;
I с. м..
пД-
м образуют емы. Значе-(ого потока вания замк-ский поток оторого про-) потока (е) ютоком ТС. ■урной ТС к ый входной одержит та-эмпонентов, [е заданного ;та в выход-е с учетом в ТС. Для 'С использу-^яции
[ого прямого выходного Ьхнологиче-
рециркуля-IСуществует
кмЕняется в рья;
й,
создание благоприятных технологических режимов ГС;
применение побочных продуктов для получения исходного продукта.
Перекрестная технологическая связь, обеспечивает более эффективное использование энергии
ТС.
Существуют ГС, структура технологических связей которых представляет собой простую комбинацию рассмотренных типовых связей. Возможно последовательно-параллельное и параллельнопоследовательное соединение нескольких простых замкнутых ГС, сочетание прямой и обратной технологических связей.
В общем случае характер технологических связей ГС, т.е. способ соединения элементов между собой, представляет сложную комбинацию типовых связей. Любая ГС имеет соответствующую технологическую структуру (технологическую топологию).
Технологические топологии подразделяют на разомкнутые и замкнутые системы. Технологическая топология разомкнутых ГС характеризуется наличием различных комбинаций последовательных, параллельных и последовательно-обводных (байпасных) технологических связей между элементами системы. В разомкнутых ГС технологические потоки проходят через любой элемент системы
лишь один раз. Замкнутую систему (подсистему) считают простой, если при обводе контура, образованного главным и обратным технологическими потоками системы, ни один элемент не встречается дважды. Замкнутые контурные ГС состоят из совокупности нескольких взаимосвязанных простых замкнутых подсистем, которые включают хотя бы один общий технологический поток.
Примером сложной ГС, содержащей большое число взаимосвязанных элементов и обладающей сложной технологической топологией, является любая система размола зерна в муку. Например, на рис. 8 представлена схема двухсортного помола пшеницы с выходом муки I и II сортов (35% + 43%) [2].
Для различной заданной цели в ГС могут быть использованы различные типы технологических связей между элементами.;
ЛИТЕРАТУРА
1. Коваленко Г.В., Мартыненко Я.Ф. Мукомольное предприятие как сложная кибернетическая система // Изв. вузов. Пищевая технология. — 2000. — № 1. — С. 70-72.
2. Жислин Я.М., Терещенко А.К. Выработка муки и крупы в сельскохозяйственном мукомолье. — М., 1969.
Кафедра технологии переработки зерна и комбикормов
Поступила 03.11.99 г.
66.31.12-52
УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОНАСОСНОЙ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ
С рекуперацией тепла
И.Т. КРЕТОВ, Ю.В. РЯХОВСКИЙ, С.А. ШЕВЦОВ
Воронежская государственная, технологическая академия
Современный уровень развития технологий, машин и аппаратов характеризуется возросшим спросом на все виды энергии. Сегодняшние высокие цены на энергоносители и нестабильные экономические отношения между производителем, поставщиком и потребителем энергетических ресурсов остро ставят вопрос рационального использования, утилизации и рекуперации тепла во всех процессах пищевой технологии. Это относится и к сушке, которая неизбежно сопровождается неполным использованием энергии теплоносителя, что связано с условиями гигротермического равновесия между высушиваемым материалом и сушильной средой.
Экологическая безопасность — это критерий, который определяет уровень развития и организованности технологической системы в целом. Поэтому при проектировании сушильных установок особое внимание уделяется системам управления, которые способны гарантированно обеспечить высокое качество готового продукта, а также безот-ходность процесса.
Эти вопросы всегда находились в поле зрения специалистов [1-3]. Один из вариантов управления процессом сушки с теплонасосной сушильной установкой ТНСУ рассмотрен в [4].
В настоящей работе осуществляется поиск резервов энергосбережения за счет рекуперации и утилизации физического тепла высушенного про-
ВЫСУШЕННОГО ПРОДУКТА
дукта и предлагается программно-логический алгоритм функциональной системы управления ТНСУ.
Схема управления процессом сушки в сушиль-; ной установке с тепловым насосом и рекуперацией тепла высушенного продукта (рис. 1) содержит сушилку /; калорифер 2; вентилятор 3; камеру нагрева 4; компрессор теплонасосной установки 5; конденсатор теплонасосной установки 6; терморегулирующий вентиль 7; испаритель теплонасосной установки 8; теплообменник-рекуператор 9; линии: подачи влажного продукта на сушку 10, отвода высушенного продукта 11, рециркуляции сушильного агента 12, подачи греющего пара в калорифер 13, отвода конденсата 14, сброса отработанного сушильного агента 15, подпитки сушильного агента свежим 16, рециркуляции хладагента теплонасосной установки 17; датчики: расхода и температуры влажного продукта соответственно 18 и 19, влажности влажного и высушенного продукта 20 и 21. температуры, расхода и влагосодержания сушильного агента на входе в сушилку 22, 23, 24, температуры сушильного агента после конденсатора теплонасосной установки 25, расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента на входе в испаритель теплонасосной установки 26, 27 и 28, температуры сушильного агента на выходе из испарителя и хладагента на входе в испаритель 29 и 30 соответственно, температуры сушильного агента перед конденсатором теплонасосной установки 31; вторичные приборы 32—44; локальные регуляторы 44—48; микропроцессор 49; исполнительные механизмы 50-56;
