CC BY
65
Придншровська державна академiя будiвництва та архтектури- № и 2006 03314: заявл. 27.03.06; опубл. 15.11.2006. Бюл. № 11.
УДК 624.048:666.3.047
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ СУШ1ННЯ КЕРАМ1ЧНО1 ЦЕГЛИ
В ТУНЕЛЬНИХ СУШИЛАХ
Л. I. Чумак, к. т. н., доц., I. В. Лавренюк, ст. викладач, Т. О. Платонова, магжтр
Ключовi слова: математичне моделювання, сушка, керам1чна цегла, температура, регулювання.
Вступ. Ставдя сушшня в технолопчному процес виробництва керамiчноl цегли е визначальною, тому що, в цей перiод можливе утворення трiщин, якi зумовлюють мщшсть та якiсть готово! продукци. Стадiя сушiння супроводжуеться значними енергозатратами, як можна знизити за рахунок використання автоматизованого управлшня. Для того щоб висушити сирець у найменший термш i з найменшою кiлькiстю браку, сушшня треба вести строго по режиму, встановленому практичним шляхом. При цьому по^бно регулювати процес сушшня, сповшьнюючи або прискорюючи його в мiру потреби, i враховувати, що при однш i тiй же мiрi вiдкриття щита сушiння йтиме тим швидше, чим вища температура й сухше навколишне повiтря i чим швидший рух повiтря, тобто чим сильшший вiтер. Тому при змш погоди треба вiдповiдно змшювати i порядок сушiння.
Мета. Розробити математичну модель процесу сушiння керамiчноl цегли, яка забезпечила б його регулювання, для того щоб тдвищити яюсть керамiчноl цегли та зменшити енергоемнiсть.
Завдання. У зв'язку з вищенаведеним слiд провести дослiдження математично! моделi процесу сушiння керамiчноl цегли з використанням сучасних iнформацiйних технологш, а саме програми МАТЬАБ 6.0 i пакета моделювання динамiчних систем 81шиПпк 4,0.
Виклад основного матерiалу. Сушiння е одним з основних технологiчних процесiв виробництва будiвельноl керамши. Тому необхiдний квалiфiкований пiдхiд до оргашзаци процесу сушiння, а також його автоматизаци i експлуатаци. Крiм того, процеси теплово! обробки у виробницга керамiки е найбiльш тривалими i тому визначають не тшьки якiсть виробiв, й економiчну ефектившсть И виробництва. В умовах сучасно! економiки автоматизацiя виробничих процесiв е одним з головних напрямюв у розвитку виробництва. Сушку сирцю проводять у тунельних сушилах. Кожен блок сушил мае свою теплову систему, яка складаеться з: парового калорифера, вентиляторiв, якi подають гарячий теплоносiй, викидають вiдпрацьований теплоносш, а також системи рециркуляци. Тунельш сушила на цегляних заводах працюють за принципом протитечи. Сирець на вагонетках рухаеться по тунелю назус^ч потоку гарячого пов^ря або димових газiв. Тривалiсть сушiння цеглини-сирцю в тунельних сушилах складае 16—82 години при початковш температурi теплоносiя 30 - 35 °С.
Складання рiвнянь, якi зв'язують статичш i динамiчнi процеси, що вщбуваються в матерiалi у процесi сушшня, потребують виконання основного фiзичного закону. Цим законом для сушшня керамiчних виробiв е рiвняння теплового балансу, яке мае вигляд:
вт = вм + втр + вог + внс, С1)
де : вт - витрати енерги теплоносiя, Дж;
вм - витрати енерги на щщ^в матерiалу, Дж; втр - витрати енерги на пщ^в транспорту, Дж; вог - витрати енерги на огорожу, Дж; внс - витрати енерги в навколишне середовище, Дж.
вт = Ма • Са • Гвх, (2)
де: /вх - температура сушильного агента, °С ; Ма - витрати атмосферного пов^ря, кг/ч;
вм = ми • Г + шсм • (с^ + св • и и = а. ^ • (г - гп), (3)
Са - питома теплоeмнiсть повiтря, Дж / кг°С .
Ж
"см ^ ^см ' "и/ ^ ^ ^ * ср
де: Ми - маса вологи, яка випаровуеться за одиницю часу; кг/с;
г - питома теплота пароутворення, Дж/кг; тсм - маса сухого матерiалу, кг;
ссм - питома теплоемнiсть сухого матерiалу, Дж / кг°С ; ии - середнiй вологовмiст виробу, кг/кг; т - час сушшня, год.;
-с 2
Ь - площа поверхнi огорож1, м ; /п - температура поверхш матерiалу, °С ;
а - середнш коефiцiент тепловiддачi вiд сушильного агента до поверхш матерiалу,
Вт / м2 °С ;
tср - середня температура сушильного агента, °С .
-т
де: ттр - маса транспорту, кг;
Стр - питома теплоемшсть транспорту, Дж / кг°С ;
Ттр - температура транспорту, °С .
— "
вог = -тот •! ту •С (5)
п = т • С • —^ (4)
х--тр тр тр V V
-т }=7
де: т . - маса_)-го шару огорож!, кг;
С j - питома теплоемнiсть вщповщного шару огорожi, Дж / кг°С ;
внс =Ё ^ • кг • (0-5 • Овх + Твгд ) - )
г=1
тог - середня
температура огорож^ °С .
(6)
де: - площа шдлоги i стiн, м2;
ki - коефщент тепловiддачi, Вт / м2 °С ;
- температура сушильного агента, °С ; ¿60 - температура вщпрацьованого теплоносiя, °С ; - температура для >го шару огорож1, °С .
Програма МЛТЬЛБ 6.0 i пакет моделювання динамiчних систем 8тиПпк 4,0 дае можливють розробити i реатзувати блок-схеми моделi сушiння керамiчноl цегли в тунельних сушилах, а також визначити вплив параметрiв сушила на температурний режим i основнi характеристики цегли.
Вщеокадр блок-схеми моделi для тунельного сушила мае вигляд рисунка 1. Наведет рiвняння (1)-(6) описують взаемозв'язок теплових процесiв i тунельного сушила. Реатзащя обчислень виконана в програмному середовищi МЛТЬЛБ 8тиНпк, що дозволяе в наочнш формi розв'язувати рiвняння, яю описують динамiку процесу.
Рис 1. Блок-схема моделг сушгння керамгчног цегли в тунелъному сушилi, реалгзована в середовищi Simulink вiдnовiдно до рiвнянъ (1) - (6)
Вхщними величинами блок-схеми модел тунельного сушила е: M а - витрати атмосферного говоря, 14 846 кг/ч;
tвх - температура сушильного агента, 48 °С ;
to - температура навколишнього середовища, 20 °С ;
Т - час сушки, 50 годин.
Вихщними величинами блок-схеми моделi тунельного сушила е:
температура у тунельному сушилi i температура зовшшньо1 стшки корпусу.
Вихщш величини блок-схеми моделi тунельного сушила можна побачити на рисунку 2.
Т ,°С
г,год
Рис.2. Графiк змiни температуриу час: 1 - графж змти температури всередит сушила; 2 - графж змти температури зовнiшнъоï стшки корпусу
Зпдно з цим графшом температура всередиш сушила спочатку поступово шдшмаеться до температури 190 °С - це перюд прогрiвання цегли, а по^м температура залишаеться постшною 190 °С . Такий температурний режим не задовольняе процес сушшня керамiчноï
цегли, оскшьки тсля перюду постшного сушшня цегли мае бути перюд падаючо! швидкостi висушування сирцю, пiд час якого температура буде поступово зменшуватися до 30 - 35 °С .
Для того, щоб температура змшювалась за заданим законом, ми пропонуемо у блок-схему моделi тунельного сушила додати регулятор. Даний регулятор складаеться з блоюв пакета моделювання динамiчних систем. Реалiзацiя процесу регулювання виконана в програмному середовищi МЛТЬЛБ 8тиНпк, що дозволяе наочно спостерiгати закон змши температури всередиш 1 на поверхш тунельного сушила.
Рис 3. Блок-схема моделг сушгння керамгчног цегли в тунелъному сушилг зрегулятором,
реал1зована в середовищ1 БтыНпк
Дану модель можна використовувати для уточнення завдання початкових i граничних умов для математично! моделi сушшня керамiчно! цегли, що дозволить визначити бшьш ч^ку картину сушiння виробiв у тунельних сушилах. Результати моделювання можна побачити на рисунку 4.
Т,°С
Рис. 4. Граф1к змти температури у часг: 1 - графж залежност1 температури у сушилах в1д часу; 2 - графж сигналу управл1ння; 3 - графж залежност1 температури на поверхм сушил в1д часу
1з характеристики видно, що весь процес сушшня подшяеться на три основш перюди. Перший з них - перюд про^вання, температура поступово збшьшуеться до 190 °С . Другий -перюд постшно! швидкосп висушування. Протягом цього перюду температура залишаеться постшною 190 °С . Третiй перiод називають перiодом падаючо! швидкосп висушування сирцю.
Щц час цього перiоду температура спадае до 30 °С . Пюля видалення iз сирцю вологи настае перюд рiвновагового стану.
Висновки. У ходi роботи була розроблена i реалiзована в програмi МЛТЬЛБ 6.0 блок-схема математично! моделi тунельного сушила. Цю блок-схему доцiльно використовувати для мiнiмiзацil енергоемностi процесу сушшня керамiчноl цегли. Також було запропоновано регулятор, за допомогою якого здшснене регулювання температури всерединi i на поверхш тунельного сушила. Це дозволило полшшити якiсть процесу сушiння керамiчноl цегли.
ВИКОРИСТАНА Л1ТЕРАТУРА
1. Прокопенко М. Н., Болотова А. С. Разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки керамического кирпича в камерных сушилах на базе 8СЛБЛ-систем. Том 37. Техшка. - Дншропетровськ : Наука i освгга, 2005. С. 41 - 45
2. Румянцев Б. М., Журба В. П. Тепловые установки в производстве строительных материалов и изделий. - М. : Высшая школа, 1991. - 160с.
3. Дьяконов В. 8тиПпк 4. Специальный справочник, СПб, Питер. - 2002. - 528 с.
4. Дьяконов В. МАТЬАБ 6: учебный курс, СПб. Питер. - 2001. - 592 с.
5. Глухов В. Н. Автоматическое регулирование процессов термообработки и сушки строительных изделий. - Л., Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 88 с.
6. Марсов И. В., Славуцкий В. А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. Л. : Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1975, 287 с.
УДК 624.048:666.3.046.4
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ОБПАЛЮВАННЯ
КЕРАМ1ЧНО1 ЦЕГЛИ
Л. I. Чумак, к. т. н., доц., М. В. Штръко, к. т. н., доц., Т. М. Сенъка, студ., Т. О. Платонова, маг1стр
Ключовi слова: математична модель, обпалювання, керам1чна цегла, регулювання, оптим1зац1я.
Вступ. Нарощування темтв будiвництва i конкуренщя мiж виробниками будiвельних матерiалiв на ринку Украши викликае необхвдшсть збшьшення кшькосп i полшшення якосп будiвельноl цегли. Це завдання може бути виршене шляхом удосконалення систем управлшня технолопчними процесами, зокрема обпалювання, яке е завершальним етапом виробничого циклу отримання цегли. Саме шд час обпалювання формуються властивосп продукци, як визначають поняття «яюсть». Воно включае в себе як вимiрюванi мехашчш та гiдрофiзичнi показники (мщнють, морозостiйкiсть i водопоглинення), так i вiзуальнi дефекти (трiщини, оплавлення, перепал). Обпалювання слiд розглядати як сукупшсть тепло- i масообмiнних процешв, якi супроводжуються фазовими i хiмiчними перетвореннями сировини.
Мета. Розробити i провести дослiдження математично1 моделi процесу обпалювання керамiчноl цегли, враховуючи динамшу теплового процесу для визначення параметрiв устаткування i рацiонального закону регулювання температури, що пiдвищить якiсть цегли та зменшить економiчнi затрати.
Завдання. Звертаючи увагу на вище сказане слщ провести дослiдження математично1 моделi з використанням сучасних iнформацiйних технологш, визначити динамiчнi параметри для оптимiзацil системи.
Виклад основного матерiалу. Моделювання - це процес дослiдження об'екпв пiзнання за допомогою !х моделей. При цьому дослщник мае справу не з реальним об'ектом, а з його моделлю. Результати дослщження моделi переносяться на реальний об'ект.
Математична модель процесу являе собою залежнють вихвдних величин процесу вщ вхiдних параметрiв. Вона створюеться на основi теорil термодинамiки. Модель об'екта управлшня може бути знайдена на пiдставi аналiзу фiзичних законiв. В основi цього лежить застосування методу малих вiдхилень, сутнiсть якого полягае в такому. Використовуеться запис малих вщхилень, як змшний параметр, що входить у рiвняння теплового балансу. По^м з
