CC BY
24
(9)
равые ичное льной неиз-ть от-ые ве-I этом выше межу-
опре-
;ктив-
!СКОГО
торов [мая в пения
(Ю)
с дав-слоя, езодо-эффи-ш па-коэф-эбота-; дан-этого яну и
эраны как ельно в со-и 150 ,8 м;
! тем-ЖИ и шера-ачале [лиза-, свя-нента )ичем )твет-насы-слоте ! при-раз и более
: спо-деако ее. В гсни-коро-1%, а шние мень-ается :ыще-
Увеличение толщины барботажного слоя от 0,2 до 1,8 м способствует повышению скорости отгонки, очевидно, за счет роста коэффициента насыщения: в меньшей степени для стеариновой кислоты и очень значительно (в 3-7 раз) для метил-кетона. В данном случае играет роль существенное различие эффективных высот барботажного слоя для 18 атомных жирных кислот и метилкетонов (у последних эффективная высота намного выше) [4].
ВЫВОДЫ
1. Наиболее существенным фактором, влияющим на скорость отгонки относительно тяжелых компонентов (18 атомных жирных кислот), является температура дезодорации.
2. Для увеличения скорости отгонки относительно легких фракций следует в первую очередь увеличивать толщину барботажного слоя. Роль температурного фактора здесь значительно слабее.
3. Влияние давления на скорость отгонки жирных кислот невелико, а на скорость отгонки легких фракций (метилкетонов) еще менее значительно. Таким образом, стремление в максимальной степени снизить давление дезодорации оправдано лишь постольку, поскольку снижение давления способствует уменьшению интенсивности неблагоприятных химических реакций, например, гидролиза глицеридов. При этом следует иметь ввиду, что снижение давления дезодорации приводит к повышению расхода рабочего пара в пароэжекторном блоке и повышению энергоемкости процесса.
4. В определенных условиях (малая толщина барботажного слоя, достаточно высокая температура) скорости отгонки относительно легких (метилкетонов) и относительно тяжелых (18 атомных
жирных кислот) компонентов могут быть очень близки в силу низкого коэффициента насыщения паровой фазы легким компонентом. Таким образом, утверждение, что легкие фракции отгоняются значительно быстрее, справедливо лишь при определенном сочетании параметров дезодорации.
5. Установлено, что в исследованном диапазоне факторов имеет место относительно низкий коэффициент насыщения паровой фазы отгоняемыми компонентами (особенно для легких фракций). Это говорит о том, что имеется возможность повышения скорости отгонки за счет интенсификации массообмена путем повышения кинетического параметра — отношения кинетического коэффициента отгонки к удвоенной скорости барботажа. Реализация данной возможности требует проведения специальных исследований в области массообмена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Неизотермическая периодическая дезодорация жиров и масел с применением индукционного нагрева / / Масло-жировая пром-сть. — 1993. — № 5-6. — С. 26-28.
2. Коновалов М.Л.,Белобородов В.В. Кинетика дезодорации в слое / / Масло-жировая пром-сть. — 1994. — №1-2.
— С. 24-25.
3. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Коэффициенты активности компонентов масел при дезодорации / / Масложировая пром-сть.. — 1994.— № 3-4. — С. 27-29.
4. Коновалов М.Л., Белобородов В.В. Математическая модель и закономерности дезодорации растительных масел в барботажном слое / / Изв.вузов. Пищевая технология.
— 1996. — № 3-4. — С.44-46.
Кафедра инженерных дисциплин и оборудования
Поступила 27.06.97
66.31.012-52
ПРОГРАММНО-ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОНАСОСНОЙ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ
И.Т. КРЕТОВ, А.А. ШЕВЦОВ, И.В. ЛАКОМОВ
Воронежская государственная технологическая академия
Применение микропроцессорной техники для непосредственного управления технологическими процессами сушки в перерабатывающих отраслях АПК получило меньшее распространение, чем, например, в энергетике или химической промышленности, несмотря на то, что именно на этом направлении в использовании современных управляющих вычислительных машин УВМ можно ожидать наиболее значительного экономического эффекта. Это объясняется не только сложившимися в АПК финансовыми трудностями, но и прежде всего тем, что применение УВМ в каждом конкретном случае является достаточно сложной задачей и требует серьезных экспериментальных и аналитических исследований.
Основной и важнейшей функцией, которую должен осуществлять процессор в системе управления процессом сушки, является функция нахождения и наиболее точного поддержания оптимального технологического режима сушки, а также его оперативной коррекции в условиях случайных возмущений. В большинстве случаев эта функция выполняется при работе процессора в контурах
управления технологическими параметрами процесса, т.е. когда оптимизация осуществляется автоматически [1, 2].
Вопросы выбора принципа оптимизации и связанные с ними методы математического описания процессов сушки рассматривались нами ранее [3], в том числе и для теплонасосных сушильных установок ТНСУ [4]. Однако в большинстве отечественных и зарубежных работ изложены общие проблемы применения вычислительной техники для управления процессами сушки и недостаточно внимания уделено функциям управления процессами сушки в установках, работающих в замкнутом цикле по сушильному агенту с использованием ТНСУ.
Известно [5], что применение ТНСУ позволяет довести сушильные установки до высокого энергетического совершенства. В тепловом насосе теплота внешней среды, которой является отработанный сушильный агент, в результате затраты механической энергии в компрессоре переходит от низкого температурного потенциала на более высокий температурный уровень рабочего сушильного агента. При этом значительно снижаются затраты энергии (до 30%), а осуществление ’’мягких” режимов сушки сушильным агентом с пониженным влаго-
содержанием вследствие его осушения в испарителе ТНСУ позволяет получить конечный продукт высокого качества.
Автоматическая оптимизация процесса, как правило, предусматривает наличие математической модели и заключается в непрерывном измерении возмущающих воздействий. При этом расчетными методами процессор УВМ устанавливает такие значения режимных параметров, которые бы при ограничениях на качество продукта доставляли экстремум целевой функции.
В данной работе поиск оптимального режима предлагается осуществлять непосредственно на объекте. Этот метод поиска не требует построения сложной физико-математической модели управляемого процесса. Необходимо лишь экспериментально убедиться в существовании для этого процесса оптимальных условий и составить алгоритм управления в соответствии с заданной программой преобразования полученной информации о ходе сушки. Выполнение программы — это последовательное осуществление в определенном порядке вычислительных и логических операций над хранящимися в памяти процессора зависимостями между входными и выходными факторами, а также строгая выборка команд по упорядоченной подаче управляющих воздействий с учетом накладываемых на них ограничений.
и о п р с ш у
Рис. 1
Предлагаемая схема управления процессом сушки в сушильной установке с тепловым насосом (рис. 1) содержит сушилку 1; калорифер 2; вентилятор 3; камеру нагрева 4; компрессор теплонасосной установки 5; конденсатор теплонасосной установки 6; терморегулирующий вентиль 7; испаритель теплонасосной установки 8; линии: подачи
влажного продукта на сушку 9, отвода высушенного продукта 10, рециркуляции сушильного агента по основному и дополнительному потокам соответственно 11 и 12, подачи греющего пара в калорифер 13, отвода конденсата 14, сброса отработанного сушильного агента 15, подпитки осушенного сушильного агента свежим 16, рециркуляции хла-доагента 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 и 24, температуры сушильного агента перед калорифером 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 хладоагента на входе в испаритель 29 и 30 соответственно; вторичные приборы 31-41', локальные регуляторы 42-46; микропроцессор 47; исполнительные механизмы 48-54; а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к — входные каналы управления; м, н, о, п, р, с, пг, у — выходные каналы управления.
Термодинамическое изображение процесса сушки в ТНСУ представлено на рис, 2: 1—2 — основной нагрев исходной смеси сушильного агента; 2-3 — процесс сушки в сушилке 1; 3-4 — охлаждение сушильного агента за счет нагрева исходного продукта в камере 4; 4-5-6 — охлаждение и осушение сушильного агента в испарителе 8 ТНСУ; 6~7 — предварительный нагрев сушильного агента в конденсаторе 6 ТНСУ; 7-1-3 — получение смеси сушильного агента, поступающего по линиям рециркуляции основного 11 и дополнительного 12 потоков. Параметры сушильного агента: температура влагосодержание х, энтальпия /: £0, хск, /0 — на входе в калорифер; ?вх, х0, /ЕХ — на входе в сушилку; ?ЕЬ]Х, х2, /вых — на выходе из сушилки; х{, 1{ — на входе в конденсатор ТНСУ; £росы, *осуш.са — соответственно температура ’’точки росы” и осушенного сушильного агента после конденсатора ТНСУ.
гущенного агента ісоответ-I калори-:ботанно-гшенного кции хла-датчики:
Iсоответ-^ысушен-асхода и входе в Сильного мперату-на входе ,27 к 28, ІЄ из ис-итель 29 •і 31-41; зссор 47; з, г, д, е, ; м, н, о, ния.
ісса суш-
- основ-агента;
- охлаж-сходного дение и ителе 8 шильно-■1-3 -упающе-и допол-шльного , энталь-
Кх’ •ї0> а выходе |іенсатор іература ) агента
Информация о влажности, температуре и расходе влажного продукта в линии 9 с помощью датчиков 20, 19 я 18 и вторичных приборов 33, 32 и 31 передается в микропроцессор 47, который по заложенному в него алгоритму в зависимости от количества влаги и тепла, содержащегося во влажном продукте, подаваемом на сушку, устанавливает задание локальным регуляторам 42 и 43 на температурный режим и режим подачи сушильного агента на входе в сушилку посредством исполнительного механизма 48 в линии подачи греющего пара 13 в калорифер 2 и исполнительного механизма 49 регулируемого привода вентилятора 3. Отработанный сушильный агент после предварительного подогрева влажного продукта в камере нагрева 4 подается по линии основного потока 11 сначала на осушение и охлаждение в испаритель теплонасосной установки 8, затем в конденсатор 6 и далее направляется в линию смешения сушильного агента, поступающего по дополнительному потоку, и свежего сушильного агента, подаваемого на подпитку, после чего направляется в сушилку, образуя замкнутый цикл основного потока. В соответствии с технологическими возможностями испарителя теплонасосной установки по текущим значениям расхода и влагосодержания отработанного сушильного агента, измеряемых датчиками 26, 28 и вторичными приборами 37 и 39, микропроцессор корректирует задание локальному регулятору 45 и посредством исполнительного механизма 54 устанавливает максимально возможный поток влаги с отработанным сушильным агентом, подаваемым на испаритель 8, а количество лишней влаги с частью отработанного сушильного агента сбрасывается по линии 15 с помощью исполнительного механизма 53. Работа исполнительных механизмов 53 и 54 синхронизирована.
По информации датчиков 26 и 27 и вторичных приборов 37 и 38 микропроцессор определяет количество тепла, поступаемое с отработанным сушильным агентом в испаритель теплонасосной установки, в зависимости от которого устанавливает задание локальному регулятору 46 и посредством исполнительного механизма 52 регулируемого привода компрессора 5 воздействует на расход хладоагента в линии рециркуляции 17, обеспечивая при этом необходимую холодопроизводи-тельность теплонасосной установки. В установившемся режиме сушки микропроцессор обеспечивает заданное соотношение расходов сушильного агента в линии рециркуляции по основному потоку 11 и хладоагента в линии рециркуляции 17. Хладоагент, сжатый компрессором 5, конденсируется в конденсаторе 6 и дросселируется через терморегулирующий вентиль 7 до давления, при котором поступает в испаритель 8. Испарение хладоагента за счет теплоты сушильного агента позволяет охладить последний ниже ’’точки росы” и осушить вследствие выпадения содержащихся в нем паров влаги. Процесс конденсации влаги, содержащейся в сушильном агенте, сопровождается образованием ’’снежной шубы” на охлаждающем элементе испарителя, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи от хладоагента к сушильному агенту через стенку охлаждающего элемента при нарастающей по ходу процесса сушки толщины ’’снежной шубы” и, как следствие,
снижает интенсивность осушения сушильного агента. По информации датчиков 26, 27, 29, 30 и вторичных приборов 37, 38, 40, 41 микропроцессор непрерывно вычисляет текущее значение коэффициента теплопередачи по формуле
где (3 = - ?2) — количество тепла,
подаваемое сушильному агенту в испаритель теплонасосной установки, кДж/ж; У — объемный расход сушильного агента, м3/ч; го — средние значения теплоемкости, кДж/(кг-К), плотности, кг/м3, сушильного агента; Р — площадь поверхности охлаждающего элемента испарителя, м2; А^ср = ~ ^/\п [(^ - гз)/(^2 - *3)] — среднелогарифмический температурный напор, °С; , ґ2 —
температура сушильного агента соответственно на входе и выходе из испарителя, °С; ґ3 — температура хладоагента на входе в испаритель, °С, и вырабатывает сигнал отклонения текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного интервала значений, по которому корректирует задание локальному регулятору 46 и воздействует на соотношение расходов ’’сушильный агент—хладоагент” путем изменения расхода хладоагента в линии рециркуляции 17 воздействием на мощность привода компрессора 5 с помощью исполнительного механизма 52. При отклонении текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного в сторону уменьшения микропроцессор увеличивает хладопроизводительность теплонасосной установки. Если увеличение хладопроизводитель-ности (расхода хладоагента в линии 17) не позволяет вывести текущее значение коэффициента теплопередачи на заданный интервал значений, то микропроцессор отключает рабочую секцию испарителя на регенерацию и подключает резервную секцию (на схеме не показана).
Осушенный и охлажденный сушильный агент после испарителя 8 направляют в конденсатор 6, где он нагревается за счет тепла конденсации хладоагента. По температуре сушильного агента перед калорифером, измеряемой датчиком 25 и вторичным прибором <36, изменение которой обусловливается как в результате нагоевания в конденсаторе, так и за счет тепла отработанного сушильного агента в линии рециркуляции по дополнительному потоку 12, микропроцессор корректирует задание локальному регулятору 42 и с помощью исполнительного механизма 48 устанавливает расход греющего пара в калорифер, обеспечивающий требуемый температурный режим сушки (температуру сушильного агента на входе в^сушилку).
В процессе сушки микропроцессор осуществляет непрерывное слежение за влажностью высушенного продукта с помощью датчика 21 и вторичного прибора 34. При отклонении текущего значения влажности высушенного продукта от заданного, что объясняется возможными случайными возмущениями либо из-за существенных колебаний состава влажного продукта и в первую очередь его влажности, либо из-за технологических сбоев, связанных с подсосами в тракте подачи продукта на сушку в линии 9, а также линиях рециркуляции сушильного агента по основному и дополнительному потокам И ж 12, микропроцессор осуществляет коррекцию задания локальному регулятору 44, который посредством исполнительного механизма
50 воздействует на изменение влагосодержания сушильного агента на входе в сушилку путем изменения расхода отработанного сушильного агента в линии рециркуляции по дополнительному потоку 12. При отклонении влажности высушенного продукта в сторону увеличения от заданного значения микропроцессор уменьшает расход отработанного сушильного агента в линии рециркуляции 12, а при отклонении влажности высушенного продукта в сторону уменьшения — увеличивает.
Возможные потери сушильного агента в линии рециркуляции по основному потоку 11 вследствие его частичного сброса по линии 15 и изменение расхода сушильного агента в линии рециркуляции по дополнительному потоку 12 в зависимости от влажности высушенного продукта неизбежно приводят к нарушению режима подачи сушильного агента на входе в сушилку и, как правило, к снижению его расхода. По величине рассогласования текущей величины расхода сушильного агента, измеряемой датчиком 23 и вторичным прибором 35, с заданной микропроцессор корректирует задание локальному регулятору 43 и увеличивает мощность регулируемого привода вентилятора 3 посредством исполнительного механизма 49. Если увеличение мощности привода вентилятора не обеспечивает необходимого расхода сушильного агента, что свидетельствует о его потерях, то микропроцессор осуществляет подпитку осушенного сушильного агента свежим по линии 16 с помощью исполнительного механизма 51 и устанавливает режим подачи сушильного агента на входе в сушилку в соответствии с заданным алгоритмом.
Разработанная схема и алгоритм управления прошли экспериментальную проверку на опытной ленточной сушилке для семечковых фруктов в условиях Задонского овощесушильного завода. Проведенные исследования конвективной сушки яблок кондиционированным воздухом показали существенное улучшение технико-экономических показателей процесса.
Организация сушильного процесса по схеме с полностью замкнутым циклом по газовой фазе с применением ТНСУ и оценка результатов программно-логического управления процессом свидетельствуют о перспективах использования УВМ в реализации оптимальных режимов сушки.
В настоящее время проводятся исследования для уточнения данных по экономической эффективности способа управления с учетом объема производства сушеных фруктов, сложившихся цен на энергоносители, материальные ресурсы, транспортные перевозки и т.д.
ВЫВОД
Предложено программно-логическое управление теплонасосной сушильной установкой с применением УВМ, позволяющее поддерживать оптимальный технологический режим сушки за счет непрерывной обработки информации, получаемой непосредственно с объекта, с коррекцией режима в условиях случайных изменений неуправляемых факторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кретов И.Т., Шевцов А.А. Автоматическая оптимизация процесса сушки солода в высоком слое // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1994. — № 5-6. — С. 62-65.
2. Кретов И.Т., Шевцов А.А., Шахов С.В. Алгоритм функционирования системы управления сушильнои установкой с рециркуляционными потоками // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1996. — № 5-6. — С. 52-55.
3. Кретов И.Т., Шевцов А.А., Лакомов И.В, Концепция моделирования прибыльных технологий сушки зерна // Вест. Рос. акад. с.-х. наук. — 1997. — № 1. — С. 51 —54.
4. Кретов И.Т., Лакомов И.В., Шевцов А.А. Многофакторный статистический анализ процесса осушения отработанного теплоносителя в сушильных установках с тепловым насосом. — Воронеж: ВГТА, 1997. — С. 51.
5. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. — М.: Химия, 1988. — 325 с.
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Поступила 15.04.98
621.078.665.09
ПОСТРОЕНИЕ СТОХАСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ САЛОМАСА В ПРОЦЕССЕ ГИДРИРОВАНИЯ ЖИРОВ
АЗАД ЭЛЬ МОСТАФА, З.Г. НАСИБОВ,
Е.В. ДАНИЛИН, В.И. ПУГАЧЕВ, С.П. ДОЦЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
Гидрирование жиров и масел проводится с целью получения из жидких растительных масел жиров с твердой консистенцией.
Гидрированный жир в промышленности имеет техническое название ’’саломас”. Одним из главнейших физических свойств, влияющих на его качество, является температура плавления саломаса ТПС [1]. В настоящее время отсутствует техническое средство для непрерывного измерения этого показателя. Он определяется лабораторным методом: в цеху — каждый час, в заводской лаборатории — два раза в смену. Отсутствие непрерывного контроля 777С затрудняет оперативное управление этим процессом.
Цель данного исследования — изучение возможности оценки величины ТПС по результатам непрерывно измеряемых параметров процесса. Для решения поставленной задачи разработаны стоха-
С, Г,
Рис.
