CC BY
37
664.723.002.2
УПРАВЛЕНИЕ ОСЦИЛЛИРУЮЩИМИ РЕЖИМАМИ СУШКИ ЗЕРНА В ПРЯМОТОЧНОЙ ЗЕРНОСУШИЛКЕ С ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ
А. А. ШЕВЦОВ, А.С. ШАМШИН, А.В. ЕВДОКИМОВ
Воронежская государственная технологическая академия :
Специфическйе свойства зерна как объекта сушки - высокая влагоинерционность и термочувствительность - препятствуют интенсификации процесса снижения влажности зерна.
При традиционных способах конвективной сушки не удается снизить влажность зерна за один проход через сушилку более чем на 6-8% без риска ухудшения его качества. Зерно быстро нагревается до предельно допустимой температуры, не успевая отдать требуемое количество влаги [I].
Эту задачу можно решить, применяя осциллирующие режимы сушки, т. е. чередование циклов нагрева и охлаждения зерна, что способствует уменьшению градиентов температуры и влажности в зерне, и предотвращает ухудшение его качества [2].
В работе предлагается способ реализации осциллирующих режимов сушки зерна в прямоточной зерносушилке, основанный на развитии работ по составлению программно-логических алгоритмов теплонасосными сушильными установками [3-5].
а б в , 1 г д . е ж. ІІІ з и і МІ < < п мн о п р с МММ
г су ;
Рис.
Рассмотрены принципиально новые возможности утилизации и рекуперации тепла отработанного сушильного агента в соответствии с предлагаемой схемой (рис. 1).
Схема содержит первую 1 и вторую 2 зоны сушки; теплообменник 3 для промежуточного охлаждения продукта; камеру нагрева 4; калориферы 5, 6; вентилятор 7; компрессор теплонасосной установки <5; испаритель с секциями 9, 10) конденсатор 11\ терморегулирующий вентиль 72; линии: подачи влажного продукта в первую зону сушки 13, отвода высушенного продукта из первой зоны сушки в теплообменник 14, подачи продукта из теплообменника 3 во вторую зону сушки 15, отвода высушенного продукта из второй зоны сушки 16, рециркуляции сушильного агента 17, подачи осушенного и охлажденного сушильного агента в конденсатор теплонасосной установки 18 и в теплообменник 19, отвода сушильного агента из теплообменника в замкнутый цикл 20, подачи греющего пара в калориферы 21, 23, отвода конденсата 22, 24, подачи сушильного агента в первую зону сушки 25, подачи сушильного агента во вторую зону сушки 26, рециркуляции хладагента в теплонасосной установке 27, подключения резервной секции испарителя в контур рециркуляции теплонасосной установки 28, 29, сброса отработанного сушильного агента 30, подпитки сушильного агента свежим 31\ датчики: расхода продукта 32, температуры продукта 33, 35, 38, температуры сушильного агента 36,40,42,45, 47, температуры хладагента на входе в испаритель 44, влажности продукта 34,37,39, влагосо-держания сушильного агента 43, 48, расхода сушильного агента 41, 49\ исполнительные механизмы 50-67; микропроцессор 68 (я, б, в, г, д, е ж, з, и, к, л, м, н, о, п, р, с-входные каналы управления; А, Б, В, Г. Д Е, Ж, 3, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С,Т,У- выходные каналы управления).
На рис. 2 представлено изменение термодинамического состояния сушильного агента на всех стадиях процесса сушки:
1-2 - нагрев сушильного агента в калорифере первой зоны сушки; 1-2* - нагрев сушильного агента в калорифере второй зоны сушки; 2-3 - процесс сушки в первой зоне; 2-3' - процесс сушки во второй зоне; 3-^-4 - смешивание двух потоков отработанного сушильного агента из первой и второй зон сушки; 4-5 -охлаждение сушильного агента за счет нагрева зерна в камере 4: 10-5-6 - смешивание двух потоков сушиль-
ного агента после предварительного охлаждения в камере 4 с сушильным агентом после охлаждения зерна в теплообменнике 3; 6-7 - смешивание сушильного агента в линии рециркуляции 17 со свежим сушильным агентом, подаваемым по линии подпитки 31; 7-8-9- охлаждение и конденсация сушильного агента в рабочей секции 9 испарителя; 6-3-9 - то же, но без подпитки свежим сушильным агентом по линии 31\ 9-1 - нагрев сушильного агента в конденсаторе 77; 9-Ю - нагрев сушильного агента в теплообменнике 3 за счет процесса охлаждения зерна. Параметры сушильного агента: I - температура, х - влагосодержа-ние, / -энтальпия: г0, *о, Ь - на входе в калорифер; /вх, Хи 1Вх - на входе в первую зону сушки; /вх;, х\, 1^! - на входе во вторую зону сушки; /вых, х\ _ /вых - на выходе из первой зоны сушки; гВЫ)/, х2;, 1ВЬ^ - на выходе из второй ЗОНЫ сушки; /СмЬ*см1,Лм1 - при смешивании сушильного агента из первой и второй зон сушки; ?см/, хсм/г /с„/ -после охлаждения смеси в камере 4; /см2, хш2, Лм2 - при смешивании двух потоков сушильного агента после камеры предварительного нагрева зерна 4 и после охлаждения зерна в теплообменнике 3; /с„з, хсмз, 1тз - при смешивании сушильного агента в линии рециркуляции 17 со свежим сушильным агентом, подаваемым по линии подпитки 31 (перед рабочей секцией 9 испарителя теплонасосной установки); /росы. /осуш - соответственно температура точки росы и осушенного сушильного агента после конденсатора.
А
у
і <Щ-
'.'к;,..
1
£
...
‘8 8'
Тош І ^ рхы
г#*
X..
Рис. 2
X! X? X
Влажное зерно последовательно подают сначала в теплообменник 4, где оно нагревается за счет тепла отработанного сушильного агента, затем в зону сушки 1, где его температуру доводят до предельно допустимого максимального значения, далее направляют на про-
межуточное охлаждение в теплообменник 3 и потом на окончательную досушку в зону сушки 2. Отработанный сушильный агент после первой и второй зон сушки смешивают и подают на предварительный подогрев зерна, после чего направляют на осушение и охлаждение в рабочую секцию 9 испарителя теплонасосной установки. Часть осушенного и охлажденного сушильного агента после рабочей секции 9 испарителя подают сначала на конденсатор 11, а затем в первую и вторую зоны сушки, другую его часть - в теплообменник 3 для промежуточного охлаждения зерна после зоны сушки 7 с последующим возвратом в замкнутый цикл 77 по линии 20.
По информации датчиков о текущих значениях расхода, температуры, влажности 32, 33, 34 микропроцессор 68 непрерывно определяет тепловой и массовый потоки, подаваемые с зерном в первую зону сушки после теплообменника 4, в соответствии с которыми устанавливает расход сушильного агента на входе в эту зону посредством исполнительного механизма 65 и его температуру воздействием на расход пара в калорифере 5 посредством исполнительного механизма 62.
Температура зерна на выходе из первой зоны сушки 1 поддерживается на предельно допустимом максимальном значении, обусловленном его качеством, путем воздействия на соотношение расходов сушильного агента после рабочей секции 9 испарителя в теплообменник 3 ив конденсатор 11.
По текущему значению температуры зерна после промежуточного охлаждения, измеряемого датчиком 38 в линии 15, микропроцессор 68 устанавливает температуру сушильного агента во второй зоне сушки путем воздействия на расход греющего пара в калорифер 6 посредством исполнительного механизма 63 и расход сушильного агента с помощью исполнительного механизма 64. По измеренным текущим значениям влажности зерна после первой и второй зон сушки с помощью датчиков 37, 39 микропроцессор корректирует соотношение расходов сушильного агента в эти зоны путем воздействия на исполнительные механизмы 63,64, сохраняя при этом общий расход сушильного агента на процесс сушки воздействием на регулируемый привод вентилятора 7 посредством исполнительного механизма 65.
По расходу, температуре, влажности отработанного сушильного агента в линии 77, измеряемых датчиками 41, 42, 43, микропроцессор устанавливает заданную холодопроизводительность теплонасосной установки путем воздействия на мощность привода компрессора 8 посредством исполнительного механизма 66. При изотермических режимах сушки [2] высоковлажного зерна в первой зоне велика вероятность образования избытка влаги в линии рециркуляции 77, которая не может быть сконденсирована в рабочей секции 9 испарителя в силу ограничений по холодопроиз-водительности теплонасосной установки. Поэтому микропроцессор непрерывно определяет излишнюю часть испарившейся из зерна влаги б отработанном су-
шильном агенте и направляет ее на размораживание секции 10 испарителя, работающей в режиме регенерации, осуществляя синхронизированную работу исполнительных механизмов 50, 51.
По информации датчиков 41, 42, 44, 45 микропроцессор непрерывно вычисляет текущее значение коэффициента теплопередачи от хладагента к сушильному агенту через стенку охлаждающего элемента испарителя [2-4] и вырабатывает сигнал отклонения текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного интервала значений, по которому корректирует соотношение расходов сушильный агент - хладагент путем изменения расхода хладагента в линии рециркуля-* ций7'7 воздействием на мощность привода компрессора 8 с помощью исполнительного механизма 66. Если увеличение расхода хладагента в линии 7 7 не позволяет вывести текущее значение коэффициента теплопередачи на заданный интервал значений, то микропроцессор отключает рабочую секцию 9 испарителя на регенерацию и подключает резервную секцию 10 посредством исполнительных механизмов 52-57.
При увеличении «снеговой шубы» на охлаждающей поверхности рабочей секции 9 испарителя снижается интенсивность процесса осушения сушильного агента. Для получения заданного значения влагосодер-жания сушильного агента на выходе из испарителя, как правило, увеличивают расход хладагента в испарителе путем увеличения мощности привода компрессора 8. В этом случае возрастает тепловая нагрузка на конденсатор 11, что приводит к увеличению температуры сушильного агента на выходе из конденсатора 11 и, следовательно, к меньшим затратам тепла на его подогрев в калориферах 5,6. ;
По температуре сушильного агента после конденсатора в линии 18 , измеренной датчиком 47, микропроцессор с помощью исполнительных механизмов 62, 63 корректирует расход греющего пара в калориферах 5, 6 в линиях 21 и 23, обеспечивая требуемый температурный режим в соответствующих зонах сушки.
В процессе сушки микропроцессор осуществляет непрерывное слежение за влажностью высушенного зерна с помощью датчиков 37, 39. При отклонении текущего значения влажности зерна от заданного в линиях 14 и 16 микропроцессор 68 осуществляет воздействие на влагосодержание сушильного агента на выходе из рабочей секции 9 испарителя путем коррекции мощности привода компрессора 8.
Возможные потери сушильного агента в линии рециркуляции 17 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 сушиль-
ного агента с заданной, измеряемой датчиком 49, микропроцессор увеличивает мощность регулируемого привода вентилятора 7 посредством исполнительного механизма 66. Если увеличение мощности привода вентилятора не обеспечивает необходимого расхода сушильного агента, что свидетельствует о его потерях, то микропроцессор осуществляет подпитку сушильного агента в линии рециркуляции 17 свежим по линии 31.
По текущему значению влагосодержания отработанного сушильного агента микропроцессор устанавливает посредством исполнительных механизмов 50, 51 соотношение расходов отработанного сушильного агента, подаваемого в рабочую секцию 9 испарителя и резервную секцию 10, работающую в режиме регенерации. При этом последняя отключается на размораживание из контура рециркуляции теплонасосной установки 27 посредством исполнительных механизмов 56,57, а рабочая секция подключается посредством исполнительных механизмов 52, 53.
В процессе размораживания охлаждающей поверхности резервной секции 10 сброс отработанного сушильного агента и образовавшейся воды из нее осуществляется по линии 30 посредством исполнительного механизма 55.
Таким образом, предлагаемый способ сушки и алгоритм его управления позволяют реализовать осциллирующие режимы сушки чередованием процессов нагрева и охлаждения зерна, вести сушку в области стандартных физико-химических свойств зерна с возможностью управления технологическими параметрами совместных процессов сушки и осушения в условиях возможных случайных возмущений, а также снизить удельные энергозатраты за счет рекуперации и утилизации теплоты отработанного сушильного агента.
ЛИТЕРАТУРА • ,
1. Жидко В.И., Резчиков В.А., Уколов B.C. Зерносуше-ние и зерносушилки. - М.: Колос, 1982. - 239 с.
2. Гннзбург А.С. Теория сушки пищевых продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1976. - 248 с.
3. Кретов И.Т., Шевцов А.А., Лакомов И.В. Програм-
мно-логические функции системы управления теплонасосной сушильной установкой // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1998. -№ 4. - С. 69-72. х
4. Кретов И.Т., Ряховский Ю.В., Шевцов С.А. Управление теплонасосной сушильной установкой с рекуперацией тепла высушенного продукта // Изв. Вузов. Пищевая технология. - 2000. -№ 4. - С. 72-76.
5. Пат. 2150642 РФ. Способ автоматического управления процессом сушки / И.Т. Кретов, Ю.В. Ряховский, С.А. Шевцов. -Опубл. в Б. И,- 1999. -№ 16.
Кафедра технологии хранения и переработки зерна
Поступила 08.01.02 г.
