Способ управления процессом получения обжаренных зернопродуктов

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса получения обжаренных зернопродуктов. Способ предусматривает предварительный подогрев продукта в камере кондуктивного нагрева в два этапа: на первом этапе - отработанным воздухом и на втором этапе - отработанным перегретым паром, последующую сушку продукта в камере сушки осушенным воздухом и термическую обработку перегретым паром в камере обжарки с промежуточным увлажнением продукта. В процессе получения продукта обеспечивается осушение воздуха с применением теплонасосной установки с двухсекционным испарителем. Предложенный способ позволяет повысить энергетическую эффективность, точность и надежность управления процессом, а следовательно, и качество готового продукта. 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса получения обжаренных зернопродуктов, преимущественно зерен кофе, ячменя, ржи, сои и др.

Известен способ автоматического управления процессом обжарки кофе [Пат. РФ №2203553, А23F 5/04, А23N 12/00, 12/08, G05D 27/00. Способ автоматического управления процессом обжарки кофе / А.А.Шевцов, А.Н.Остриков, В.М.Калабухов, А.Н.Зотов. №2001130912/13. Заявлено 15.11.2001. Опубл. 10.05.2003. Бюл. №13 // Открытия. Изобретения. - 2003. - №13], предусматривающий стабилизацию конечной влажности обжаренного продукта с воздействием на расход и температуру перегретого пара, расход воды на промежуточное увлажнение продукта и расход исходного продукта при ограничениях на аэродинамическое сопротивление слоя продукта и расход неконденсировавшихся газов (величину угара).

Недостатком этого способа является то, что в нем отсутствует утилизация и рекуперация вторичных энергоресурсов за счет использования отработанных теплоносителей, что не создает реальных перспектив в значительном снижении высоких энергозатрат на всех стадиях получения обжаренного продукта, включая предварительный нагрев, последующую сушку и собственно процесс обжарки продукта.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства обжаренных кофепродуктов [Пат. РФ №2265370, А23L 1/10. Способ производства обжаренных кофепродуктов /А.А.Шевцов, А.Н.Остриков, О.А.Сизоненко, И.В.Шамшина (РФ) - №2004117717. Заявл. 10.06.2004. Опубл. 10.12.2005. Бюл. №34 // Открытия. Изобретения. - 2005. - №34], предусматривающий предварительный подогрев продукта в камере кондуктивного нагрева в два этапа: на первом этапе - отработанным воздухом и на втором этапе - отработанным перегретым паром, последующую сушку продукта в камере сушки осушенным воздухом и термическую обработку перегретым паром в камере обжарки с промежуточным увлажнением продукта, рекуперативный теплообмен между отработанным перегретым паром и осушенным воздухом, получение пара в парогенераторе и его перегрев в пароперегревателе, сбор конденсата с его частичным отводом в парогенератор и подачей на промежуточное увлажнение продукта в камере обжарки, организацию замкнутых рециркуляционных контуров по воздуху и перегретому пару с выводом неконденсирующихся газов (угара) из контура рециркуляции перегретого пара, а также включающий измерение расхода, температуры и влажности исходного продукта, аэродинамическое сопротивление слоя продукта в камере обжарки, а также стабилизацию конечной влажности обжаренного продукта с воздействием на расход и температуру перегретого пара, расход воды на промежуточное увлажнение продукта и расход исходного продукта.

Однако в известном способе не предусмотрен процесс осушения отработанного воздуха в теплонасосной установке, а значит не рассмотрен вопрос конденсации влаги из влажного воздуха в снеговую «снеговую шубу» на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя. По мере увеличения толщины «снеговой шубы» на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя происходит снижение коэффициента теплопередачи от хладагента к воздуху, что непосредственно отражается на интенсивности процесса осушения воздуха и его последующем эффективном использовании в контуре рециркуляции. При этом не используется теплота конденсации хладагента в конденсаторе теплонасосной установки для дополнительного нагрева отработанного воздуха, подаваемого в камеру кондуктивного нагрева. В способе не предусмотрено отключение рабочей секции испарителя на размораживание и использование резервной секции испарителя с организацией попеременной работы с рабочей секцией в режимах конденсации и регенерации. В этой связи данный способ нельзя в полной мере рассматривать как энергетически эффективный, а отсутствие оперативного управления энергетическими потоками не создает условий для повышения точности и надежности управления технологическими параметрами на всех стадиях процесса получения обжаренных зернопродуктов и невысокое качество готового продукта.

Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности, точности и надежности управления процесса получения обжаренных зернопродуктов, а следовательно и качества обжаренных зернопродуктов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления процессом получения обжаренных зернопродуктов, предусматривающем предварительный подогрев продукта в камере кондуктивного нагрева в два этапа: на первом этапе - отработанным воздухом и на втором этапе - отработанным перегретым паром, последующую сушку продукта в камере сушки осушенным воздухом и термическую обработку перегретым паром в камере обжарки с промежуточным увлажнением продукта, рекуперативный теплообмен между отработанным перегретым паром и осушенным воздухом, получение пара в парогенераторе и его перегрев в пароперегревателе, сбор образовавшегося конденсата в сборник конденсата и его частичным отводом в парогенератор и на промежуточное увлажнение продукта в камере обжарки, организацию замкнутых рециркуляционных контуров по воздуху и перегретому пару с выводом неконденсирующихся газов из контура рециркуляции перегретого пара, а также включающий измерение расхода, температуры и влажности исходного продукта, аэродинамическое сопротивление слоя продукта в камере обжарки, а также стабилизацию конечной влажности обжаренного продукта с воздействием на расход и температуру перегретого пара, расход воды на промежуточное увлажнение продукта и расход исходного продукта, новым является то, что для осушения воздуха используют теплонасосную установку с двухсекционным испарителем, для чего отработанный воздух после сушки продукта дополнительно подогревают в конденсаторе теплонасосной установки, и после первого этапа предварительного нагрева продукта в камере кондуктивного нагрева его направляют на конденсацию в двухсекционный испаритель теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают соответственно в режимах конденсации и регенерации, одну часть полученного в парогенераторе с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном насыщенного пара направляют в пароперегреватель, а другую направляют на регенерацию поверхности резервной секции испарителя, образовавшийся при этом конденсат отводят в сборник конденсата, измеряют влагосодержание воздуха до и после сушки продукта, расход и температуру отработанного воздуха, отводимого на конденсацию в рабочую секцию испарителя, температуру осушенного и охлажденного воздуха на выходе из рабочей секции испарителя, расход насыщенного пара в линии подачи в пароперегреватель и на регенерацию резервной секции испарителя, уровень конденсата в парогенераторе, и по измеренным значениям влагосодержания воздуха до и после сушки продукта и его расходу в рабочую секцию испарителя определяют количество водяных паров в отработанном воздухе, по которому устанавливают расход хладагента в рабочую секцию испарителя воздействием на мощность привода компрессора теплонасосной установки; по текущим значениям температуры отработанного воздуха до и после рабочей секции испарителя и температуры хладагента на входе в рабочую секцию испарителя определяют текущее значение коэффициента теплопередачи от водяных паров к хладагенту на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя и при достижении предельно минимального значения коэффициента теплопередачи производят переключение рабочей секции испарителя с режима конденсации на режим регенерации с одновременным включением на режим конденсации секции, работавшей в режиме регенерации; по давлению насыщенного пара в парогенераторе устанавливают заданную производительность парогенератора воздействием на мощность электронагревательных элементов, причем при уменьшении уровня конденсата в парогенераторе ниже заданного значения осуществляют подачу конденсата из сборника конденсата, а при достижении давления пара в парогенераторе верхнего предельного значения осуществляют сброс давления пара через предохранительный клапан.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления процессом получения обжаренных зернопродуктов.

Схема содержит камеру 1 кондуктивного нагрева продукта с греющей двухсекционной поверхностью 2 и 3, камеру сушки 4, камеру обжарки 5 с форсунками 6 для подачи воды, пароперегреватель 7, парогенератор 8, емкость 9 для сбора конденсата, теплообменник-рекуператор 10, компрессор теплонасосной установки 11, конденсатор 12, рабочую 13 и резервную 14 секции испарителя, терморегулирующий вентиль 15, вентиляторы 16, 17, насосы 18, 19, переключатель потока влажного воздуха 20. В состав схемы входят также линии для перемещения рабочих сред: 0.2 - влажный продукт, 0.2.1 - подсушенный продукт, 0.2.2 - высушенный продукт, 0.2.3 - обжаренный продукт, 1.8 - конденсат, 2.0 - угар - смесь испарившейся из продукта влаги и неконденсирующихся газов - продуктов терморазложения, 2.1 - отработанный пар, 2.2 - насыщенный пар, 2.3 - перегретый пар, 2.9 - пары испарившейся из продукта влаги, 3.2 - осушенный воздух, 3.3. - рециркуляционный воздух, 3.4 - горячий воздух, 5.1 - неконденсированные газы, 6.0 - хладагент; датчики: расхода 21-30, температуры 31-37, влажности 38-40, влагосодержания 41, 42, давления 43-45, уровня 46, микропроцессор 47, исполнительные механизмы 48-63, предохранительный клапан 64 (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С, Т, У, Ф, Х Ц, Ч, Ш, Щ, Ы - входные каналы управления, а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м, н, о, п - выходные каналы управления).

Способ осуществляется следующим образом.

Зерновое сырье (зерна кофе, ржи, ячменя, сои и т.п.), вымытое и очищенное, подают по линии 0.2 в камеру 1 кондуктивного нагрева, где обеспечивают его равномерное распределение и перемещение по греющей двухсекционной поверхности 2 и 3. За счет теплопередачи между отработанным сушильным агентом, подаваемым из камеры сушки 4 по линии 3.3, и продуктом через греющую поверхность 2 первой секции камеры 1 кондуктивного нагрева происходит предварительный нагрев зернового сырья. Во второй секции греющей поверхности 3 камеры 1 кондуктивного нагрева температуру продукта повышают за счет теплопередачи от отработанного перегретого пара (угара), подаваемого из камеры обжарки 5 через теплообменник-рекуператор 10 по линии 2.0.

Предварительный нагрев продукта при кондуктивном энергоподводе позволяет удалить поверхностную влагу и активизировать последующее удаление адсорбционно-связанной влаги из капиллярно-пористой структуры продукта в процессе последующей конвективной сушки. Образовавшиеся пары испаренной из продукта влаги отводят из камеры 1 кондуктивного нагрева по линии 2.9 и конденсируют в емкости 9 для сбора конденсата.

Продукт после предварительной тепловой обработки в камере 1 кондуктивного нагрева подают по линии 0.2.1 в камеру сушки 4, где его высушивают горячим воздухом. Подготовку (осушение за счет конденсации содержащихся в нем водяных паров в рабочей секции 13 испарителя) воздуха к сушке осуществляют с применением теплонасосной установки, а его подачу в камеру сушки 4 - вентилятором 16. Необходимую температуру на входе в камеру сушки 4 воздух достигает в теплообменнике-рекуператоре 10 за счет теплоты отработанного перегретого пара, который отводят из камеры обжарки 5 по линии 2.0. Отработанный воздух после сушки продукта дополнительно подогревают в конденсаторе 12 теплонасосной установки и по линии 3.3 подают в секцию 2 камеры 1 кондуктивного нагрева. Для многократного использования отработанного воздуха в контуре рециркуляции его подают на осушение в двухсекционный испаритель теплонасосной установки, рабочая 13 и резервная 14 секции которого попеременно работают в режимах конденсации и регенерации.

Теплонасосная установка работает по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент (рабочее тело) всасывается компрессором 11, сжимается до давления конденсации и по линии 6.0 направляется в конденсатор 12. Конденсируясь, он отдает теплоту отработанному после сушки воздуху, который, нагреваясь, подается по линии 3.3 в секцию 2 камеры 1 кондуктивного нагрева. Затем хладагент направляется в терморегулирующий вентиль 15, где дросселируется до заданного давления. С этим давлением хладагент поступает в рабочую секцию 13 испарителя, где он испаряется с выделением холода. Пары хладагента по замкнутому контуру 6.0 направляются в компрессор 11, сжимаются до давления конденсации и термодинамический цикл повторяется.

Высушенный продукт из камеры сушки 4 подают по линии 0.2.2. в камеру обжарки 5. Обжарку высушенного зернового сырья осуществляют перегретым паром атмосферного давления. Для получения пара используют парогенератор 8 с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном 64. Одну часть полученного насыщенного пара перегревают в пароперегревателе 7 и по линии 2.3 подают в камеру обжарки 5, а другую часть по линии 2.2 направляют на регенерацию (размораживание) резервной секции 14 испарителя. Образовавшийся конденсат при размораживании резервной секции испарителя 14 отводят в сборник конденсата 9 по линии 1.8 и затем в режиме замкнутого цикла вновь подают в парогенератор 8 с помощью питательного насоса 18.

Отработанный перегретый пар (угар) из камеры обжарки 5 сначала подают в теплообменник-рекуператор 10 по линии 2.0, затем во вторую секцию греющей поверхности 3 камеры кондуктивного нагрева 1, после чего его конденсируют и отводят по линии 2.1 в емкость 9 для сбора конденсата. Неконденсирующиеся газы в объеме 10...12% от массы обрабатываемого продукта выводят из контура рециркуляции перегретого пара через емкость 9 для сбора конденсата по линии 5.1.

В процессе обжарки зерновое сырье подвергают промежуточному увлажнению путем частичной подачи воды из емкости 9 для сбора конденсата с помощью насоса 19 в камеру обжарки 5, где она распыливается форсунками 6 над слоем продукта. При этом снижается величина угара до 10...12%, и, как следствие, уменьшаются потери экстрактивных веществ и увеличивается выход готовой продукции. Продукты терморазложения - канцерогены непрерывно выводят с неконденсированными газами по линии 5.1, создавая при этом экологически безопасные условия в технологии производства обжаренных зернопродуктов высокого качества.

Информация о ходе процесса получения обжаренных зернопродуктов, подготовки воздуха и пара с помощью датчиков 21-46 передается в микропроцессор 47, который по заложенному в него программно-логическому алгоритму осуществляет оперативное управление технологическими параметрами с учетом накладываемых на них двухсторонних ограничений, обусловленных как получением готового продукта высокого качества, так и экономической целесообразностью. Вторичные приборы, цифроаналоговые ЦАП и аналого-цифровые АЦП преобразователи на чертеже не показаны.

По текущей информации о влажности, температуре и расходе продукта в линии 0.2.1 после его предварительного подогрева в камере кондуктивного нагрева 1, получаемой соответственно с датчиков 38, 31, 23, микропроцессор 47 устанавливает заданный режим сушки, а именно массовый и тепловой расход сушильного агента на входе в камеру сушки 4 воздействием на мощность регулируемого привода вентилятора 16 посредством исполнительного механизма 58 и на мощность регулируемого привода компрессора 11 теплонасосной установки посредством исполнительного механизма 48. На изменение расхода воздуха, измеряемого датчиком 26, накладываются ограничения по аэродинамическому сопротивлению слоя продукта, измеряемого датчиками 44 и 45. Для обеспечения необходимого температурного режима сушки температура осушенного воздуха, измеряемая датчиком 34, доводится до заданного значения в теплообменнике-рекуператоре 10, с которой подается в камеру сушки 4. При этом создаются условия низкотемпературной сушки осушенным воздухом, сушильная способность которого контролируется по влажности подсушенного продукта, измеряемой датчиком 38. По измеренным значениям влагосодержания воздуха до и после сушки продукта в камере сушки 4 с помощью датчиков 41, 42 и его расходу с помощью датчика 22 микропроцессор определяет количество водяных паров в отработанном воздухе по формуле

где х_вх, x_вых - влагосодержание воздуха на входе и выходе из камеры сушки 4, кг/кг; ρ_ср - плотность сухого воздуха, кг/м³; V - объемный расход воздуха, м³/ч, в соответствии с которым устанавливает расход хладагента в рабочую секцию 13 испарителя воздействием на мощность привода компрессора 11 теплонасосной установки посредством исполнительного механизма 48. При отклонении влажности высушенного продукта в сторону увеличения от заданного значения микропроцессор воздействует на снижение влагосодержания воздуха путем увеличения мощности регулируемого привода компрессора 11 теплонасосной установки, повышая его сушильную способность.

Процесс охлаждения отработанного воздуха в рабочей секции 13 испарителя теплонасосной установки сопровождается конденсацией влаги из воздуха в «снеговую шубу» на ее поверхности. Это приводит к снижению коэффициента теплопередачи от хладагента к воздуху через стенку рабочей секции 13 испарителя. Нарастающая во времени толщина «снеговой шубы» снижает интенсивность осушения воздуха.

По информации датчиков 22, 32, 33, 34 микропроцессор непрерывно вычисляет текущее значение коэффициента теплопередачи по формуле:

где Q=Vc ρ(t₁-t₂) - количество теплоты, подаваемой отработанным воздухом в рабочую секцию 13 испарителя теплонасосной установки, кДж/ч; с, ρ - средние значения теплоемкости, кДж/(кг·К), плотности, кг/м³, воздуха; V - объемный расход воздуха, м³/ч; F - площадь охлаждающей поверхности рабочей камеры 13 испарителя, м²; Δt_cp=(t₁-t₂)/ln[(t₁-t₃)/(t₂-t₃)] - среднелогарифмический температурный напор, °С; t₁, t₂ - температура воздуха соответственно на входе и выходе из рабочей секции испарителя, °С; t₃ - температура хладагента на входе в рабочую секцию испарителя-охладителя, °С, и вырабатывает сигнал отклонения текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного интервала значений, по которому воздействует на соотношение расходов «воздух-хладагент» путем изменения расхода хладагента в линии рециркуляции 6.0 воздействием на мощность привода компрессора 11 с помощью исполнительного механизма 48. При отклонении текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного в сторону уменьшения микропроцессор 47 увеличивает хладопроизводительность теплонасосной установки, обеспечивая необходимое влагосодержание воздуха на выходе из рабочей секции 13 испарителя теплонасосной установки.

Если увеличение хладопроизводительности (расхода хладагента в линии 6.0) не позволяет вывести текущее значение коэффициента теплопередачи на заданный интервал значений, то микропроцессор 47 отключает рабочую секцию 13 из линии рециркуляции хладагента 6.0 теплонасосной установки и подключает резервную секцию 14 посредством исполнительных механизмов 50, 51, 52, 53, 54, 55.

Одновременно микропроцессор 47 осуществляет переключение направления движения потока воздуха с помощью исполнительного механизма 49 переключателя потока 20 в резервную секцию 14 испарителя теплонасосной установки, которая из режима регенерации переключается на рабочий режим конденсации (охлаждения и осушения воздуха). Работа исполнительных механизмов 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55 синхронизирована.

По измеренным значениям расхода, температуры и влажности зернопродукта после сушки в линии 0.2.2 датчиками 25, 35, 39 соответственно микропроцессор 47 устанавливает заданный расход и температуру перегретого пара, измеряемых датчиками 28 и 37, с помощью исполнительных механизмов 61 и 62 в линии 2.3, а также заданный расход воды, измеряемый датчиком 27, для увлажнения продукта в камере обжарки 5 с помощью исполнительного механизма 57 регулируемого привода насоса 19.

По ходу процесса обжарки с помощью датчика 40 микропроцессор 47 непрерывно измеряет текущее значение конечной влажности обжаренного продукта, по которому с помощью исполнительного механизма 57 регулируемого привода насоса 19 воздействует на расход воды, подаваемой на увлажнение продукта в камеру обжарки: при увеличении текущего значения конечной влажности продукта расход воды уменьшает, при уменьшении - увеличивает. Текущее значение расхода воды фиксируется датчиком 27.

По информации датчика 43 микропроцессор 47 осуществляет непрерывную стабилизацию давления насыщенного пара в парогенераторе 8 воздействием на мощность электронагревательных элементов посредством исполнительного механизма 60. При этом достигается заданная производительность парогенератора 8, контроль за которой обеспечивается датчиками расхода пара 28 и 29.

Часть насыщенного пара подается по линии 2.2 на размораживание резервной секции испарителя 14, работающей в режиме регенерации, которая отключается из контура рециркуляции хладагента 6.0 теплонасосной установки посредством исполнительных механизмов 51, 55. Микропроцессор 47 осуществляет переключение направления движения потока пара в линии 2.2 с помощью исполнительных механизмов 52, 53 в секцию испарителя теплонасосной установки, которая переключается с режима конденсации на режим регенерации.

Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 8 с помощью датчика 46 передается в микропроцессор 47. При изменении уровня конденсата микропроцессор 47 осуществляет двухпозиционное регулирование приводом питающего насоса 18 с помощью исполнительного механизма 56: включает питающий насос 18 при достижении уровня конденсата в парогенераторе 8, измеряемого датчиком 46, нижнего заданного значения и отключает его при достижении верхнего заданного значения.

В случае технологических и аварийных сбоев в работе парогенератора 8, связанных с возможным увеличением давления насыщенного водяного пара в его рабочем объеме, предусмотрен предохранительный клапан 64.

Пример реализации способа.

Способ управления процессом получения обжаренных зернопродуктов кондуктивно-конвективным методом с использованием в качестве теплоносителей при сушке - воздуха, а при обжарке - перегретого пара реализован на Воронежском экспериментальном комбикормовом заводе в линии производства обжаренного ячменя производительностью по готовому продукту 0,8...1,2 т/ч.

Пределы регулирования температуры, влагосодержания и расхода воздуха при сушке и температуры и расхода перегретого пара при обжарке зерна ячменя обоснованы в результате экспериментальных исследований и представлены в литературе [1. Афанасьев В.А. Теория и практика специальной обработки зерновых компонентов в технологии комбикормов. - Воронеж: ВГУ, 2002. - 296 с.2. Обжарка кофе перегретым паром / А.Н.Остриков, А.А.Шевцов, В.М.Кравченко, А.Н.Зотов; Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2003. - 174 с.] и соответственно составляют для воздуха 85...90°С, 0,005...0,025 кг/кг, 240...260 м³/ч; для пара 195...210°С, 300...330 м³/ч.

Для подготовки отработанного воздуха к последующей сушке использовался компрессорно-конденсаторный агрегат, работающий в режиме теплового насоса, со следующими характеристиками:

Компрессор одноступенчатый
двухцилиндровый	ФВ - 4/4,5
Хладагент (фреон-12)	R12
Холодопроизводительность, кВт	2,5...3,0
Диапазон температур кипения, °С	-25...0
Конденсатор воздушный, ребристый, м2	4,6
Площадь охлаждающей поверхности испарителя, м2	4,2
Допустимые пределы изменения
коэффициента теплопередачи, Вт/м2·К	3,8...5,0
Температура хладагента
на входе в испаритель, К	263...273

При кондуктивном энергоподводе в камере кондуктивного нагрева 1 влажность ячменя снижается на 3.0...3,5%, например с 22 до 19%, за счет удаления поверхностной влаги.

Низкотемпературные режимы сушки продукта кондиционированным воздухом с пониженным влагосодержанием после предварительной тепловой обработки зерна в камере кондуктивного нагрева 1 приводят к снижению его влажности в камере сушки 4 на 8,5...9,2%, например с 19 до 10%. Процесс сушки зерна осуществляется при активных гидродинамических режимах. Заданный расход горячего воздуха поддерживается из условий ограничений на аэродинамическое сопротивление слоя ячменя в интервале значений 700...750 Па.

При обжарке продукта перегретым паром атмосферного давления с промежуточным увлажнением влажность ячменя снижается на 5,5...5,8% и на выходе из камеры обжарки 5 составляет 4,5...5,2%.

В соответствии с технической характеристикой сушильной камеры 4 удельный расход воздуха, подогретого в теплообменнике-рекуператоре отработанным перегретым паром до температуры 90...95°С, составляет 7,5 м³/кг. Следовательно, количество влаги, испарившейся из продукта в процессе сушки и унесенной отработанным воздухом из камеры сушки в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки при производительности линии для производства обжаренного ячменя, например 1000 кг/ч, определяется следующим образом:

U=(x_вых-x_вх)ρ_свG_яν=(0,015-0,005)·1,0·1200·7,5=90 кг/ч,

где G_я - производительность поточной линии по исходному зерну ячменя, т/ч; ν - удельный расход воздуха, м³/кг; х_вх, х_вых - влагосодержание на входе и выходе из сушильной камеры, кг/кг.

Получаемое количество влаги (90 кг/ч) необходимо сконденсировать на поверхности охлаждающего элемента рабочей секции испарителя-охладителя в виде «снеговой шубы». В процессе конденсации влаги отработанный воздух охлаждается до температуры, например, -3...-5°С, и осушается до влагосодержания, например, 0,004...0,006 кг/кг, что соответствует интервалу значений коэффициента теплопередачи от хладагента к воздуху через стенку охлаждающего элемента, 3,8...5,0 Вт/м²·К. При снижении коэффициента теплопередачи ниже заданного интервала значений, например ниже 3,8 Вт/(м²·К), микропроцессор переключает рабочую секцию испарителя 13 с режима конденсации на режим регенерации, а резервную секцию 14 - с режима регенерации на режим конденсации. Конденсат, образовавшийся при размораживании рабочей секции испарителя, работающей в режиме регенерации, отводится в сборник конденсата 9.

В установившемся технологическом режиме работы линии получения обжаренного ячменя в камеру обжарки 5 подается перегретый пар с температурой, например 210°С, и линейной скоростью 2,8...3,0 м/с. В процессе обжарки осуществляют промежуточное увлажнение зерен ячменя распыливаемой с помощью форсунок 6 водой, которая подается в камеру обжарки 5 из емкости 9 с помощью насоса 19, например, через каждые 2 минуты в соотношении 1:20. При этом величина угара составляет, например 10...12%, а выход обжаренного зерна соответственно 88...90%.

При этом часть насыщенного пара, полученного в парогенераторе 8, под давлением, например, 0,2 МПа, что соответствует 120°С и удельному объему пара 0,892 м³/кг, подается в пароперегреватель. При норме массового расхода пара, например, 0,6 кг на 1 кг зерна объемный расход пара составит:

Q_n=q_n·0,12G_я·V=0,6·0,12·1000·0,892=62,4 м³/ч,

где q_n - удельный массовый расход пара, кг/кг.

Пусть на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, необходимо установить расход пара, например, 6,0 м³/ч, тогда с учетом общего потребления пара на обжарку продукта и на размораживание резервной секции испарителя производительность парогенератора должна поддерживаться на уровне 70 м³/ч путем воздействия на мощность электронагревательных элементов парогенератора.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только обеспечить точность и надежность управления процессом получения обжаренных зернопродуктов, но и создать условия для реализации энерго- и ресурсосберегающей технологии в непрерывном режиме эксплуатации оборудования.

Дополнительные технологические приемы позволяют реализовать предлагаемый способ как энергосберегающую и экологически безопасную технологию, в частности, обеспечить осушение воздуха с применением теплонасосной установки в замкнутом контуре его рециркуляции и снизить при этом окисление продукта кислородом воздуха (чисто технологическая задача), устранить выброс отработанного воздуха в атмосферу и вывести из контура рециркуляции перегретого пара неконденсированные газы с продуктами терморазложения (экологическая задача), использовать рекуперацию теплоты конденсации хладагента в конденсаторе теплонасосной установки для дополнительного нагрева воздуха (задача энергосбережения).

В предлагаемом способе управления решается комплексная задача рационального энергоснабжения новых технологических операций, посредством которых осуществляется воздействие на сырье, что приобретает особую актуальность применения способа на предприятиях малой мощности, фермерских хозяйствах, миникормоцехах и делает способ более привлекательным для специалистов.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

- повышает производительность линии на 10...12% за счет точности и надежности управления технологическими параметрами;

- стабилизирует температурный режим сушки продукта кондиционированным воздухом в области заданных значений, что позволяет обеспечить необходимые термовлажностные характеристики продукта перед обжаркой;

- снижает энергозатраты на тонну обжаренного продукта на 10...15%;

- обеспечивает экологически чистую технологию получения обжаренных зернопродуктов.

Способ управления процессом получения обжаренных зернопродуктов, предусматривающий предварительный подогрев продукта в камере кондуктивного нагрева в два этапа: на первом этапе - отработанным воздухом и на втором этапе - отработанным перегретым паром, последующую сушку продукта в камере сушки осушенным воздухом и термическую обработку перегретым паром в камере обжарки с промежуточным увлажнением продукта, рекуперативный теплообмен между отработанным перегретым паром и осушенным воздухом, получение пара в парогенераторе и его перегрев в пароперегревателе, сбор образовавшегося конденсата в сборник конденсата и его частичный отвод в парогенератор и на промежуточное увлажнение продукта в камере обжарки, организацию замкнутых рециркуляционных контуров по воздуху и перегретому пару с выводом неконденсирующихся газов из контура рециркуляции перегретого пара, а также включающий измерение расхода, температуры и влажности исходного продукта, аэродинамическое сопротивление слоя продукта в камере обжарки, а также стабилизацию конечной влажности обжаренного продукта с воздействием на расход и температуру перегретого пара, расход воды на промежуточное увлажнение продукта и расход исходного продукта, отличающийся тем, что для осушения воздуха используют теплонасосную установку с двухсекционным испарителем, для чего отработанный воздух после сушки продукта дополнительно подогревают в конденсаторе теплонасосной установки, и после первого этапа предварительного нагрева продукта в камере кондуктивного нагрева его направляют на конденсацию в двухсекционный испаритель теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают соответственно в режимах конденсации и регенерации, одну часть полученного в парогенераторе с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном насыщенного пара направляют в пароперегреватель, а другую - направляют на регенерацию поверхности резервной секции испарителя, образовавшийся при этом конденсат отводят в сборник конденсата, измеряют влагосодержание воздуха до и после сушки продукта, расход и температуру отработанного воздуха, отводимого на конденсацию в рабочую секцию испарителя, температуру осушенного и охлажденного воздуха на выходе из рабочей секции испарителя, расход насыщенного пара в линии подачи в пароперегреватель и на регенерацию резервной секции испарителя, уровень конденсата в парогенераторе, и по измеренным значениям влагосодержания воздуха до и после сушки продукта и его расходу в рабочую секцию испарителя определяют количество водяных паров в отработанном воздухе, по которому устанавливают расход хладагента в рабочую секцию испарителя воздействием на мощность привода компрессора теплонасосной установки; по текущим значениям температуры отработанного воздуха до и после рабочей секции испарителя и температуры хладагента на входе в рабочую секцию испарителя определяют текущее значение коэффициента теплопередачи от водяных паров к хладагенту на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя и при достижении предельно минимального значения коэффициента теплопередачи производят переключение рабочей секции испарителя с режима конденсации на режим регенерации с одновременным включением на режим конденсации секции, работавшей в режиме регенерации; по давлению насыщенного пара в парогенераторе устанавливают заданную производительность парогенератора воздействием на мощность электронагревательных элементов, причем при уменьшении уровня конденсата в парогенераторе ниже заданного значения осуществляют подачу конденсата из сборника конденсата, а при достижении давления пара в парогенераторе верхнего предельного значения осуществляют сброс давления пара через предохранительный клапан.