Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с свч-энергоподводом

Изобретение относится к технике сушки, к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов в аппаратах, работающих в закрученном потоке с применением энергоподвода, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и смежных с ними отраслях промышленности. Способ характеризуется тем, что сушку дисперсного материала осуществляют в цилиндроконическом сушильном аппарате, измеряют расход, влажность исходного дисперсного материала, поступающего в сушилку, влажность высушенного дисперсного материала, влагосодержание, температуру и расход теплоносителя как в осевом, так и в тангенциальном направлениях, потребляемую мощность вентиляторов, калориферов и СВЧ-излучателей, информация о ходе процесса сушки передается на микропроцессор, который по заложенному в него алгоритму исходя из условий материального и теплового балансов определяет наиболее оптимальные режимы управления, причем коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют по трем уровням, при этом на первом уровне при отклонении текущего значения влагосодержания высушенного дисперсного материала от заданного изменяют температуру подводимого потока теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении, на втором уровне, если изменение температуры по первому уровню не обеспечивает требуемой влажности высушенного дисперсного материала, изменяют расход теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении, на третьем уровне, если воздействия на первых двух уровнях не привели к заданной влажности высушенного дисперсного материала, то изменяют мощность СВЧ-излучателей, причем оптимальные режимы управления определяются максимизацией функции коэффициента эффективности работы сушильного аппарата. Способ позволяет повысить точность и надежность управления в наиболее оптимальных диапазонах изменения режимных параметров, то есть снизить инерционность управления. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов в аппаратах, работающих в закрученном потоке с применением энергоподвода, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и смежных с ними отраслях промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в активном гидродинамическом режиме, содержащий подсушку за счет тепла отработанного теплоносителя и сушку материала и заключающийся в измерении расхода, влажности и температуры исходного материала, поступающего в сушилку, расхода и влажности высушенного материала, влагосодержания, температуры и расхода теплоносителя, поступающего в сушилку, влагосодержания теплоносителя после сушки, при этом информация с датчиков, измеряющих расход, влажность и температуру исходного материала, поступающего в сушилку, расход и влажность высушенного материала, влагосодержание, температуру и расход теплоносителя, поступающего в сушилку, влагосодержание теплоносителя после сушки, подается в микропроцессор, который по заложенному в него алгоритму в зависимости от количества влаги и тепла, содержащихся в исходном и высушенном материале, устанавливает температурный режим и режим подачи теплоносителя на входе в сушилку посредством исполнительных механизмов калориферов и вентиляторов с целью обеспечения заданных параметров высушиваемого материала, при этом дополнительно используют датчики, измеряющие потребляемую мощность вентиляторов и калориферов, информация с которых подается на микропроцессор, который непрерывно определяет суммарные энергетические затраты на единицу массы высушиваемого материала и, если они увеличиваются, то уменьшает температуру и расход теплоносителя, если уменьшаются, то увеличивает, а оптимальный расход исходного материала определяется минимизацией функции стоимости энергетических затрат, кроме того, коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют по двум уровням, при этом на первом уровне при отклонении текущего значения количества влаги, испаряемой в какой-либо зоне сушилки от заданного, воздействуют на температуру и расход тангенциально подводимого потока теплоносителя, а на втором уровне, если изменение температуры и расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного материала, воздействуют на расход и температуру осевого потока теплоносителя [патент RU №2290583, F 26 B 25/22, 27.12.2006].

Известный способ имеет ряд существенных недостатков:

- недостаточно высокое качество высушенного материала;

- нерациональное использование тепло-энергетического и материального потенциала;

- невозможность оптимального управления процессом сушки;

- большая инерционность системы, т.е. низкие точность и надежность управления процессом сушки из-за случайных возмущений со стороны работы оборудования, что может привести к получению некондиционного материала.

Технической задачей изобретения является повышение качества высушенного дисперсного материала, повышение точности и надежности управления, интенсификация процесса сушки, снижение удельных энергозатрат.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, характеризующийся тем, что сушку дисперсного материала осуществляют в цилиндроконическом сушильном аппарате с закрученным потоком теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, при этом измеряют расход, влажность исходного дисперсного материла, поступающего в сушилку, влажность высушенного дисперсного материала, влагосодержание, температуры и расход теплоносителя как в осевом, так и в тангенциальном направлениях, потребляемую мощность вентиляторов, калориферов и СВЧ-излучателей, информация о ходе процесса сушки передается на микропроцессор, который по заложенному в него алгоритму исходя из условий материального и теплового балансов определяет наиболее оптимальные режимы управления, причем коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют по трем уровням, при этом на первом уровне при отклонении текущего значения влагосодержания высушенного дисперсного материала от заданного изменяют температуру подводимого потока теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении, на втором уровне, если изменение температуры подводимого потока теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении не обеспечивает требуемой влажности высушенного дисперсного материала, изменяют расход теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении, на третьем уровне, если воздействия на первых двух уровнях не привели к заданной влажности высушенного дисперсного материала, то при помощи исполнительных механизмов изменяют мощность СВЧ-излучателей, причем оптимальные режимы управления определяются максимизацией функции коэффициента эффективности работы сушильного аппарата, которую представим в виде

,

где П - производительность сушильного аппарата, кг/ч;

- сумма всех затрат в стоимостном выражении, руб./ч,

,

- энергетические затраты, руб./ч;

- материальные затраты, руб./ч,

суммарные энергетические затраты определяют по формуле

,

где - мощность калорифера, установленного на подаче тангенциального потока теплоносителя, кВт;

- мощность калорифера, установленного на подаче осевого потока теплоносителя, кВт;

- мощность привода вентилятора, установленного на подаче тангенциального потока теплоносителя, кВт;

- мощность привода вентилятор, установленного на подаче осевого потока теплоносителя, кВт;

- мощность питателя, кВт;

- цена единицы электроэнергии, руб./(кВт∙ч),

суммарные материальные затраты определяют по формуле

,

где - расход исходного продукта, поступающего на сушку, кг/ч;

- цена единицы исходного продукта, руб./кг.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности сушки, качества готового продукта, интенсификации процесса сушки, повышении точности и надежности управления процессом, снижении теплоэнергетических и материальных затрат на единицу массы готового продукта.

На фиг. 1 представлена схема автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, на фиг. 2 - блок-схема коррекции режимных параметров процесса сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом

Схема содержит цилиндроконический сушильный аппарат 1, вентилятор 2 подачи тангенциального потока теплоносителя, калорифер 3; вентилятор 4 подачи осевого потока теплоносителя, калорифер 5, бункер 6 для хранения исходного дисперсного материала, питатель 7 для подачи исходного дисперсного материала в сушильную камеру; линии: 8 подачи исходного дисперсного материала, отвода высушенного дисперсного материала 9, подвода тангенциального потока теплоносителя 10, подвода осевого теплоносителя 11; датчики: влагосодержания исходного 12 и высушенного 13 дисперсного материала; расхода тангенциального 14 и осевого 15 потоков теплоносителя, расхода 16 исходного дисперсного материала; влагосодержания тангенциального 17 и осевого 18 потоков теплоносителя, подаваемых в цилиндроконическую сушильную камеру; температуры тангенциального 19 и осевого 20 потоков теплоносителя, исходного дисперсного материала 21; потребляемой мощности вентиляторов подачи тангенциального 22 и осевого 23 потока теплоносителя, калориферов 24 и 25, СВЧ-излучателя 26; исполнительные механизмы 27-32 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м, н, о, п - входные каналы управления, ц, ч, ш, э, ю, я - выходные каналы управления); микропроцессор 33.

Способ осуществляется следующим образом.

Влажный дисперсный материал питателем 7 при помощи тангенциального потока теплоносителя подается в цилиндроконический сушильный аппарат 1, куда также подается осевой поток теплоносителя. В результате теплоноситель вместе с частицами дисперсного материала начинает совершать сложное циркуляционное движение вдоль окружности аппарата, увеличивая при этом свою скорость.

За счет этого дисперсный материал по мере его высыхания поднимается в верхнюю часть цилиндроконического сушильного аппарата 1, где происходит интенсификация тепломассобмена в процессе сушки за счет воздействия СВЧ-энергии на частицы дисперсного материала.

Информация о влажности, температуре и расходе исходного дисперсного материала в линии 8 с помощью датчиков 12, 16 и 21 передается в микропроцессор 33, который по заложенному в него алгоритму в зависимости от влажности и температуры исходного дисперсного материала, подаваемого на сушку, и от условий материального и теплового балансов устанавливает задание на необходимый тепловой режим и режим подачи как тангенциального, так и осевого, потоков теплоносителя на входе в цилиндроконический сушильный аппарат посредством исполнительных механизмов 29 и 30, соответственно, калориферов 3 и 5, исполнительных механизмов 27 и 28, регулирующих соответственно приводы вентиляторов 2 и 4, и исполнительного механизма 32 СВЧ-излучателей, регулирующих напряжение электрического тока питания СВЧ-излучателей.

В ходе процесса сушки влажного дисперсного материала в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом с помощью оперативной информации с датчиков исходного влагосодержания исходного дисперсного материала 12 и высушенного 13 измеряют текущее значение влажности исходного и высушенного дисперсного материала, по которому осуществляют постоянную коррекцию режима управления процессом сушки по 3 уровням, представленным на блок-схеме (фиг. 2), с учетом их приоритетной последовательности. За счет этого значительно снижается инерционность управления, т.е. сужается интервал времени с момента получения информации о ходе сушки до подачи управляющего воздействия на исполнительные механизмы регулирования. При этом повышается чувствительность системы управления процессом на случайные возмущения со стороны работы оборудования, большую часть которых удается полностью компенсировать, т.е. повышаются точность и надежность управления процессом сушки.

В данной блок-схеме Wк - конечная влажность высушенного дисперсного материала, Wкз - заданная конечная влажность диспесного материала, Nк - мощность калорифера, F - расход потоков теплоносителя, Nсвч - мощность СВЧ-излучателя, g - граничное условие выполнения I уровня регулирования, i1, i2, i3 - число итераций, m - минимальная мощность калорифера, n1 - максимальная мощность калорифера, n2 - текущая мощность калорифера, s1, s2 - шаг изменения мощности калорифера, f - граничное условие выполнения II уровня регулирования, v - минимальный расход потоков теплоносителя, k1 - максимальный расход потоков теплоносителя, k2 - текущее значение расхода потоков теплоносителя, z1, z2 - шаг изменения расхода потоков теплоносителя, h - граничное условие выполнения III уровня регулирования, a - минимальная мощность СВЧ-излучателя, b2 - максимальная мощность СВЧ-излучателя, u - шаг изменения мощности СВЧ-излучателя, b2 - текущее значение мощности СВЧ-излучателя, с1, c2 - шаг изменения мощности СВЧ-излучателя.

Первый уровень. При отклонении текущего значения влагосодержания высушенного дисперсного материала от заданного микропроцессор 33 оперативно вычисляет необходимое изменение температуры подводимого как тангенциального, так и осевого, потока теплоносителя и осуществляет его коррекцию посредством исполнительных механизмов 29 и 30, установленных соответственно в линиях 10 и 11, изменяющих мощность калориферов 3 и 5.

Если изменение температуры подводимого потока теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного дисперсного материала, то коррекцию режима управления осуществляют по второму уровню.

Второй уровень управления предусматривает достижение заданной влажности высушиваемого дисперсного материала путем воздействия на расход как тангенциального, так и осевого, потока теплоносителя, соответственно, в линиях 10 и 11, которое осуществляется с помощью исполнительных механизмов 27 и 28, изменяющих, соответственно, мощности вентиляторов 2 и 4.

Если изменение температуры и расхода подводимых тангенциального и осевого потоков теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного материала, то коррекцию режима управления осуществляют по третьему уровню.

Третий уровень управления предусматривает достижение заданной влажности высушиваемого дисперсного материала путем воздействия на напряжение электрической сети питания СВЧ-излучателей с целью изменения мощности СВЧ-излучения и осуществляется с помощью исполнительного механизма 32, изменяющего напряжение питания.

Информация о расходе материально-энергетических ресурсов, фиксируемая с помощью датчиков 12-26, передается в микропроцессор 33, который по заложенному в него алгоритму исходя из условия материального и теплового балансов определяет наиболее оптимальные режимы управления.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом позволяет:

- обеспечить многоканальное управление по трем уровням, что позволяет повысить точность и надежность управления в наиболее оптимальных диапазонах изменения режимных параметров, т.е. снизить инерционность управления;

- позволяет получить высушенный дисперсный материал высокого качества за счет оптимизации режимных параметров процесса сушки дисперсного материала в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом;

- обеспечивает рациональное использование тепло-энергетических ресурсов, варьируя их величиной в зависимости от характеристик высушиваемого дисперсного материала и хода процесса, и тем самым снизить затраты на единицу массы высушенного дисперсного материала;

Способ автоматического управления процессом сушки дисперсных материалов в закрученном потоке теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, характеризующийся тем, что сушку дисперсного материала осуществляют в цилиндроконическом сушильном аппарате с закрученным потоком теплоносителя с СВЧ-энергоподводом, при этом измеряют расход, влажность исходного дисперсного материла, поступающего в сушилку, влажность высушенного дисперсного материала, влагосодержание, температуру и расход теплоносителя как в осевом, так и в тангенциальном направлениях, потребляемую мощность вентиляторов, калориферов и СВЧ-излучателей, информация о ходе процесса сушки передается на микропроцессор, который по заложенному в него алгоритму исходя из условий материального и теплового балансов определяет наиболее оптимальные режимы управления, причем коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют по трем уровням, при этом на первом уровне при отклонении текущего значения влагосодержания высушенного дисперсного материала от заданного изменяют температуру подводимого потока теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении, на втором уровне, если изменение температуры подводимого потока теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении не обеспечивает требуемой влажности высушенного дисперсного материала, изменяют расход теплоносителя либо в осевом, либо в тангенциальном направлении, на третьем уровне, если воздействия на первых двух уровнях не привели к заданной влажности высушенного дисперсного материала, то при помощи исполнительных механизмов изменяют мощность СВЧ-излучателей, причем оптимальные режимы управления определяются максимизацией функции коэффициента эффективности работы сушильного аппарата, которую представим в виде
,
где П - производительность сушильного аппарата, кг/ч;
- сумма всех затрат в стоимостном выражении, руб./ч,
,
- энергетические затраты, руб./ч;
- материальные затраты, руб./ч,
суммарные энергетические затраты определяют по формуле
,
где - мощность калорифера, установленного на подаче тангенциального потока теплоносителя, кВт;
- мощность калорифера, установленного на подаче осевого потока теплоносителя, кВт;
- мощность привода вентилятора, установленного на подаче тангенциального потока теплоносителя, кВт;
- мощность привода вентилятор, установленного на подаче осевого потока теплоносителя, кВт;
- мощность питателя, кВт;
- цена единицы электроэнергии, руб./(кВт∙ч),
суммарные материальные затраты определяют по формуле:
,
где - расход исходного продукта, поступающего на сушку, кг/ч;
- цена единицы исходного продукта, руб./кг.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам контроля процесса сублимационного высушивания медицинских, ветеринарных и других препаратов во флаконах в камерных сублимационных установках, в которых теплоподвод осуществляется к дну флаконов, и может найти применение в медицинской, микробиологической и фармацевтической промышленности.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматическом управлении процессами сушки и хранения зерновых культур, в частности зерна пшеницы, семян подсолнечника, пивоваренного солода и т.д.

Изобретение относится к способам управления сушкой зерна и семян и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в системе хлебопродуктов и хранения зерна и смежных отраслях промышленности.

Предлагаются три варианта устройств для серийной сублимационной сушки фармацевтических растворов в медицинских полых телах и три способа контролирования и/или управления серийной сублимационной сушкой фармацевтических растворов в медицинских полых телах.

Изобретение относится к пищевой, химической и другим отраслям промышленности, а также к научным исследованиям при разработке новой технологии и техники сушки для прогнозирования температуры материала, содержащего свободную и связанную влагу, в процессе конвективной сушки.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при управлении процессом сушки, преимущественно зерна злаковых и масличных культур, например, пшеницы, ячменя, ржи, тритикале, семян рапса, льна, амаранта, подсолнечника.

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом сушки зерна и других дисперсных материалов в аппаратах, использующих СВЧ-энергию, и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу определения потребности в сушильном воздухе в сушилке древесины и заключается в том, что древесину в виде пачки древесины помещают в сушильную камеру, закрытую по отношению к окружающей атмосфере, и в которой содержащую воду атмосферу с влажной температурой, сухой температурой, и связанную с этим психрометрическую разность поддерживают при помощи нагнетаемого сушильного воздуха, пропускаемого через древесину.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки пищевых продуктов в аппаратах, использующих конвективный и СВЧ-энергоподвод, и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к сушильной технике, а именно к способу сушки пастообразных материалов, и может быть использовано в химической и смежных отраслях промышленности.

Изобретение относится к термической сушке тестообразных материалов, в частности осадка очистных станций. Способ содержит две ступени сушки: первую ступень сушки (2) косвенного типа, запитываемую горячей текучей средой, которая принимает осадок, обладающий сухостью Se на входе, а на выходе выдает осадок, обладающий промежуточной сухостью Si, и водяной пар, который направляется в конденсатор (8) для нагревания в нем контура текучей среды для нагревания, в частности воды, которая в свою очередь будет нагревать нагревающий газ для второй ступени сушки (6); этап (5) придания осадку формы шнуров на выходе из первого этапа; вторую ступень сушки (6) шнуров из осадка при помощи газа, который нагревается, по меньшей мере, частично теплотой, отводимой из конденсатора. На выходе из второй ступени образуется продукт, обладающий окончательной сухостью Sf; причем промежуточная сухость Si регулируется в зависимости от измеренной сухости Se на входе и желаемой сухости Sf на выходе для минимального потребления общей энергии, используемой для сушки; причем вследствие этого регулируются расход, давление и/или температура горячей текучей среды (3), запитывающей первую стадию сушки (2). Технический результат - снижение энерго- и теплопотребления. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к процессам тепловой обработки сыпучего зернового материала и может быть использовано в агропромышленном комплексе при переработке зерна в муку или крупу. Способ автоматического управления подогревом зерна включает ввод зерна в замкнутый объем электрического аппарата подогрева зерна, регулируемый электроподогрев зерна, проходящего через замкнутый объем электрического аппарата подогрева зерна, в котором поярусно расположены в шахматном порядке нагревательные элементы, выполненные в виде плоских электрообогревателей, и выгрузку зерна из зоны подогрева при достижении допустимых значений температуры зерна в замкнутом объеме электрического аппарата подогрева зерна, причем на входе зерна в замкнутый объем электрического аппарата подогрева зерна создают запас зерна с помощью бункера-накопителя и контролируют в нем перемещение потока, дополнительно измеряют температуру зерна на входе в замкнутый объем электрического аппарата подогрева зерна и на поверхности каждого плоского электрообогревателя, а выгрузку зерна из замкнутого объема электрического аппарата подогрева зерна осуществляют с учетом всех контролируемых параметров в два этапа, на первом этапе с помощью дозатора-распределителя подают зерно в выгрузной шнек, а на втором этапе выгружают зерно из выгрузного шнека после его заполнения. Техническим результатом изобретения является снижение удельных энергозатрат для подогрева зерна, уменьшение материалоемкости конструкции, повышение кпд и ее эксплуатационной надежности. 1 ил.

Изобретение относится к пищевой, фармакологической и другим отраслям промышленности и служит для определения периодов процесса сушки зернистых материалов в вакуумной сушильной установке. Способ позволит определять моменты начала периода постоянной скорости сушки и начала периода падающей скорости сушки в вакуумной сушильной установке за счет контроля динамики изменения с течением времени электрического (омического) сопротивления высушиваемой зерновой массы и затем изменять параметры сушки зернистого материала в вакуумной сушильной установке с инфракрасным нагревом. Изобретение позволит оперативно следить за изменением влажности материала посредством измерения его электрического сопротивления и регулировать технологические параметры сушки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано для сушки высоковлажных дисперсных материалов, таких, как свекловичный жом, яблочные и виноградные выжимки и т.п. Способ автоматического управления процессом сушки высоковлажных дисперсных материалов характеризуется тем, что он предусматривает сушку исходного материала в виброкипящем слое перегретым паром под разряжением с разделением отработанного перегретого пара на два потока. Дополнительно измеряют расход и влажность материала до и после сушки, амплитуду и частоту колебаний виброкипящего слоя, разряжение перегретого пара в процессе сушки, расход и температуру перегретого пара на входе в виброкипящий слой материала, расход отработанного перегретого пара, направляемого в конденсатор, расход и температуру холодной воды, расходы рабочего пара и паров хладагента, уровней конденсата в барометрической трубе и воды в парогенераторе, давления паров в парогенераторе. В результате чего определяют необходимые параметры процесса сушки. Технический результат изобретения заключается в получении готового продукта высокого качества, увеличении выхода готового продукта и снижении удельных теплоэнергетических затрат. 1 ил.
Наверх