способ автоматического управления процессом сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое, предусматривающий подсушку и сушку материалов и заключающийся в измерении расхода, влажности и температуры исходного материала, расхода и влажности высушенного материала, влагосодержания, температуры и расхода теплоносителя, поступающего на сушку, влагосодержания теплоносителя после сушки, при этом информация с датчиков, измеряющих расход, влажность и температуру исходного материала, расход и влажность высушенного материала, влагосодержание, температуру и расход теплоносителя, поступающего на сушку, 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 сушку 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, оптимальный расход исходного материала определяется минимизацией функции стоимости энергетических затрат, кроме того, коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют сначала тангенциально подводимыми потоками теплоносителя, на температуру и расход которого воздействуют при отклонении текущего значения количества испаряемой влаги, в зонах сушилки со взвешенно-закрученным слоем, от заданного, а затем, если изменение температуры и расхода тангенциально подводимых потоков теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного материала, воздействуют на расход и температуру осевого потока теплоносителя, отличающийся тем, что способ предусматривает подсушку исходного материала в вихревой сушилке, а сушку - в сушилке со взвешенно-закрученным слоем, причем коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют на четырех уровнях, сначала на первых трех уровнях, в трех зонах сушки, тангенциально подводимыми потоками теплоносителя, при этом заданное значение количества влаги, испаряемой из полидисперсного материала в сушилке со взвешенно-закрученным слоем рассчитывают по формуле

,

где W - количество влаги, которую необходимо удалить в процессе сушки, кг/ч;

G_вм - количество материала, поступающего в сушилку со взвешенно-закрученным слоем, кг/ч;

w_дс и w_пс - влажность материала до сушки и после сушки, %,

а затем производят коррекцию на четвертом уровне воздействием на расход и температуру осевого потока теплоносителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое, и может быть использовано в пищевой, химической 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, F26В 25/22, 27.12.2006].

Известный способ имеет ряд существенных недостатков:

- недостаточно высокое качество готового продукта;

- длительность проведения процесса сушки;

- большая инерционность системы, т.е. низкая точность и надежность управления процессом сушки из-за случайных возмущений со стороны работы оборудования;

- невозможность оптимального управления процессом сушки;

- нерациональное использование теплоэнергетического и материального потенциала.

Технической задачей изобретения является повышение качества готового продукта, оперативности и надежности управления, снижение энергетических затрат на единицу массы готового продукта.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления процессом сушки полидисперсных материалов во взвешенно-закрученном слое, предусматривающем подсушку и сушку материалов и заключающемся в измерении расхода, влажности и температуры исходного материала, расхода и влажности высушенного материала, влагосодержания, температуры и расхода теплоносителя, поступающего на сушку, влагосодержания теплоносителя после сушки, при этом информация с датчиков, измеряющих расход, влажность и температуру исходного материала, расход и влажность высушенного материала, влагосодержание, температуру и расход теплоносителя, поступающего на сушку, 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 сушку 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, оптимальный расход исходного материала определяется минимизацией функции стоимости энергетических затрат, кроме того, коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют сначала тангенциально подводимыми потоками теплоносителя, на температуру и расход которого воздействуют при отклонении текущего значения количества испаряемой влаги в зонах сушилки со взвешенно-закрученным слоем от заданного, а затем, если изменение температуры и расхода тангенциально подводимых потоков теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного материала, воздействуют на расход и температуру осевого потока теплоносителя, новым является то, что способ предусматривает подсушку исходного материала в вихревой сушилке, а сушку - в сушилке со взвешенно-закрученным слоем, причем коррекцию режима управления процессом сушки осуществляют на четырех уровнях, сначала на первых трех уровнях, в трех зонах сушки, тангенциально подводимыми потоками теплоносителя, при этом заданное значение количества влаги, испаряемой из полидисперсного материала в сушилке со взвешенно-закрученным слоем, рассчитывают по формуле:

,

где W- количество влаги, которую необходимо удалить в процессе сушки, кг/ч;

G_вм - количество материала, поступающего в сушилку со взвешенно-закрученным слоем, кг/ч;

w_дс и w_пс - влажность материала до сушки и после сушки, %,

а затем производят коррекцию на четвертом уровне воздействием на расход и температуру осевого потока теплоносителя.

Технический результат заключается в повышении качества готовой продукции, оперативности и надежности управления процессом сушки, снижении энергетических затрат на единицу массы готового продукта.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом сушки.

Схема содержит бункер исходного сырья 1, вихревую сушилку 2 для подсушки исходного сырья, сушилку со взвешенно-закрученным слоем 3, состоящую из трех секций I, II, III; вентиляторы 4, 5 для подачи сушильного агента; калориферы 6, 7, 8, 9; линии: подачи исходного влажного материала 10, отвода высушенного материала 11, подвода осевого потока сушильного агента на сушку 12, подвода тангенциального потока теплоносителя 13, отвода отработанного теплоносителя 14; датчики: влажности 15 и 16 соответственно исходного и высушенного материалов, расхода исходного теплоносителя 17 и 18 соответственно осевого и тангенциального потоков, а также 19, 20 и 21 - расхода тангенциального потока по каждой из трех зон, расхода 22 и 23 исходного и высушенного материала соответственно, влагосодержания теплоносителя 24, 25, 26 и 27, подаваемого в сушильную камеру, и 28 - влагосодержания отработанного теплоносителя, температуры теплоносителя 29, 30, 31 и 32, исходного влажного материала 33, потребляемой мощности вентиляторов 34 и 35 и калориферов 36, 37, 38 и 39 соответственно; исполнительные механизмы 40-49 (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 - входные каналы управления, d, i, j, l, r, s, t, v, w - выходные каналы управления); микропроцессор 50.

Способ сушки осуществляется следующим образом. Влажный полидисперсный материал из бункера 1 подают сначала в вихревую сушилку 2, где подсушивают за счет тепла отработанного теплоносителя, затем в I, II и III зоны сушилки 3 со взвешенно-закрученным слоем. Информация о влажности, температуре и расходе подсушенного материала в линии 10 с помощью датчиков 15, 33, 22 передается в микропроцессор 50, который по заложенному в него алгоритму в зависимости от количества влаги и тепла, содержащихся в исходном влажном материале, подаваемом на сушку, устанавливает температурный режим и режим подачи теплоносителя на входе в сушилку посредством исполнительных механизмов 42, 44, 46 и 48 калориферов 6, 7, 8 и 9 и исполнительных механизмов 41 и 43, регулирующих приводы вентиляторов 4 и 5.

Количество влаги, поступающей с исходным материалом, определяется микропроцессором 50, исходя из информации о расходе и влажности исходного материала, поступающей с датчиков 22 и 15, установленных на линии 10 подачи исходного материала, по формуле:

,

где W_исх - количество влаги, поступающее с исходным продуктом, кг/ч.

В ходе процесса сушки полидисперсного материала во взвешенно-закрученном слое с помощью оперативной информации с датчиков влажности исходного материала 15 и высушенного 16 измеряют текущее значение влажности исходного и высушиваемого материалов, по которому осуществляют коррекцию режима управления процессом сушки по четырем уровням. За счет этого значительно повышается оперативность управления.

Первый уровень. При отклонении текущего значения потока влаги, испаряемого в сушилке, от заданного микропроцессор 50 вычисляет необходимое изменение температуры и расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя и осуществляет его коррекцию посредством исполнительных механизмов 48 и 49, установленных в линии 12.

Второй уровень. Если необходимая влажность готового материала не достигается на первом уровне, дальнейшая регулировка осуществляется на втором уровне. При этом микропроцессор 50 вычисляет необходимое изменение температуры и расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя и осуществляет его коррекцию посредством исполнительных механизмов 46 и 47, установленных в линии 12.

Третий уровень. Если необходимая влажность готового материала не достигается на втором уровне, то дальнейшая регулировка осуществляется на третьем уровне. При этом микропроцессор 50 вычисляет необходимое изменение температуры и расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя и осуществляет его коррекцию посредством исполнительных механизмов 44 калорифера и 45 шибера, установленных в линии 12.

Если изменение температуры и расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного материала, то коррекцию режима управления осуществляют по четвертому уровню.

Четвертый уровень управления предусматривает достижение заданной влажности материала путем воздействия на расход и температуру осевого потока теплоносителя в линии 13 и осуществляет его с помощью исполнительных механизмов 41 и 42, изменяющих мощность вентилятора и калорифера соответственно.

Количество влаги, которое необходимо удалить из высушиваемого материала в процессе сушки, микропроцессор 50 определяет с помощью уравнения:

,

где W - количество влаги, которую необходимо удалить в процессе сушки, кг/ч;

G_вм - количество материала, поступающего в сушилку со взвешенно-закрученным слоем, кг/ч;

w_дс и w_пс - влажность материала до сушки и после сушки, %.

Сигналы, пропорциональные влажности теплоносителя на входе и выходе аппарата, поступают соответственно с датчиков 25, 26, 27 и 28 на микропроцессор 50. Сюда же поступают сигнал, пропорциональный подаче теплоносителя, с расходомеров 17, 18, 19, 20 и 21 и сигнал, пропорциональный влажности исходного материала, с датчика 15.

Информация о расходе материально-энергетических ресурсов, фиксируемая с помощью датчиков 15-39, передается в микропроцессор 50, 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, оптимальный расход исходного сырья определяется минимизацией функции стоимости энергетических затрат. Изменение расхода исходного материала осуществляют с помощью исполнительного механизма 40, установленного в линии 10.

Предлагаемый способ может быть реализован при сушке полидисперсных материалов в экспериментальной установке, сконструированной и изготовленной в Воронежской государственной технологической академии [Патент №2272230 Россия, МПК ⁷ F26В 17/10. Сушилка с активной гидродинамикой и пофракционной обработкой материала [Текст] / Антипов С.Т., Прибытков А.В., Журавлев А.В. Воронеж. гос. технол. акад. - №2004130341; заявл. 15.10.2004; опубл. 20.03.2006, Бюл. 8].

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления процессом сушки полидисперсного материала во взвешенно-закрученном слое позволяет:

- получить готовый продукт более высокого качества за счет оптимизации режимных параметров процесса сушки материала во взвешенно-закрученном слое;

- осуществить многоуровневое управление, благодаря чему повышается оперативность и надежность управления в наиболее оптимальных диапазонах изменения параметров режима работы сушилки;

- значительно увеличить точность управления за счет использования информации с датчиков влажности исходного материала 15 и высушенного 16 в качестве корректирующих сигналов, при этом повышается чувствительность системы управления процессом на случайные возмущения со стороны работы оборудования, большую часть которых удается полностью компенсировать;

- за счет использования тепла отработанного теплоносителя, при предварительной подсушке продукта в вихревой сушилке, обеспечить снижение энергетических затрат на единицу массы готового продукта;

- обеспечить рациональное использование теплоэнергетических ресурсов, варьируя их величиной в зависимости от характеристик высушиваемого материала и хода процесса.