способ управления процессами сушки и хранения растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот

Формула изобретения

Способ управления процессами сушки и хранения растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот, предусматривающий осциллирующую по температурному режиму сушку растительного сырья в гравитационно-движущемся слое шахтной сушилки, состоящей из последовательно чередующихся зон нагрева и охлаждения; обработку сырья антиоксидантом и подачей его на силосное хранение с периодическим активным вентилированием; подачу отработанного воздуха после зон нагрева на предварительный подогрев растительного сырья; отвод полученной паровоздушной смеси отработанного воздуха после зон охлаждения, предварительного подогрева растительного сырья и активного вентилирования в циклон для очистки от содержащихся в ней взвешенных твердых частиц с последующим охлаждением и осушением в испарителе и нагреванием сначала в конденсаторе теплового насоса, а затем в калорифере; подачу подготовленного в тепловом насосе кондиционированного воздуха в зоны нагрева и охлаждения с образованием замкнутого цикла, а также стабилизацию термовлажностных характеристик сырья при сушке и хранении воздействием на расход, температуру и влагосодержание кондиционированного воздуха, подаваемого в зоны нагрева и охлаждения сушилки, и на расход антиоксиданта в зависимости от расхода высушенного растительного сырья отличающийся тем, что после каждой зоны нагрева осуществляют смешивание растительного сырья с антиоксидантом, а для получения кондиционированного воздуха используют пароэжекторный тепловой насос, включающий парогенератор с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, эжектор, испаритель, холодоприемник, теплообменник-рекуператор, конденсатор, терморегулирующий вентиль, сборник конденсата, работающие по замкнутому термодинамическому циклу; в холодоприемнике пароэжекторного теплового насоса охлаждают паровоздушную смесь до температуры точки росы и осуществляют ее осушение путем конденсации содержащейся в ней влаги на охлаждающей поверхности холодоприемника в виде капельной жидкости; полученный кондиционированный воздух из холодоприемника выводят по трем потокам: один направляют в зоны охлаждения сушилки, второй на активное вентилирование, а третий последовательно в теплообменник-рекуператор, конденсатор пароэжекторного теплового насоса, калориферы и далее в зоны нагрева сушилки; в парогенераторе получают рабочий пар и подают его по двум потокам, один из которых направляют в калориферы для дополнительного нагрева кондиционированного воздуха перед подачей в зоны нагрева сушилки, а другой - в сопло эжектора, создавая при этом разрежение в испарителе с пониженной температурой кипения хладагента, в качестве которого используют воду; смесь паров хладагента и рабочего пара после эжектора подают в конденсатор для подогрева кондиционированного воздуха перед калориферами; одну часть образовавшегося в конденсаторе конденсата подают в испаритель для пополнения убыли воды, а другую его часть в теплообменник-рекуператор и далее вместе с конденсатом, образовавшимся в холодоприемнике и в калориферах, отводят сначала в сборник конденсата, а затем в парогенератор с образованием замкнутого цикла; по текущим значениям влажности растительного сырья в зонах нагрева устанавливают расход антиоксиданта на этапах смешивания; по количеству водяных паров в паровоздушной смеси после сушилки и силосов устанавливают коэффициент эжекции пароэжекторного теплового насоса воздействием на соотношение расходов рабочего пара, подаваемого в сопло эжектора, и эжектируемого пара хладагента из испарителя, путем изменения расхода рабочего пара, причем производительность парогенератора устанавливают воздействием на мощность его электронагревательных элементов в зависимости от давления рабочего пара, подаваемого в эжектор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов сушки и хранения зерновых культур, в частности масличных культур, например семян рапса, льна, амаранта, подсолнечника и т.д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ стабилизации термовлажностных характеристик зерна при его сушке и хранении [Патент № 2425304 РФ, F 26 B 3/14, F 26 B 21/08, F 26 B 21/10. Способ стабилизации термовлажностных характеристик зерна злаковых и масличных культур при сушке и хранении [Текст] /А.А. Шевцов, Д. А. Бритиков, А.В. Дранников, О.Н. Ожерельева, Л.Н. Фролова (Россия) - № 2010110880; заявлено 22.03.2010; опубликовано 27.07.2011; Бюл. № 21],

предусматривающий осциллирующую по температурному режиму сушку растительного сырья в гравитационно-движущемся слое шахтной сушилки, состоящей из последовательно чередующихся зон нагрева и охлаждения; обработку сырья антиоксидантом и подачей его на силосное хранение с периодическим активным вентилированием; подачу отработанного воздуха после зон нагрева на предварительный подогрев растительного сырья; отвод полученной паровоздушной смеси отработанного воздуха после зон охлаждения, предварительного подогрева растительного сырья и активного вентилирования в циклон для очистки от содержащихся в ней взвешенных твердых частиц с последующим охлаждением и осушением в испарителе и нагреванием сначала в конденсаторе теплового насоса, а затем в калорифере; подачу подготовленного в тепловом насосе кондиционированного воздуха в зоны нагрева и охлаждения с образованием замкнутого цикла, а также стабилизацию термовлажностных характеристик сырья при сушке и хранении воздействием на расход, температуру и влагосодержание кондиционированного воздуха, подаваемого в зоны нагрева и охлаждения сушилки, и на расход антиоксиданта в зависимости от расхода высушенного растительного сырья.

Однако известный способ имеет следующие недостатки:

- не позволяет обеспечить стабилизацию качества растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот, так как не предусмотрено смешивание антиоксиданта с подсушенным материалом после зон нагрева;

- отклонение качества готового продукта от требуемого вследствие выхода из строя используемой компрессионной теплонасосной установки, у которой надежность при эксплуатации ниже чем, например, у пароэжектрной холодильной машины.

Технической задачей изобретения является повышение качества растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот при стабилизации его термовлажностных характеристик в процессах сушки и хранения.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе управления процессами сушки и хранения растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот, предусматривающем осциллирующую по температурному режиму сушку растительного сырья в гравитационно-движущемся слое шахтной сушилки, состоящей из последовательно чередующихся зон нагрева и охлаждения; обработку сырья антиоксидантом и подачей его на силосное хранение с периодическим активным вентилированием; подачу отработанного воздуха после зон нагрева на предварительный подогрев растительного сырья; отвод полученной паровоздушной смеси отработанного воздуха после зон охлаждения, предварительного подогрева растительного сырья и активного вентилирования в циклон для очистки от содержащихся в ней взвешенных твердых частиц с последующим охлаждением и осушением в испарителе и нагреванием сначала в конденсаторе теплового насоса, а затем в калорифере; подачу подготовленного в тепловом насосе кондиционированного воздуха в зоны нагрева и охлаждения с образованием замкнутого цикла, а также стабилизацию термовлажностных характеристик сырья при сушке и хранении воздействием на расход, температуру и влагосодержание кондиционированного воздуха, подаваемого в зоны нагрева и охлаждения сушилки, и на расход антиоксиданта в зависимости от расхода высушенного растительного сырья новым является то, что после каждой зоны нагрева осуществляют смешивание растительного сырья с антиоксидантом, а для получения кондиционированного воздуха используют пароэжекторный тепловой насос, включающий парогенератор с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, эжектор, испаритель, холодоприемник, теплообменник-рекуператор, конденсатор, терморегулирующий вентиль, сборник конденсата, работающие по замкнутому термодинамическому циклу; в холодоприемнике пароэжекторного теплового насоса охлаждают паровоздушную смесь до температуры точки росы и осуществляют ее осушение путем конденсации содержащейся в ней влаги на охлаждающей поверхности холодоприемника в виде капельной жидкости; полученный кондиционированный воздух из холодоприемника выводят по трем потокам: один направляют в зоны охлаждения сушилки, второй на активное вентилирование, а третий последовательно в теплообменник-рекуператор, конденсатор пароэжекторного теплового насоса, калориферы и далее в зоны нагрева сушилки; в парогенераторе получают рабочий пар и подают его по двум потокам, один из которых направляют в калориферы для дополнительного нагрева кондиционированного воздуха перед подачей в зоны нагрева сушилки, а другой - в сопло эжектора, создавая при этом разрежение в испарителе с пониженной температурой кипения хладагента, в качестве которого используют воду; смесь паров хладагента и рабочего пара после эжектора подают в конденсатор для подогрева кондиционированного воздуха перед калориферами; одну часть образовавшегося в конденсаторе конденсата подают в испаритель для пополнения убыли воды, а другую его часть в теплообменник-рекуператор и далее вместе с конденсатом, образовавшимся в холодоприемнике и в калориферах, отводят сначала в сборник конденсата, а затем в парогенератор с образованием замкнутого цикла; по текущим значениям влажности растительного сырья в зонах нагрева устанавливают расход антиоксиданта на этапах смешивания; по количеству водяных паров в паровоздушной смеси после сушилки и силосов устанавливают коэффициент эжекции пароэжекторного теплового насоса воздействием на соотношение расходов рабочего пара, подаваемого в сопло эжектора, и эжектируемого пара хладагента из испарителя, путем изменения расхода рабочего пара, причем производительность парогенератора устанавливают воздействием на мощность его электронагревательных элементов в зависимости от давления рабочего пара, подаваемого в эжектор.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот при стабилизации его термовлажностных характеристик в процессах сушки и хранения.

На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления процессами сушки и хранения растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот.

Схема содержит шахтную сушилку 1 с чередующимися зонами нагрева 2 и охлаждения растительного сырья 3; шнековые смесители 4; устройства для ввода и вывода растительного сырья 5; теплообменник 6; калориферы 7; вентиляторы для подачи горячего воздуха 8 в зоны нагрева; вентиляторы для подачи кондиционированного воздуха 9 в зоны охлаждения; вентилятор для отвода отработанного воздуха на очистку 10; вентилятор для подачи воздуха на активное вентилирование растительного сырья 11; силосы 12; циклон 13; норию 14; парогенератор с электронагревательными элементами 15; предохранительный клапан 16; насос для подачи конденсата в парогенератор 17; циркуляционный насос 18; сборник конденсата 19; эжектор 20; испаритель 21; холодоприемник 22; конденсатор 23; теплообменник-рекуператор 24; терморегулирующий вентиль 25; распределитель потока воздуха 26; распределитель потока пара 27; микропроцессор 28; потоки: 0.2 - влажное растительное сырье; 0.2.1 - высушенное растительное сырье; 0.2.2 - взвешенные частицы; 1.0 - хладагент; 1.1. - пары хладагента; 1.2 - конденсат; 2.1 - рабочий пар; 2.2 - смесь паров хладагента и рабочего пара; 3.1 - отработанный воздух после зон нагрева; 3.2 - отработанный воздух после зон охлаждения; 3.3 - смесь отработанного воздуха после сушилки; 3.4 - отработанный воздух после силосов; 3.5 - смесь отработанного воздуха после сушилки и силосов; 3.6 - кондиционированный воздух; 3.7 - нагретый воздух; 4.0 - антиоксидант; датчики: ТЕ - температуры; МЕ - влажности; FE - расхода; РЕ - давления; НЕ - уровня; И - исполнительные механизмы; - входные каналы управления; - выходные каналы управления.

Способ управления процессами сушки и хранения растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот осуществляется следующим образом.

Влажное растительное сырье по линии 0.2 подают сначала в теплообменник 6 для предварительного нагрева, а затем в зону нагрева 2 шахтной сушилки 1, где продувается нагретым воздухом. Далее растительное сырье направляют в шнековые смесители 4 где осуществляют его смешивание с антиоксидантом. Ввод антиоксиданта непосредственно после каждой зоны нагрева позволяет предотвратить процессы окисления в сырье с повышенным содержанием жирных кислот и достичь равномерного его смешивания с исходным продуктом.

После смешивания с антиоксидантом растительное сырье попадает в зону охлаждения 3 шахтной сушилки 1, где охлаждается кондиционированным воздухом. Последующее чередование нагревания, смешивания и охлаждения продукта позволяет обеспечить осциллирующие режимы сушки, при которых снижается скорость внутреннего теплопереноса по сравнению со скоростью влагопереноса. При этом температура растительного сырья не превышает области допустимых значений, а снижение влажности до конечной достигается благодаря тепловому воздействию в зонах нагрева. Причем режимы нагрева, смешивания и охлаждения, а также количество вносимого антиоксиданта и его вид зависят от исходного растительного сырья.

Высушенное и смешанное с антиоксидантом растительное сырье с помощью нории 14 подают по линии 0.2.1 на хранение в силосы 12.

Отработанный воздух после секций нагрева 2 шахтной сушилки 1 по линии 3.1 направляют в теплообменник 6 для подогрева влажного растительного сырья и далее вместе с отработанным воздухом, отводимым по линии 3.2 из секций охлаждения 3 шахтной сушилки 1 вентилятором 10, подают по линии 3.3 в циклон 13 для очистки от взвешенных твердых частиц. В циклон 13 также на очистку от взвешенных твердых частиц по линии 3.4 направляют отработанный воздух после активного вентилирования растительного сырья в силосах 12.

Очищенную паровоздушную смесь отработанного воздуха по линии 3.5 подают на кондиционирование в пароэжекторный тепловой насос, включающий парогенератор с электронагревательными элементами 15 и предохранительным клапаном 16, эжектор 20, испаритель 21, холодоприемник 22, теплообменник-рекуператор 24, конденсатор 23, терморегулирующий вентиль 25, сборник конденсата 19, работающие по замкнутому термодинамическому циклу.

В холодоприемнике 22 паровоздушную смесь охлаждают до температуры точки росы и осуществляют ее осушение путем конденсации содержащейся в ней влаги на охлаждающей поверхности холодоприемника в виде капельной жидкости. Полученный кондиционированный воздух из холодоприемника 22 выводят по линии 3.6 и с помощью распределителя потока воздуха 26 разделяют на три потока: один из которых направляют вентиляторами 9 в зоны охлаждения 3 сушилки 1, второй вентилятором 11 на активное вентилирование в силосы 12, а третий последовательно в теплообменник-рекуператор 24, конденсатор пароэжекторного теплового насоса 23, калориферы 7 и далее вентиляторами 8 в зоны нагрева 2 сушилки 1.

В парогенераторе 15 получают рабочий пар и по линии 2.1 подают в распределитель потока пара 27, с помощью которого разделяют на два потока: один из которых направляют в калориферы 7 для дополнительного нагрева кондиционированного воздуха перед подачей в зоны нагрева 2 сушилки 1, а другой - в сопло эжектора 20, создавая при этом разрежение в испарителе 21 с пониженной температурой кипения хладагента, в качестве которого используют воду. Смесь паров хладагента и рабочего пара после эжектора 20 по линии 2.2 подают в конденсатор 23 для подогрева кондиционированного воздуха перед калориферами 7. При этом одну часть образовавшегося конденсата направляют по линии 1.2 в испаритель 21 для пополнения убыли воды, а другую его часть в теплообменник-рекуператор 24 и далее вместе с конденсатом, полученным в холодоприемнике 22 и в калориферах 7, отводят сначала в сборник конденсата 19, а затем с помощью насоса 17 в парогенератор 15 с образованием замкнутого цикла.

По текущей информации о расходе растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот в линии 0.2 микропроцессор 28, в соответствии с заложенным в него алгоритмом, устанавливает массовый и тепловой расход воздуха на входе в зоны нагрева 2 шахтной сушилки 1 воздействием на мощность регулируемых приводов вентиляторов 8 и на расход рабочего пара в калориферах 7 посредством исполнительных механизмов. По текущим значениям влажности растительного сырья в зонах нагрева 2 микропроцессор 28 устанавливает расход антиоксиданта на этапах смешивания воздействием на исполнительные механизмы шнековых смесителей 4, а по текущей температуре растительного сырья в секциях охлаждения 3 микропроцессор 28 устанавливает расход кондиционированного воздуха на входе в эти секции воздействием на мощность регулируемых приводов вентиляторов 9.

Причем вид антиоксиданта и его необходимое количество, направляемое в шнековые смесители 4, зависит от вида обрабатываемого растительного сырья и его характеристик после зон нагрева.

По информации датчиков о расходе и влагосодержании паровоздушной смеси после сушилки 1 и силосов 12 в линии 3.5 микропроцессор 28 определяет количество водяных паров в смеси, в зависимости от которого устанавливает коэффициент эжекции пароэжекторного теплового насоса воздействием на соотношение расходов рабочего пара, подаваемого по линии 2.1 в сопло эжектора, и эжектируемого пара хладагента по линии 1.1 из испарителя 21 путем изменения расхода рабочего пара. Причем микропроцессор 28 устанавливает производительность парогенератора 15 воздействием на мощность его электронагревательных элементов в зависимости от давления рабочего пара, подаваемого в эжектор 20 по линии 2.1.

Микропроцессор 28 непрерывно контролирует температуру в различных сечениях растительного сырья по высоте силосов 12. При отклонении текущей температуры растительного сырья в любой из точек измерения от заданного значения микропроцессор 28 устанавливает заданный расход смеси кондиционированного и свежего воздуха в линии 3.6 воздействием на мощность регулируемого привода вентилятора 11 с помощью соответствующего исполнительного механизма.

По информации датчика давления микропроцессор 28 осуществляет непрерывную стабилизацию давления рабочего пара в парогенераторе 15 воздействием на мощность электронагревательных элементов посредством исполнительного механизма. При этом достигается заданное значение производительности парогенератора, необходимое для эжектирования паров хладагента из испарителя 21.

Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 15 с помощью датчика передается в микропроцессор 28. При изменении уровня конденсата микропроцессор осуществляет двухпозиционное регулирование приводом питающего насоса 17 с помощью исполнительного механизма. Причем включает питающий насос при достижении уровня конденсата в парогенераторе нижнего заданного значения и отключает его при достижении верхнего заданного значения. В случае технологических и аварийных сбоев в работе парогенератора, связанных с возможным увеличением давления рабочего пара в его рабочем объеме, предусмотрен предохранительный клапан 16.

Предлагаемый способ управления процессами сушки и хранения растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот позволяет:

- обеспечить стабилизацию качества растительного сырья с повышенным содержанием жирных кислот, вследствие использования двухэтапного смешивания антиоксиданта с подсушенным материалом после зон нагрева;

- повысить стабилизацию качества готового за счет применения пароэжектрной холодильной машины, у которой надежность при эксплуатации выше, чем у компрессионной теплонасосной установки.