Особенности расчета и автоматизации инфракрасной сушилки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И АВТОМАТИЗАЦИИ ИНФРАКРАСНОЙ СУШИЛКИ Кудрявец А.С.

Кудрявец Анатолий Сергеевич - магистрант, факультет заочного обучения, Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар

Аннотация: в статье описывается малоизученный перспективный способ сушки материалов инфракрасным излучением. Приведены преимущества такого способа сушки. Показаны способы расчета необходимого воздухообмена и плотности излучения. Представлен пример определения перечня автоматизируемых функций и входных/выходных сигналов и данных.

Ключевые слова: сушка, инфракрасное излучение, автоматизация, расчет излучателей.

Сушка - один из основных технологических процессов в различных отраслях сельского хозяйства. Но возросшим запросам потребителей не всегда удовлетворяет существующее применение процессов сушки. Производство высококачественной продукции требует более совершенного оборудования с высокой интенсивностью ведения процессов [1].

Правильно и своевременно проведенная сушка не только повышает стойкость семян при хранении, но и улучшает его продовольственные и семенные качества.

В недостаточно высушенной массе проходит процесс самосогревания. В ней развиваются микроорганизмы и усиливаются бактериальные процессы, что снижает всхожесть семян и продовольственное качество зерна, разрушает питательные вещества и витамины трав, используемых на корм животным. Продолжительность безопасного хранения зависит от температуры материала и влажности.

Перспективный, но еще мало освоенный прием - радиационная сушка путем передачи тепла семени от генераторов инфракрасного излучения.

Инфракрасные лучи проникают на незначительную глубину (до 15 мм) внутрь облучаемого тела и вызывают его нагрев. В качестве генераторов можно применять специальные лампы, а также нагретые до определенной температуры открытым пламенем или горячими газами металлические и керамические поверхности.

Достоинством ламповых радиационных сушилок является малая теплоинерционность, простота и сравнительная безопасность в работе.

Процесс сушки существенно ускоряется при облучении зерна инфракрасными лучами и одновременном продувании воздухом, так как температурный градиент в поверхностном слое меняет при этом свой знак и способствует продвижению влаги к поверхности.

У инфракрасной сушки есть ряд преимуществ:

1) среда вокруг нагреваемого материала не является теплопередающей; следовательно, расход тепла на нагрев воздуха значительно меньше, а КПД установки - выше;

2) учитывая зависимость оптических характеристик материалов - отражения, пропускания и поглощения ими инфракрасных лучей - от спектрального состава лучистого потока, можно в известных границах эффективно управлять режимами радиационного нагрева и сушки;

3) экологичная и высокопроизводительная сушка;

4) отсутствие прямого контакта между нагреваемой массой и излучателем не является препятствием для эффективной передачи тепла.

Высокая экономичность и производительность оборудования инфракрасной сушки и нагрева обеспечивается:

- безынерционностью оборудования, поскольку время выхода на рабочий режим панелей не более 30 секунд;

- возможностью нагрева части изделия (зонный нагрев), что невозможно реализовать при конвективном способе нагрева;

- малым временем нагрева материалов до заданной температуры, так как энергия при терморадиационном нагреве передается непосредственно изделию без промежуточного теплоносителя;

- отсутствием необходимости предварительного прогрева сушильной установки;

- меньшей продолжительностью инфракрасной сушки по сравнению с конвективным способом сушки;

- оптимизацией потребляемой электроэнергии в зависимости от габаритов изделий, подлежащих сушке.

Таким образом, сушка инфракрасным излучением является одним из перспективных, но еще малоизученным методом сушки сельскохозяйственных культур.

В сушилках основанных на данном методе в качестве источников инфракрасного излучения как правило используют электрические или газовые излучатели. В газовых радиационных сушилках излучатели нагреваются газом, сжигаемым непосредственно под ними. К электрическим относят: лампы, панели, трубки с электрообогревом. Наиболее широко распространены ламповые нагреватели, отличающиеся безинерционностью.

При тепловом расчете инфракрасных сушилок необходимо определить количество и схему размещения ламп. Также надо найти расход воздуха по максимально допустимой концентрации паров в воздухе.

При известном коэффициенте теплоотдачи а плотность излучения в Вт/см2 можно найти по формуле:

а ■ F ■ ( tMam — tB)

я = —asMom--(1)

где F'= F/F0 - отношение площадей полной поверхности к облучаемой ее части;

tMAT — максимальная или установившаяся температура материала в °С;

tB — температура окружающей среды в сушилке в °С;

А — коэффициент поглощения излучения.

Температуру нагрева тела и продолжительность сушки рассчитывают из уравнения кинетики облучаемого тела, полученного из уравнения теплового баланса сушки,

1 B+D '■(tMam — ts) T = ~D' B + D '.(Ь — Ы (2

где

а ■ а

D = ТТ

с-р 0,86 ■А-Е-а

В = г п f (4)

с ■ р ■ F

В этих выражениях: — коэффициент теплоотдачи в ккал/(м2°С);

а = F/V — отношение площади поверхности облучаемого тела к его объему;

с — теплоемкость облучаемого тела в ккал/(кг °С);

р— плотность облучаемого тела в кг/м3;

t0 — начальная температура материала в °С.

Теплоемкость влажного материала находится по формуле: 100 — ш со

с = ссух' 1 о о + 100 (5)

здесь сСУХ — удельная теплоемкость сухого материала в ккал/(кг°С), определяемая по справочным данным; с — влажность материала в %.

Расход воздуха находим из уравнения баланса влаги

При установившемся режиме сушки и отсутствии потерь влага поступает в сушилку с материалом и воздухом, а уходит из сушилки с высушенным материалом и воздухом. Запишем уравнение баланса влаги: 0)1 йг ш2 (¿2

С1 = 100 + 1'100 = С2'100 + 1'100 (6) здесь Ь — количество абсолютно сухого воздуха, необходимого для сушки, в кг/ч;

^ и d2 — влагосодержание воздуха соответственно на входе в сушилку и выходе из нее в г на 1 кг сухого воздуха.

в1 и G2- количество материала поступающего в сушилку и высушенного соответственно

ю1 и ю2 начальная и конечная влажность материала

Обозначая удельный расход сухого воздуха (на 1 кг испаренной влаги) через 1 = Ь/^ найдем удельный расход сухого воздуха в кг на 1 кг влаги:

I - 1000 7

(¿2 -

Данное развитие инфракрасной техники сушки связано с применением мощных потоков лучистой энергии. Однако эффективное управление быстропротекающими процессами сушки невозможно без применения автоматического регулирования и управлении.

Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) - один из наиболее эффективных способов повышения эффективности производства: снижения трудоемкости выпускаемой продукции и повышения конкурентоспособности предприятия. Целями создания АСУ ТП являются:

- повышение качества выпускаемой продукции;

- повышение производительности технологического оборудования;

- повышение надежности и ремонтопригодности технологического оборудования;

- снижение трудоемкости технологических операций;

- снижение энергоемкости выпускаемой продукции;

- синхронизация с другими технологическими комплексами.

Однако системы автоматизации являются сложными системами с множествами подсистем, со сложной структурой комплекса технических средств и программного обеспечения. Проектирование, интеграция и сопровождение таких систем невозможно без применения специализированного программного обеспечения.

При проектировании АСУ ТП первоначально необходимо определить перечень автоматизируемых функций и входных/выходных сигналов и данных

Перечень автоматизированных функций определяется на основе технологической схемы и сформированного общего перечня функций, реализуемых технологическим оборудованием. Определение вида автоматизированной функции - это определение принципа, способа реализации частной задачи автоматизации. После определения, какие функции технологического процесса необходимо автоматизировать составляется перечень оборудования подлежащего автоматизации (Таблица 1).

№ Наименование технологического оборудования Автоматизируемая функция

1 Конвейер 1. Включение/отключение конвейеров 2. Контроль схода ленты 3. Контроль скорости 4. Контроль перегрузки

2 ИК-излучатели 1. Включение/отключение ИК-излучателей 2. Контроль температуры 3. Контроль влажности продукта

Для дальнейшей разработки автоматизированной системы необходимо составить перечень входных/выходных сигналов и данных (Таблицы 2, 3). При составлении перечня указываются:

- наименование измеряемой величины и сигнала;

- источник сигнала;

- диапазон изменения технологического параметра;

- точность представления технологического параметра;

- тип сигнала.

Таблица 2. Перечень входных сигналов

№ п/п Наименование измеряемой величины, сигнала Источник сигнала Диапазон изменения параметра Точность представления параметра Тип сигнала Имя переменной Тип перемен-ной

1 Конвейер1 включен Датчик движения/пол ожения БТП-211 true/false - 24VDC KonveierO n BOOL

2 Контроль схода ленты Датчик контроля схода ленты INNOLevel BMS true/false - 24VDC KonveierS hL BOOL

3 Контроль перегрузки конвейера Тепловое реле true/false - 24VDC KonveierP er BOOL

4 Температур а в начале сушилки Термопара ТПП 0-100 С ±0,5С 4...20 мА Temp1 REAL

5 Температур а в конце сушилки Термопара ТПП 0-100 С ±0,5С 4.20 мА Temp2 REAL

6 Влажность воздуха на выходе сушилки Датчик влажности FIZEPR-SW100.10 5-95% ±1% 4.20 мА Damp REAL

№ п/п Наименование формируемой величины, сигнала Приемник сигнала Диапазон изменения выходног о сигнала Тип сигнала Имя переменной Тип перемен-ной

1 Включение конвейера 1 Магнитный пускатель конвейера1 true/false 220VAC Konveier On1 BOOL

2 Включение конвейера 2 Магнитный пускатель конвейера2 true/false 220VAC Konveier On1 BOOL

3 ИК-излулатель включен Магнитный пускатель true/false 220VAC izluchatel On BOOL

Для составления управляющей программы необходимо определить типы переменных и составить идентификаторы переменных, в которых будут храниться значения технологических параметров, в соответствие со стандартом IEC 61131-3.

Таким образом при применении радиационного способа сушки совместно с автоматизированной системой управления технологическим процессом значительно повышается производительность сушилки за счет быстрого нагрева материала до нужной температуры. А так же происходит уменьшение трудозатрат, так как снижается доля участия человека в процессе сушки.

Список литературы

1. Пьявченко Т.А., Финаев В.И. Автоматизированные информационно-управляющие системы. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2007. 271 а

2. Чагин О.В., Кокина Н.Р., Пастин В.В. Оборудование для сушки пищевых продуктов. Иван. хим.-технол. ун-т.: Иваново, 2007. 138 с.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РОССИИ Свидерская Н.Ю.

Свидерская Надежда Юрьевна - студент, кафедра энергетики высокотемпературных технологий, Московский энергетический институт, г. Котельники

Аннотация: энергетическая безопасность является необходимым условием

экономической и национальной безопасности страны.

Ключевые слова: энергетический комплекс, энергетическая безопасность.

Наша страна занимает одно из ведущих мест на мировых энергетических рынках благодаря большим запасам энергетических ресурсов и комплексу генерирующих мощностей энергетики, созданных до 1991 года. Но для стабильного обеспечения экономики и населения России всеми видами энергии, необходима долгосрочная энергетическая политика. Использование природных топливно-энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для роста экономики и повышения качества жизни населения страны - цель политики энергетической безопасности, которую проводит Министерство энергетики РФ [1].

Энергетический комплекс России обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, способствует консолидации субъектов Российской