Патент на изобретение №2350866

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ С РЕЦИРКУЛЯЦИЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В АППАРАТАХ С АКТИВНОЙ ГИДРОДИНАМИКОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности. В предлагаемом способе автоматического управления процессом сушки с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой, предусматривающем подсушку и сушку дисперсных 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 в вихревой сушилке осуществляют подсушку отработанным теплоносителем одной из секций сушилки, а в сушилке со взвешенно-закрученным слоем осуществляют сушку в системе рециркуляции отработанного теплоносителя, при этом в зависимости от влажности отработанного теплоносителя каждой из трех секций, он может смешиваться с поступающим на сушку атмосферным воздухом или отдавать тепло поступающему на сушку атмосферному воздуху в дополнительных калориферах, дополнительные вентили, установленные в системе подачи теплоносителя, могут направлять поступающий атмосферный воздух в дополнительные калориферы, если отработанный теплоноситель имеет большую влажность и направляется микропроцессором на теплообмен в дополнительные калориферы, если же отработанный теплоноситель имеет небольшую влажность, то направляется микропроцессором на смешение с поступающим на сушку атмосферным воздухом, и вентили направляют поступающий атмосферный воздух, минуя дополнительные калориферы, тем самым снижая сопротивление системы подачи теплоносителя на сушку, при этом осуществляется контроль за уносом высушиваемого материала с помощью датчиков расхода исходного материала, а также датчиков влажности исходного и готового материала, по показаниям которых микропроцессор определяет количество высушенного материала при условии его безуносности, фактическое количество высушенного материала определяется с помощью датчика расхода готового материала, унос материала с отработанным теплоносителем микропроцессор определяет расчетным путем и, в зависимости от требований к ходу процесса сушки, вырабатывает сигнал воздействия на исполнительные механизмы вентиляторов, снижая подачу теплоносителя. Технический результат заключается в повышении качества готового материала, снижении негативного влияния на окружающую среду, снижении удельных энергозатрат, уменьшении потерь материала в процессе сушки. 1 ил.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой 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 материала;

– отсутствие системы управления процессом сушки с рециркуляцией отработанного теплоносителя;

– отсутствие эффективной системы утилизации тепла отработанного теплоносителя;

– невозможность контроля уноса материала с отработанным теплоносителем;

– потери высушенного материала в процессе сушки.

Технической задачей изобретения является повышение качества готового материала, снижение негативного влияния отработанного теплоносителя на окружающую среду, снижение удельных энергозатрат, уменьшение потерь материала в процессе сушки.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления процессом сушки с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой, предусматривающем подсушку и сушку дисперсных 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 секциях 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 в вихревой сушилке осуществляют подсушку отработанным теплоносителем одной из секций сушилки, а в сушилке со взвешенно-закрученным слоем осуществляют сушку в системе рециркуляции отработанного теплоносителя, при этом в зависимости от влажности отработанного теплоносителя каждой из трех секций, он может смешиваться с поступающим на сушку атмосферным воздухом или отдавать тепло поступающему на сушку атмосферному воздуху в дополнительных калориферах, дополнительные вентили, установленные в системе подачи теплоносителя, могут направлять поступающий атмосферный воздух в дополнительные калориферы, если отработанный теплоноситель имеет большую влажность и направляется микропроцессором на теплообмен в дополнительные калориферы, если же отработанный теплоноситель имеет небольшую влажность, то направляется микропроцессором на смешение с поступающим на сушку атмосферным воздухом, и вентили направляют поступающий атмосферный воздух, минуя дополнительные калориферы, тем самым снижая сопротивление системы подачи теплоносителя на сушку, при этом осуществляется контроль за уносом высушиваемого материала с помощью датчиков расхода исходного материала, а также датчиков влажности исходного и высушенного материала, по показаниям которых микропроцессор определяет количество высушенного материала при условии его безуносности по формуле:

где – количество высушенного материала получаемого при сушке, при условии его безуносности, кг/ч;

Q₁ – количество исходного влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;

w₁ – относительная влажность исходного материала, %;

w₂ – относительная влажность высушенного материала, %,

Фактическое количество высушенного материала определяется с помощью датчика расхода высушенного материала. Унос материала с отработанным теплоносителем микропроцессор определяет по формуле:

где U – количество материала уносимого с отработанным теплоносителем, кг/ч;

Q₂ – фактическое количество получаемого высушенного материала, кг/ч.

Если величина U больше допустимой U_доп, задаваемой в микропроцессор в зависимости от требований к ходу процесса сушки, то микропроцессор вырабатывает сигнал, пропорциональный величине U-U_доп, который воздействует на исполнительные механизмы вентиляторов, снижая подачу теплоносителя.

Технический результат, заключается в повышении качества высушенного материала, снижении негативного влияния на окружающую среду, снижении удельных энергозатрат, уменьшении потерь материала в процессе сушки.

На фиг.1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом сушки.

Схема содержит вихревую сушилку 1 для подсушки исходного сырья, дозатор 2, сушилку со взвешенно-закрученным слоем 3, состоящую из трех секций I, II, III; циклоны 4 для очистки отработанного теплоносителя от высушенного материала, вентиляторы 5 для подачи теплоносителя; калориферы 6, 7 для нагрева теплоносителя, сборник высушенного материала 8; линии: подачи исходного влажного материала 9, подвода атмосферного воздуха 10, подвода тангенциального потока теплоносителя к I секции 11, подвода тангенциального потока теплоносителя ко II секции 12, подвода тангенциального потока теплоносителя к III секции 13, подвода осевого потока теплоносителя 14, отвода высушенного материала из I секции 17, отвода высушенного материала из II секции 16, отвода высушенного материала из III секции 15, отвода отработанного теплоносителя из I секции 18, отвода отработанного теплоносителя из II секции 19, отвода отработанного теплоносителя из III секции 20; датчики: расхода 21, температуры 22 и влажности 23 исходного материала, влажности 24 и температуры 25 воздуха, поступающего на нагревание, расхода 26, температуры 27 и влажности 28 тангенциального потока теплоносителя, поступающего в первую секцию сушилки, расхода 29, температуры 30 и влажности 31 тангенциального потока теплоносителя, поступающего во вторую секцию сушилки, расхода 32, температуры 33 и влажности 34 тангенциального потока теплоносителя, поступающего в третью секцию сушилки, расхода 35, температуры 36 и влажности 37 осевого потока теплоносителя, поступающего сушилку, влажности 38 и температуры 39 высушенного материала, получаемого в первой секции сушилки, влажности 40 и температуры 41 высушенного материала, получаемого во второй секции сушилки, влажности 42 и температуры 43 высушенного материала, получаемого в третьей секции сушилки, влажности 44 и температуры 45 отработанного теплоносителя из первой секции сушилки, влажности 46 и температуры 47 отработанного теплоносителя из второй секции сушилки, влажности 48 и температуры 49 отработанного теплоносителя из третьей секции сушилки; исполнительные механизмы 50-59; (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, и, к, л, м, н, о, п, р, с, т, у, ф, х, ц, ч, ш, щ, э, ю, я – входные каналы управления, d, f, g, h, i, j, k, l, q, r, s, t, v, w, Y, z – выходные каналы управления), датчик расхода высушенного материала 60, микропроцессор 61.

Способ сушки осуществляется следующим образом.

Исходный влажный дисперсный материал подают сначала в вихревую сушилку 1, где подсушивают за счет тепла отработанного теплоносителя, далее дозатором 2 подают в I, II и III секции сушилки 3 со взвешенно-закрученным слоем. Информация о расходе, температуре и влажности подсушенного материала в линии 9 с помощью датчиков 21, 22, 23 передается в микропроцессор 61, 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 вентиляторов 5, калориферов 6, 7.

В ходе процесса сушки дисперсного материала во взвешенно-закрученном слое с помощью оперативной информации с датчиков влажности исходного материала 23 и высушенного 38, 40, 42 измеряют текущее значение влажности исходного материала и материала, высушенного в каждой из трех секций, по которому осуществляют коррекцию режима управления процессом сушки в каждой секции сушилки. За счет этого значительно повышается качество высушиваемого материала.

При отклонении текущего значения потока влаги, испаряемого в I секции сушилки, от заданного микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение температуры тангенциально подводимого потока теплоносителя к I секции и осуществляет его коррекцию посредством калорифера 6 установленного в линии 11. Если требуемая влажность не достигается микропроцессор 61, вычисляет необходимое изменение расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя к I секции и осуществляет его коррекцию посредством вентилятора 5, установленного в линии 11.

При отклонении текущего значения потока влаги, испаряемого во II секции сушилки, от заданного микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение температуры тангенциально подводимого потока теплоносителя ко II секции и осуществляет его коррекцию посредством калорифера 6, установленного в линии 12. Если требуемая влажность не достигается микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя ко II секции и осуществляет его коррекцию посредством вентилятора 5, установленного в линии 12.

При отклонении текущего значения потока влаги, испаряемого в III секции сушилки, от заданного микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение температуры тангенциально подводимого потока теплоносителя к III секции и осуществляет его коррекцию посредством калорифера 6, установленного в секции 13. Если требуемая влажность не достигается, микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя к III секции и осуществляет его коррекцию посредством вентилятора 5, установленного в линии 13.

Если изменение температуры и расхода тангенциально подводимого потока теплоносителя не обеспечивает требуемой влажности высушенного материала, то коррекцию режима управления осуществляют коррекцией температуры и расхода осевого потока теплоносителя. Микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение температуры осевого потока теплоносителя и осуществляет его коррекцию посредством калорифера 6, установленного в линии 14. Если требуемая влажность не достигается, микропроцессор 61 вычисляет необходимое изменение расхода осевого потока теплоносителя и осуществляет его коррекцию посредством вентилятора 5, установленного в линии 14.

Высушенный материал вместе с отработанным теплоносителем удаляются из каждой секции сушилки и поступают на очистку в соответствующие циклоны 4, где происходит их разделение. Высушенный материал, полученный в каждой из трех секций по линиям 15, 16 и 17, поступает в сборник 8, при этом с помощью датчиков 38, 40 и 42 микропроцессор 61 получает текущую информацию о влажности высушенного материала, а с помощью датчиков 39, 41 и 43 получает текущую информацию о температуре высушенного материала.

С помощью датчиков 44, 46 и 48 микропроцессор 61 получает текущую информацию о влажности отработанных потоков теплоносителя, поступающих из I, II и III секций сушилки соответственно, а с помощью датчиков 45, 47 и 49 микропроцессор 61 получает текущую информацию о температуре отработанных потоков теплоносителя, поступающих из I, II и III секций сушилки соответственно.

С помощью исполнительных механизмов 50, 51 и 52 микропроцессор 61 направляет в вихревую сушилку поток отработанного теплоносителя с минимальной влажностью.

Оставшиеся два потока отработанного теплоносителя микропроцессор 61 в зависимости от их влажности и температуры с помощью исполнительных механизмов 53, 54, 55, 56, 57 и 58 направляет либо на смешение с атмосферным воздухом, поступающим на сушку по линии 10, либо на подогрев воздуха, поступающего на сушку в калориферы 7.

С помощью датчиков расхода исходного материала 21, а также датчиков влажности исходного и высушенного материала микропроцессор 61 определяет количество высушенного материала (при условии его безуносности) по формуле:

где – количество высушенного материала, получаемого при сушке, при условии его бузуносности, кг/ч;

Q₁ – количество исходного влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;

w₁ – относительная влажность исходного материала, %;

w₂ – относительная влажность высушенного материала, %.

Фактическое количество высушенного материала определяется с помощью датчика расхода высушенного материала 61. Унос материала с отработанным теплоносителем микропроцессор 61 определяет по формуле:

где U – количество материала уносимого с отработанным теплоносителем, кг/ч;

Q₂ – фактическое количество получаемого высушенного материала, кг/ч. Если величина U больше допустимой U_доп, задаваемой в микропроцессор в зависимости от требований к ходу процесса сушки, то микропроцессор вырабатывает сигнал, пропорциональный величине U-U_доп, который воздействует на исполнительные механизмы вентиляторов 5, снижая подачу теплоносителя. Таким образом, предлагаемая схема автоматического управления позволяет осуществлять контроль за уносом материала вместе с отработанным теплоносителем.

Предлагаемый способ может быть реализован при сушке дисперсных материалов в экспериментальной установке, сконструированной и изготовленной в Воронежской государственной технологической академии [Патент №2272230 Россия, МПК7 F26B 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 дисперсного материала во взвешенно-закрученном слое позволяет:

– получить высушенный материал более высокого качества за счет независимого контроля процессом сушки в каждой из трех секций;

– осуществлять автоматическое управление процессом сушки дисперсных материалов с системой рециркуляции отработанного теплоносителя;

осуществить эффективную утилизацию тепла отработанного теплоносителя;

– осуществить автоматический контроль уноса материала во время сушки.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом сушки с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой, предусматривающий подсушку и сушку дисперсных 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 в вихревой сушилке осуществляют подсушку отработанным теплоносителем одной из секций сушилки со взвешенно-закрученным слоем, а в сушилке со взвешенно-закрученным слоем осуществляют сушку в системе рециркуляции отработанного теплоносителя, при этом в зависимости от влажности отработанного теплоносителя каждой из трех секций, он может смешиваться с поступающим на сушку атмосферным воздухом или отдавать тепло поступающему на сушку атмосферному воздуху в дополнительных калориферах, дополнительные вентили, установленные в системе подачи теплоносителя, могут направлять поступающий атмосферный воздух в дополнительные калориферы, если отработанный теплоноситель имеет большую влажность и направляется микропроцессором на теплообмен в дополнительные калориферы, если же отработанный теплоноситель имеет небольшую влажность, то направляется микропроцессором на смешение с поступающим на сушку атмосферным воздухом, и вентили направляют поступающий атмосферный воздух, минуя дополнительные калориферы, тем самым снижая сопротивление системы подачи теплоносителя на сушку, при этом осуществляется контроль за уносом высушиваемого материала с помощью датчиков расхода исходного материала, а также датчиков влажности исходного и высушенного материала, по показаниям которых микропроцессор определяет количество высушенного материала при условии его безуносности по формуле

где – количество высушенного материала, получаемого при сушке, при условии его безуносности, кг/ч;

Q₁ – количество исходного влажного материала, поступающего на сушку, кг/ч;

w₁ – относительная влажность исходного материала, %;

w₂ – относительная влажность высушенного материала, %,

фактическое количество высушенного материала определяется с помощью датчика расхода высушенного материала, унос материала с отработанным теплоносителем микропроцессор определяет по формуле

,

где U – количество материала, уносимого с отработанным теплоносителем, кг/ч;

Q₂ – фактическое количество получаемого высушенного материала, кг/ч, если величина U больше допустимой U_доп, задаваемой в микропроцессор в зависимости от требований к ходу процесса сушки, то микропроцессор вырабатывает сигнал, пропорциональный величине U-U_доп, который воздействует на исполнительные механизмы вентиляторов, снижая подачу теплоносителя.

РИСУНКИ