Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния теории, техники и технологии сушки зерновых культур 13
1.1. Комплексная оценка зерновых культур как объекта исследования 13
1.2. Анализ основных математических моделей процесса сушки зерновых культур 17
1.3. Обзор сушилок для реализации переменных режимов сушки 35
1.4. Цель и задачи исследований 49
Глава 2. Экспериментальные исследования процесса сушки зерновых культур 52
2.1. Экспериментальная установкам методика исследований 52
2.2. Кинетические закономерности процесса сушки зерновых культур при постоянных параметрах 57
2.3. Построение эмпирической модели кинетики сушки зерновых культур 63
2.4. Обоснование допустимой области термовлажностных условий при сушке зерновых культур 70
Глава 3. Математическая модель процесса сушки зерновых культур при переменном теплоподводе 73
3.1. Постановка задачи 73
3.2. Математическая модель кинетики сушки зерна при переменном теплоподводе 78
3.3. Применение рационального режима управления при проектировании зерносушилок 86
3.4. Разработка рационального управления процессом сушки зерновых продуктов 88
Глава 4. Разработка конструкции сушилки и способа автоматического управления процессом сушки 97
4.1. Методика расчета зерносушилки 97
4.2. Разработка конструкции сушилки 105
4.3. Разработка способа автоматического управления процессом сушки 113
4.4. Финансово-экономические расчеты 126
4.4.1. Расчет капиталовложений в проект 127
4.4.2. Расчет дополнительных текущих расходов при реализации проекта 129
4.4.3. Расчет экономии текущих затрат при реализации проекта 130
4.4.4. Расчет годового экономического эффекта 131
Основные выводы и результаты 134
Библиографический список 136
Приложения 149
- Анализ основных математических моделей процесса сушки зерновых культур
- Кинетические закономерности процесса сушки зерновых культур при постоянных параметрах
- Математическая модель кинетики сушки зерна при переменном теплоподводе
- Разработка способа автоматического управления процессом сушки
Введение к работе
Актуальность работы. Зерно является одним из важнейших продуктов, определяющих продовольственную безопасность страны [ПО]. Наметившаяся в последние годы положительная динамика по сбору урожая зерновых позволяет ежегодно увеличивать объемы поставок зерна отечественному производителю, а также наращивать его экспорт. Россия является крупнейшим производителем зерна. Если в 2000 г. валовой сбор зерна составил 47,9 млн. тонн, то в 2007 г. планируемый урожай зерновых культур составит около 76 млн. тонн.
От количества и качества зерна зависит обеспеченность сырьем многих отраслей пищевой промышленности, в частности мукомольной, крупяной и комбикормовой. В этой связи зерноперерабатывающие предприятия должны в короткие сроки осуществлять прием и послеуборочную обработку зерна и обеспечивать его полную сохранность. Важнейшим этапом приемки и послеуборочной обработки зерна является сушка, так как большая часть заготовляемого зерна поступает, как правило, с повышенной влажностью и его сохранность зависит от работы зерносушилок [92-93, 96, 128].
Несоблюдение технологии послеуборочной обработки зерна самым негативным образом отражается на его качестве. Большинство элеваторов и сельскохозяйственных предприятий испытывают дефицит в зерносушильной технике, поэтому не в состоянии довести зерно до товарной кондиции, так как имеющаяся у них техника малопроизводительна, физически изношена и морально устарела [16]. Это способствует снижению качества выполняемых услуг, ухудшению продовольственных характеристик зерна в процессе длительного хранения [8, 21, 63].
Сложившаяся ситуация с хранением зерна самым негативным образом отражается на его качестве. Большинство сельскохозяйственных предприятий испытывают дефицит в зерноочистительной и зерносушильной технике и не в состоянии довести зерно до базисной товарной кондиции. Поэтому процессы сушки зерна должны обеспечить стабилизацию термовлажностных характеристик зерна при минимальных затратах энергетических ресурсов, и, как следствие, сохранность зернопродуктов при длительном хранении. Поэтому разработка энергосберегающих технологий сушки зерновых продуктов при переменном теплоподводе, обеспечивающим высокое качество готового продукта, является актуальной задачей, имеющей важное теоретическое и прикладное значение.
Можно отметить, что назрела необходимость модернизации и технического перевооружения основных фондов зерноперерабатывающих предприятий, а также разработки инновационных технологий сушки зерна перед закладкой его на хранение.
Вместе с тем, необходимо отметить, что в обеспечении населения продовольствием наблюдается все большая зависимость от импортных товаров, что может явиться серьезной угрозой продовольственной безопасности России.
В зерноперерабатывающей отрасли возникла потребность в качественной переработки зерна в высококачественные продукты питания с наименьшими экономическими затратами.
Процессы сушки на зерноперерабатывающих предприятиях характеризуются значительной энергоемкостью. В большинстве случаев их нельзя признать оптимальными с энергетической точки зрения, достаточно научно обоснованными и максимально соответствующими кинетическим, гидродинамическим и термодинамическим закономерностям процессов [64].
Низкий технический уровень сушилок определяет низкое качество высушенной продукции и высокие энергозатраты, не позволяет реализовать рациональный переменный режим сушки, вызывает необходимость введения вспомогательных операций для достижения требуемого качества готовой продукции, что приводит к увеличению себестоимости продукта [72].
В условиях возрастающего потребления энергии, с одной стороны, и дефицита энергетических ресурсов, с другой, все более остро ставятся вопросы рационального использования энергии при сушке зерна, которая неизбежно сопровождается неполным использованием энергии теплоносителя [68, 74, 76, 78, 123, 124].
Развитие теории, техники и технологии сушки зерновых культур подготовили условия для научного подхода к решению проблемы создания рациональных технологий сушки, основанных на переменных режимах сушки, оригинальных конструкций сушилок, обеспечивающих высокую энергетическую эффективность процесса сушки.
Технологические требования сушки зерновых культур приводят к необходимости применения переменных режимов. Поэтому вопросы математического описания кривых сушки при различных технологических параметрах и их использования для моделирования процессов сушки в переменном режиме управления приобретают принципиальное значение в решении оптимизационных задач [2, 3, 54, 58, 89, 97-99, 102-104, 116, 130, 131, 137]. Теоретические основы тепломассообмена в процессах сушки и хранения зерна, а также их аппаратурное оформление отражены в работах отечественных и зарубежных ученых А.Ю. Шаззо, В.И. Жидко, B.C. Уколова, В.А Резчикова, Г.А. Егорова, А.А. Шевцова и др.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Воронежской государственной технологической академии по теме НИР кафедры технологии хранения и переработки зерна ВГТА «Интенсификация технологических процессов зерноперерабатывающих предприятий» (№ гос. регистрации 01.200.1 16821).
Цель диссертационной работы: Разработка переменных режимов сушки зерновых культур при программированном теплоподводе, обеспечивающее повышение эффективности и экономию теплоэнергетических ресур- сов, разработка рациональной конструкции зерносушилки и способа автоматического управления процессом сушки зерна.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Разработать методику экспериментальных исследований процесса сушки зерна и изучить основные закономерности тепло- и массопереноса вла ги в слое зерна при переменном теплоподводе; провести систематизацию по лученных данных и сформулировать на их основе теоретические предпосыл ки и рабочие гипотезы по использованию их в производстве.
Разработать математическую модель процесса сушки зерновых культур при переменном теплоподводе.
Экспериментально-статистическими методами исследования получить эмпирическую модель кинетики сушки зерновых культур.
Обосновать допустимую область термовлажностных условий при сушке зерновых культур с регулируемой величиной удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку при переменном теплоподводе.
Для оперативного выбора рационального технологического режима сушки рассмотреть задачу распределения температурных полей в слое зерна при переменном теплоподводе.
Разработать рациональный подход к проектированию зерносушилок с регулируемой величиной удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку. Разработать рациональную конструкцию зерносушилки с регулируемой величиной удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку и программно-логический алгоритм управления процессом сушки зерна при переменном теплоподводе.
7. Провести производственные испытания и разработать рекомендации для внедрения в промышленность рациональной конструкции зерносушилки и предлагаемого способа автоматического управления процессом сушки зерна при переменном теплоподводе.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса сушки зерна при переменном теплоподводе, описывающая распределение температурных полей в слое зерна при переменном теплоподводе. Изучен механизм и основные кинетические закономерности процесса сушки зерна при переменном теплоподводе. Выявлено, что основными факторами, влияющими на протекание процесса сушки зерна, являются температура, скорость и относительное влагосодержание теплоносителя, а также удельная нагрузка продукта на газораспределительную решетку.
Получена эмпирическая модель кинетики сушки зерновых продуктов.
Обоснована допустимая область термовлажностных условий при сушке зерновых культур с регулируемой величиной удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку при переменном теплоподводе.
Для повышения эффективности процесса сушки предложена стратегия управления процессом сушки зерна в сушилках, основанная на использовании в качестве критерия оптимизации суммарных энергетических затрат, приходящихся на единицу испаряемой влаги.
Новизна технического решения защищена патентом РФ № 2276763.
Практическая ценность. Разработан рациональный подход к проектированию зерносушилок с регулируемой величиной удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку. Определены рациональные технологические режимы процесса сушки зерновых культур при переменном теплоподводе. Разработан программно-логический алгоритм управления процессом сушки зерна при переменном теплоподводе. Предложена рациональная конструкция зерносушилки с регулируемой величиной удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку и разработана методика инженерного расчета. Разработан способ автоматического управления процессом сушки зерна при переменном теплоподводе.
Способ управления процессом сушки зерновых культур при переменном теплоподводе апробирован на ОАО «Бутурлиновский мелькомбинат».
Экономический эффект от реализации результатов работы составляет 4317588,2 рубля (в ценах 2006 г.).
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2005 по 2006 гг.); на международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Республика Беларусь, Могилев, 2007 г.).
Результаты работы демонстрировались на выставках «Кадры и инновации для пищевой и химической промышленности» (Воронеж, 20-21.10.2005 г.) и «ЦЕНТРАГРОМАШ» (Воронеж 14 ноября 2006 г.) и награждены дипломами.
Разработка, теоретические и экспериментальные исследования проводились на ОАО «Бутурлиновский мелькомбинат», (Бутурлиновка, Воронежская обл.), в лабораториях кафедры ТХПЗ ВГТА.
Работа обобщает новые результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса сушки зерновых культур при переменном тепло-подводе, проведенных непосредственно автором и при его участии под руководством проф. А. А. Шевцова. Автор выражает благодарность своему научному руководителю проф. Шевцову А. А. за консультации и плодотворное сотрудничество при проведении исследований.
Анализ основных математических моделей процесса сушки зерновых культур
В известных работах по математическому моделированию процессов сушки зерна [9, 94, 95, 109, 112, 119, 126] отдается предпочтение феноменологическому подходу в связи с преимуществом в простоте исходных соотношений, возможности использования экспериментальных данных, а, следовательно, возможности контроля практикой.
Процесс конвективной сушки зернистого продукта заключается в переводе влаги, находящейся в капиллярно-пористом теле, в парообразное состояние и удаления образующегося пара во внешнюю, окружающую среду [18-20,75,90,91].
Используя законы сохранения энергии и вещества и законы переноса, А.В. Лыков и Ю.А. Михайлов получили систему дифференциальных уравнений, описывающую влаго- и теплоперенос во влажных продуктах, в любых условиях [80, 87, 88] мическая массоемкость влажного продукта кДж/(кг-К); с - емкость влажного продукта по отношению к веществу, участвующему в молярном переносе (с - сіщ /dp); р - удельная теплота фазового перехода, кДж/кг; є - критерий фазового превращения; 9 - потенциал массопереноса.
При выводе системы уравнений (1.1) предполагалось, что пар в порах и капиллярах продукта находится в термодинамическом равновесии с жидкостью, так что температура влаги равна температуре сухого вещества.
Система уравнений (1.1) является наиболее общей, она справедлива для любого вида влаго- и теплопереноса, но при условии постоянства коэффициентов. Однако ее решение представляется весьма проблематичной из-за не постоянства коэффициентов ки - &3з и отсутствия знания законов изменения Т, виРв пространстве.
Процесс сушки влажных тел является типичным нестационарным процессом влаго- и теплопереноса, для которого система дифференциальных уравнений переноса применительно к неограниченной пластине (одномерная задача) в отсутствие градиента общего давления ( VP = 0) имеет вид
Все коэффициенты влаго- и теплопереноса (ат S, Я) зависят от влагосо держания и температуры, так же как и термодинамические характеристики (є, г, с). Граничные условия в общем виде где qn(z) - интенсивность теплообмена или удельный поток теплоты на поверхности; jn(r) - удельный поток влаги или интенсивность влагообмена. В общем случае интенсивность влаго- и теплообмена является функцией времени.
Уравнения (1.2) - (1.3) были решены для данных граничных и начальных условий для простейших тел (неограниченная пластина, неограниченный цилиндр, шар). Однако эти решения были получены в предположении постоянства коэффициентов влаго- и теплопереноса и термодинамических характеристик. Поэтому для использования решений необходимо весь процесс сушки разделить на отдельные зоны, в каждой из которых коэффициенты влаго- и теплопереноса и термодинамические характеристики считались постоянными.
Наличие фазовых превращений, неоднородности и включений (капельки, пузырьки, твердые частицы) существенным образом осложняет математическое моделирование процесса сушки. В настоящее время делаются только первые попытки получить уравнение механики однокомпонентной двухфазной дисперсной смеси с фазовым превращением [96]. Полученные уравнения внешне напоминают традиционные уравнения конвективного тепло- и массопереноса, однако существенно отличаются от них своей внутренней структурой.
Представляет практический интерес математическая модель тепло- и массопереноса в подвижном слое дисперсного материала, разработанная А. С. Бомко [96]:
где t, tc - соответственно температура материала и среды; w,v- соответственно скорость движения частиц материала и сушильного агента; а - коэффициент теплообмена; F - удельная (приходящаяся на единицу объема, занятого дисперсным материалом) свободная поверхность частиц; с си с - приведенная удельная теплоемкость сушильного агента и материала соответственно; у - концентрация сухого вещества во влажной частице; ух - концентра ция пара в парогазовой среде; ус - концентрация газа в парогазовой среде; qm - поток массы; Р - порозность слоя.
При этом было использовано уравнение переноса внутренней энергии, уравнение непрерывности, удельные мощности источников теплоты и выражение диффузионного потока влаги в форме, представленной А. В. Лыковым и Ю. А. Михайловым [80, 87].
В модели А.С. Бомко пренебрегается потоками теплоты в слое за счет теплопроводности в сравнении с конвективными потоками, не учитывается усадка и градиент давления.
Уравнение конвективной диффузии, входящее в данную систему, аналогично уравнению Фурье-Кирхгофа, использовалось при изучении тепло-массопереноса бинарной газовой смеси, а также различных процессов конвективной диффузии в жидкостях [80]. Коэффициенты теплообмена а и массообмена /?, как указывалось в работе [87], следует считать зависящими не только от гидродинамики потока, физических свойств газа, характерного размера обтекаемой поверхности, но и от времени, теплофизических свойств тела, распределения источников тепла и т. д.
Предложения, выдвинутые А. С. Бомко, в значительной мере оправданы при рассмотрении конвективной сушки солода. А. Н. Кашурин и В. А. Домарецкии предложили математическую модель процесса конвективной сушки солода в плотном слое [96]. В модель входят: - дифференциальные уравнения баланса влаги и теплоты при сушке солода
Кинетические закономерности процесса сушки зерновых культур при постоянных параметрах
На рис. 2.2, а; 2.3, а представлены экспериментальные кривые нагрева и сушки зерна пшеницы при различных значениях режимных параметров. Методом графического дифференцирования получены кривые скорости сушки зерна пшеницы (рис. 2.2, б; 2.3, б).
Анализ кривых сушки и скорости сушки зерна пшеницы (рис. 2.2, а; рис. 2.3, б) показывает, что период постоянной скорости сушки отсутствует, а процесс сушки осуществляется в периоде убывающей (падающей) скорости сушки. Этот факт подтверждают и кривые изменения температуры нагрева зерна пшеницы во времени (рис. 2.2, б; 2.3, б). Отсутствие периода постоянной скорости сушки говорит о том, что интенсивность диффузии влаги значительно меньше интенсивности влагообмена [18-20, 80, 86, 87, 109]. Это дает основания утверждать о правильной организации эксперимента и его адаптации к промышленным шахтным зерносушилкам серии ДСП, в которых процесс сушки осуществляется в непрерывном режиме [62].
На процесс сушки зерна пшеницы в первую очередь влияет температура теплоносителя Т (рис. 2.2). Ее увеличение интенсифицирует внутреннюю диффузию влаги и ведет к резкому возрастанию температуры зерна Т3.
Влияние скорости теплоносителя на кинетику процесса сушки зерна показано на рис. 2.3. Обработка опытных данных свидетельствует, что скорость сушки увеличивается с повышением скорости теплоносителя.
Установлено, что интенсивность испарения зависит от начальной влажности зерна WH. С ее повышением скорость сушки уменьшается, а продолжительность процесса увеличивается.
Анализ кривых нагрева и сушки зерна при различных значениях удельной нагрузки зерна пшеницы на газораспределительную решетку q указывает существенное влияние величины q на интенсивность испарения влаги. Повышение удельной нагрузки зерна на газораспределительную решетку q приводит к уменьшению скорости сушки и интенсивности нагрева зерна, причем с увеличением удельной нагрузки зерна на газораспределительную решетку q кривые скорости сушки эквидистантно смещаются влево, вытягиваясь по оси W.
Кривые нагрева и сушки овса воздухом при различных температурах и скоростях теплоносителя, а также при различных значениях удельной нагрузки продукта на газораспределительную решетку представлены на рисунках 2.4 - 2.6. На рис. 2.7 и 2.8 представлены кривые скорости сушки зерна овса, полученные методом графического дифференцирования.
Из анализа кривых скорости сушки овса воздухом при различных температурах и скоростях (рис. 2.4-2.8) видно, что при убывании влажности с 25 % до 20 % скорость сушки изменяется незначительно, а затем начинается существенное снижение скорости сушки, характер изменения которого зависит от структуры слоя, форм связи влаги с продуктом и механизма перемещения влаги внутри зерна. Анализ кривых скорости сушки показывает, что наибольшее влияние на интенсивность сушки овса оказывает температура теплоносителя (рис. 2.11).
Так увеличение температуры с 373 К до 398 К при скорости 2,2 м/с, приводит к существенному возрастанию скорости сушки.
Несмотря на разнообразие режимов, кривые нагрева и сушки имеют одинаковый характер. Это означает, что в пределах допустимых температур нагрева зерна процесс сушки протекает при постепенном уменьшении скорости испарения влаги и интенсивном возрастании температуры зерна, т. е. при сушке зерна в сушилке темпы роста нагрева зерна опережают скорость его сушки.
На рис. 2.9, а представлены экспериментальные кривые нагрева и сушки зерна ячменя при следующих значениях режимных параметров: Т— Ъ1Ъ К; WH = 20,5 %; х = 0,010 кг/кг; v = 1,6 м/с; д, Н/м2: 1 - 150; 2 - 300; 3 - 450. Методом графического дифференцирования получены кривые скорости сушки зерна ячменя (рис. 2.9, б).
Анализ кривых сушки и скорости сушки зерна ячменя (рис. 2.9) показывает, что период постоянной скорости сушки отсутствует, а процесс сушки осуществляется в периоде убывающей (падающей) скорости сушки. Этот факт подтверждают кривые изменения температуры нагрева зерна ячменя во времени (рис. 2.9). Отсутствие периода постоянной скорости сушки говорит о том, что интенсивность диффузии влаги значительно меньше интенсивности влагообмена.
Таким образом, изменение режима сушки оказывает влияние на интенсивность нагрева и испарения влаги из зерна, характер же кривых остается неизменным.
Математическая модель кинетики сушки зерна при переменном теплоподводе
Действительно, уменьшенное значение температуры войдет в отрица тельную степень экспоненты, что приведет к увеличению времени сушки. В случае коррекции по температуре продукта специфика алгоритма построения кривой сушки в переменном режиме управления заключается в том, что заранее нельзя фиксировать набор кривых, из которых осуществляется «сшивание». Они определяются в процессе расчета. Коэффициент теплообмена av в (3.9) найден в результате машинного эксперимента на ЭВМ. Его значение подбиралось таким образом, чтобы расчетные значения температуры солода соответствовали экспериментальным. Как показал анализ сравнения экспериментальных и скорректированных кривых сушки переменных режимов, отклонения по абсолютному значению не превышают 9,6 %, а систематическая ошибка полностью исключается.
Для нормального хода биохимических превращений в высушиваемом зерне необходимо поддерживать соотношение между Тс и W с : Tc(Ti,y) 33S-0,3\3Wc(xi,y), i = (l, m),y]0,H[ (3.16) Ограничение (3.16) позволяет вести сушку в области стандартных физико-химических свойств продукта, а движение по границе допустимой области термовлажностных условий (выполнение равенства 3.16) определяет наиболее интенсивные режимы сушки.
Однако пользоваться алгоритмом построения кривой сушки с учетом коррекции по температуре зерна не представляется возможным. Особенность сложившейся ситуации состоит в том, что ранее температура зерна определялась по заданной температуре теплоносителя с помощью уравнения теплового баланса. Теперь же температура зерна прогнозируется в соответствии с (3.16) и, следовательно, для выбора температуры теплоносителя можно использовать уравнение (3.14). Перепишем уравнение (3.14), заменив индексацию (z -l) на і и разрешив его относительно Тсаі: Wc{%1,Тса1 1,хН1,у). Поскольку последние являются функциями неизвестных значений температуры теплоносителя Tcai, ТсаМ, то предлагается использовать дискретизацию кусочно-постоянных уравнений не по времени, а по влажности. Тогда по известным значениям влажности прогнозируем по (3.17) средние значения температуры зерна на интервале Тс(хі+\,у), Tc{xhy) и по уравнению теплового баланса (3.17) определяем Тсаі.
«Сшивание» кривых на участке возрастания влажности в период прогрева приводит к существенным разрывам производных. Чтобы избежать этого, выбираем температуру теплоносителя Тса1 на первом шаге дискретизации и момент времени ТІ, соответствующий экстремуму кривой сушки, следующим образом: удовлетворяют одновременно движению по границе допустимой области термовлажностных условий (3.16), тепловому балансу пустимой области термовлажностных условий (3.16), тепловому балансу (3.18) и экстремуму кривой сушки.
Для прогнозирования Тс по ограничению (3.16) выбирали переменный шаг дискретизации AWk с учетом форм связи влаги с материалом и необходимых энергозатрат на ее удаление: для интервала 25...20 % AW!c= 1 %, в интервале 20... 12 % tsWk- 2 % ив области мономолекулярной адсорбции AWk = 1 %. Дискретизацию влажности осуществляли по формуле где г - номер шага дискретизации.
Разработка способа автоматического управления процессом сушки
В процессах конвективной сушки зерновых культур подготовку теплоносителя производят, как правило, либо в топках при сгорании дизельного топлива или природного газа и смешением продуктов сгорания с воздухом, либо нагреванием в калориферах. Во-первых, абсолютная влажность теплоносителя (воздуха) возрастает из-за смешивания его с продуктами сгорания. Для ее понижения повышают температуру воздуха, входящего в сушилку. При этом возникают следующие нежелательные явления: попадание на поверхность материала продуктов сгорания топлива, нерациональное использование подводимой к теплоносителю теплоты, загрязнение окружающей среды продуктами сгоранию топлива. Во-вторых, нагревание теплоносителя только в электрокалориферах для сушилок большой производительности не может обеспечить снижение энергозатрат.
Для устранения перечисленных недостатков предлагается способ сушки термолабильных материалов в двухступенчатой теплонасоснои сушильной установке и алгоритм его управления (рис. 4.4) [22].
Схема (рис. 4.4), реализующая предлагаемый способ, содержит: I, II, III - соответственно первая, вторая и третья зоны сушки; 1 - сушилка; 2 - устройство для выгрузки высушенного продукта; 3 - камера нагрева; 4, 5 - вентиляторы; 6, 7 - компрессор теплонасоснои установки соответственно первой и второй ступени; 8, 9 - испаритель соответственно первой и второй ступени; 10, 11 - конденсатор соответственно первой и второй ступени; 12 - промежуточный сосуд; 13, 14 - регулирующие вентили; 15 - теплообменник; 16 - теплообменник-рекуператор; линии: 17 - подачи влажного продукта в сушилку; 18 - отвода высушенного продукта; 19 - отвода охлажденного продукта; 20 -рециркуляции теплоносителя: 21 - подпитки отработанного теплоносителя свежим; 22 - сброса отработанного теплоносителя; 23 - подачи осушенного теплоносителя в конденсатор второй ступени; 24, 25, 26 - подачи осушенного теплоносителя соответственно в I, II и III зонах сушки; 27, 28 - рециркуляции хладоагента соответственно в первой и второй ступенях теплонасосной установки; 29 - линия рециркуляции охлаждающего воздуха: датчики: 30. 31 -расхода и температуры влажного продукта; 32, 33, 34 - температуры продукта соответственно в I, II, III зонах сушки; 35 - температуры охлажденного продукта; 36, 37 - влажности влажного и высушенного продукта; 38, 39, 40 - расхода теплоносителя соответственно в I, II, III зонах сушки; 41, 42, 43 - температуры теплоносителя на входе в I, II, III зонах сушки; 44, 46 - расхода теплоносителя перед испарителем соответственно второй и первой ступени; 45, 47 - влагосодержания теплоносителя перед испарителем соответственно второй и первой ступени; 48 - влагосодержания теплоносителя после конденсатора первой ступени; 49 - 64 - исполнительные механизмы; 65 - макропроцессор; 66 - двухступенчатая теплонасосная установка; 67, 68 - ресиверы. Способ сушки осуществляется следующим образом.
Влажный продукт последовательно подают сначала в камеру нагрева 3, где он нагревается за счет теплоты отработанного теплоносителя, затем в I, II, III зоны сушки сушилки 1, где его температуру в каждой зоне поддерживают в соответствии с требованиями технологического регламента, и далее направляют с помощью устройства для выгрузки 2 на охлаждение в теплообменник 15. Отработанный теплоноситель после I, II, III зон сушки последовательно направляют на осушение и охлаждение сначала в испаритель второй ступени 9 теплонасосной установки 65, затем в испаритель первой ступени 8, после чего в теплообменник-рекуператор 16, и далее в конденсатор первой ступени 10 теплонасосной установки 65.
После этого одну часть теплоносителя направляют сначала в конденсатор второй ступени 11, и затем - в III зону сушки сушилки 1, а другую его часть - в I зону сушки, а поток теплоносителя, подаваемого во II зону сушки, получают путем смешивания частей теплоносителя, подаваемых в I и III зоны сушки.
Во избежание технологических сбоев в линиях 24 и 26 установлены ресиверы соответственно 66 и 67. По информации датчиков о текущих значе ниях расхода, температуры и влажности влажного продукта в линии 17 после его предварительного подогрева в камере нагрева 3, получаемой соответственно с датчиков 29, 30, 35 микропроцессор 64 по заложенному в него алгоритму устанавливает заданный режим сушки и охлаждения продукта. Причем массовый поток теплоносителя на входе в сушилку 1 устанавливают воздействием на мощность регулируемого привода вентилятора 4 посредством исполнительного механизма 60, а температурный режим сушки устанавливают воздействием на мощности регулируемых приводов компрессоров 6,7 посредством исполнительных механизмов 58, 59. При этом охлаждение продукта осуществляют воздухом, охлажденным в теплообменнике-рекуператоре 16, с последующей подачей его вентилятором 5 в теплообменник 15 с образованием замкнутого цикла по линии 68.
По текущим значениям температуры продукта в I и III зонах сушилки 1 измеряемых соответственно датчиками 31 и 33 микропроцессор 63 устанавливает температуру теплоносителя в линиях 24 и 26 путем воздействия на мощность приводов компрессоров 6, 7 двухступенчатой теплонасосной установки 65 [65, 135].
