Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние и перспективы использования математических методов для оптимизации работы рециркуляционных зерносушилок
1.1. Зерно пшеницы как объект сушки
1.2. Режимы сушки зерна в рециркуляционных зерносушилках
1.3. Математическое моделирование как средство оптимизации процесса сушки зерна
1.4. Критерии эффективности процесса сушки зерна .
1.5. Цели и задачи исследования 56
Глава 2. Материал и методы исследования 50
2.1. Материал исследования и методика составления математического описания
2.2. Имитационная модель процесса сушки зерна пшеницы в шахтной прямоточной зерносушилке
2.3. Оптимизация процесса сушки зерна на основе математического моделирования
Выводы по главе 2 79
Глава 3. Оптимизация процесса сушки зерна пшеницы на основе имитационного моделирования
3.1. Математическое описание процесса сушки зерна
3.2. Тепловой расчет зерносушилок типа РД и У2 - УЗБ
3.3. Имитационная модель процесса сушки зерна пшеницы в рециркуляционных зерносушилках типа РД и У2 - УЗБ
Выводы по главе 3
Глава 4. Технико - экономическое обоснование рационального порядка работы зерносушилки
4.1. Технико - экономические показатели 133
4.2. Производственные испытания 139
Общие выводы и рекомендации 141
Список литературы 144
Приложение 1
- Режимы сушки зерна в рециркуляционных зерносушилках
- Критерии эффективности процесса сушки зерна
- Имитационная модель процесса сушки зерна пшеницы в шахтной прямоточной зерносушилке
- Тепловой расчет зерносушилок типа РД и У2 - УЗБ
Введение к работе
Актуальность темы.
Зерновая масса, как объект хранения и переработки, отличается неоднородностью и изменчивостью во времени, вызываемыми различными процессами, которые совершаются в составляющих ее частях.
Наиболее важным параметром, определяющим физико-химические свойства зерновой массы, является влажность. От нее во многом зависят температура, свежесть зерна, а также его качество.
Именно поэтому такое значение приобрела сушка зерна, как технологический процесс, обеспечивающий не только сохранность зерна, но и улучшение его качества.
Процесс зерносушения направлен как на достижение конечных результатов (количество и качество высушенного зерна, решение экологических задач), так и на экономию всех видов ресурсов (материальных и энергетических).
Наиболее полно требованиям, предъявляемым к сушильной технике отвечают рециркуляционные зерносушилки, однако и для них актуальны задачи повышения эффективности, экономичности сушки, улучшения качества зерна.
Один из важных факторов рационального использования энергоресурсов - это внедрение научно обоснованных норм удельных расходов топлива и электроэнергии на сушку, а также оптимизация процесса сушки зерна, позволяющая сократить расходы топлива и электроэнергии.
Для проведения такой оптимизации процесса целесообразна разработка математической модели процесса сушки зерна. В настоящее время известно большое количество таких моделей. Однако многим из них характерна излишняя детализация процессов тепло- и массообмена с одновременным введением целого ряда граничных условий, что ведет к неполному соответствию модели описываемому процессу.
Цели и задачи исследования.
Целью настоящей работы является повышение эффективности работы зерносушилок, снижение энергозатрат на основе совершенствования процесса сушки.
Для достижения поставленной цели выдвигаются следующие задачи:
изучить кинетику процесса сушки зерна пшеницы;
определить метод исследования и опробовать его на шахтной прямоточной зерносушилке;
составить математическую модель процесса сушки зерна в рассматриваемых зерносушилках;
провести оптимизацию процесса сушки на основе полученной модели;
рассмотреть возможные изменения технологической схемы процесса сушки в зерносушилках типа РД и У2 - УЗБ,
разработать имитационную модель оптимизации, предусматривающую различные варианты технологических схем работы зерносушилок данного типа,
на основе решения оптимизационной задачи выбрать наиболее рациональный, с позиций энергосбережения, порядок работы зерносушилки, оценить экономический эффект от его внедрения,
провести производственные испытания.
Объектом исследований являлся процесс сушки зерна пшеницы в рециркуляционных зерносушилках типа РД и У2 - УЗБ, предметом исследований являлось зерно пшеницы продовольственного назначения различного исходного качества клейковины и различной начальной влажности.
Научная новизна. Разработана математическая модель процесса сушки зерна в шахтной прямоточной зерносушилке, основанная на кинетических зависимостях, полученных при сушке зерна пшеницы в лабораторной зерносушилке с использованием коэффициентов эффективности нагрева,
влагосъема и охлаждения, что принципиально отличает ее от известных математических моделей.
Для решения проблемы энергосберегающих технологий сушки зерна применен комплексный подход, включающий оптимизацию процесса на основе математического моделирования и совершенствование технологических схем зерносушилок. Разработаны моделирующие алгоритмы для пяти различных возможных вариантов работы рециркуляционных зерносушилок типа РД, в том числе варианты, не имеющие аналогов в теории зерносушения. На основе этих алгоритмов составлена имитационная модель, позволяющая рассчитывать процесс сушки зерна пшеницы с различным исходным качеством клейковины, проводить его оптимизацию и автоматизацию для различных вариантов технологических схем работы рециркуляционной зерносушилки типа РД.
Практическая значимость работы заключается в том, что имитационная модель позволяет устанавливать научно - обоснованные нормы удельного расхода топлива на сушку, анализировать работу зерносушилки при различных технологических схемах, определять продолжительность процесса с учетом кинетики сушки и охлаждения зерна. Предложенные алгоритмы могут быть использованы в учебном процессе, в том числе для исследовательской работы. Адекватность разработанной имитационной модели процесса подтверждена результатами производственных испытаний на ООО «Шебекинская зерновая компания» зерносушилки РД-2х25-70, работа которой была организована таким образом, что одна половина работала по основной технологической схеме, а вторая по реконструированной.
Разработаны программы «Изучение кинетики сушки зерна шахтной прямоточной зерносушилке» и «Оптимизация процесса сушки зерна пшеницы в рециркуляционных зерносушилках типа РД», которые внесены в государственный реестр компьютерных программ под номерами 2002610909 и 2002610910 соответственно.
Данные программы нашли также применение в учебном процессе, что подтверждается актом внедрения на кафедре Технологии хлебопродуктов МГТА.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно - практической конференции «Технология принятия управленческих решений» (г. Вязьма, 1999 г.), научно - практической конференции «Хлебопродукты - 2000» (г. Вязьма), VII международной научно - практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности третьего тысячелетия» (г. Москва, 2001 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных сообщений, получено 2 Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы (137 наименований) и приложений. Работа изложена на 155 страницах, включая 24 рисунка и 7 таблиц.
Режимы сушки зерна в рециркуляционных зерносушилках
В связи с большой важностью технологического процесса сушки зерна, высокие требования предъявляются к сушильной технике [5, 7, 35, 71, 72]. Самое основное среди них - это полное сохранение и даже улучшение качества зерна.
Конструкция сушилки должна обеспечивать равномерный нагрев и сушку зерна при надежном контроле температуры и влажности зерна в процессе сушки. Кроме того, конструкция сушилки должна исключать механическое травмирование зерна, потери полноценного зерна с отработавшим агентом сушки. Также зерносушилки должны быть экономичными по удельным расходам теплоты и электроэнергии.
Зерносушилки должны обеспечивать совместную сушку зерна различной начальной влажности, что позволяет формировать партии поступающего зерна не по влажности, а по сортам и другим признакам, определяющим его пищевые и технологические свойства [5, 7, 12, 17, 71, 72].
Зерносушилки должны обладать универсальностью в возможности сушки зерна различных культур, резко отличающихся физико химическими, биохимическими, структурно - механическими и другими технологическими свойствами.
Сушилки должны позволять доводить высоковлажное зерно до сухого состояния за один пропуск, так как повторная сушка усложняет организацию работ, снижает коэффициент использования сушилки, снижает экономичность работы сушилки. Зерносушилки должны обеспечивать эффективное охлаждение зерна и, в необходимых случаях, проведение других технологические операций.
Зерносушилки должны быть оснащены системами автоматического контроля и регулирования процесса сушки. Объем и средства автоматизации должны быть экономически обоснованы в связи с требованиями снижения капитальных и эксплуатационных затрат.
Всем перечисленным требованиям наиболее полно отвечают рециркуляционные зерносушилки. В них теплота, необходимая для испарения влаги, передается зерну конвективным путем. В дальнейшем эта теплота перераспределяется кондуктивным теплообменом между нагретым рециркулирующим и холодным сырым зерном, поступающим на сушку Процесс рециркуляционной сушки складывается из нескольких циклов, в каждом из которых зерно нагревается, проходит стадию контактного влагообмена и высушивается.
Исследования, проведенные Л.Д. Комышником [50], показали, что для рециркуляционных зерносушилок характерно снижение удельных расходов топлива на 25%, электроэнергии на 20% и создание всех необходимых условий для формирования партий зерна по показателям качества.
В результате многолетней эволюции технологии сушки зерна достигли столь высокого уровня, что их дальнейшее усовершенствование уже не сказывается так ощутимо, как раньше, на конечных результатах производства. Наиболее актуальными поэтому являются задачи сокращения расходов, связанных с холостым пробегом оборудования в период пуска и выхода на режим, снижения топливно - энергетических затрат и себестоимости сушки, а также автоматизации технологического процесса [2, 8, 28, 61-67, 78, 84, 86, 89-95, 97-99, 102, 109]. Именно поэтому настоящая работа посвящена оптимизации процесса сушки в рециркуляционных зерносушилках РД и У2 - УЗБ (рис. 1.2.2), получивших наибольшее распространение.
Зерносушилка РД -2x25 —70 (рис. 1.2.1.) [65, 72] представляет собой отдельно стоящий блок из двух металлических агрегатов. Зерносушилку можно использовать для одновременной сушки различных по качеству партий зерна или для параллельной работы (если зерно одинакового качества). Каждый агрегат сушилки состоит из над сушильного бункера, камеры нагрева, бункера тепловлагообмена, шахт промежуточного и окончательного охлаждения. Оба агрегата обслуживает одна топка. Надсушильный бункер двухсекционный, Выполнен из листовой стали и снабжен сливной самотечной трубой (для предотвращения подпора зерном головки рециркуляционной нории), а также загрузочным устройством из четырех воронок с выпускными отверстиями. Которые перекрываютзадвижками с одним приводом от электродвигателя (мощностью 0,6 кВт) через редуктор РЧ - 1.
Камера нагрева собрана из четырех секций. В ней в шахматном порядке установлены стержни, вертикальный шаг 200 мм, горизонтальный - 400 мм. В каждом ряду расположено шесть - семь стержней.Агент сушки подают в камеру нагрева через диффузор, находящийся в нижней ее части над бункером тепловлагообмена. Отработавший агент сушки отсасывают вентилятором через сблокированную с камерой нагрева осадочную камеру, предназначенную для удаления из агента сушки легких примесей. Внутри этой камеры в верхней секции установлен отражательный щит и сделано отверстие для ввода отработавшего агента сушки. В верхней части камеры предусмотрен люк для обслуживания.
Бункер тепловлагообмена состоит из трех секций. Верхняя наклонена под углом 30 по обе стороны камеры нагрева. Для избежания переполнения бункера зерном установлены сливные самотечные трубы. Для дистанционного контроля температуры и уровня зерна используют терморезисторы и мембранные датчики МДУ - 3 (в количестве двух). В верхней части бункера сделан люк. Тепловлагообменник, как и камера нагрева, покрыт слоем теплоизоляции.
Шахты охлаждения выполнены из трех звеньев. В них установлены короба переменного сечения. Подводящие и отводящие короба смонтированы в шахматном порядке кассетами - по два короба в каждой. Чтобы в шахту промежуточного охлаждения не попадали атмосферные осадки, над ней установлены защитные козырьки из оцинкованной стали. Толщина продуваемого зернового слоя 148 мм. Зерно выпускают из шахт через бесприводные устройства. Шахты установлены на четыре железобетонные опоры.
В зерносушилке РД-2х25-70 применена схема последовательногопродувания шахт охлаждающим воздухом. Воздух для охлаждения зернанагнетают вентилятором в напорно-распредительную камеру,расположенную со стороны шахты окончательного охлаждения. Внутринапорно - распределительной камеры установлен диффузор дляравномерного распределения воздуха по коробам. Для созданияоптимального режима работы зерносушилки предусматриваютнакопительные и оперативные бункера для сырого и сухого зерна, а также сливные бункера и бункера для отходов.
Независимая работа зерносушилки обеспечивается двумя нориями II -175 и двумя транспортерами. Управление и контроль за работой сушилки и связанных с ней механизмов осуществляют дистанционно из помещения расположенного перед топкой.Топка зерносушилки РД -2x25 - 70 работает на жидком топливе, она полностью выполнена из металла без применения керамических огнеупоров.
Зерносушилка У2-УЗБ-50 (рис. 1.2.2.) [65, 72] представляет собой два одинаковых металлических аппарата, сблокированных в один агрегат. Каждый аппарат может работать отдельно, что позволяет одновременно использовать их для сушки двух различных партий.
В зерносушилке надсушильный бункер, загрузочное устройство и камера нагрева имеют не прямоугольную, а цилиндрическую форму. Надсушильный бункер состоит из трех колец высотой по 1412 мм и опорной части в виде усеченного конуса. Загрузочное устройство снабжено четырьмя
Критерии эффективности процесса сушки зерна
Процесс зерносушения направлен как на достижение конечных результатов (количество и качество высушенного зерна, решение экологических задач), так и на экономию всех видов ресурсов (материальных и энергетических).
Повышение эффективности сушки зерна непосредственно связано с разработкой рациональных методов интенсификации процесса. Однако, как отмечает В.А. Резчиков, резервы ускорения внешнего тепло- и массообмена при конвективной сушке в значительной мере исчерпаны. Например, при увеличении температуры сушильного агента скорость сушки увеличивается. Но вследствие опережающего темпа нагрева зерна продолжительность цикла сушки, ограничиваемая предельно допустимой температурой зерна, сокращается настолько, что возможное снижение влажности зерна за один цикл не только не возрастает, но даже уменьшается, к тому же с увеличением температуры агента сушки возрастает опасность перегрева поверхности зерна и ухудшения его качества, увеличивается взрывопожароопасность зерносушильных установок [91].
В современных условиях очень остро стоит проблема энергосбережения. Решение этой проблемы требует разработки новых технологий, позволяющих рационально использовать энергоресурсы и обеспечивающих технический прогресс. Важным является также внедрение научно обоснованных норм удельных расходов топлива и электроэнергии на сушку зерна. Получение таких норм возможно на основе анализа имитационной модели сушки зерна, если в основу этой модели положить взаимосвязь показателей эффективности сушильного процесса.
Выбор оптимального режима сушки рассматривается как разработкаматематического описания процесса сушки в объеме, позволяющемисключить из выражения целевой функции переменные величины, выразивих через варьируемые и постоянные режимные параметры. Таким образом,целевая функция является функцией показателей эффективностисушильного процесса.
Одним из наиболее важных показателей является продолжительность сушки и производные от нее показатели, характеризующие производительность зерносушилки. Отсутствие в настоящее время научно обоснованных методов расчета продолжительности сушки зерна сдерживает развитие зерносушильной техники.
Продолжительность сушки - это не только самостоятельный показатель эффективности сушильного процесса, но и исходная величина для расчета энергетических затрат, большую часть которых составляют затраты тепловой энергии (85 - 90 %), меньшую - затраты энергии на привод вентилятора и загрузочно - разгрузочных устройств [3, 64]. Поэтому тепловой расчет зерносушилки необходимо проводить с учетом продолжительности сушки зерна. Статический тепловой расчет ведут, исходя из средней скорости сушки и вне связи со скоростью нагрева зерна. Между тем сушка зерна - это типичный нестационарный процесс, скорость которого лимитируется внутренним переносом влаги. В большинстве случаев сушка зерна протекает с убывающей скоростью испарения. Процессы испарения влаги и нагрева зерна, будучи взаимосвязанными, протекают с разной скоростью. Зерно, как правило, быстро нагревается и медленно отдает влагу. В связи с этим продолжительность сушки и возможное снижение влажности зерна ограничиваются достижением предельно допустимой температуры зерна.
Все это требует применения кинетических методов расчета зерносушилок, увязанных с действительной скоростью нагрева и сушки зерна. Необходимость в таких методах расчета очевидна в связи с внедрением новых интенсифицированных способов сушки зерна.
Для увязки статического расчета зерносушилки с кинетикой процесса сушки нужно иметь кривые сушки. На их основе сушильная камера может быть разбита на зоны и расчет проводят по зонам. Продолжительность сушки зерна до заданной влажности также рассчитывают по зонам. Именно поэтому при составлении математического описания необходимо прежде всего разработать методы определения продолжительности пребывания зерна в каждой зоне зерносушилки.
Обычно в практике научных исследований в области зерносушения для математического описания процесса сушки используют систему дифференциальных уравнений, отражающих кинетику процесса сушки зерна. Однако применение такой системы требует введения целого ряда ограничений, а ее решение является затруднительным.
Все это усложняет анализ процесса сушки зерна. Поэтому в инженерных расчетах все более широкое применение получают методы определения продолжительности сушки по уравнениям, полученным в результате обработки экспериментальных данных.
Для обобщения результатов экспериментальных исследований используется теория подобия с критериями, позволяющими определить эффективность протекания процесса по мере изменения текущих значений некоторого параметра, характеризующего данный процесс.
Метод теории подобия является полуэмпирическим методом исследования, в разработку которого большой вклад внесли В.М. Кирпичев и А.А. Гухман [25, 47] .
Теория подобия позволяет распространять результаты одного опыта на группу подобных процессов в пределах данного класса путем особого способа задания условий однозначности. Это дает возможность моделировать процесс.
Условия однозначности различаются для группы подобных процессов постоянными множителями - масштабными коэффициентами. Подобие условий включает геометрическое подобие, временное подобие, подобие граничных и начальных условий.
Критериями подобия называются безразмерные комплексы, составленные из переменных величин, изменяющихся в пространстве и во времени, и принимающие одно и то же значение в любых сходственных точках рабочего объема в сходственные моменты времени.
Теорема Федермана - Бэкингема утверждает, что результаты опытов следует представлять в виде зависимостей между критериями [105]. Функциональная зависимость между критериями подобия называется критериальным уравнением. Критериальные уравнения описывают всю группу подобных процессов, что позволяет моделировать промышленный объект на подобной лабораторной модели.
Для сушки зерна на основе теории подобия разработаны следующие критерии подобия: коэффициент эффективности влагосъема, коэффициент эффективности нагрева зерна при его сушке, коэффициент эффективности влагообмена между зернами и коэффициент эффективности охлаждения просушенного зерна [59, 62, 66].
Коэффициент эффективности влагосъема Kw учитывает взаимосвязьисходной Ф о и текущей О) влажности в расчете на массу сухого вещества зерна, а также количество удаляемой из зерна влаги:
Имитационная модель процесса сушки зерна пшеницы в шахтной прямоточной зерносушилке
Данные экспериментов, проводимых в лаборатории для шахтной зерносушилки представлены в таблицах 2.2.1 - 2.2.3. По этим данным, используя выражения (1.4.5), (1.4.7), (1.4.12), (1.4.1), (1.4.3) были вычислены коэффициенты эффективности нагрева и охлаждения зерна (табл. 2.2.2 и 2.2.3), коэффициенты эффективности влагосъема при нагреве и охлаждении (табл. 2.2.2 и 2.2.3), построены графики зависимостей этих коэффициентов эффективности от времени прохождения процесса (рис. 2.2.1-2.2.8).
Для слоя зерна толщиной 0 мм в результате аппроксимации получены следующие зависимости коэффициента эффективности нагрева от времени: - для первых восьми минут: Для слоя зерна толщиной 50 мм в результате аппроксимации получена следующая зависимость коэффициента эффективности нагрева от времени: Для слоя зерна толщиной 100 мм в результате аппроксимации получена следующая зависимость коэффициента эффективности нагрева от времени: Для слоя зерна толщиной 150 мм в результате аппроксимации получены следующие зависимости коэффициента эффективности нагрева от времени: Для слоя зерна толщиной 200 мм в результате аппроксимации получены следующие зависимости коэффициента эффективности нагрева от времени: Зависимость коэффициента эффективности влагосъема при нагреве от времени, полученная в результате аппроксимации имеет вид: точность аппроксимации R2=0,9991. Уравнение кинетики влагосъема при нагреве зерна имеет вид: На основе полученных уравнений кинетики составлена имитационная модель процесса сушки зерна пшеницы в шахтной прямоточной зерносушилке, которая использовалась при разработке компьютерной лабораторной работы «Изучение кинетики сушки зерна в шахтной прямоточной зерносушилке», составленной на языке DELPHI - 5 [27, 80] # (описание программы и инструкция по применению приведены в приложении 1). Задаваемыми параметрами являются: период реверсивного продувания, начальная влажность зерна, начальная температура зерна, температура агента сушки, скорость агента сушки, температура окружающего воздуха. В ходе выполнения эксперимента фиксируются значения послойной температуры зерна в кассете, а также масса зерна, Таким образом, на основе экспериментальных данных с использованием коэффициентов эффективности влагосъема, нагрева и охлаждения зерна получены уравнения кинетики сушки зерна пшеницы в шахтной прямоточной зерносушилке, составляющие математическую модель процесса сушки. Разработанная математическая модель положена в основу компьютерной лабораторной работы «Изучение кинетики сушки зерна в шахтной прямоточной зерносушилке». Программа внесена в реестр компьютерных программ Российской Федерации под номером 2002610909. На примере шахтной прямоточной зерносушилки показано, что кинетические зависимости адекватно описывают процесса сушки зерна, что дает возможность их широкого применения для математического описания процесса. Математическая модель была составлена на основе статического описания процесса сушки зерна [65, 73] с использованием кинетических зависимостей. Введение в математическую модель таких экономических оценок как: удельные затраты топлива, расходы на транспортирование зерна и сушильного (охлаждающего) агента, позволяет на ее основе проводить не только инженерный расчет, но и находить оптимальные режимы [41, 101, 105, 111,114, 115]. Начальными условиями являются: температура и влажность поступающего на сушку зерна, характеристики агента сушки на входе в сушильную камеру и камеру охлаждения. Также к начальным условиям можно отнести скорость перемещения зерна, толщину зернового слоя, расход зерна, скорость агента сушки, так как перечисленные параметры обусловлены конструкцией зерносушилки и поэтому не могут являться управляющими параметрами процесса сушки.
Граничными условиями являются производительность зерносушилки, температура и влажность высушенного зерна, предельно допустимая температура нагрева зерна, влажность рециркулируемого зерна, температура и влагосодержание отработавшего агента сушки, температура и влагосодержание отработавшего охлаждающего агента.
Критерий оптимальности выбирается исходя из задач оптимизации. Это может быть либо экономический показатель работы зерносушилки, например, стоимость снижения влажности единицы массы исходного зерна, либо технологический, например, производительность зерносушилки или коэффициент полезного действия (КПД) по затратам тепла.
Так как основной технологической целью процесса сушки зерна является приведение его в стойкое для длительного хранения состояние и улучшение исходного качества, то критерий оптимальности процесса сушки должен характеризовать его эффективность с позиций конечной технологической цели и быть однозначным, достаточно простым, обладать определенной универсальностью.
Поэтому в качестве критерия оптимальности приняли удельные затраты топлива, так как абсолютная величина затрат на амортизационные и прочие отчисления, текущий ремонт, транспортирование является практически постоянной как для существующих, так и для оптимальных режимов. Причем, анализ статей затрат себестоимости сушки зерна в зерносушилках различных типов показывает, что доля отчислений на амортизацию, текущий и капитальный ремонт зависит не столько от себестоимости сушки, сколько от капиталовложений на строительство зерносушилок [66, 112].
Затраты на электроэнергию и заработную плату при планируемой оптимизации могут измениться (в большую или меньшую сторону), но не настолько, чтобы оказать существенное влияние на себестоимость сушки одной тонны зерна в плановом исчислении.Удельные затраты в целом можно определить из выражения:
Тепловой расчет зерносушилок типа РД и У2 - УЗБ
Влагосодержание атмосферного воздуха нашли по формуле [114], где Ва - атмосферное давление в мм рт. ст. Ф - относительная влажность в %, рн - парциальное давление пара [18]: lgpH=0,622 + - L_. Энтальпия атмосферного воздуха [65], кДж/кг: Теплотворная способность топлива равна [72], кДж/кг: высшая где Ср - содержание углерода в %, Нр - содержание водорода в %, Ор - содержание кислорода в %, Sp - содержание серы в %, низшая Теоретически необходимое количество атмосферного воздуха для полного сгорания 1 кг жидкого топлива при неизвестном составе топлива, если известна его низшая теплота сгорания определяют по следующей формуле [72]: Фактический объем атмосферного воздуха для сжигания топлива равен: где а- коэффициент избытка воздуха; для твердого топлива а= 1,5+2,0; для жидкого и газообразного топлива ос= 1,1+1,25, Вт - количество топлива твердого и жидкого в кг/ч, газообразного в м /ч. где х\т - коэффициент полезного действия топки; для топок, работающих на твердом топливе в зимних условиях, Гт=0,85, в летних условиях гт =0,9; для топок, работающих на жидком и газообразном топливе в зимних условиях, гт =0,9, в летних условиях гт =0,95, Ст - теплоемкость топлива в Дж/кг С, - температура топлива в С; для зимнего периода tr =-15 С; для осеннего =0С, Ар - содержание золы в %, 1П - энтальпия водяных паров агента сушки в кДж/кг; /п =2500+1,88ґі, Са. с- теплоемкость агента сушки в Дж/кгС; Са. с =1,01 кДж/кгС. Влагосодержание агента сушки, г/кг сухого газа, [72]: F - полезная площадь сечения, через которую поступает воздух, для шахт окончательного и промежуточного охлаждения она составляет 1,3 м [114, v - скорость воздуха, поступающего в шахты окончательного и промежуточного охлаждения, 8 м/с [111, 114, 115]. С другой стороны, расход атмосферного воздуха в шахте окончательного охлаждения может быть определен следующим выражением, Подставляя выражение (3.2.13) в (3.2.12), а (3.2.12) в (3.2.14) и выражая влагосодержание воздуха на выходе из зоны окончательного охлаждения, получим: [65], кг/ч: Подставляя в выражение (3.2.13) температуру отработанного воздуха, а (3.2.13) в (3.2.12), (3.2.12) в (3.2.16) и выражая влагосодержание воздуха на выходе из зоны промежуточного охлаждения, получили: При смешении отработанного агента сушки с атмосферным воздухом с заданной кратностью смешения m температура t и влагосодержание д! воздуха определяли по следующим выражениям [18]: где Li - расход агента сушки, кг/ч, был определен по формуле (3.2.12) с учетом того, что полезная площадь сушильной зоны, через которую поступает агент сушки, составляет 2,4 м , а скорость агента сушки - 3,96 м/с [65,111,114,115]. Дополнительный расход или снижение затрат теплоты на нагрев или охлаждение наружного воздуха и зерна до температуры 5 С составляет, кДж/(кгвл, ч) [66]: где QB - дополнительный расход теплоты на нагрев или охлаждение наружного воздуха, идущего на процесс горения и смешения с топочными газами (для получения агента сушки необходимой температуры), который определяется следующим выражением [66], кДж/(кг ч): Q3 - дополнительный расход или снижение затрат теплоты на нагрев или охлаждение зерна (без испарения влаги при нагреве) составляет: при температуре зерна 0О О С [65]: Сс - удельная теплоемкость сухого вещества зерна, 1,55 кДж/(кг град), Св - удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг град), к. Таким образом, проведен тепловой расчет зерносушилок типа РД и У2 - УЗБ, в результате которого определены параметры агента сушки, характеристики воздуха, используемого в шахтах промежуточного и окончательного охлаждения, а также удельные затраты условного и натурального топлива, приведенные аналитические зависимости входят в математическое описание процесса сушки. На основе математического описания, а также теплового расчета составлена имитационная модель оптимизации процесса сушки зерна пшеницы в рециркуляционных зерносушилках типа РД и У2-УЗБ по пяти технологическим схемам:1) стандартной технологической схеме работы зерносушилок данного типа с последовательным продуванием зон окончательного и промежуточного охлаждения, (схема 1, рис. 3.1.1),2) стандартной технологической схеме работы зерносушилок данного типа с подводом отработавшего агента сушки в бывшую зону промежуточного охлаждения, (схема 2, рис. 3.3.1),3) стандартной технологической схеме работы зерносушилок данного типа с параллельным продуванием зон окончательного и промежуточного охлаждения, (схема 3, рис. 3.3.2),4) технологической схеме работы зерносушилки с подачей на окончательное охлаждение рециркулируемого зерна и последовательным продуванием зон окончательного и промежуточного охлаждения (схема 4, рис. 3.3.3),5) технологической схеме работы зерносушилки с подачей на окончательное охлаждение рециркулируемого зерна и подводом отработавшего агента сушки в бывшую зону промежуточного охлаждения, (схема 5, рис. 3.3.4).
При введении изменений в основную технологическую схему величина влагосъема может увеличиваться, что необходимо учитывать при определении производительности, поэтому при внесении изменений в основную технологическую схему были пересчитаны коэффициент циркуляции и плановая производительность. Схемы алгоритмов, моделирующих различные варианты технологической схемы работы зерносушилок данного типа представлены на рис. 3.3.6-3.3.10. Согласно установленным Инструкцией [39] предельно допустимым температуре агента сушки ti пред. и температуре нагрева зерна 02 пред. для зерна пшеницы с различным исходным качеством клейковины были определены интервалы изменения температуры нагрева зерна в цикле от (02 ПреД. -5) до 6 2 пред. с шагом, равным 1 С. Для каждого цикла проводится расчет затрат условного топлива, приходящегося на одну плановую тонну, и в соответствии с принципом минимума выбирается оптимальный режим. На основе разработанной модели на языке DELPHI - 6 [27, 80] создана программа «Оптимизация», позволяющая находить оптимальные режимы работы зерносушилки при различных начальных, конечных условиях, для каждой технологической схемы в условиях сушки пшеницы с различным исходным качеством клейковины, описание и инструкция по применению программы приведены в приложении 3, листинг программы - в приложении 4. Российским агентством по патентам и товарным знакам выдано Свидетельство об официальной регистрации этой программы № 2002610910. Результаты полных расчетов, проведенных по программе «Оптимизация», для каждой технологической схемы и пшеницы с хорошей клейковиной при начальной влажности зерна 20 %, начальной температуре 5 С, конечной влажности 14 % приведены в приложении 5. Результаты сравнительных расчетов, проведенных по программе «Оптимизация», для каждой технологической схемы и пшеницы с различным исходным качеством клейковиной при начальной влажности зерна 20 %, начальной температуре 5 С, конечной влажности 14 % приведены в таблице 3.3.1.
