к общей массе влажного материала

Автоматизация процесса сушки

Основные параметры сушильного агента и материала, как влагоносителей.

Относительная влажность сушильного агента j :

(1).

На основании уравнения Менделеева-Клапейрона можно получить :

(3).

Относительная влажность материала w - это

отношение массы влаги Мвл к общей массе влажного материала М=Мсм + Мвл , или к массе абсолютно сухого материала Мсм:

Влажность, отнесенная ко всему веществу:

, где М=var

Влажность, отнесенная к массе абсолютно сухого материала:

, где Мсм= const .

Диаграммы равновесия при сушке.

Диаграмма
при w = w*.

На диаграмме принято w1* >w2*>w3*.

Рис.1.

Из диаграммы следует:

При
¯ ® w*¯ - эффективность сушки повышается;

При q®w*¯ - эффективность сушки повышается.

Диаграмма w*= f(j) при q=const.

Рис.2.

На рис.2. приведены: 1 - диаграмма при q1; 2- диаграмма при q2;

3 -диаграмма при q3.

При условии, что q1 < q2 < q3
Из диаграммы следует: При
. При

Диаграмма w - j равновесной и рабочей линий

процесса сушки при прямотоке Gм и Gса

(при различных температурах).

Рис.4.

На диаграмме представлены: 1 - Равновесная линия w=f(j) при q1;

2 - Равновесная линия w=f(j) при q2. 3 - Рабочая линия w - j.

На диаграмме принято: q2 > q1.
Из диаграммы рис.4 следует:

. При q ® Dср . При

Кинетика процесса сушки.

Уравнение массопередачи 1-го периода сушки с постоянной скоростью (Т1 ):

                                                                                    (1),

где

G        К=bса - коэффициент массоотдачи от поверхности контакта в газовую фазу;

G

- средняя движущая сила процесса по сушильному агенту, где

.

G Первый период сушки соответствует изменению влажности материала от

.
G При

наступает 2-ой период сушки.

Уравнение массопередачи 2-го периода сушки с уменьшающейся скоростью (Т2 ):

                                                                      (2),
где
G        К - коэффициент массопередачи от материала к поверхности контакта фаз;
G

;

.
G Второй период сушки соответствует изменению влажности материала от

.
Кривая скорости сушки.

Рис.5.
Возможны следующие соотношения периодов сушки:
1)     Тсушки = Т1
2)     Тсушки = Т2
3)     Тсушки = Т1+ Т2.

При анализе равновесия мы рассмотрели процесс сушки, характеризующийся первым периодом и уравнением массопередачи (1).

Объект управления.
Схема барабанной сушилки прямоточного действия

1        - топка; 2 - смесительная камера; 3 - сушильный барабан;
5        - циклон; 6 - вентилятор
Рис.6.
Газообразное топливо Gт подается с первичным воздухом Gпв через горелки в топку 1, где сжигается для получения сушильного агента.
Формирование сушильного агента осуществляется в смесительной камере 2, куда подается вторичный воздух Gвв.
Влажный материал подается с помощью автоматического дозатора 7 в сушильный барабан 3. Барабан наклонно расположен и вращается со скоростью 4-5 об/мин, так что материал перемещается вдоль барабана и высушивается к моменту попадания в бункер 4 до определенной влажности wсм.
Сухой материал Gсм отгружается из бункера 4 автоматическим дозатором 7.
Отработанный сушильный агент Gса в циклоне 5 очищается от пыли и вентилятором 6 выводится из процесса.
Показатель эффективности процесса   - влажность сухого материала wсм .

Цель управления процессом - поддержание wсм = wсмзд.

Структурная схема топки и смесительной камеры.

Рис.7.

Материальный баланс по газовой фазе.

Уравнение динамики:

(1),
Уравнение статики:

. (2)

Тепловой баланс.

Уравнение динамики:

(3).
Уравнение статики:

(4)

Информационная схема топки
и смесительной камеры.

Рис.8.

- возможные неконтролируемые возмущения;
- возможные контролируемые возмущения;
- возможные управляющие воздействия.
Выводы по анализу топки и смесительной камеры как объекта управления:

;

.

Структурная схема сушильного барабана.

Рис.9.
Материальный баланс по твердой фазе.

Уравнение динамики:

, (5),
где hм - высота слоя материала в барабане;
Sапп - сечение аппарата;
rм - плотность материала;
Wмса - количество влаги, удаляемой в процессе сушки из материала в единицу времени, кг/с.

Уравнение статики:

(6).

На основании (5) и (6) можно принять:

В типовой схеме автоматизации стабилизируют Gвм и Gсм, что обеспечивает также стабилизацию hм

Материальный баланс по газовой фазе.

Уравнение динамики:

                                                                   (7),
где
      Мсаб - мольная масса сушильного агента в барабане,
      кг/моль;
      Рсаб - разрежение в барабане, Па;
      qсаб - температура в барабане (по газовой фазе), К,
     Vсаб - объем газовой фазы в барабане, м3.

Уравнение статики:

(8).

На основании (7) и (8) можно считать:

Предпочтительным управляющим воздействием является Gсавых.

Тепловой баланс в сушильном барабане.

Уравнение динамики:

(9).

Уравнение статики при
:

(10).

В выражениях (9) и (10) принимаем:

;
r - удельная теплота испарения влаги , дж/кг.

На основании (9) и (10) можно принять:

(11),
где

(12).
Материальный баланс по количеству влаги в материале.

Уравнение динамики:

(13),

Уравнение статики
:

(14).

Из выражений (13) и (14) следует, что:

(15),
где Wмса - определяется уравнением массопередачи.
Материальный баланс по количеству влаги в сушильном агенте.

Уравнение динамики:

(16).

Уравнение статики
:

(17).

Из выражений (16) и (17) следует, что:

(18).

Материальный баланс по общему количеству влаги в процессе сушки.

Уравнение динамики:

(19),
где

Уравнение статики
:

(20).

На основании выражений (19) и (20) можно считать:

(21).

При анализе топки мы получили:

(22).
Из всех возможных управляющих воздействий, перечисленных в выражениях (21) и (22), для регулирования конечной влажности материала наиболее информативным является расход топлива Gт.
Информационная схема сушильного барабана.

Рис.10.

Возможные управляющие воздействия:

Возможные контролируемые возмущения:

Возможные неконтролируемые возмущения:

Возможные управляемые переменные:

Сушильный барабан является сложным многосвязным объектом.

Типовая схема автоматизации процесса сушки.

Рис.11.
1. Регулирование.

Регулирование wсм по подаче топлива Gт - как показателя эффективности процесса сушки.
Регулирование соотношения расходов топлива Gт и первичного воздуха Gпв по подаче первичного воздуха
- для обеспечения эффективности сгорания топлива.
Регулирование температуры сушильного агента на входе в барабан qсавх по подаче вторичного воздуха Gвв.
Регулирование разрежения в барабане Рсаб по отбору отработанного сушильного агента Gсавых - для для обеспечения материального баланса по газовой фазе.
Стабилизация расходов влажного и сухого материала Gвм и Gсм автоматическими дозаторами - для обеспечения материального баланса по твердой фазе.

2. Контроль.

расходы - Gт, Gпв, Gвв, Gвм, Gсм;
температуры -
;
разрежение - Рб;
влажность - wсм (wк).

3. Сигнализация.

существенные отклонения wсм от wзд;
значительное повышение qсавх;
Незапланированное отключение привода, при этом формируется сигнал «В схему защиты».

4. Система защиты.
По сигналу «В схему защиты» - прекратить подачу материала и топлива в сушильный агрегат.

Содержание раздела