Имитационная модель прогнозирования финальной влажности при сушке движущихся капиллярно-пористых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Имитационная модель прогнозирования финальной влажности при сушке движущихся капиллярно-пористых материалов

Замяткин А.В

Одной из наиболее важных операций производства капиллярно-пористых материалов (КПМ) является процесс теплообмена при сушке полуфабрикатов с циклической рециркуляцией воздуха, обеспечивающий конвективное удаление влаги. При этом широко применяется технология сушки горячим воздухом, с использованием противоточной схемы взаимодействия сушильного агента и высушиваемого материала. Конечной целью процесса является достижение требуемого уровня финальной влажности материала при соблюдении технологических условий качества и минимизации энергетических затрат на производство.

Отсутствие надежных и экономических средств контроля влажности материала в масштабе реального времени на промежуточных стадиях сушки затрудняет использование прямых и экономичных методов управления сушкой. Кроме того, описываемые процессы сушки включают значительные значения мертвого транспортного запаздывания (ТРЗ), что предопределяет большой процент брака готовой продукции.

Предлагаемая имитационная модель прогнозирования финальной влажности при сушке движущихся КПМ базируется на математической модели [1], которая описывается выражением:

(1)

где Wпр - прогнозируемая влажность продукта на выходе сушильного агрегата, %;

?T - разность температур сушильного воздуха в двух точках по ходу перемещения продукта, °С;

К1-(%)/(градС)б, К2-(%)/(часы)в, б, в - коэффициенты, заранее определенные для соответствующего сушильного агрегата;

S - длина транспортера с продуктом сушки, м;

Vтек - текущая скорость перемещения транспортера с продуктом сушки, м/час.

t1 - технологическое (расчетное) время сушки, час;

Wзад - требуемое значение влажности материала на выходе сушильного агрегата, %;

Данная математическая модель (ММ) была проверена на одном из малых предприятий в процессе сушки макаронных изделий, гостированное качество которых определяется влажностью, изменяющейся в диапазоне 11 - 13%. Однако многие КПМ с различными значениями финальной влажности, в том числе и с нулевым значением, не позволяют однозначно использовать данную ММ, так как многообразие условий их сушки требуют в каждом конкретном случае индивидуального определения коэффициентов К1, К2, б, в и оценки погрешности результатов. Очевидно, для этого потребуется много времени и людских ресурсов. Предлагаемая имитационная модель направлена на ускоренное исследование процессов сушки различных КПМ с помощью указанной ММ и ее адаптацию к системе управления сушкой того или иного КПМ. Ниже приведена общая характеристика и интерфейс пользователя разработанной авторами компьютерной имитационной модели.

Данная имитационная модель реализована с помощью компьютерной программы «Virtual Drying 1.0», разработанной в среде программирования Delphi 5. Основное окно программы представлено на рисунке.

Рисунок 1 - Программа «Virtual Drying 1.0»

Как видно, основное окно программы состоит из нескольких частей. В визуальной части программы изображен транспортер с движущимся материалом, система подачи сушильного агента, основные уравнения, используемые при моделировании. Другая часть содержит различные данные: входные данные, постоянные величины, расчетные данные.

Визуальная часть предназначена для иллюстрации протекающих процессов внутри сушильного агрегата. Интерфейс программы позволяет вводить любые исходные данные, используемые для моделирования.

К входным данным относятся S, К1, К2, б, в, ?T и:

Wвх - значение влажности полуфабриката на входе сушильного агрегата;

Vзад.мин - минимальная скорость перемещения транспортера, обусловленная техническими или технологическими характеристиками, например, производительностью оборудования;

Тв - температура сушильного агента (воздуха) на входе системы подачи сушильного агента. Это значение пропорционально количеству подводимого тепла;

Wзад - требуемое значение влажности материала на выходе сушильного агрегата;

Wдоп - допустимое значение отклонения финальной влажности от заданного значения.

Постоянные коэффициенты К1, К2, б, в предлагается определять экспериментально по алгоритму Левенберга-Маркуардта для оценивания параметров нелинейной регрессии на основе метода наименьших квадратов [2] для каждого агрегата и вида материала.

Данные, которые определяются в процессе моделирования и отображаются в блоке «Расчетные данные»:

ДW - разница между требуемым и прогнозируемым значением финальной влажности и Wпр, t1.

Для прогнозирования параметров технологического процесса сушки КПМ пользователю с помощью интерфейса программы необходимо выбрать скорость перемещения материала, температуру сушильного агента, ввести входную влажность материала и длину транспортера. Далее необходимо ввести постоянные величины и коэффициенты, экспериментально определенные заранее для соответствующего агрегата. Затем нажать кнопку «Пересчитать», и в блоке «Расчетные данные» будут отображены спрогнозируемые данные, определяющие параметры технологического процесса сушки КПМ. Например, необходимо рассчитать Wпр и t1. Для этого в окне программы записываем: ДТ = 1(°С); Vтек = 1(м/час); Wзад = 12,5(%); Wдоп = 0,5(%); К1 = 4,23 ((%)/(°С)б); К2 = 3,41((%)/(час)в); б = 0,68; в = 0,44. При выполнении программы получаем:

Wпр = 5,17(%); t1 = 7,52 (час).

Данная имитационная модель, представленная программой «Virtual Drying 1.0», позволяет осуществлять моделирование одноконтурного автоматического управления технологическим процессом сушки КПМ по следующему алгоритму [3]:

(2)

имитационный влажность капиллярный

Таким образом, данная имитационная модель в компьютерном варианте позволяет прогнозировать процесс сушки для конкретных агрегатов и выдавать рекомендации оператору по управлению скоростью перемещения КПМ в зависимости от измеряемой температуры в двух точках процесса. При наличии регулятора скорости перемещения организовывать автоматическое управление временем сушки со встроенной компьютерной моделью определения финальной влажности в систему управления, что характеризует сокращение мертвого транспортного запаздывания, а это, в свою очередь, должно привести к сокращению брака при сушке готовой продукции со структурой КПМ.

ЛИТЕРАТУРА

Патент RU №2186500, МПК А23L1/16. Способ производства макаронных изделий./ В.О.Андреев, А.И.Суздальцев, С.Е.Тиняков (РФ) - опубл. 10.08.02. Бюл.№22.

Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004612012. Программа реализации алгоритма Левенберга-Маркуардта для оценивания параметров нелинейной регрессии на основе метода наименьших квадратов./Андреев В.О., Тиняков С.Е.- зарег.03.09.04 г.

Тиняков С.Е., Суздальцев А.И., Андреев В.О. Об одном методе управления сушкой макаронных изделий, сберегающем материальные и энергетические ресурсы// Материалы первой региональной научно-практической интернет-конференции «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» - Орел: ОрелГТУ, 2001 с.317-320.

Размещено на Allbest.ru