Отчет по практике: Проект автоматизации процесса сушки зерновых с целью повышения качества продукции

Проект автоматизации процесса сушки зерновых с целью повышения качества продукции

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная Академия

Отчет о прохождении преддипломной практики

Тема дипломного проекта:

Проект автоматизации процесса сушки зерновых с целью повышения качества продукции

Разработал:        ст. группы АПП 08-2 Клименко А.В.

Руководитель от академии:  Цыганаш В.Е

Руководитель дипломного проекта: Лютая А.В.

Краматорск 2012

Содержание

Введение

1. Специальная часть

.1     Анализ существующего технологического процесса

1.2    Анализ современных подходов и технологических решений

.3      Обоснование предложений по проекту модернизации системы

.4      Разработка задач проектирования

2. Технико-экономическое обоснование проекта

2.1 Данные для технико-экономического обоснования проекта

2.2 Определение капитальных вложений

2.3 Годовые эксплуатационные затраты сушки

.4 Определение цены

.5 Определение балансовой прибыли

.6 Эксплуатационные затраты на сушку с учетом автоматизации

.7 Определение стоимости высушенного пиломатериала

.8 Определение экономического эффекта

.9 Срок окупаемости капиталовложений

.10 Сравнительный экономический эффект и среднегодовой экономический эффект

3. Охрана труда

3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

.2 Техника безопасности

Заключение

Перечень ссылок

Введение

Сушка зерна в конвективных сушильных камерах является перспективным направлением. Обработка зерна в сушильных камерах данного типа обеспечивает получение заданных физико-химических свойств готового продукта. Процесс обработки характеризуется непрерывностью протекающих физических и химических реакций, которые в свою очередь зависят от темперного режима и режима влагопереноса. Регулирование температурного режима в соответствии с технологическим графиком сушки достигается количества подводимого теплоносителя в калориферы. Недостатком существующей системы управления сушкой является отсутствие возможности автоматического контроля режима влагопереноса под действием нагретого потока сушильного агента. Отсутствие автоматизированного управления процессом сушки часто приводит к появлению дефектов в высушенном зерне (короблению, изгибу, растрескиванию и т.д.), и что немало важно к перерасходу теплоносителя. Такие отклонения от параметров технологического процесса ведут к повышению себестоимости сушки и снижению качества высушенной зерна.

Модернизация системы управления сушкой зерна в конвективной камере путем внедрения АСУ сушкой должна привести к улучшению основных показателей экономической эффективности производства:

.        Экономии теплоносителя (энергозатрат) за счет исключения возможности подвода излишнего количества тепла от калорифера;

.        Повышения производительности за счет сокращения подготовительного этапа сушки зерна.

автоматизация сушка зерно

1. Специальная часть

1.1 Анализ существующего технологического процесса сушки зерна в конвекционной сушильной камере

Сушкой зерна, называется процесс удаления влаги из зерна до определенного процента влажности. Целью сушки состоит в превращении из природного сырья зерна в промышленный материал, с улучшенными биологическими и физико-механическими свойствами.

Основываясь на опыте передовых зарубежных и отечественных специалистов в этой области и в результате многочисленных проверок было доказано, что сушильная камера конвективного типа сушит более эффективно и равномерно. Сушильные камеры этой модели характеризуются надежностью, экономичностью и качеством. Базовая система управления модернизируемой сушильной камеры (см. рис. 1.1) является полуавтоматической. Объем загрузки камеры от 30 м³ до 200 м³.

Рисунок 1.1 - Устройство конвекционной сушильной камеры зерна

В комплектацию сушильного оборудования входят следующие системы: полуавтоматическая система контроля теплового режима и влажности атмосферы внутри сушильной камеры, алюминиевый корпус, подъемно-откатные ворота с консолью, контрольная дверца, система вентиляции, система отопления, трубопровод распылителя, система удаления влаги, инвертер.

Принцип работы сушильной камеры конвективного типа. Во время сушки поступающий из вентиляторов воздух проходит через калорифер (радиатор) 6 и, проникая в сушильную камеру, повышает температуру, одновременно устраняя влажность с поверхности зерна, затем выходит с противоположной стороны из сушильной камеры через вентиляторы системы циркуляции воздуха 7, образуя воздушный круговорот. Когда уровень влажности превышает норму, то оператор сушки в соответствии с показаниями датчиков влаги 1 подает управляющий сигнал на выброс перенасыщенного водой агента путем открытия заслонки 16 и замена его на сухой. Если влажность ниже нормы, то подается сигнал на открытие форсунок распылителя влаги 5, таким образом, осуществляется нагревание и сушение зерна. Кроме этого, реверсивный оборот электродвигателя может периодически изменять направление воздушного круговорота, что обеспечивает равномерную сушку.

Физический процесс сушки зерна включает в себя:

влагообмен - испарение влаги из зерна в окружающую среду;

влагоперенос - перемещение влаги внутри зерна.

Для сушки необходимо, чтобы происходили оба процесса. Влага от внутренних, сердцевинных слоев должна идти к поверхности (влагоперенос) и удаляться с поверхности (влагообмен). При этом важно, чтобы процессы влагообмена и влагопереноса были бы по интенсивности одинаковыми. Если количество воды, удаляемой с поверхности, будет больше, чем во внутренних слоях, то и усыхание поверхностных слоев будут больше. В результате будет создаваться напряжение между внутренними и внешними слоями. При этом, напряжение будет тем больше, чем больше разница между влажностью сердцевины и поверхности зерна. Напряжения могут приводить к деформациям в зерне и даже к трещинам и разрушениям.

Такие отклонения вызваны трудностью поддержания температурного режима внутри камеры в ручном режиме, а также несовершенством средств контроля влажности во внутренних, сердцевинных слоях зерна и атмосферного воздуха в самой сушильной камере.

Непосредственной технологический процесс камерной сушки включает в себя подготовку штабеля сырого и хранение высушенного материала, проведение прогрева, кондиционирования и непосредственно сушки зерна.

В целом камерная сушка складывается из ряда технологических и контрольных операций, которые выполняют в определенной последовательности.

К технологическим операциям процесса сушки относятся: начальный прогрев зерна, собственно сушка по определенному режиму, конечная (в ряде случаев промежуточная) влаготеплообработка и кондиционирование.

Начальный прогрев зерна проводится после загрузки камеры материалом с целью быстрого прогрева зерна в среде повышенной температуры и влажности, а также для предупреждения образования внутренних напряжений и сохранения целостности в начальный период сушки. Для этого зерно подвергается быстрому прогреву без испарения из нее влаги в среде с повышенной температурой и высокой влажностью, для чего в камеру подают насыщенный пар при включенных калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточно-вытяжных патрубках.

Испарение влаги из зерна должно начаться только после полного ее прогрева по всей толщине. Поэтому внутри камеры в период начального прогрева должны быть созданы условия, при которых влага не могла бы испаряться из материала.

Во время прогрева в камере нужно поддерживать постоянную температуру, примерно на 5°С выше температуры первой ступени сушки. В начале прогрева психрометрическая разность может быть значительной, затем ее уменьшают до (3…2)°.

Начало прогрева считается с момента, когда температура в камере достигнет требуемой температуры зерна в конце прогрева. Начиная с этого момента снижение температуры в камере или резкое падение влажности недопустимо. Затягивать прогрев не следует во избежание «цветения» зерна.

Собственно сушка следует за начальным прогревом. Переход на режим сушки после прогрева осуществляется постепенно. Не рекомендуется принимать срочных мер к удалению избытка влаги из камеры, если психрометрическая разность постепенно увеличивается и без открывания воздухообменных заслонок.

В камере устанавливают и поддерживают заданные режимом сушки параметры сушильного агента (воздуха).

Контроль за режимом сушки и его регулирование ведут по состоянию сушильного агента, поступающего в штабель. За состоянием сушильного агента в камере наблюдают периодически, а в отдельных случаях - непрерывно. Показания записывают в журнал каждый час.

Погрешность поддержания температуры не должна превышать ±2 °С от заданного режимом. При этом погрешность измерения и поддержания психрометрической разности должна быть не более ±1 °С.

Если регламентируемая режимом температура не может быть достигнута по техническим причинам, допускается проводить сушку при более низкой температуре, но с обязательным поддержанием заданной степени насыщенности сушильного агента.

Температура среды во время кондиционирующей обработки поддерживается на (5…8) °С выше температуры на последней ступени режима сушки, но не более 100°С, а степень насыщенности должна соответствовать (по диаграмме равновесной влажности) средней заданной конечной влажности, увеличенной на 1%.

Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от многих факторов и назначается в соответствии с категорией качества сушки, а также особенностями камеры и продукта.

Показатели качества сушки подлежат нормированию. Нормы устанавливаются в зависимости от категории качества и условий сушки.

Несоблюдение технологии сушки зерна может привести к ухудшению физико-механических свойств, что проявляется в появлении дефектов, и как следствие, снижению качества готового продукта и его рентабельности.

Рассмотрим дефекты сушки материалов и их предупреждение. Зерно сушат с целью улучшения качества и сохранности, поэтому любые отклонения от нормальных показателей качества должны рассматриваться как результат неудовлетворительного ведения сушильного процесса.

Причины появления дефектов сушки и их предупреждение:

Плесень на материале появляется при застойной циркуляции воздуха. Рекомендуется усилить движение воздуха, повысить его температуру, применить влаготеплообработку.

Возникновение раковин во второй стадии из-за форсированного процесса в первой стадии. Необходимо проводить промежуточную влаготеплообработку материала по II стадии.

В ходе проведенного анализа выявлено, что отклонения от параметров технологического процесса приводят к возникновению различных дефектов зерна, и как результат сказывается на качестве, себестоимости готовых изделий, снижении эффективности самого процесса. Как правило, данные отклонения вызваны неточностью контроля таких технологических параметров как температура и влажность среды в камере, а также из-за ошибок оператора при управлении в полуавтоматическом режиме.

.2 Анализ современных подходов и технологических решений при сушке зерна

Режим сушки зерна - это совокупность тепловлажностных воздействий сушильного агента на зерно, обеспечивающих заданное качество и скорость его сушки. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству сушки зерна, зерно может высушиваться режимами различных категорий по температурному уровню.

В каждом конкретном случае режимы той или иной категории выбирают с учетом характера их воздействия на свойства зерна. При низкотемпературных режимах сушки в качестве сушильного агента используется влажный воздух с температурой в начальной стадии до 100°С. К низкотемпературным режимам сушки относятся мягкие, нормальные и форсированные режимы.

Нормальные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку зерна при полном сохранении прочностных показателей зерна с незначительными изменениями ее цвета. Данные режимы рекомендуются для сушки зерна.

Форсированные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку зерна при сохранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при снижении прочности на скалывание и раскалывание до 20% с потемнением зерна. Такие режимы рекомендуются для сушки до эксплуатационной влажности зерна и предназначены для изделий, работающих с большим запасом прочности.

Высокотемпературные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку зерна при незначительном уменьшении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, при заметном снижении прочности до 35% на скалывание и раскалывание с потемнением зерна. В этих режимах рекомендуется сушка до эксплуатационной влажности зерна целевого назначения для изделий, работающих с большим запасом прочности.

При недостаточно мощной циркуляции: недостаточно мощной считается во всех случаях естественная циркуляция, а также принудительная циркуляция со скоростью воздуха в штабеле равной и ниже:

,5 м/с - для материала с продолжительностью сушки свыше 1000 ч;

,75 м/с - для материала с продолжительностью сушки 300 -1000 ч;

,0 м/с - для материала с продолжительностью сушки 80 - 300 ч;

,5 м/с - для материала с продолжительностью сушки до 80 ч - режим может корректироваться в сторону ужесточения.

Так, при сушке материалов влажностью выше 60% - режим рекомендуемого номера, но более жесткого раздела (например, вместо режима 3-Б - режим 3-В).

При большей, чем 2 м/с скорости движения воздуха рекомендуется смягчать режим (например, вместо режима 3-В - режим 3-Б).

Компоненты любой сушильной камеры - системы циркуляции и нагрева, системы воздухообмена и увлажнения по отдельности не могут обеспечить должное проведение процесса сушки зерна. Для этого требуется согласованная работа всего сушильного оборудования. Естественно, что требуется так же система, которая будет управлять работой и взаимодействием каждого компонента сушильной камеры. Эту роль в современных сушильных камерах и выполняет автоматическая система управления.

На сегодняшний день некоторые разработчики конвективных сушильных камер предусматривают в них увлажнение, которое почему-то называют кондиционированием. Такая трактовка некорректна, так как в этих случаях авторы разработок пытаются присвоить камерам такие характеристики, которыми те не обладают. Системы кондиционирования воздуха включают технические средства для охлаждения (подогрева), очистки, увлажнения (осушки) и перемешивания воздуха, а также автоматического регулирования его температуры, влажности, давления, состава и скорости движения". Многократное циклирование "сушка - увлажнение" приводит к необратимому ухудшению физико-механических свойств зерновых. Кроме того, это и увеличение энергоемкости сушки, так как на испарение 1 кг воды нужно затратить 540 ккал, а также израсходовать дополнительную энергию на удаление образовавшегося пара. Многие зарубежные фирмы, в частности "Dryfinn", используя для циркуляции сушильного агента осевые вентиляторы, сушат сосну толщиной 50 мм, от влажности W н = 60% до конечной W н = 8% за 14 суток. Из-за того, что вопрос равномерности продувания сушильного агента через зерно не решен, требуемого качества зерна достигают за счет продолжительности сушки. Расход электроэнергии при работе такой камеры равен 220 кВт на кубометр высушенного материала. Вопросы аэродинамики, обеспечения равномерности продувки зерна проработаны специалистами гомельского НПКП "Вингида" настолько тщательно, что есть возможность высушить отдельную порцию, при этом влажность зерна остальных остается исходной или почти исходной. Меняется существующее сегодня в сушильной технике положение дел, характеризуемое регулируемым обдувом штабеля и доминирующим турбулентным движением сушильного агента. Конечная цель - равномерная продувка всех сортиментов зерна путем чередования организованного порядка и организованного беспорядка, минимизация количества застойных, не продуваемых зон в штабеле. Конструкции ограждений сушильных камер обязательно должны включать теплоизоляцию и пароизоляцию. При этом для стен нежелательно применение со временем проседающих мягких теплоизоляционных материалов (для пола и потолка можно). Идеальный пароизоляционный материал - металл, толщина которого может быть мизерной (например, фольга). Располагать его можно как снаружи, так и изнутри, а также внутри ограждения. Следует учесть, что температура в камере всегда выше температуры окружающей среды, и тепловой поток направлен из сушильного объема наружу. Это не значит, что таково направление и парового потока. Здесь играет роль разность барометрических парциальных давлений сред - внутри камеры и снаружи. Во время сушки обязательно будут присутствовать такие режимные ситуации, когда давление снаружи будет больше внутрикамерного, поэтому пароизоляционный слой должен быть непрерывным и выполненным из металла.