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

Изготовление. Разработано модульное ограждение камеры, состоящее из наборных щитов, с помощью которых формируется сушильный объем. Щиты состоят из деревянного каркаса, обшитого листовым металлом с обеих сторон, и теплоизоляцией внутри. Такая конструкция уступает в теплопроводности известным "сандвичам", применяемым в зарубежных сушильных камерах. "Сандвичи" состоят из гофрированных листов из алюминиевого сплава, пространство между которыми заполнено вспененным пенополиуретаном.

Пенополиуретановая теплоизоляция имеет достаточную адгезию с металлом и способна нести перекрытие камеры, выполненное аналогично стенам. Для оборудования сушилки АнМих необходимо приобрести центробежный вентилятор №8 с электродвигателем мощностью N = 5,5 кВт, обеспечивающим n = 1500 об/мин (для камер объемом до 15 м 3), либо два вентилятора для камер с объемом больше 15 м 3, вплоть до 60 м 3, а также средства автоматики. Все остальное можно изготовить на предприятии, по уровню технического оснащения не отличающемся от колхозной мастерской.

Автоматика. Автоматика в существующих отечественных сушильных камерах отсутствует или почти отсутствует. Контроль температуры и психрометрической разницы сушильного агента не в счет. Это косвенные характеристики. Отсутствуют же средства контроля основного параметра - влажности высушиваемой древесины с ее исходным, промежуточным (в процессе сушки) и конечным (отключение) состоянием.

В настоящее время на всех обследованных предприятиях процесс сушки зерна осуществляется вслепую. Достоверность метрологической оценки "сушить столько-то суток" так же близка к критерию, как попадание пальцем в небо. Исходное состояние древесины по влажности отличается большим разбросом, кроме того, качество высушенной древесины зависит от влажностного состояния окружающей среды, а снег и дождь могут быть продолжительными. Но ни одно предприятие не останавливает производства из-за ненастья. Отсюда - некачественное исходное сырье и, следовательно, скрытый брак.

В мире существует свыше ста методов измерения влажности материалов, из которых только три широко применяются в промышленности. Это метод высушивания (весовой), кондуктометрический (игольчатый) и диэлькометрический (бесконтактный).

Наиболее злободневный вопрос, с которым чаще всего приходится сталкиваться при внедрении влагомеров - это точность измерения влажности. Очень часто возникают трудности при сравнении показаний различных фирм. Поэтому целесообразно внести определенную ясность и представить исследования в более понятном виде.

Многие фирмы, чтобы обойти такие недоработанные вопросы в области точности измерения, стараются вводить свои понятия. Так, в частности, оперируют понятием разрешающей способности. При этом указывают, что этот параметр равен 0,1%. Многим кажется, что это и есть точность измерения. Хотя этот параметр показывает лишь, какова будет точность, если приставить какой-нибудь эталон к датчику и получить на выходе значение. Эта оценка и показывает допустимое отклонение. Но это ни в коем случае не фактическая точность измерения влажности. Это только точность относительного эталона, разработанного самой фирмой - изготовителем влагомеров, и сама аппаратурная погрешность прибора.

Особенность измерения влажности состоит в том, что в природе не существует соответствующего эталона. Это связано с тем, что зерно характеризуется двумя основными параметрами: плотностью и влажностью. При этом влажность зависит от пространственных координат точки измерения и от времени. Отсутствие эталона и затрудняет разработку - в массовом, крупномасштабном плане - таких приборов.

Кондуктометрические влагомеры распространены наиболее широко, так как они разработаны еще в начале века. В их основе - схемы измерения сопротивлений. Такие влагомеры, особенно иностранные, имеют цифровые шкалы, сенсорное управление, встроенные микропроцессорные системы для статистической обработки результатов измерений. Хотя с научно-методической точки зрения - это уже устаревший путь развития контактной влагометрии, имеющий множество недостатков.

В данном случае мы должны отметить, что современные тенденции развития контроля и управления процессами в высокоинтенсивных технологических процессах требуют своих правил, к которым можно отнести: высокое быстродействие контроля; бесконтактность измерения; высокую чувствительность во всем диапазоне измерения; исключение влияния различных мешающих факторов; малую трудоемкость процесса измерения; высокую проникающую способность; возможность измерения при резко меняющихся климатических условиях; возможность сбора и обработки достаточного объема информации и регулирования; возможность выбора большого количества электронных схем обработки, линеаризации и последующего ввода такой информации в системы управления и регулирования; выявление новых, оригинальных бесконтактных схемных решений операции технологического контроля.

Диэлькометрические, или емкостные методы отвечают таким требованиям практически в полной мере. Они основаны на измерении диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь контролируемого материала в поле измерительного преобразователя.

Процесс сушки древесины должен стать видимым на табло и программно управляемым. Для этого необходимо проведение экспериментально-исследовательских работ, так как позаимствовать из-за рубежа нет возможности - отечественные диапазоны сушки гораздо более широки, а, следовательно, отличны от аналогов и предпосылки, которые необходимо использовать для нахождения оптимальных режимов, алгоритмов сушки для различных пород древесины и ее толщины, состояния исходной и заданной конечной влажности, экспериментальных данных по оптимизации режимом сушки различных сортиментов и пород древесины. Все просчитать невозможно, так как подход к проблеме принципиально новый.

Обзор современной научно-технической информации по сушке зерна позволяет видеть, что одни специалисты утверждают: высокотемпературная сушка (100°С и больше) обеспечивает высокое качество зерна. Если верить другим авторам, то качественную древесину можно получить, если температура сушки не превышает 60°С.

Таким образом, необходимы многочисленные испытания прочностных характеристик зерна с одинаковой влажностью, полученной при различных температурных режимах сушки. Расчеты себестоимости сушки зерна показывают, что сушка с использованием оборудования ПАП-32 стоит $17,6, c использованием же АнМих - $2,48 за кубометр. В перспективе планируется, что себестоимость сушки 1 м3 не будет превышать $1 (при t = 30°С).

Наиболее совершенными на данный момент времени являются конвективные сушильные камеры фирмы "Katres" (Чехия).

.3      Обоснование предложений по проекту модернизации системы

Принцип работы системы управления заключается в регулировании температуры, влажности и скорости потока воздуха в сушильной камере в зависимости от влажности зерна. Информация от датчиков влажности зерна обрабатывается ПИ-регулятором, который на ее основе подбирает и с высокой точностью поддерживает необходимые параметры воздуха в камере. Все фазы процесса сушки, от обогрева до окончательной обработки и охлаждения материала протекают полностью в автоматическом режиме.

Возможности системы управления:

-       проведение сушки, проведение отдельной пропарки материала или в комбинации с сушкой;

-       3 вида регулирования: автоматическое по влажности зерна, автоматическое по времени, ручное;

-       собственные режимы сушки (задаваемые пользователем);

-       до 6 точек измерения влажности зерна в камере;

-       датчики для измерения температуры и относительной влажности воздуха в камере;

-       плавное или ступенчатое регулирование скорости потока воздуха

-       регулируемое реверсирование потока воздуха;

-       простой ввод и отображение информации;

-       автоматический контроль и тестирование всех систем и электрических компонентов сушильной камеры с уведомлением о неисправностях;

-       автоматическое отключение сушильной камеры при нештатных ситуациях для сохранения;

-       автоматическое поддержание положительной температуры воздуха для предотвращения замораживания камеры.

2. Технико-экономическое обоснование проекта

.1 Данные для технико-экономического обоснования проекта

Необходимые для расчётов параметры сведём в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Технические характеристики сушильной камеры

2.2 Определение капитальных вложений

Капитальные затраты в систему электроснабжения включают следующее составные элементы:

К = К_обор+ К_дост +К_обуч +К_сбор                                       (2.1)

К = 1585000 + 317000 + 31700 + 396250 =2329950 грн.

где К_обор - капиталовложения на покупку оборудования; К_дост - капиталовложения на доставку 20% от стоимости оборудования, К_обуч - капиталовложения на обучение персонала 2 % от стоимости оборудования, К_сбор - капиталовложения на сборку оборудования 25 % от стоимости оборудования. Результаты расчета капитальных вложений приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты расчета капиталовложений

.3 Годовые эксплуатационные затраты сушки

Годовые эксплуатационные затраты сушки (пшеница, кукуруза, ячмень), начальная влажность 50-60%, конечная 12-15%) 1 м³ пиломатериала в камере при разовой загрузке камеры составляет 100 м³:

З = З_д + А + Р + З_эл + З_зп + З_от + З_проч,                         (2.2)

где З_д - затраты на материал; А - затраты на амортизацию; Р - затраты на ремонт; З_эл - затраты на электроэнергию; З_зп - затраты на заработную плату; З_от - затраты на охрану труда; З_проч - прочие затраты.

Ежегодные амортизационные отчисления от капитальных затрат А:

А= ,                                       (2.3)

где Р_а- норма отчислений на амортизацию, Р_а=12,6%,

А=  грн.

Ежегодные отчисления на ремонт Р:

Р=,                                                   (2.4)

где Н_р - отчисления на ремонт и Т.О., Н_р=5,1%,

Р=грн.

Ежегодные затраты на материал З_д:

З_д =,                                              (2.5)

где СС_пил - себестоимость материала, СС_пил = 3500 грн. (кукуруза высшего качества.).

Рассчитаем объем продукции, которую позволяет выпустить сушильная камера:

О=nЕ,                                                       (2.6)

где n - количество оборотов камеры в течение года, n = 48 оборотов сушки камеры в год;        

Е - вместимость камеры, м³.

Вместимость камеры определяют по уравнению:

Е=Гβ,                                                        (2.7)

где Г- объем; β - коэффициент объемного заполнения β=0,9.

В свою очередь: Г=100 (м³), тогда:

Е=Гβ=100•0,9=90 (м3)

Объем продукции станет равный О=nЕ=48•90=4320 (м³/год).

грн.

Рассчитаем затраты на электроэнергию согласно выражения:

,                                       (2.8)

_ус - установленная мощность, P_ус=36 кВт; t_раб - длительность работы сушильной камеры на протяжении года, T_эл - тариф на электроэнергию, T_эл = 3 грн./кВт-час.

Расчетная длительность работы сушильной камеры на протяжении года определяется согласно уравнения:

,                                   (2.9)

где В - вынужденные дни простоя камеры, кроме того включающие и профилактический ремонт, В =30 суток.

Время погрузочно-разгрузочных работ определяем по формуле:

(час),                    (2.10)

где t_п - время погрузки-разгрузки камеры, t_п = 8 час, предполагая, что загрузка производится на рельсовых тележках, n = 48 - число оборотов сушки камеры в год.

Время, которое необходимо для охлаждения зерновых после высушивания принимается 1час на 1 см³ зерна.

_ох=1•3,0•48=144 (час),                             (2.11)

Тогда реальная длительность работы сушильной камеры будет:

(час)

Тогда ежегодные затраты на электроэнергию составят:

(грн.)

Затраты на заработную плату составляют:

З_зп =,                                 (2.12)

где Ф_опл - фонд оплаты труда, Ф_отч - отчисления в ФСС, ПФР, ФОМС и др.

Ф_опл =,                    (2.13)

где ЗП_опер - заработная плата операторов, ЗП_рас - заработная плата раскладчиков, ЗП_слес - заработная плата слесаря-электрика, К - районный коэффициент К = 20 %.

Заработная плата оператора сушильной установки - оклад 11000 грн. Рабочий график: сутки через двое, для непрерывного процесса сушильного комплекса необходимо 3 оператора.

ЗП_опер = грн.                        (2.14)

ЗП_слес = грн.                    (2.15)

Заработная плата раскладчика - сдельная 15 грн. за 1м³. Для загрузки - разгрузки камер нам необходимо 2 раскладчика.

ЗП_рас = грн.                     (2.16)