7.4 Автоматизація процесів сушіння
Сушіння – це процес вилучення вологи з матеріалу випарювання її. Для сушіння необхідно до висушуваного матеріалу підводити теплоту, завдяки якій відбувається випарювання вологи. За принципом дії сушильні апарати поділяються на періодичні та безперервні; залежно від теплоносія – на повітряні, газові і парові; за тиском – на атмосферні та вакуумні; за напрямом руху матеріалу – на прямо-, проти точні, із перехресним рухом; за станом шару висушуваного матеріалу в апараті – з нерухомим, рухомим, висячим і фонтануючим шаром. Сушильні агрегати залежно від способу підведення теплоти до висушуваного матеріалу поділяють на три групи: контактні, конвективні (повітряні та газові) і спеціальні (радіаційні, високочастотні та сублімаційні).
Така різноманітність принципів сушіння певною мірою впливає на принципи автоматизації сушильних апаратів. Показником ефективності процесу сушіння є вологість матеріалу, який виходить з апарату, а мета керування – підтримати цей параметр на заданому рівні.
Вологість сухого матеріалу визначається, з одного боку, кількістю вологи, що надходить із вологим матеріалом, а з іншого – кількістю вологи, виведеної з нього в процесі сушіння. Кількість вологи, яка поглинається сушильним агентом, визначається в основному площею поверхні контакту сушильного агента та матеріалу, а також середньою рушійною силою процесу. Вологість сушильного агента залежить від його витрати: чим вона більша, тим менша вологість. Зі зміною витрати сушильного агента в об’єкт вноситимуться істотні регулюючі впливи.
Рушійна сила процесу залежить від температури сушіння та розрідження в апараті. Розрідження легко регулюється зміною витрати сушильного агента, який виводиться з апарата. Температура визначається всіма початковими параметрами, а також інтенсивністю випарювання вологи з мокрого матеріалу. Стабілізувати її можна зміною або витрати сушильного агента, або його температури.
Таким чином, усі параметри, які впливають на показник ефективності, стабілізувати не можна. Наприклад, збурення виникатимуть у результаті зміни початкової вологості матеріалу, сушильного агента, гранулометричного складу матеріалу та інших факторів.
7.4.1 Регулювання барабанного прямоточного сушильного агрегату
Такий агрегат належить до сушильних апаратів безперервної дії. Вологість сухого матеріалу визначається кількістю вологи, що надходить із вологим матеріалом, і кількістю вологи, що виділяється з нього в процесі сушіння. Кількість вологи, що надходить із вологим матеріалом, залежить від витрати матеріалу та його вологості.
Витрата матеріалу Fм визначається продуктивністю сушильного апарата і, як правило, має бути сталою. Тому доцільно було б стабілізувати витрату вологого матеріалу, що забезпечує задану продуктивність і усуває збурення по цьому каналу.
У барабані може змінюватись розподіл матеріалу, а також гідродинамічні умови його обтікання сушильним агентом. У зв’язку із цим основним регульованим параметром доцільно вважати вологість матеріалу, а регулюючий вплив здійснювати зміною витрати сушильного агента. Співвідношення між витратами палива FT та повітря Fn забезпечується регулятором співвідношення.
Температура сушильного агента на вході в барабан має бути стабілізована зміною витрати вторинного повітря Fв. Необхідно також регулювати витрату вологого матеріалу та розрідження в апараті (рис. 7.23).
Рис. 7.23 Схема регулювання процесом сушіння: 1 – топка; 2 – змішувальна камера; 3 – барабан; 4 – бункер; 5 – циклон; 6 – дозатор
При керування процесом сушіння необхідно контролювати витрати палива, первинного та вторинного повітря, вологого та сухого матеріалу, температуру сушильного агента на вході в апарат і виході з нього, температуру всередині апарата, розрідження в змішувальній камері.
Для поліпшення процесу регулювання доцільно використовувати каскадну АСР температури на виході з апарата, в якій допоміжною координатою є температура в середній частині барабана.