2 Раздел автоматики и автоматизации технологических процессов

Искусственная тепловая сушка яв­ляется основным методом удаления избыточной влаги в технологических процессах предприятий строительной индустрии. Такая сушка проводится в сушильных установках (сушилках), в которых предусматривается органи­зованный подвод тепла и воздуха. В зависимости от способа сообщения просушиваемому материалу тепла и отбору от него влаги возможны сле­дующие варианты сушки: а) конвек­тивная, при которой подвод тепла и отбор влаги от материала осуществ­ляется нагретым воздухом или горячи­ми газами путем конвекции; измель­ченные, быстросохнущие материалы (глина, песок, щебень и др.) могут высушиваться по этому методу во взве­шенном состоянии;'б) контактная суш­ка, при которой тепло, необходимое для испарения влаги, передается мате­риалу от соприкасающейся с ним на­гретой металлической поверхности, а отбор влаги от материала обычно про­изводится воздухом. Существуют и другие методы сушки — инфракрасны­ми лучами (или радиационная), тока­ми высокой частоты и др., не получив­шие распространение в строительной индустрии.

Процесс сушки принято характери­зовать значениями коэффициентов влагопроводности и влагообмена. Однако определение этих коэффициентов да­же в лабораторных условиях затруд­нено.

Задача значительно облегчается, если процесс сушки характеризовать непосредственно так называемым ко­эффициентом сушки, или обратной ве­личиной— постоянной времени сушки Т0.

Процесс сушки осуществляется для изменения влажности в различных телах.

При рассмотрении процессов сушки следует различать влагосодержание и влажность.

Под влагосодержанием U (ранее называлось абсолютной влажностью) понимается отношение массы влаги Мвл, содержащейся в теле, к массе аб­солютно сухого тела М0, т. е.

U=MBJM0 (2.1)

Под влажностью WBл (ранее назы­ваемой относительной влажностью) по­нимается отношение массы влаги Мвл, содержащейся в теле, к .массе влажно­го материала М1:

WВл= Мвл /М0+Мвл. (2.2)

Наиболее распространенным яв­ляется прямой метод высушивания. заключающийся в воздушно-тепловой сушке до достижения заданных усло­вий равновесия с окружающей средой или же достижения постоянного веса.

Для измерения влажности приме­няют прямой или косвенные методы, в которых влажность преобразуется в электрическую величину.

Процесс сушки описывается уравнением

G= dw/dt=w0k (2.3)

где g — масса абсолютно сухого веще­ства, кг; w —. абсолютная влажность вещества, кг влаж/кг сух, w0 — коли­чество удаляемой из вещества влаги в единицу времени, кг/с, k — коэффи­циент, учитывающий размерность.

Длительностью сушки называют время, необходимое для понижения влагосодержания материала с началь­ного значения до конечного.

Количество влаги В, удаляемой из сушильного пространства объекта воз­духом, продуваемым через сушильное пространство (при условии отсутствия утечек).

Существующие системы автомати­ческого регулирования режимов сушки можно разделить по регулируемым ве­личинам на две категории: системы ав­томатического регулирования параметров высушиваемого материала; систе­мы автоматического регулирования параметров теплоносителя.

При использовании САР по пара­метрам высушиваемого материала воз­никают трудности, связанные с авто­матическим измерением влажности отдельных изделий, ввиду отсутствия соответствующих датчиков.

Известны следующие способы ав­томатического регулирования сушки в конвективных противоточных сушил­ках: стабилизацией температуры теп­лоносителя; стабилизацией разности температур теплоносителя в начале и конце сушилки.

Входными величинами сушилки являются: изменение температуры и влагосодержания материала на входе в сушилку; изменение входной темпера­туры и влагосодержания теплоносите­ля; изменение расхода теплоносителя; изменение потерь тепла. Основными возмущающими воздействиями явля­ются: изменение температуры и влаго­содержания атмосферного воздуха; от­крывание дверей сушилки в период толкания вагонеток; изменение давле­ния пара перед калорифером. Выход­ными величинами являются: изменение температуры и влагосодержания мате­риала на выходе из сушилки; измене­ние температуры и влагосодержания теплоносителя на выходе из сушилки.

Размещение датчиков в сушильных установках непрерывного действия производится с учетом следующего. В каждой зоне в процессе сушки уста­навливается стационарное состояние (без технологических возмущений). Общей характеристикой процесса суш­ки в целом является количество влаги, удаляемое из всего сушильного про­странства за единицу времени, и средняя влажность материала. Контроль­ная точка должна быть удалена от сы­рого конца сушилки на '/з длины су­шильного пространства.

Автоматизация сушильной установ­ки включает в себя автоматизацию оборудования установки, содержащего транспортные устройства, электроприводы, вспомогательные устройства, ав­томатическое управление режимом сушки и подготовки сушильного агента.

Автоматизация должна обеспечить максимальную интенсивность процесса путем повышения производительности за счет уменьшения длительности сушки и максимальную экономичность процесса за счет повышения энергети­ческого коэффициента полезного дей­ствия, т. е. снижения удельного расхо­да тепла на единицу веса удаляемой влаги.

Системы автоматического регулиро­вания сушильных установок делятся на системы регулирования параметра су­шильного агента и системы регулиро­вания параметра высушиваемого ма­териала.

Автоматическая система может быть предназначена для стабилизации температуры материала, но может обе­спечивать также оптимальные показа­тели по расходу тепла и другим пара­метрам.

Ниже изложены основные принци­пы автоматизации теплового режима сушилок.

Изменение подачи тепла к сушилке и скорости перемещения материала в сушильном пространстве оказывают эффективное воздействие на процесс сушки материала. Изменения скорости обтекания материала воздухом и про­изводительности вытяжки в меньшей степени влияют на ход процесса.

Скорость обтекания материала воздухом в сушильном пространстве обычно не регулируется по следующим причинам:

для равномерного просыхания материала во всех областях сушильного пространства с целью исключения «воздушных мешков» и создания усло­вий для сушки материала в слое не­обходимо применение значительных средних скоростей воздуха. Исследо­вания показали, что при больших ско­ростях влияние изменения скорости воздуха на продолжительность процес­са сушки обычно незначительно;

привод вентиляторов перемен­ной скорости, требуемый для регулиро­вания скорости воздуха, значительно сложнее широко применяемого при­ вода постоянной скорости.

Производительность вытяжки не­значительно влияет на ход процесса сушки, так как диапазон возможного изменения интенсивности замены воз­духа в сушильном пространстве огра­ничен из-за усиления воздухообмена между сушилкой . и помещением при останове вытяжной вентиляционной системы. Полное выключение вытяж­ной вентиляционной системы нежела­тельно, оно приводит к ухудшению са­нитарно-гигиенических условий труда (температура и влагосодержание воздуха помещения вследствие увеличения выброса отработанного воздуха).

Требование к процессу сушки сыпу­чих материалов и изделий заключает­ся в следующем: конечное влагосодержание изделий не должно превышать некоторой величины, определяемой тех­нологией обжига; интенсивность сушки изделия в любом сечении не должна превышать максимально допустимой величины, определяемой значением критерия трещинообразования. В промышленных конвективных су­шильных установках количество затра­ченного тепла и испаренной влаги пол­ностью определяется при постоянной температуре и влагосодержании за­гружаемых изделий разностью темпе­ратур, разностью влагосодержании от­работанного и подаваемого в сушилку теплоносителя и его расходом. Наи­больший эффект сушки получается при таком режиме, когда поддерживаются постоянными разности влагосодержа­нии и температур в начале и в конце сушки при стабилизированном расходе теплоносителя, причем значения этих разностей и расхода определяются для каждого материала и вида изделий технологическими.