Разработка эффективных методов расчета энергосберегающих режимов

1 2 3

---

 

Содержание

Введение
1. Анализ конструктивных особенностей сушильного оборудования с целью определения объекта исследований энергосберегающих режимов
1.1 Конвективные сушилки
1.2 Сушка в псевдоожиженном или кипящем слое
1.3 Высокочастотная (ВЧ) сушка волокнистых материалов
1.4 Сушка инфракрасными лучами
1.5 Технологические требования к хлопковым сушилкам и их классификация. Устройство и принцип работы
Выводы
2. Теоретические основы процесса сушки хлопка-сырца
2.1 Элементы теории процесса сушки хлопка – сырца
2.2 Основные технологические аспекты процесса сушки волокнистого продукта (хлопка-сырца)
2.3 Разработка, исследование и проектирование усовершенствованного способа управления процессом сушки хлопка-сырца
2.4 Разработка структуры и выбор функциональных элементов для управляемого электротехнического комплекса сушки волокнистого материала
Выводы
3.Применение интеллектуальных систем и технологий для управления технологическими объектами производства сушки волокнистого материала
3.1Краткий обзор исследований по нечеткой логике, нейронным сетям и генетическим алгоритмам
3.2 Применение нечеткого регулятора в асинхронном электроприводе сушильного аппарата с параметрическим управлением
3.3 Проектирование УЭТК процесса сушки хлопка-сырца
Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

 

Хлопчатник – многолетнее растение, принадлежит к ботаническому роду госсипиум, семейству мальвовых. Из 35 видов хлопчатника промышленное применение имеют четыре вида рода госсипиум: хирзутум (мексиканский), (рисунок 1) барбадензе (перуанский), арбареум (индокитайский) и хербацеум (афро-азиатский). Наиболее распространены в среднеазиатском регионе первые два вида, известные как средневолокнистые и тонковолокнистые разновидности.

Каждый вид хлопчатника имеет большое количество селекционных сортов. Селекционный сорт хлопчатника – это группа растений, обладающих устойчивой наследственностью, имеющих общее происхождение, одинаковые морфологические и хозяйственные признаки.

 

Рисунок 1 — Вид хлопчатника госсипиум хирзутум

 

У нас в Республике Таджикистан выращивают два вида: госсипиум хирзутум, госсипиум барбадензе.

Технология сушки влажных материалов, в частности термообработки хлопка-сырца, требует создания эффективных ресурсосберегающих и энергосберегающих, экологически безопасных устройств. Для этого необходимо разработать новые теплообразователи, имеющие ряд преимуществ перед ранее известными. Они должны обладать возможностью регулирования температуры сушильного агента с комплексом устройств, работающих с экологически чистым теплоносителем. Решение данной проблемы, является актуальной задачей.

Сушка влажных материалов не только тепловой-технический процесс, но и является технологическим процессом, в котором изменяются свойства сырца, в частности улучшаются его природные свойства. Процесс сушки является взаимосвязанным и одновременно происходящими комплексным процессом, который вмещает в себя теплопередачу материалу от сушильного агента и передачу влажности обратно сушильному агенту, т. е. влага материалов в результате теплообмена перемещается в направлении, противоположном потоку влажного тепла.

В этой связи возникла существенная необходимость подробно изучить работу барабанных сушилок с целью установления влияния факторов на происходящий в них процесс и на основе этого определить дальнейшие пути повышения эффективности сушки.

Рост производства текстильной продукции и разнообразие сырья требуют автоматизации процессов ее приготовления, повышения эффективности эксплуатации оборудования, разработки научно – обоснованных методов выбора оптимальных параметров технологических процессов и скоростных режимов узлов и механизмов. Методы решения указанных задач и их реализация путем управления скоростными режимами должны учитывать ряд особенностей используемого технологического оборудования. Условия жесткой стабилизации технологических параметров в процессе сушки волокнистого материала предъявляют к системам автоматического регулирования (САР) высокие требования в отношении поддержания заданных скоростных режимов и качественных показателей волокнистого материала.

Для обеспечения высокого уровня надежности функционирования сложных динамических объектов технологического оборудования ставится задача совершенствования систем управления путем разработки новых подходов, в том числе основанных на методах искусственного интеллекта и принципах адаптивного управления.

Необходимым условием поддержания процесса сушки на оптимальном уровне является непрерывный контроль параметров и свойств высушиваемого полуфабриката или изделия. Этот контроль эффективен в случае когда учитывает все воздействующие на процесс условия (температура, влажность, давление) и свойства материала т.е. проводится непрерывно и комплексно.

Установление общих закономерностей связывающих физико-механические свойства материалов и изделий из них со способами и условиями сушки, позволяет определить оптимальные условия этого процесса для получения полуфабрикатов с заданными свойствами при минимальных затратах материальных и энергетических ресурсов.

До настоящего времени недостаточно полно изучены динамические свойства сложных электромеханических систем технологического оборудования для производства волокнистых материалов и влияние на них рабочих органов, непосредственно управляемых регулируемым электроприводом. В должной мере не использованы современные методы и технологии для разработки и исследования сложных управляемых электротехнических комплексов. Не разработаны научно обоснованные критерии и методы оптимизации скоростных режимов сложных электротехнических комплексов. Не сформулированы в полной мере требования к многодвигательному электроприводу, не выявлена его оптимальная структура.

Учитывая, что многие из перечисленных вопросов недостаточно полно изучены или совсем не рассмотрены в научных трудах, их решение представляет теоретический и практический интерес. Можно считать разработку эффективных способов управления сложными динамическими объектами технологического оборудования перспективной задачей.

Методы проектирования и исследования современных систем управления отличаются от методов проектирования и исследования, известных в классической теории управления. Поэтому применение современных методов и технологий для управления сложными динамическими объектами требует разработки методики, базирующейся на применении конкретных технологий, таких как искусственные нейронные сети, нечеткая логика, учитывающих особенности технологического оборудования.

 

 

АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СУШИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЬЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМОВ

 

Влажно-тепловая обработка занимает существенное место в технологическом процессе производства волокнистых материалов.

В результате удаления влаги, механические и физико-химические свойства волокнистых материалов изменяются, уплотняется их структура, уменьшается площадь, сужаются капилляры.

Установление общих закономерностей связывающих физико-механические свойства материалов и изделий из них со способами и условиями сушки, позволяет определить оптимальные условия этого процесса для получения полуфабрикатов с заданными свойствами при минимальных затратах материальных и энергетических ресурсов.

Необходимым условием поддержания процесса сушки на оптимальном уровне является непрерывный контроль параметров и свойств высушиваемого  полуфабриката или изделия. Этот контроль эффективен в случае когда учитывает все воздействующие на процесс условия (температура, влажность, давление) и свойства материала т.е. проводится непрерывно и комплексно [1].

 

1.1.КОНВЕКТИВНЫЕ СУШИЛКИ

 

К достоинству конвективного способа сушки можно отнести простоту конструкции и невысокую стоимость оборудования, к недостаткам-высокий удельный расход тепла, сравнительно низкую интенсивность тепломасообмена между сушильным агентом и поверхностью высушиваемого материала, а следовательно, повышенную длительность процесса. [2]

При конвективной сушке тепло к высушиваемому материалу передается конвекцией, в качестве сушильного агента используется нагретый воздух, топочные газы, перегретые пары растворителя. Самым распространённым и эффективным из них является нагретый воздух. При сушке воздухом, нагретый теплоноситель выводится из сушилки и выбрасывается в атмосферу или частично возвращается в сушильное пространство, в то время как при сушке перегретым паром он практически не выводится из установки, циркулируя в ней, а тепло удаляемого растворителя используется на частичную компенсацию потерь. Объёмная теплоемкость водяного пара выше объемной теплоемкости воздуха примерно на 20%. Наличие кислорода в воздухе ведет к окислению и далее-возгоранию материала, а в перегретых парах растворителя это исключено. Перегретые пары обеспечивают более высокую температуру сушки, удельный расход тепла при этом понижается на 20-25% по сравнению с сушкой в воздухе, длительность сушки сокращается на 10-15%. Однако, конструкция сушилок с перегретым паром более сложная и дорогостоящая.

На интенсивность конвективного способа сушки оказывают влияние скорость, температура и влажность сушильного агента. Изменение скорости газа ускоряет процесс сушки благодаря увеличению как количества тепла, передаваемого конвекцией, так и движущей силы процесса, выражающейся разностью парциальных давлений паров влаги у поверхности высушиваемого волокнистого материала и в воздухе окружающего пространства.

Увеличение скорости теплоносителя требует значительных расходов теплоносителя от 15-30%. Кроме того, увеличение скорости газа целесообразно в зоне первого периода сушки. В зоне вторичного периода повышения скорости теплоносителя не дает значительного увеличения интенсивности сушки. Технические характеристики конвективных сушилок, наиболее широко используемых для сушки пряжи в паковках, приведен в таблице 1 [3].

 

Таблица 1 — Технические характеристики конвективных сушилок

 

Проведем анализ функциональной конвективной сушилки, схема которой приведена на рис.2 Сушилка состоит из: (1) – бункера; (2) – питателя; (3) – сушильного барабана; (4) – топки; (5) – смесительной камеры; (6, 7) – вентиляторов для подачи горячего воздуха в смесительную камеру; (8) – промежуточного бункера; (9) – транспортёра; (10)– циклона; 11- вентилятора для транспортировки сушильного агента через сушильную камеру; (12) – зубчатой передачи.

Влажный хлопок из бункера 1 с помощью питателя 2 попадает во вращающийся сушильный барабан 3. Параллельно материалу в сушилку подаётся сушильный агент, образующийся от сгорания топлива в топке 4 и смешения газов в смесительной камере 5. Воздух в топку и смесительную камеру подаётся вентиляторами 6 и 7. Высушенный материал из сушильного барабана 8 попадает на транспортирующее устройство 9.

Отработанный сушильный агент перед выбросом в атмосферу очищается от пыли в циклоне 10. При необходимости производится дополнительное мокрое пылеулавливание. Транспортировка сушильного агента через камеру осуществляется с помощью вентилятора 11. При этом установка находится под небольшим разрежением, что исключает утечку сушильного агента. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 12.

Рисунок 2 — Функциональная схема барабанной сушилки СБ-12

СУШКА В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ ИЛИ КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Сушилки с кипящим слоем являются одним из прогрессивных типов аппаратов для сушки. Процесс в кипящем слое позволяет значительно увеличить поверхность контакта между частицами текстильного материала и сушильным агентом, интенсифицировать испарение влаги из материала. Сушилки с кипящим слоем в настоящее время широко применяют в химической технологии не только для сушки сыпучих зернистых материалов (например, минеральных и органических солей), но и материалов, подверженных комкованию, например для сульфата аммония, поливинилхлорида, полиэтилена и некоторых других полимеров, а также пастообразных материалов (пигментов, анилиновых красителей), растворов, расплавов и суспензий. Аппараты с псевдоожиженным слоем зернистого материала получили также широкое распространение в текстильной промышленности. Данное оборудование отличаются большим разнообразием как по конструкции, так и по гидродинамическим и тепловым режимам работы. Машины и аппараты можно классифицировать следующим образом:

— по количеству зон: однокамерные и многокамерные;

-по характеру движения материала: с направленным и ненаправленным движением от места загрузки материала к месту его выгрузки;

— по использованию теплоносителя: однократные и многократные;

— по конфигурации сушильной камеры : круглые и прямоугольные.

Достоинствам сушилок с кипящим слоем можно отнести: интенсивность сушки; возможность сушки при высоких температурах, которая может превышать допустимую для данного материала, вследствие кратковременности его соприкосновения с сушильным агентом; высокую степень использования тепла сушильного агента; возможность автоматического регулирования параметров процесса.

Данный метод основан на высушивании текстильных материалов в среде (слое) сыпучих, нагретых и непрерывно перемещающихся твердых частиц, напоминающих кипящую жидкость. Такой процесс сушки позволяет значительно увеличить поверхность контакта ткани с сушильным агентом. В качестве твердых частиц используются стеклянные гранулы (шарики) или зерна кварцевого песка 0,1-3 мм, которые насыпаются в ванну. Через образовавшийся слой пропускается поток горячего воздуха, частицы приходят в движение (кипение), нагреваются и через слой, как через жидкость, можно пропускать ткани, трикотажные полотна, нити, пряжу или нетканые материалы. Данный метод сушки при температуре 140-150°С особенно эффективен для обработки тяжелых тканей [4].

Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия, однако в сушилках данного типа с цилиндрическим корпусом наблюдается значительная неравномерность сушки, обусловленная тем, что при интенсивном перемешивании в слое время пребывания отдельных частиц существенно отличается от его среднего значения. Поэтому применяются сушилки с коническим расширением в верхней части. Скорость газа внизу камеры должна превышать скорость осаждения самых крупных частиц, в верхней части должна быть меньше скорости осаждения самых мелких частиц. При такой форме камеры достигается более организованная циркуляция твердых частиц, которые поднимаются в центре и опускаются (в виде менее разреженной фазы) у периферии аппарата. Благодаря снижению скорости газов по мере их подъема улучшается распределение частиц по размеру и уменьшается отсос пыли, что в свою очередь повышает равномерность нагрева (более мелкие частицы поднимающиеся выше и находятся в области более низких температур) и позволяет уменьшить высоту камеры. На рис. 3 приведена технологическая схема сушки в кипящем слое.

 

Рисунок 3 — Технологическая схема сушки материала в кипящем слое

 

Воздух, забираемый из атмосферы, подается газодувкой (ГД) в калорифер (3), где нагревается за счет конденсации греющего пара до температуры 150С, а затем поступает в подрешеточное пространство (4) аппарата АКС (2). Направляясь с большой скоростью из отверстий газораспределительной решетки, нагретый воздух высушивает слой материала, который непрерывно выгружается дозатором (5). Отработанный воздух очищается от унесенной пыли в циклоне (6). Образующаяся  пыль непрерывно (или периодически) выгружается из циклона и вместе с высушенным материалом в виде готового продукта транспортируется на склад или на дальнейшую переработку по конвейеру (7).

 

 

Таблица 2 — Модельный ряд сушилок с кипящим слоем

 

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ (ВЧ) СУШКА ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Современные тенденции развития текстильной ВЧ техники и технологии таковы, что наиболее массовое применение диэлектрический способ нагрева получил для осуществления процессов сушки текстильных материалов. Это является закономерным и обусловлено тем, что ВЧ сушка, являясь чисто физическим процессом, значительно проще поддается управлению и автоматизации при практической реализации по сравнению с крашением и отделкой тканей, в которых совместно протекают как физические, так и химические процессы. ВЧ сушка текстильных материалов основана на диэлектрическом нагреве воды, содержащейся в высушиваемом изделии. Важными особенностями диэлектрического нагрева по сравнению с нагревом от внешних источников тепла является то, что в процессе ВЧ сушки происходит равномерный подъем температуры обрабатываемого материала и одновременное начало испарения влаги по всему его объему. В условиях тепло и массообмена с окружающей средой температура и давление пара внутри тела оказывается выше, нежели в поверхностных слоях. В результате градиенты температуры и давления направлены из центра материала к периферии, что способствует переносу влаги в процессе сушки из глубинных слоев к поверхности высушиваемого материала.

Специфические особенности диэлектрического нагрева обуславливают ряд важных преимуществ ВЧ способа сушки. Так, ВЧ нагрев высушиваемых материалов происходит быстрее по сравнению с нагревом от внешних источников тепла и равномерно по всей толщине изделия, в результате чего возрастает скорость сушки. Практически исключается опасность перегрева обрабатываемого материала в поле ВЧ, т.к. при атмосферном давлении температура нагрева не превышает 100 0С. В процессе ВЧ сушки нагреваемый материал является элементом электрического контура и при изменении параметров, влияющих на диэлектрические характеристики материала изменяется и поглощаемая мощность. Например, количество энергии, поглощаемой материалом, пропорционально влагосодержанию волокна. Отсюда — саморегулируемость процесса сушки. Нагрев материала приостанавливается одновременно с прекращением действия ВЧ поля, что обуславливает тепловую безинерционность процесса сушки. Применение диэлектрического нагрева дает возможность передачи значительных мощностей к единице объема материала, благодаря чему реально уменьшение габаритов сушильных установок. К числу достоинств относится гибкость в перестройке режима сушки при смене технологических операций, переходах с одного вида материала на другой. Важным моментом является то, что ВЧ сушка оказывает благоприятное воздействие на качество волокнистых материалов — снимаются внутренние напряжения в материале, достигается свободная усадка волокон по всей толщине, улучшается гриф текстильных материалов.

Недостатками ВЧ сушки являются большой расход энергии на удаление влаги (28000 кДж/кг влаги), это в 3-4 раза выше чем при конвективной сушке, а также  сравнительная сложность установки.

Среди перспективных областей применения ВЧ нагрева для целей сушки можно отметить следующие: сушка текстильных материалов в паковках (хлопчатобумажная, льняная, шерстяная, смешанная пряжа); ниток из натуральных и синтетических волокон после облагораживания и крашения; льняной пряжи мокрого прядения в плотных паковках больших размеров; шерстяной ленты после крашения; искусственные шелка в куличах; текстильного материала (ткани, трикотажные полотна, нетканые материалы) в жгуте и расправленным полотном в непрерывных процессах; ковровых изделий, войлока; швейных и трикотажных изделий и т.д. Эффективность процесса ВЧ сушки на примере экспериментальных данных, приведенных в таблице 3, полученных в Ивановском НИЭКМИ с использованием полупромышленной установки на базе генератора ВЧГЗ-60/13. На основании исследований рассчитана производительность ВЧ сушки, учитывая что мощность серийно выпускаемых генераторов составляет 10, 25 и 60 кВт.

 

Таблица 3 — Производительность ВЧ сушки хлопчатобумажных

 

В таблице 3 приведены сравнительные данные сушки хлопчатобумажных нитей на сушильной установке Ивановской трикотажной фабрики. Применение ВЧ нагрева позволяет повысить производительность процесса сушки от 3 до 17 раз [6].

Рассмотрим аппаратное оформление ВЧ сушки. Для практической реализации требуется специальное сушильное оборудование, которое состоит из следующих основных частей: высокочастотного генератора, сушильной камеры с электродной системой, системы подогрева и циркуляции воздуха, системы рекуперации тепла, транспортирующего устройства и пульта управления. Приведем анализ машины марки МВС-2 ЛП, для сушки плотных паковок льняной и льнохимической пряжи (рис. 4). Высокочастотная сушилка состоит из высокочастотного генератора 1 и сушильной камеры 2. Переменный ток из сети поступает в выпрямитель 3, затем в генератор, где преобразуется в переменный ток высокой частоты. Ток подводится к пластинам конденсаторов 4 и 5, между которыми движется на ленте высушиваемый материал. Данная сушилка имеет две ленты 6 и 7, на которых последовательно высушивается материал. Под действием электрического поля высокой частоты ионы и электроны в материале (содержащего обычно некоторое количество электролита, например, раствора солей) меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора; дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются за счет смещения их зарядов. Эти процессы, сопровождаемые трением, приводят к выделению тепла и нагреванию высушиваемого материала.

Рисунок 4 — Принципиальная схема высокочастотной (диэлектрической) сушилки

1 – ламповый высокочастотный генератор; 2 – сушильная камера; 3 – выпрямитель; 4,5 – пластины конденсаторов; 6,7– ленты, на которых транспортируется высушиваемый материал.

Таблица 4 — Технические характеристики МВС-2 ЛП.

 

Основным элементом сушильной камеры является система электродов, образующих рабочее пространство (зону нагрева), в котором осуществляется процесс сушки текстильного материала. В конструкции ВЧ сушильных машин нашли применение  несколько видов электродных систем. Для сушки объемных текстильных материалов (паковки, бобины), применяют плоские конденсаторные пластины, создающие вертикальное электрическое поле. Стержневые электроды  используются для сушки плоских материалов (волокно, полотно ткани, ковровые, штучные изделия и пр.), так как позволяют достигать больших значений напряженности электрического поля в плоскости. Реже в качестве электродов используются элементы конструкций сушильных камер, например металлические ролики транспортирующих устройств, крышки герметизирующихся емкостей, стойки. Транспортирующие ленты изготавливаются из материала с низкими диэлектрическими потерями с целью исключения его нагрева в ВЧ поле. Обычно в качестве такого материала используют полипропилен. Во всех конструкциях ВЧ сушильного оборудования корпус камеры сушки или корпус машины предусматривает защиту окружающей среды от электромагнитных излучений с целью предотвращения радиопомех и обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Системы обогрева и циркуляции воздуха, устройства рекуперации тепла в ВЧ сушильных машинах традиционны для многих видов стандартного сушильного оборудования.

В качестве комбинированной сушилки представляет интерес устройство для сушки пряжи в бобинах, представленное на рис 5.

Устройство снабжено двумя герметичными сушильными камерами 1 и 1а, в которых устанавливаются бобины 2 и 2а с пряжей после крашения. Сушка пряжи осуществляется циркулирующим рабочим воздухом при t= 125 0С в течении 6 минут, при этом периодически в заданном по программе режиме производится включение подачи горячего воздуха и создание в сушильных камерах вакуума. Воздух циркулирует с помощью вентилятора , снабженного регулируемым приводом М, по трубопроводам 4 и 4а, в которых размещены управляемые клапаны 5 и 5а. Под каждой сушильной камерой установлены автоматические переключатели 6 и 6а, при помощи которых периодически изменяется направление горячего воздуха. Над сушильными камерами размещены дополнительные ВЧ- нагреватели 7 и 7а. Давление в камерах регулируется выпускными клапанами 9 и 9а. Перед поступлением в трубопровод воздух подогревается в нагревателе 10 с последующим увлажнением перед концом сушки для создания требуемого влагосодержания пряжи.

Рисунок 5 — Комбинированные сушилки для сушки пряжи в бобинах

 

СУШКА ИНФРАКРАСНЫМИ ЛУЧАМИ

 

Данный вид сушки позволяет подводить к материалу тепловые потоки в десятки раз превышающие соответствующие потоки при конвективной или контактной сушке. При высушивании толстослойных материалов на скорость сушки большое влияние оказывает скорость внутренней диффузии и в начальный момент сушки под действием радиации влага может перемещаться вглубь слоя. В связи с этим радиационная сушка более целесообразна для тонких тканей.

На практике инфракрасные излучатели используются для подсушки аппретированных или напечатанных тканей, а так же в термозрельниках для создания высокой температуры. Применяются излучатели электрические или газовые, темные или светлые. К темным относятся керамические, кварцевые или металлические трубки, обогреваемые изнутри электрической спиралью или газом, к светлым – лампы накаливания с повышенным коэффициентом теплоотдачи.

Рисунок 6 — Принципиальная  схема универсальной радиационной термокамеры УРТК-120-4

 

На рис.6 показана принципиальная схема универсальной радиационной термокамеры УРТК-120-4, предназначенной для обработки тканей при несминаемой отделке. Ткань, предварительно нагретая на сушильно — барабанной машине до температуры 100—114°С, поступает по направляющим роликам 1, проходит через камеру между излучающими панелями 2 и 3 и нагревается с двух сторон до температуры 160—200 °С, контролируемой датчиком 4, и выводится через щель для последующего охлаждения и накатки в рулон. Подобные камеры можно агрегировать с СБМ (сушильно-барабанные машины), СШМ (сушильно-ширильные машины.) и другими машинами, дополняя их действие термообработкой ткани. Установки рассчитаны на мощность токоприемников от 73 до 123 кВт. Длина заправки в зоне излучения 4 м, что при скорости продвижения ткани 40-60 м/мин обеспечит обработку в течение 4-6 с. Несмотря на кратковременность, эффективность обработки высокая.

Установка УРТК-120-1 входит в состав линии ЛТ-120 термической обработки ткани (рис. 11). В состав линии входят : 1- раскатная машина Р -120-5 ; 2- сушильная СМБ 2-1/120; 3- термокамера УРТК -120-1; 4- накатная машина Н-120-5. Скорость продвижения ткани  25-125 м/мин, влажность ткани 5-7 %,. Линия термической обработки ЛТ -120 83,5 кВт, габаритные размеры 14430х3200х4090 мм. [7].

Рисунок 7 — Схема линии термической обработки ткани ЛТ-120

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ХЛОПКОВЫМ СУШИЛКАМ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

 

Профессор Х. И. Иброгимовым в 2009 году в Костромском государственном технологическом университете выполнены исследования по совершенствованию сушильных процессов хлопка. Иброгимов считает, что они должны сопровождаться:

– разделением объемов падающих с лопастей комков хлопка;

– увеличением удельных площадей их тепловоспринимающих поверхностей;

– эффективным использованием камеры барабана и теплоносителя.

Выбор метода сушки определяется масштабом производства, климатическими особенностями местности, видом высушиваемого материала и стоимостью дополнительной энергии. Подвод теплоты к материалу от сушильного агента может осуществляться конвективным путем или путем излучения, соответственно различают конвективные и радиационные сушилки. Во-первых, продукт контактирует с воздухом, нагретым солнечной энергией, во-вторых, продукт непосредственно облучается Солнцем, температура в сушилках этого типа достигает 90…95°С. Могут также применяться комбинированные сушилки, в которых участвуют оба вида теплообмена, но преобладает конвекция, а установка состоит из воздухонагревателя и сушильной камеры с прозрачными стенками. Применение солнечных установок повышает эффективность сушки и уменьшает потери продукта. Существенно сокращается время сушки и улучшается качество продукта.

Основным конструктивным элементом солнечной установки является коллектор, в котором происходит улавливание солнечной энергии, ее преобразование в теплоту и нагрев воды, воздуха или какого-либо другого теплоносителя. Различают два типа солнечных коллекторов — плоские и фокусирующие. В плоских коллекторах солнечная энергия поглощается без концентрации, а в фокусирующих — с концентрацией, т. е. с увеличением плотности поступающего потока радиации.

Для сушки хлопка-сырца в барабанной сушилке предлагается использовать плоский коллектор солнечной энергии. Для того чтобы изготовить плоский коллектор солнечной энергии, необходима прежде всего лучепоглощающая поверхность, имеющая надежный контакт с рядом сушильного барабана для движения нагреваемого теплоносителя. Для лучшего поглощения солнечной энергии верхняя поверхность абсорбера окрашивается в черный цвет и имеет специальное поглощающее покрытие. Максимальная температура, до которой можно нагреть теплоноситель в плоском коллекторе, не превышает 100 °С. Преимущества плоского коллектор солнечной энергии по сравнению с коллекторами других типов — это его способность улавливать как прямую (лучистую), так и рассеянную солнечную энергию и как следствие этого — возможность его стационарной установки без необходимости слежения за Солнцем. Абсорбер плоского коллектора солнечной энергии изготавливается из металла с высокой теплопроводимостью.

У предлагаемой конструкции корпус теплового коллектора и его внутреннее пространство постоянно нагреты до температуры 90 – 95 ºС от прямого и отраженного от концентратора солнечного излучения.

Необходимость аккумулирования теплоты в гелиосистемах обусловлена несоответствием во времени и по количественным показателям поступления солнечной радиации и теплопотребления. Поток солнечной энергии изменяется в течение суток от нуля в ночное время до максимального значения в солнечный полдень. Поскольку тепловая нагрузка отопления максимальна в декабре — январе, а поступление солнечной энергии в этот период минимально, для обеспечения теплопотребления необходимо улавливать солнечной энергии больше, чем требуется в данный момент, а избыток накапливать в аккумуляторе теплоты.

Поток воздуха, поступающий в коллектор, соприкасается с нагретой поверхностью коллектора и воспринимает тепло от неё. При этом происходит конвективный процесс теплообмена. Упрощенная методика, расчета изменения температуры потока воздуха

Q = KS ()*t,                                   (1)

где, и температура коллектора и воздуха °С; S — площадь поверхности теплообмена м2; K — коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности коллектора воздуха, Вт/(м2 °С); t — время передачи теплоты от поверхности коллектора к воздуху, ч.

Количество теплоты, отдаваемой в течение часа на участке длиной,

dQ = K ()Ldx,                                 (2)

где, L — периметр коллектора на участке длиной. При этом температура воздуха изменяется на dOё.

Количество теплоты, воспринимаемой воздухом,

dQ =                                                                       (3)

где, m — масса воздуха, кг; — теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж.

 

Таким образом, применение солнечного коллектора в устройствах сушки хлопка позволяет снизить расход электроэнергии более, чем в 2-3 раза; исключить сжигание жидкого топлива; значительно упростить технологию; повысить надежность оборудования и значительно снизить его материалоемкость.

Теплоснабжение сушилок хлопка-сырца.

При хранении хлопка-сырца с влажностью более 13 — 14% при температуре окружающей среды выше 12 — 15°С в его семенах начинают развиваться биологические процессы, связанные с выделением тепла, при этом температура массы хлопка — сырца может повышаться до 60 — 70°С и выше, что приводит к полной или частичной потере волокном текстильных качеств и порче семян как посевного материала и сырья для масложировой промышленности.

При переработке хлопка — сырца с повышенной влажностью снижается очистительный эффект и производительность оборудования, ухудшается качество и внешний вид волокна.

Влажность хлопка-сырца

Хлопок-сырец неоднородное вещество, состоит из волокон и семян. Волокно в основном содержит целлюлозу и некоторое количество пектиновых и восковых веществ покрывающих его поверхность. Хлопковые семена состоят из шелухи с кожицей и ядра; шелуха – из незначительного количества целлюлозы, лигнина, белков и минерального вещества; ядро семени содержит белки и жиры. Волокно впитывает влагу быстрее, чем семена. Эти компоненты хлопка-сырца имеют различное химическое строение, поэтому их увлажнение и сушка происходит неодинаково.

Как и у других волокнистых материалов, влажность хлопка-сырца изменяется в зависимости от относительной влажности окружающей среды (табл. 5).

 

Таблица 5 — Влажность волокнистых материалов при температуре 20°С

Влажность отдельных составляющих компонентов хлопка-сырца находится в закономерной зависимости от общей влажности самого хлопка-сырца и может быть определена по следующей эмпирической формуле:

= 0,7;                                          (4)

= 0,46;                                    (5)

,                               (6)

где, , ,   – влажность хлопка-сырца, волокна, ядра и кожуры, %;  и  – относительное содержание волокна и ядра в хлопке-сырце, гр.

 

ВЫВОДЫ

 

Проведен анализ конструктивных особенностей типового сушильного оборудования с целью определения объектов исследования энергосберегающих режимов.

Осуществлен сравнительный анализ эффективности 4-х видов сушки волокнистых материалов, таких как: конвективная сушка, сушка в кипящем слое, высокочастотная (ВЧ) и инфракрасная  сушка. Инфракрасная сушка и сушка в кипящем слое представляет собой перспективные методы, однако их техническая реализация представляет определенные  трудности. На основании сравнительного анализа, установлено, что ВЧ сушка волокнистых материалов обеспечивает более быстрый нагрев высушиваемого материала по сравнению с нагревом от внешних источников тепла и равномерность по всей толщине изделия, в результате чего возрастает скорость сушки.

Разработана функциональная и структурная схемы барабанной сушилки СБ-12. При рассмотрении функциональной схемы и основных технических характеристик конвективных сушилок, установлено, что увеличение скорости теплоносителя требует его значительного увеличения от 15-30%.

Используя экспериментальные данные Ивановского НИЭКМИ , на базе генератора ВЧГЗ-60/13, выяснили, что применение ВЧ нагрева позволяет повысить производительность процесса сушки от 3 до 17 раз (табл. 3).

С целью определения качественных показателей САУ автором разработана структурная схема барабанной сушилки.

Из всех рассмотренных видов сушки, автор выбирает конвективную сушку, основываясь на простоту конструкции, невысокую стоимость оборудования, а так же техническую реализацию для сушки волокнистых материалов.

---

1 2 3