Управление теплонасосной сушильной установкой с рекуперацией тепла высушенного продукта

создание благоприятных технологических режимов ТС;

применение побочных продуктов для получения исходного продукта.

Перекрестная технологическая связь, обеспечивает более эффективное использование энергии

ТС.

Существуют ТС, структура технологических связей которых представляет собой простую комбинацию рассмотренных типовых связей. Возможно последовательно-параллельное и параллельнопоследовательное соединение нескольких простых замкнутых ТС, сочетание прямой и обратной технологических связей.

В общем случае характер технологических связей ТС, т.е. способ соединения элементов между собой, представляет сложную комбинацию типовых связей. Любая ТС имеет соответствующую технологическую структуру (технологическую топологию).

Технологические топологии подразделяют на разомкнутые и замкнутые системы. Технологическая топология разомкнутых ТС характеризуется наличием различных комбинаций последовательных, параллельных и последовательно-обводных (байпасных) технологических связей между элементами системы. В разомкнутых ТС технологические потоки проходят через любой элемент системы

лишь один раз. Замкнутую систему (подсистему) считают простой, если при обводе контура, образованного главным и обратным технологическими потоками системы, ни один элемент не встречается дважды. Замкнутые контурные ТС состоят из совокупности нескольких взаимосвязанных простых замкнутых подсистем, которые включают хотя бы один общий технологический поток.

Примером сложной ТС, содержащей большое число взаимосвязанных элементов и обладающей сложной технологической топологией, является любая система размола зерна в муку. Например, на рис. 8 представлена схема двухсортного помола пшеницы с выходом муки I и II сортов (35% + 43%) [2].

Для различной заданной цели в ТС могут быть использованы различные типы технологических связей между элементами.;

ЛИТЕРАТУРА

1. Коваленко Г.В., Мартыненко Я.Ф. Мукомольное предприятие как сложная кибернетическая система // Изв. вузов. Пищевая технология. — 2000. — № 1. — С. 70-72.

2. Жислин Я.М., Терещенко А.К. Выработка муки и крупы в сельскохозяйственном мукомолье. — М., 1969.

Кафедра технологии переработки зерна и комбикормов

Поступила 03.11.99 г.

66.31.12-52

УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОНАСОСНОЙ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ

С рекуперацией тепла

И.Т. КРЕТОВ, Ю.В. РЯХОВСКИЙ, С.А. ШЕВЦОВ

Воронежская государственная, технологическая академия

Современный уровень развития технологий, машин и аппаратов характеризуется возросшим спросом на все виды энергии. Сегодняшние высокие цены на энергоносители и нестабильные экономические отношения между производителем, поставщиком и потребителем энергетических ресурсов остро ставят вопрос рационального использования, утилизации и рекуперации тепла во всех процессах пищевой технологии. Это относится и к сушке, которая неизбежно сопровождается неполным использованием энергии теплоносителя, что связано с условиями гигротермического равновесия между высушиваемым материалом и сушильной средой.

Экологическая безопасность — это критерий, который определяет уровень развития и организованности технологической системы в целом. Поэтому при проектировании сушильных установок особое внимание уделяется системам управления, которые способны гарантированно обеспечить высокое качество готового продукта, а также безот-ходность процесса.

Эти вопросы всегда находились в поле зрения специалистов [1-3]. Один из вариантов управления процессом сушки с теплонасосной сушильной установкой ТНСУ рассмотрен в [4].

В настоящей работе осуществляется поиск резервов энергосбережения за счет рекуперации и утилизации физического тепла высушенного про-

ВЫСУШЕННОГО ПРОДУКТА

дукта и предлагается программно-логический алгоритм функциональной системы управления ТНСУ.

Схема управления процессом сушки в сушиль-; ной установке с тепловым насосом и рекуперацией тепла высушенного продукта (рис. 1) содержит сушилку /; калорифер 2; вентилятор 3; камеру нагрева 4; компрессор теплонасосной установки 5; конденсатор теплонасосной установки 6; терморегулирующий вентиль 7; испаритель теплонасосной установки 8; теплообменник-рекуператор 9; линии: подачи влажного продукта на сушку 10, отвода высушенного продукта 11, рециркуляции сушильного агента 12, подачи греющего пара в калорифер 13, отвода конденсата 14, сброса отработанного сушильного агента 15, подпитки сушильного агента свежим 16, рециркуляции хладагента теплонасосной установки 17; датчики: расхода и температуры влажного продукта соответственно 18 и 19, влажности влажного и высушенного продукта 20 и 21. температуры, расхода и влагосодержания сушильного агента на входе в сушилку 22, 23, 24, температуры сушильного агента после конденсатора теплонасосной установки 25, расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента на входе в испаритель теплонасосной установки 26, 27 и 28, температуры сушильного агента на выходе из испарителя и хладагента на входе в испаритель 29 и 30 соответственно, температуры сушильного агента перед конденсатором теплонасосной установки 31; вторичные приборы 32—44; локальные регуляторы 44—48; микропроцессор 49; исполнительные механизмы 50-56;

I

>4 -1, !}№ 1-Г Г раму)

Коя. о&рэ-

гч .ат-мп

¡1 :|н г*

СО^ГОНГ У.2 ачы:: л ро ^чил:п ;{:>

‘3^

£ ИМИ ¡ль ^.1 гдапщей.

ГиП[.'И:-: :>: ."П Г1Й*Ь.1» ^ 1.о£'.ч> +

Шлух 5Ы1Ь |Г*ПП|=СКХК

л.".илг яре I ш . 1-". I С.

— п. тс-?:.

ГР|1Л у. киу-Н »&

ИЗВЕСТИЯ' ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, N9 , 2000

73

Ы\ 12-52

в КОЙ ТА

ГЙрй я.ТрС'-

П-Я ТНСУ.

=: “УИГ^ПЬ-СГлгЯ.:ЖЧГ

3, I.П-^.:У пшобкп 5; ;; 1чрч^р|у сшасишэй. г.! ли-’У .м : .' |!£.|.

ГЛ^Уг1Я1!1Ы

ГГ. Т1Д[>Я А

\p\XL сп ри-гпггкп су-

рШЛ ГИЙ Г:ЛО ; л. . IVI-

гсушеннс-

л

1 П?“.ге- = и::и м-

;ГТ“7- н"; 7:>: Г

«яч1 я гу- ¿т'ЛЛМ!" с! сушхль

[ ГГ1.Х": Гй"-ГТ-Л

^ЛЖи-и

I ДП Г5.70-

“I прл-|£: чичсрп-11! 59 '

V/ г ¿1 1 4

с \ > , I 1 / '4^ V 1 р с Ч-' Т 1 ф \ У с ! 4> *

Рис. 2..

(а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м, н — входные каналы управления; о, п, р, с, т, у, ф, х — выходные каналы управления). : ' :

Термодинамическое изображение процессов сушки с ТНСУ представлено на рис. 2:

с теплообменником-рекуператором (сплошные линии): Г—2' —• основной нагрев исходной смеси1 сушильного агента; 2'-3’ — процесс сушки в сушилке 1; 3’-4{ — охлаждение сушильного агента за счет нагрева исходного продукта в камере 4; 4'—5' — получение сушильного агента, поступающего по линии рециркуляции 12 сушильного агента и линии подпитки 16; 5', 6', 7’ — охлаждение и осушение сушильного агента в испарителе 8; 7'—8 подогрев сушильного агента в теплообменнике-рекуператоре 9; 8' — }' нагрев сушильного агента в конденсаторе 6 ТНСУ. Параметры сушильного агента: Ґ — температура, х' — влагосодержание, Г — энтальпия: і0', х0\ /г/— на входе в калорифер;

V’ 7вх' — на Бх°де в сушилку; ізих', х2', 1вы7'

— на выходе из сушилки; ґ хг. — после

^ СМ ' СМ ' ».м

получения исходной смеси сушильного агента; ?1', х/, // — на входе в теплообменник-рекупера-

т°р; Кодогр’ Кобогр — на входе в ТНСУ; іост

— соответственно температура точки росы и осушенного сушильного агента после конденсатора ТНСУ;

без теплообменника-рекуператора [2] (пунктирные линии):" 1-2 — основной нагрев исходной смеси Сушильного агента; 2—3 — процесс сушки в 'Сущидке; 3~4 — охлаждение сушильного агента в испарйтеле ТНСУ; 6-7 — предварительный нагрев ¿утильного агента в конденсаторе ТНСУ;  7-1—3 — получение смеси сушильного агента, поступающего по линиям рециркуляции основного 11 и дополнительного 12 потоков. Параметры сушильного агента: £ — температура, х — влагосодержание, I — энтальпия: ?0, хсн, /0 — на входе в калорифер; їзк, х0, /вх — на входе в сушилку; /ВЬ1Х, х2, I — на выходе из сушилки; Ґ,, хр /, — на входе в конденсатор ТНСУ; ¿росы, ¿осуш с г — соответственно температура точки росы к осушенного сушильного агента после конденсатора ТНСУ.

Анализируя процессы, изображенные на рис. 2, можно сделать вывод, что применение теплообменника-рекуператора позволяет снизить нагрузку на калорифер сушильной установки на величину М = Т{ ' - і0, а подпитка

" свежим воздухом перед тепловь.,,^ насосом не влияет на влагосодержание сушильного агента, подаваемого в сушильную камеру. Эти факторы позволяют существенно повысить потенциал сушильного агента.

Информация о влажности, температуре и расходе влажного .’продукта в! Линии 10 с помощью датчиков 20, 19, 18 и вторичных приборов 34, 33, 32 передается в микропроцессор 49, который по заложенному в него алгоритму в зависимости от количества влаги и тепла, содержащихся в'о влажном продукте, подаваемом на сушку, устанавливает задание локальным регуляторам 45 и 46 на температурный режим и режим подачи сушильного агента на входе в сушилку посредством'исполнительного механизма 50 в линии -подачи греющего пара 13 в калорифер 2 и исполнительного механизма 51 регулируемого привода вентилятора

3. Отработанный сушильный агент после предварительного подогрева влажного продукта в камере 4 подается по линии потока 12 сначала на осуше-! ние и охлаждение в испаритель теплонасосной установки 8, затем на предварительный подогрев в теплообменник-рекуператор 9, после чего подается в конденсатор 6 и далее направляется в сушилку, образуя замкнутый цикл. Подпитка свежего сушильного агента осуществляется перед испарителем теплонасосной устан-евки, что позволяет снизить воздействие случайных факторов на стабилизацию заданного влагосодержания сушильного агента в линии рециркуляции (после испарителя теплонасосной установки),

В соответствий с технологическими возможностями испарителя теплонасосной установки по текущим значениям расхода и влагосодержания отработанного сушильного агента, измеряемых соответственно датчиками 26, 28 и вторичными приборами 38, 40, микропроцессор корректирует задание локальному регулятору 47 и посредством исполнительного механизма 55:устанавливает максимально возможный поток влаги с отработанным сушильным агентом, подаваемым на испаритель 8, а количество излишней влаги с частью отработанного сушильного агента сбрасывается по линии 15 с помощью исполнительного механизма 53. Работа исполнительных механизмов 53 и 55 синхронизирована. По информации датчиков 26 и 27 и вторичных приборов 38 и 39 микропроцессор определяет количество тепла, поступающее с отработанным сушильным агентом в испаритель теплонасосной установки, в зависимости от которого устанавливает задание локальному регулятору 48 и посредством исполнительного механизма 52 регули-уемого привода компрессора 5 воздействует на асход хладагента в линии рециркуляции 17, обеспечивая при этом необходимую холоДопроизводи-тельность теплонасосной установки. В установившемся режиме сушки микропроцессор обеспечивает заданное соотношение’ расходов сушильного агента в линии, рециркуляции 12 и хладагента в линии рециркуляции 77.'Хладагент, сжатый компрессором 5, конденсируется в конденсаторе 6 и дросселируется через терморегулирующий вентиль 7 до давления,, при котором поступает в испаритель 8. Испарение хладагента за счет теплоты сушильного агента позволяет охладить последний ниже тройной точки росы и осушить вследствие выпадения содержащихся в нем паров влаги. Процесс конденсации влаги, содержащейся в су-

шильном агенте, сопровождается образованием снежной шубы на охлаждающем элементе испарителя, что. приводит к снижению коэффициента теплопередачи от хладагента к сушильному агенту через стенку охлаждающего элемента. При отклонении текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного микропроцессор изменяет хо-лодопроизводительность теплонасосной установки,' как это делалось в [2].

В результате предварительного подогрева сушильного агента в теплообменнике-рекуператоре 9 снижается тепловая нагрузка на конденсатор 6 теплонасосной установки, что позволяет снизить мощность привода компрессора в установившемся режиме сушки, когда параметры отработанного сушильного агента постоянны.

Однако при конденсаций влаги из отработанного сушильного агента при его осушении неизбежно увеличивается толщина снежной шубы на охлаждающей поверхности, испарителя 8, что приводит к уменьшению коэффициента теплопередачи

и, как следствие, к снижению интенсивности процесса осушения сушильного агента. Для получения заданного значения влагосодержания сушильного агента на выходе из испарителя увеличивают расход хладагента в испарителе путем увеличения мощности привода компрессора. В этом случае увеличивается тепловая нагрузка на конденсатор 6 за счет увеличения расхода хладагента в линии рециркуляции 17, что приводит к увеличению температуры сушильного агента на выходе из конденсатора 6 и, следовательно, к меньшим затратам тепла на его подогрев в калорифере 2.

По температуре сушильного агента перед калорифером, измеренной датчиком 25 и вторичным прибором 37, изменение которой обусловлено нагреванием как в теплообменнике-рекуператоре, так и в конденсаторе, микропроцессор коррелирует задание локальному регулятору 45 и с помощью исполнительного механизма 50 устанавливает расход греющего пара в калорифер, обеспечивающий требуемый температурный режим сушки (температуру сушильного агента на входе в сушилку).

В процессе сушки микропроцессор осуществляет непрерывное слежение за влажностью высушенного продукта с помощью датчика 21 и вторичного прибора 35, При отклонении текущего значения влажности высушенного продукта от заданного, что объясняется возможными случайными возмущениями либо из-за существенных колебаний состава влажного продукта, в первую очередь его влажности, либо из-за технологических сбоев, связанных с подсосами в тракте подачи продукта на сушку в линии 10, а также в линии рециркуляции сушильного агента 12, микропроцессор осуществляет коррекцию задания локальному регулятору 48, который воздействует на регулируемый привод компрессора теплонасосной установки, тем самым стабилизируя влагосодержание сушильного агента на выходе из испарителя 8. В случае если это влагосодержание не достигло заданного значения, микропроцессор уменьшает расход влажного продукта в линии 10 с, помощью исполнительного механизма' 56. , -

Возможные потери сушильного, агента в линии рециркуляции 12, вследствие его-частичного сброса по лИнии 15, неизбежно приводят к нарушению режима подачи сушильного агента на входе в сушилку и, как правило, к снижению его расхода.

По величине рассогласования текущей величины асхода сушильного агента, измеряемой датчиком 3 и вторичным прибором 36, с заданной микропроцессор коррелирует задание локальному регулятору 46 и увеличивает мощность регулируемого привода вентилятора 3 посредством исполнительного механизма 51. Если увеличение мощности привода вентилятора не обеспечивает необходимого расхода сушильного агента, что свидетельствует о его потерях, то микропроцессор осуществляет подпитку сушильного агента в линии рециркуляции/2 свежим по линии 16 с помощью исполнительного механизма 54 и устанавливает режим подачи сушильного агента на входе в сушилку в соответствии с заданным алгоритмом. В отличие от известного способа подпитку сушильного агента осуществляют перед испарителем 8 теплонасосной !.' установки с целью снижения возмущающих воз- 1 действий в линии рециркуляции сушильного агента после испарителя, что в значительной мере стабилизирует процесс его подготовки.

Теплонасосная сушильная установка, работающая по схеме с полностью замкнутым циклом по сушильному агенту с применением рекуперативного теплообменника для утилизации тепла высушенного продукта, была апробирована при сушке пищевого волокна [5] в условиях Хохольского сахарного завода. Описанная организация процесса

создает перспективы в реализации неиспользованных резервов интенсификации и позволяет осуществить безотходную и экологически чистую технологию сушки дорогостоящих термолабильных материалов [6].

ЛИТЕРАТУРА

1. Кретов И.Т., Шевцов A.A., Лакомов И.В. Концепция моделирования прибыльных технологий сушки зерна / / Вести. Рос. акад. с.-х. наук. — 1997. — № 1. — С. 51-54.

2. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. — М.: Химия, 1988. — 325 с.

3. Шевцов А.А. Развитие научных основ энергосбережения в процессах сушки пищевого растительного сырья (теория, техника, способы производства и управления): Дис. ... д-ра техн. наук. :— Воронеж, 1999.

4. Кретов И.Т., Шевцов А.А., Лакомов И,В. Программно-логические "функции системы управления теплонасосной сушильной установкой / / Изв. вузов. Пищевая техноло-

. гия. — 1998, г- № 4. — С. 69-72.

5. Ряховский Ю.В., Шахбулатова Л.Н. Утилизация отходов свеклосахарного производства / / Модернизация су-

" "ществующих и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности: Сб. науч. тр. /Воронеж, гос. •технол. акад. — Воронеж. 1997, — Вып. 7, — С. 27-30.

6. Ряховский Ю.В., Шахбулатова Л.Н. Пищевые волокна как объект сушки // Тез. докл. и сообщ. 2-й Межрегион. науч.-практ конф. ’’Пищевая промышленность 2000". — Казань, 1998. — С. 130-132.

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Поступила 28.03.2000 г. ,... .

. 637.127.3.001.5

ПОЛУЧЕНИЕ as\-КАЗЕИН А ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ '-даВ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ - :

В.Г. ЮКАЛО, С.Н. ГАЙВОРОНСКАЯ

Тернопольский государственный технический университет , иМ. И. ПуЛЮЯ ,

Процессы протеолиза казеинов при производстве молочных продуктов в значительной степени определяют их пищевую и биологическую ценность — вкус, запах, легкоусвояемость [1]. Особый интерес представляет возможность образования физиологически активных пептидов в результате воздействия на казенны ферментов молочнокислых бактерий и молОкосвертывающих препаратов [2!.

Моделирование процессов протеолиза предполагает использование отдельных субъединиц казеинового комплекса, так как использование общего казеина или обезжиренного молока существенно осложняет интерпретацию полученных результатов и выделение физиологически активных продуктов протеолиза. Существующие методы выделения отдельных казеинов не обеспечивают высокой степени очистки или, при использовании высокоэффективной жидкостной хроматографии, не позволяют получить препаративные количества белка. Кроме того, использование экстремальных значений pH, ионной силы, денатурирующих агентов при выделении казеинов приводит к повреждению структуры белков.

Цель данной работы — разработка схемы выделения в гомогенном состоянии главной субъеди-

ницы казеинового комплекса — asl-казеина с максимальным сохранением его нативной структуры.

В работе использовали свежее обезжиренное молоко. Концентрацию белков в препаратах казеина и хроматографических пробах определяли по методу Лоури или спектрофотометрически при 280 нм на спектрофотометре СФ-46. Белковые фракции на разных стадиях выделения и очистки asl-казеина идентифицировали с помощью электрофореза на пластинках полиакриламидного геля в щелочной буферной системе в присутствии 4,5 М мочевины [3]. Гель окрашивали 0,5%-м раствором амидошзарца 10 Б, отмывали и фиксировали в 7%-й уксусной кислоте. Для очистки казеина использовали ионообменную хроматографию на колонках с ДЭАЭ-целлюлозой (Sefva) в градиенте ионной силы. Отделение низкомолекулярных примесей и солей проводили с помощью гель-фильтрации на колонках с сефадексом G-25 (Pharmacia).

При разработке схейы выделения аа1-казеина учитывали следующие обстоятельства: наличие природных протеолитических ферментов в молоке, отрицательное влияние высоких и низких значений pH на, структуру казеинов (4,0<рН<7,5), нежелательное использование сильных денатурирующих агентов (додецилсульфат натрия) и комп-лексообразователей (ЭДТА). Известные методы выделения а51-казеина путем дифференциального осаждения в изоэлектрической точке [4], хромато-

ИЗВЕСТ

графич при по [6] не ; могенн как пр;

ТЄ0ЛИТ!

Нам: ния as альное комбик гель-фі делени плекса жирен] доводи, раство] переос; пергир (pH 4,(

ПрО!

осад]

, Преї г выда

Во в предус инкубі Лиоі ствуют

ВКЛЮЧс 1, І).

к-С

ß-C

asi-C

Втор препар Пос; мытый М. моч осажда переос; тическ; центри -* разв дваждь ряли п ретиче< зеина і