ИССЛЕДОВАНИЕ ИК- СУШИЛКИ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Сушка фруктов является одной из старейших форм методов сохранения пищевых продуктов, известных человеку, и распространена на предприятиях, занимающихся искусственной сушкой фруктов и овощей на специальном оборудовании. Мировой рынок сушенных (обезвоженных) продуктов питания растет быстрыми темпами. Управление процессом сушки должно осуществляться так, чтобы, по крайней мере, сохранялись основные питательные свойства продуктов. Другим естественным требованием при управлении процессом сушки является высушивание материала до влагосодержания, не превышающего заданного.

ABSTRACT

Fruit drying is one of the oldest forms of food preservation methods known to man, and is common in enterprises engaged in artificial drying of fruits and vegetables on special equipment. The global market for dried (dehydrated) food is growing rapidly. The drying process should be controlled in such a way that, at least, the basic nutritional properties of the products are preserved. Another natural requirement in controlling the drying process is to dry the material to a moisture content not exceeding the specified one.

Ключевые слова: сушка, процесс, питательные свойства, регулирование, автоматическое управление, влагосодержание, исходный материал.

Keywords: drying, process, nutritional properties, regulation, automatic control, moisture content, starting material.

Введение. Сушка – это, с одной стороны, сложный процесс одновременно тепло- и массообмена, а с другой – технологический физико-химический процесс, при проведении которого исходные свойства материалов должны быть не только сохранены, но в ряде случаев даже улучшены. Управление процессом сушки должно осуществляться так, чтобы, по крайней мере, сохранялись основные питательные свойства продуктов. Другим естественным требованием при управлении процессом сушки является высушивание материала до влагосодержания, не превышающего заданного.

Для сохранения питательных свойств продуктов в ряде случаев накладываются ограничения на скорость удаления влаги, температуру сушильного агента и материала. В зависимости от местоположения сушилки в технологической цепи процесс сушки происходит таким образом, чтобы обеспечивался либо максимум производительности сушилки, либо минимум себестоимости готового продукта.

Материалы и методы. ИК-сушилка как объект автоматического управления имеет следующие классификационные признаки: способ подвода теплоты необходимой для сушки материала радиационный от лучистой энергии, характер движения материала и сушильного агента – направленное, способ перемещения материала – неподвижное, характер относительного движения сушильного агента и материала – поперечное, режим работы сушилки динамический, осуществлен учет теплообмена через корпус с окружающей средой. К объективным характеристикам относятся в первую очередь метод подвода теплоты, способ перемещения материала, характер относительного движения сушильного агента и материала.

Выбор таких признаков как режим работы сушилки необходимость учёта теплообмена через корпус окружающей средой, толщина стенки существенно зависит от цели исследования.

Для расчёта системы оптимального управления в динамическом режиме работы сушилки рассматривается динамический режим работы сушилки. Учитывается теплообмен через корпус окружающей средой в том случае когда потеря теплоты через корпус превышают 10% общего количества, затрачиваемого на сушку. Учитывается теплопроводность через стенку когда исследуются характеристики по каналам, непосредственно охватывающем стенку по каналу «входная температура теплоносителя – выходное влагосодержание материала» .

На основе полученных математических моделей сушилки возможны постановка и решение задачи оптимального управления сушилками с радиационным способом подвода теплоты. Для постановки задачи оптимального управления выбраны критерии оптимальности и управляющие воздействия и указаны виды ограничений, накладываемых на фазовые координаты и управляющие воздействия.

Результаты и обсуждения. В качестве критерия оптимальности для сушилки выбраны расход энергии, производительность, отклонение распределения влагосодержания материала по длине сушилки от заданного, отклонение выходного влагосодержания материала от заданного значения.

Ограничения наложены на выходное влагосодержание материала, скорость удаления влаги, мощность источника энергии, температуру сушильного агента, температуру материала.

В качестве управляющих воздействий используется расход энергии непосредственно (расход электроэнергии) расход энергии косвенно (входная температура), расход материала.

В качестве критерия оптимальности при разработки системы управления для сушилки целесообразно принять либо максимум производительности, либо максимум себестоимости, критерий управления в виде максимума производительности может быть выбран только для сушилок, не находящихся в технологической цепи.

Критерием оптимальности для ИК сушилки является минимум расхода энергии

где G_T – расход теплоносителя; I_T – низшая теплотворная способность теплоносителя.

Ограничения в форме неравенств наложены на выходное влагосодержание материала, которое имеет вид

и скорость сушки в виде

где a₁ и a₂ - постоянные коэффициенты.

На параметры характеризующие процесс сушки, включая и управляющие воздействия, накладываются ограничения. Прежде всего эти ограничения определяются математической моделью сушилки и представляют собой уравнения материального баланса по влаге для материала. Кроме этого, имеются ограничения в форме неравенства и накладываются они в первую очередь на значение выходного влагосодержания материала: по условиям сушки выходное влагосодержание материала не должно превышать некоторого заданного значения.

Заключение. Поскольку при сушке сельхозпродуктов необходимо сохранить их питательные свойства, недопустимо их перегрев (ограничения сверху накладываются на температуру материала) , а также ускоренная сушка (ограничения на скорость удаления влаги)

Ограниченность ресурсов обусловливает ограничения на мощность источника энергии.

Выбор управляющих воздействий во многом определяется принятым критерием оптимальности.

В качестве критерия оптимальности ИК сушилки выбрана производительность, а в качестве управляющего воздействия принимаются расход материала.

Уравнения из которых составляются математические модели, представляют собой уравнения теплового и материального балансов для тепло – и массоаккумулирующих емкостей, на которых разбиваются сушильные аппараты при составлении их математических моделей. В ИК сушилках тепло – и масооаккумулирущими емкостями являются нагреватель и экраны.

Список литературы:

1. В.Ф. Яценко, В.А.Соколов, Л.Б.Сивакова и др. Основы автоматизации технологических процессов пищевых производств. –М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1983 -400с .
2. M.I. Abdurakhmonova, N.G. Kulieva. Vacuum freeze-drying technology fruits, berries and vegetables. International multidisciplinary journal for research & development. Volume 11, issue 04 (2024).
3. M.I. Abdurakhmonova. Theoretical foundations for controlling the process of extraction of plant raw materials at high pressures. Journal of new century innovations. Volume 23, Issue 02.
4. Abdurakhmanova M.I., M.F.Yamaletdinova. Parameter control in the extraction and distillation unit. Universum: Технические науки, Научный журнал. 2023. 11 (116) – часть 6. с.29-33.с/
5. N.Z. Sharipov, F.S. Kuldosheva, J. Jumaev. Research of the Effect of Factors on the Process of Separation of Shadow Seeds from the Peel/ Journal Eurasian Research Bulletin, Volume 7,Pages 86-91.
6. Ibragimov R.R., Kuldasheva F.S. The possibility of using ultra-high-frequency energy in the technologies of sterilization of plant raw materials. Universum. Технические науки 11 (116). Nov.2023.
7. Ямалетдинова М.Ф., Нарзиев М.С. Анализ физических характеристик косточек абрикоса. // UNIVERSUM: технические науки. Научный журнал. Москва: 2019. № 5(62) С.45-48.
8. Yamaletdinova M.F., Narziyev M.S., Hikmatov D.N. Experimental studies for studying the process of water absorption of apricot seeds. ACADEMICIA –An international Multidisciplinary Research Journal. India. Vol. 10, Issue 10, Oktober 2020. pp. 931-938.