Курс лекций по дисциплине: «Теоретические основы технологии продовольственных продуктов» для специальности: «Технология продовольственных продуктов»
жүктеу/скачать 1,08 Mb.
|
| Модуль 7. Оптимизация процессов.
Тема 1. Оптимизация процессов. Аналитические методы оптимизации Технологическое оборудование и технологические комплексы пищевых производств необходимо рассматривать как многофакторные и многозвенные объекты управлекния. Аналитическое исследование статических и динамических характеристик таких объектов, как правило, связано с составлением и совместным решением системы уравнений материального, энергнтического, гидродинамического теплообменного баланса с учетом фазовых переходов состояния продукта и энергоносителей и множества ограничений на диапазон варьирования переменных. Эффективным методом анализа характеристик многофакторных, многозвенных объектов управления является структурно-параметрическое моделирование. При таком способе исследования проводится декомпозиция сложного объекта на элементарные звенья, для которых формулируются аналитические описания статических и динамических характеристик, либо характеристики звеньев определяют экспериментально, что выполнить гораздо проще по сравнению с экспериментальным исследованием объкта в целом. Модель объекта представляет слбой систему взаимосвязанных алгебраических и дифференциальных уравнений звеньев. В качестве примера анализа технологического оборудования рассмотрим структурно-параметрический анализ трубчатого теплообменного аппарта, реализующего технологичнскую операцию пастеризации пищевого продукта. Функциональные зависимости, реализуемые звеньями струкрурной схемы, определены аналитическими уравнениями. Звено 1. Формирует значение расхода энергоносителя через ТО gey с учетом изменения положения клапана, регулирующего поток энергоносителя, а также изменения количества энергоносителя, отбираемого из магистрали энергопередачи dge: gey= (ge + dge)(1- 0.01( ye+dye)). Звено 2. Формирует значение расхода продукта через ТО gpy с учетом изменения положения клапана, регулирующего поток продукта dpy , а также изменения количества продукта, отбираемого из магистрали продуктоподачи dgp: gpy= (gp+dgp) (1-0.01(yp+dyp)) Звено 3. Формирует количество энергии, поступающей в ТО с энергоносителем за секунду, с учетом изменения температуры энергоносителя в магистрали подачи энергоносителя dte1, а также изменения расхода энерголносителя через ТО gey (формирует звено 1): Звено 4. Формирует количество нергии, которую уносит уходящий из ТО энергоноситель за сеукнду, с учетом изменения расхода энергоносителя gey, а также изменения температуры энергоносителя на выходе из ТО te2 (формирует звено 11): qe2= ce gey te2. Звено 5. Формирует количество энергии, поступающей в ТО с продуктом за секунду. С учетом изменения расхода продукта через ТО gpy (формирует звено 2), а также изменения температуры продукта в магистрали продуктоподачи dtp 1: Звено 6. Формирует количество энергии, которая уносится с уходящим из ТО продуктом за секунду, с учетом изменения расхода продукта через ТО gpy, а также изменения температуры продукта на выходе из ТО tp2 (формирует звено 12): qp2=cp gpy tp2 Звено 7. Формирует изменение величины теплопотока от энергоносителя к продукту через поверхность теплообмена с учетом изменения расхода (скорость движения) энергоносителя и продукта через ТО. Изменение значенимя коэффициента теплопередачи от энергоносителя к стенке ue1 как функции от изменения расхода энергоносителя: ue1= ue (gey)0.4 где uе – численное значение коэффициента теплопередачи при gey=ge. Уравнение формирует нелинейную функциональную зависимость количества тепла, передаваемого через стенку теплообменника, от количества энергоносителя, поступающего через регулирующий клапан. Учет нелинейности необходим, так как при управлении объектом расход энергоносителя может изменяться в широком диапазоне: 0.1ge ≤gey ≤ 0.9 ge. Изменение значения коэффициента теплопередачи от стенки к продукту up1 как функции от изменения расхода продукта по аналогии с предыдущим: up1= up(gpy)0.4 где up - численное значение коэффициента теплопередачи при gpy=gp. . Величина теплопотока от энергоносителя к продукту через поверхности ТО fe и fp за секунду при разности температур в один градус: kf= 1 1 ue1 fe up1 fp Звено 8. Формирует количество энергии, переходящей от энергоносителя к продукту через поверхность теплообмена на входе в ТО за секунду, с учетом изменения температуры энергоносителя dte1 и температуры продукта dtp1 на входе в ТО: qf1= kf (tel+dte1) – (tp1- dtp1) Звено 9. Формирует количество энергии, переходящей от энергоносителя к продукту через поверхность теплообмена на выходе из ТО за секунду, с учетом изменения температуры энергоносителя te2 (формирует звено 12) на выходе из ТО qf2= kf (te2- tp2) Звено 10. Формирует усредненное количество энергии, передаваемой через поверхность за секунду, с учетом изменения энергопотоков на входе в ТО qf1 (формирует звено 8) и на выходе из ТО qf2 (формирует звено 9) qf= 0.5 (qf1+ qf. Звено 11. Реализует влияние инерционных свойств объема энергоносителя ve, находящегося в ТО, на изменение численного значения температуры энергоносителя на выходе из ТО в динамике. При нарушении теплового баланса скорость изменения температуры dte2 определяется уравнением интегрирубщго звена: (ce pe ve) ddte2 = qel – qe2 – qf. dτ Приращение численного значения температуры энергоносителя dte2 на выходе звена за промежуток времени Δτ с учетом изменения количества энергии, поступающей в объем энергоносителя в ТО qe1 (формирует звено 3) и уходящей из объема qe2 (формирует звено 4) и qf (формирует звено 10): dte2= 1 (qe1-qe2-qf) Δτ ce pe ve Изменение численнрого значениЯ температуры энергоносителя на выходе ТО во времени определяется по формуле: te2(τ+ Δτ)= te2(τ) + dte2 (Δτ) Звено 12. Реализует влияние инерционных свойств объема продукта vp , находящегося в ТО, на изменение численного значения температуры продукта на выходе из ТО в динамике. По аналогии со звеном 11 математическая запись операций, реализуемых звеном 12, имеет вид: dtp2= 1 (qpe1-qp2-qf) Δτ . cp pp vp Численное значение температуры в момент времени (τ + Δτ): tp2 te2(τ+ Δτ)= te2(τ) + dte2 (Δτ) Звено 13. Формирует зависимость времени выдержки продукта при температуре пастеризации с учетом изменения расхода продукта через аппарат (формирует звено 2): dte2= 1 (qe1-qe2-qf) Δτ ce pe ve На выходе звена 13 также формируется переменная tp3 – температура продукта на выходе выдерживателя. В статическом режиме tp3=tp2, так как потери энергии в окружающую среду за время выдержки , пренебрежительно малы. Совместное решение системы уравнений звеньев, представленных выше, позволяет определить все статические и динамические характеристики теплообменного аппарата. Определение характеристик удобно проводить используя методику численного интегрирования, реализованную в вычислительной программе структурного моделирования многозвенного объекта. жүктеу/скачать 1,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|