Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние изученности технологического процесса сушки шпона, явлений тепло- и влагопереноса при удалении влаги 9
1.1 Существующие промышленные технологии, применяемое оборудование, методы и принципы сушки шпона 11
1.2 Научные и практические представления проведения сушки шпона, существующие математические модели 14
1.3 Технико-экономическая эффективность производственных технологий 23
1.4 Цели и задачи исследований 26
1.5 Выводы 29
2 Анализ технологии сушки шпона, методика и результаты активных производственных экспериментов 30
2.1 Определение значимости входных и выходных параметров технологии, научное обоснование их выбора 32
2.2 Методика проведения активных производственных экспериментов, основы теории и расчета выходных технико-экономических показателей 38
2.3 Результаты производственных экспериментов 45
2.4 Статистические анализы результатов экспериментов 50
2.5 Выводы 57
3 Исследования закономерностей функционирования процесса сушки шпона в газовых роликовых сушилках 58
3.1 Исследование закономерностей изменения технико-экономических показателей процесса сушки шпона 58
3.2 Исследование факторов, обеспечивающих тепло- и влагоперенос, особенности изменения вл аго содержания и температуры шпона ... 63
3.3 Разработка системы уравнений тепло- и массопереноса сушки шпона в газовых роликовых сушилках, принимаемые допущения 69
3.4 Определение закономерностей изменения температуры и влаго-содержания шпона в процессе сушки 74
3.4.1 Разработка модели периода прогрева шпона 74
3.4.2 Определение особенностей изменения температуры и влагосо-держания в периоде постоянной скорости 76
3.4.3 Исследование закономерностей тепло- и влагопереноса в периоде падающей скорости 80
3.5 Численные решения и анализ показателей установленных закономерностей изменения температуры и влагосодержания шпона в процессе сушки 86
3.6 Выводы 92
4. Многокритериальная оптимизация и внедрение режимов сушки шпона в производство, технико-экономическая эффективность результатов исследований 93
4.1 Вычислительные процедуры и результаты многокритериальной оптимизации 94
4.2 Промышленная апробация разработанных режимов сушки шпона, внедрение в производство результатов научно-практической работы ... 101
4.3 Технико-экономическая эффективность результатов исследований технологии сушки шпона 104
4.4 Рекомендации производству по применению систем автоматической оптимизации режимов сушки шпона 108
4.5 Выводы 114
Заключение 115
Библиография 116
Приложения 127
- Научные и практические представления проведения сушки шпона, существующие математические модели
- Методика проведения активных производственных экспериментов, основы теории и расчета выходных технико-экономических показателей
- Исследование факторов, обеспечивающих тепло- и влагоперенос, особенности изменения вл аго содержания и температуры шпона
- Промышленная апробация разработанных режимов сушки шпона, внедрение в производство результатов научно-практической работы
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время предприятиями Российской Федерации определен курс на развитие высоких технологий, в первую очередь направленный на улучшение качества конечной продукции, снижение ее себестоимости, повышение производительности существующего оборудования. Довольно часто возникают проблемы, связанные с нехваткой производственных площадей, возможностями больших капитальных вложений в развитие производства. Недостаточно высокое качество и значительная стоимость продукции вследствие несовершенства применяемого оборудования и режимов управления снижают ее конкурентоспособность. Эти проблемы существуют в полной мере на фанерных заводах, где участок сушки шпона характеризуется высокими удельными расходами топлива - более 65 кг/м (шпона) и электроэнергии свыше 30 кВт-ч/м3(шпона), колебаниями конечной влажности материала до ± 6 % и температуры отработавшего теплоносителя ± 17С.
Отсутствие адекватного математического описания технологии сушки шпона в газовых роликовых сушилках, не совершенное ручное регулирование расходов топлива и воздуха на горение, неучитываемые возмущения на процесс приводят к отклонениям конечной влажности от заданного значения, недостаточной производительности применяемых установок, увеличению себестоимости сушки, аварийным ситуациям, связанным с возгоранием материала. Для повышения технико-экономической эффективности процесса требуется проведение экспериментальных исследований, математического моделирования и оптимизации с целью разработки энергосберегающих режимов сушки шпона. При этом необходимо установить закономерности тепломассопереноса в процессе сушки в газовых роликовых сушилках, позволяющие выявить изменения влажности и температуры в шпоне.
Решение научно-практической задачи разработки энергосберегающих режимов сушки шпона в газовых роликовых сушилках значительно повышает эффективность процесса, выводя ее на уровень высоких технологий.
Цель работы. Разработка метода многокритериальной оптимизации режимов сушки шпона, повышающая технико-экономическую эффективность функционирования газовых роликовых сушилок.
Объект и методы исследований. Объектом исследований является технология сушки шпона в промышленных газовых роликовых сушилках. Теоретические исследования проводились с помощью метода экспертных оценок, теории планировании эксперимента, статистического анализа, изучения явлений тепло- и влагопереноса и многокритериальной оптимизации, основанной на разработанных математических моделях.
Научная новизна:
разработан метод многокритериальной оптимизации режимных параметров, отличающийся тем, что позволяет высушивать шпон до заданной конечной влажности и проводить процесс с высокой интенсивностью, меньшими расходами энергоносителей при соблюдении пожаробезопасности;
разработаны математические модели технико-экономических показателей сушки шпона в газовых роликовых сушилках и математические модели изменения влажности и температуры высушиваемого шпона с течением времени, отличающиеся учетом всех основных параметров, влияющих на исследуемый процесс;
разработан способ автоматического управления процессом сушки листовых материалов, защищенный патентом РФ № 2285215;
выданы рекомендации по технологии сушки шпона в газовых роликовых сушилках, отличающиеся повышением качества сушки, производительности установок и экономической эффективности, снижением энергоемкости процесса.
Положения, выносимые на защиту:
метод многокритериальной оптимизации режимных параметров, позволяющий высушивать шпон до заданной конечной влажности и проводить процесс с высокой интенсивностью, меньшими расходами энергоносителей при соблюдении пожаробезопасности;
математические модели технико-экономических показателей сушки шпона в газовых роликовых сушилках и математические модели изменения влагосодержания и температуры высушиваемого шпона с течением времени, позволяющие учесть все основные параметры, влияющие на исследуемый процесс;
способ автоматического управления процессом сушки листовых материалов, защищенный патентом РФ № 2285215;
рекомендации по технологии сушки шпона в газовых роликовых сушилках, позволяющие повысить качество сушки, производительность установок и экономическую эффективность, снизить энергоемкость процесса.
Теоретическое значение. Полученные математические модели тепло- и-влагопереноса и технико-экономических показателей сушки шпона позволяют проводить численные расчеты, определять оптимальные режимы, осуществлять обоснованный поиск путей энергосбережения.
Практическая ценность работы. Выводы и рекомендации работы позволяют в практике управления сушилками получать экономичные, оптимальные режимы сушки в реальном масштабе времени в зависимости от начальной влажности шпона, температуры окружающей агрегат среды.
Научно-практические разработки и рекомендации нашли применение в работе ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» (г. Мантурово, Костромская обл.), ООО «Каштан» (г. Нововоронеж, Воронежская обл.). Переход промышленных сушилок на разработанные режимы сушки обеспечил повышение их производительности на 12,5 %, снижение удельной себестоимости на 2,7 %. При этом
уменьшились отклонения конечной влажности шпона на 19,5 % и температуры отработавшего агента сушки, принятой за оценку степени пожароопасности, на 5,5 %.
Полученные результаты применяются в курсовом и дипломном проектировании, выполнении лабораторных работ кафедр древесиноведения и электротехники, энергетики и гидравлики ГОУ ВПО «ВГЛТА».
Достоверность полученных результатов обеспечена использованием системного подхода в исследовании технологии сушки шпона с применением методов планирования многофакторного эксперимента, математической статистики, проверкой разработанных математических моделей на адекватность, а также сходимостью экспериментальных и теоретических данных, апробацией полученных результатов на деревообрабатывающих предприятиях.
Личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнениишаучных исследований И'анализе их результатов, разработке метода многокритериальной оптимизации режимов сушки шпона в газовых роликовых сушилках.
Апробация результатов исследований. Основные исследования, представленные в диссертации, выполнялись по гранту Санкт-Петербургского государственного университета «Разработка промышленных энергосберегающих систем управления процессами сушки шпона в газовых роликовых сушилках» (Сергеев С. В., Сафонов А. О., шифр А04 3.21-605. Приказ Федерального агентства по образованию от 05.08.2004 №43, решение научного совета конкурса от 20.10.2004, свободная ведомость проектов - победителей конкурса, утвержденная Федеральным агентством по образованию 25.10.2004). Автор принимал участие в гранте Федерального агентства по науке и инновациям РИ-19/001/111 (приказ Федерального агентства по науке и образованию от 29.08.2005 №17-02-02/130) и гранте Президента РФ для поддержки молодых ученых (заявка № МД-737.2007.8 по договору №02.120.11.19487 от 09.04.2007
г.). Автор с 12 мая 2006 г. по 17 июля 2006 г. стажировался в Нанкинском университете леса (КНР). По приказу Федерального агентства по образованию №1094 с 1 сентября 2006 г. на 2006/2007 учебный год автору была присвоена стипендия Президента Российской Федерации, утвержденная распоряжением Президента РФ от 06.09.1993 №613-рп.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях - International Symposium «Composite wood materials», Zvolen, r. Slovakia (2006 у.), в ВГЛТА г. Воронеж (2004- 2005 гг.), БГИТА г. Брянск (2005 г.), МЭИ г. Москва (2005-2006 гг.), на Международной конференции Российской научной школы г. Сочи (2004-2006 гг.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 печатных статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, библиографии. Общий объем текста составляет 164 страницы машинописного текста, включающего 126 страниц основного текста. Диссертация содержит 12 таблиц, 11 рисунков, библиографию из 115 источников, а также 5 приложений.
Научные и практические представления проведения сушки шпона, существующие математические модели
Существующие научные представления, практические исследования, промышленные режимы сушки шпона в газовых роликовых сушилках характеризуются определенными достоинствами и недостатками. Как правило, применяемые традиционные режимы сушки шпона сводятся к достижению заданных численных значений таких технологических параметров, как конечная влажность шпона и производительность применяемого оборудования [78].
В газовых роликовых сушилках время нахождения шпона в установке регулируется вручную с помощью реостата двигателя постоянного тока, который изменяет скорость роликового транспортера. Такое регулирование чаще во время ночной смены вследствие своей субъективности в ряде случаев приводит к недопустимым технологической инструкцией колебаниям конечной влажности материала и, как следствие, снижению качества фанеры и других изделий из шпона [86]. При этом зачастую не обеспечивается достаточно высокая технико-экономическая эффективность.
Изменение температуры топочных газов в топке традиционно осуществляется вручную при помощи шибера, регулирующего количество приточного атмосферного воздуха для горения топлива. Расход природного газа в горелке зависит от степени открытия клапанов, обеспечивающих количество его подачи. Отсутствие постоянного контроля начальной влажности шпона при ручном регулировании температуры агента сушки и времени пребывания материала в установке нередко приводит к его возгоранию [58] и, как следствие, простою оборудования по причине ликвидации аварии.
Исследования ЦНИИФ [95] показали, что продолжительность сушки шпона зависит от его толщины, породы, начальной и конечной влажности, температуры и влажности теплоносителя. Общая продолжительность сушки шпона равна сумме продолжительности первого и второго периодов
Продолжительность первого периода рассчитывается следующим образом: где WHa4 и W - начальная и критическая влажность материала, %; Nj скорость сушки в первом периоде. Для продолжительности второго периода выведено уравнение: где WK0H и Wp - конечная и равновесная влажность материала, %; N2 скорость сушки во втором периоде. При этом для высокотемпературной сушки принимается Wp=0 и уравнение примет следующий вид: Таким образом, общая продолжительность сушки шпона Для технических расчетов значение влагосодержания WKp при переходе от первого ко второму периоду сушки принимается равным 0,3 кг/кг [93]. Такая величина может быть принята для древесины пород, произрастающих в умеренном климатическом поясе [96]. Значения скоростей сушки в первом Nj и во втором N2 периодах определяются тангенсом угла наклона кривой сушки в каждом периоде. Для удобства определения коэффициентов N] и N2 в ЦНИИФ для роликовых сушилок были построены номограммы. По уравнениям, опирающимся на экспериментальные номограммы, время сушки шпона не представляется возможным рассчитать оперативно с достаточной точностью для создания оптимальных режимов управления. Поэтому целесообразно решить систему математических моделей тепло- и массопереноса с учетом специфики процесса для определении численных значений полей влагосодержания и температуры высушиваемого шпона в любой момент времени каждого периода сушки. Как показывает практика, рассмотренные в работе [95] примеры режимов сушки шпона далеки от оптимальных и в ряде случаев не подходят ввиду специфики производства. Для решения этой задачи в представленной диссертационной работе автором в результате системного анализа существующей технологии были выявлены параметры регулирования, технико-экономические показатели и факторы, объективно влияющие на производственный процесс [75], найдены резервы интенсификации [81]. Поставлена задача разработать план активных экспериментов и согласно ему провести научно-практические исследования на оборудовании действующих предприятий. В. целях определения закономерностей между показателями статистически обработать данные, полученные в ходе проведения опытов. Разработать адекватные процессу сушки математические модели с последующей многокритериальной оптимизацией технологии. Результатом научно-практических, исследований являются оптимальные режимы сушки шпона в газовых роликовых сушилках. Для разработки эффективных режимов, поиска резервов интенсификации при различной толщине и породе шпона в условиях сушки в газовых роликовых сушилках необходимо, основываясь на анализе законог мерностей тепло- и массопереноса, разработать математические модели, адекватно описывающие процесс. Исследования явлений тепломассопе-реноса в сушке имеют большое значение для теории и.широко применяются1 в, практике производства [48]. В работе Лыкова А.В. [43] перенос тепла рассматривается в неразрывной связи с переносом поглощенного вещества, т.к. во влажном материале теплообмен не отделим от массообмена. Указывается на то, что механизм переноса вещества определяется формой связи со скелетом тела, структурными особенностями тела и термодинамическими условиями взаимодействия с окружающей средой. Для капиллярно-пористых коллоидных тел, таких как древесина, имеет место не только молекулярный влагоперенос (диффузия пара и жидкости, эффузия паровоздушной смеси), но и молярный перенос вещества (капиллярное движение жидкости и воздуха под действием градиента температуры и влажности). В результате получена система уравнений тепло- и влагопереноса для зональной системы расчета тепло- и массообмена [45]
Методика проведения активных производственных экспериментов, основы теории и расчета выходных технико-экономических показателей
Методика проведения научно-практических исследований основана на теории планировании активных экспериментов [32]. Планирование экспериментов заключалось в выборе числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с заданной точностью.
При этом автор руководствовался следующими принципами: 1) входные параметры должны задаваться одновременно, т.е. экспериментатор поддерживает их требуемые значения на постоянном уровне в течение всего опыта; 2) обоснованное- снижение количества производственных опытов согласно математически разработанному плану, т.о. исключается субъективная ошибка при проведении эксперимента; 3) соблюдение специальных правил техники безопасности, регламентированных нормативными документами, посредством анализа совместимости комбинаций управляемых факторов; 4) использование при проведении эксперимента контрольно-измерительной аппаратуры, отвечающей высоким стандартам точности [4].
Каждый из регулируемых параметров Xj принимал минимальное, максимальное и среднее значения. При этом для каждого параметра X,- были выбраны уровни варьирования, представляющие наибольший практический интерес. Помимо входных факторов X; на воспроизводимость эксперимента оказывают возмущающие воздействия параметры Fe, поэтому их необходимо учитывать при проведении исследований.
Сушка шпона в газовых роликовых сушилках осуществляется следующим образом (рисунок 2.2). Топочные газы с температурой 650...1000 С образуются в индивидуальной, работающей на природном газе, топке 1 и подаются в смесительную камеру 2, где смешиваются с рециркулирующим отработанным агентом сушки и атмосферным воздухом до температуры 250...320 С. Полученный таким образом сушильный агент перемещается дымососами 3 и 4 из «сырого» конца по всем этажам сушилки 5 продольной циркуляцией в «сухой».
Температура агента сушки при этом снижается по длине сушилки, отдавая тепло на испарение влаги из шпона до 130,..160С. В «сухом» конце сушилки отработавшая газовоздушная смесь отсасывается через боковые шкафы в верхний газоход 6 дымососом 4. Часть отработавшей газовоздушной смеси выбрасывается по трубе в атмосферу, другая часть по газоходу возврата 7 направляется на рециркуляцию в камеру смешивания 2. Шпон подается на каждый этаж с подъемного стола 8 механизмом загрузки 9 и перемещается по сушилке системой парных роликов 10. Высушенный шпон охлаждается атмосферным воздухом, нагнетаемым вентилятором в две последние секции охлаждения 11, и затем выгружается механизмом выгрузки 12. Продолжительность сушки в газовых роликовых сушилках составляет 4...18 минут и зависит от основных характеристик сушильного агента, начальной влажности, породы и толщины шпона.
При проведении экспериментальных- исследований производились измерения, фиксирование и,расчет параметров, описывающих данный технологический процесс и технико-экономическую эффективность его проведения.
В ходе проведения экспериментальных исследований использовалась контрольно-измерительная аппаратура, позволяющая достаточно точно определить численные значения параметрові Методика измерений соответствовала производственной [8].
Температура агента сушки на входе в сушилку Х6 и выходе из нее Y2 измерялась термопарой ТХК - 0193-02 ГОСТ 66/6-74 с регистрирующим прибором ДИСК250-2211. Погрешность измерений термопар находится в пределах от -1 С до +1 С. Температура топочного газа в топке Х3 измерялась термопарой ТХА - 0193т, относительная погрешность измерений которой составляет 1,33 %. Скорость подачи роликового транспортера регулировалась реостатом двигателя постоянного тока 2ПН-160МУХЛ4 и измерялась вольтметром ТЛ-4М, показывающим напряжение двигателя привода. При уменьшении напряжения уменьшалась частота вращения двигателя, следовательно, снижалась скорость движения роликового транспортера.
Расход природного газа измеряется расходомером с дифманометром ДМ-3583ФМ, относительная погрешность измерений составляет 1%. Показания расходомера переводились в условное топливо по формуле (1.6).
Исследование факторов, обеспечивающих тепло- и влагоперенос, особенности изменения вл аго содержания и температуры шпона
Рассмотрим процесс сушки шпона с позиций явлений тепломассопере-носа. Изменение влагосодержания и температуры определяется свойствами высушиваемого материала и формами связи влаги с ним. Тепло- и влагооб-мен между высушиваемым шпоном, теплоносителем и нагретой теплоносителем поверхностью роликов является одним из основных факторов процесса сушки. Обезвоживание материала с точки зрения переноса теплоты и влаги представляется возможным разделить на три периода [42]. 1) Период прогрева характеризуется повышением температуры шпона в результате передачи тепла конвекцией от агента сушки и контакта с нагре тыми! роликами транспортера. В момент загрузки шпона в агрегат можно принять равномерное распределение влагосодержания и температуры из-за его сравнительно небольшой толщины от 0,5-...3,4 мм: За время прогрева па дение влагосодержания практически не наблюдается и его условно можно рассматривать равным нулю [24]. 2) После прогрева шпона по всей толщине до температуры 240...280 С начинается период постоянной скорости сушки, характеризуемый удалением свободной влаги. При этом температура высушиваемого материала остается постоянной, а уменьшение влагосодержания древесины происходит по ли нейному закону. В материале имеются две зоны парообразования — «конвек тивная» (сверху обдуваемая теплоносителем) и «кондуктивная» (со стороны роликового транспортера). Причем в зоне контакта шпона с поверхностью нагретых роликов интенсивность испарения выше, чем у открытой («конвек тивной»). Скорость фазового превращения в месте контакта несколько выше скорости переноса пара из зоны парообразования к открытой поверхности материала. В результате образующийся пар не успевает полностью покинуть зону парообразования;,, что приводит к возникновению паровоздушной прослойки у нагретой поверхности, характеризуемой высокой температурой, превышающей; 160 С.
Наблюдаемая; в период постоянной скорости сушки разница между температурами нагретой поверхности и контактного слоя шпона — результат термического сопротивления контакта;, создаваемого паровоздушной прослойкой, на определяется толщиной и теплопроводностью среды.. В общем случае термическое сопротивление теплопередаче от нагретой поверхности к влажному материалу зависит от;ее температуры t , удельного веса шпона g, и влагосодержания;контактного;
Удаление образующегося пара в контактном слое и у нагретой поверхности осуществляется за счет молярно-молекулярного переноса через влажные вышележащие слои; шпона; к открытой поверхности,.! а« оттуда, в. окружающую среду. Испарение: влаги с открытой-; поверхности шпона аналогично испарению с поверхности материала при конвективной сушке. Подвод влаги из центральных слоев к открытой поверхности осуществляется термодиффузионным механизмом переноса жидкости.
Работа [23] показывают, что в этот период парообразование; в центральных слоях материала не происходит или оно очень мало и никак не определяет характерный вид кривых влагосодержания. К концу периода постоянной скорости сушки подвод влаги к. контактному слою и открытой; поверхности замедляется, в результате чего они высыхают до критического влагосодержания. 3). Период падающей, скорости сушки заключается в непрерывном; повышении температуры шпона до температуры теплоносителя с нелинейным уменьшением скорости сушки. В" контактном слое появляется сухая область материала. Поэтому влагосодержание в этом- слое, можно принять равным равновесному. Подвод влаги в виде жидкости к.контактному слою прекращается. Большую роль начинает играть, влагоперенос в микрокапиллярах. С уменьшением коэффициента поверхностного натяжения при повышении температуры изменяется движущая сила переноса; (капиллярный потенциал); перепад которого пропорционален перепаду температур, что определяет продвижение жидкости в- порах и капиллярах по направлению: потока тепла. Скорость удаления пара из материала будет зависеть,от интенсивности испарения с открытой поверхности.
Итак,, процесс сушкт шпона происходит при достаточно высокой температуре1 сушильного; агента на входе1 в сушилку (260...3005Є). При?таких температурах теплоносителяївшервомшериоде4скорость,изменениям влагосо-держанияіостается неизменной, а; температура на поверхности листат шпона? постоянно;, возрастает, превышая температуру мокрого термометра:. Во, втором; периоде сушки скорость влагоотдачи уменьшается,. а; температура высушиваемого7 материала повышается. Так как, шпош сушится; при? высокой температуре сушильного агента и низкой относительной- влажности; то условно равновесное влагосодержание: можно принять равным нулю: При достижении равновесного влагосодержания,.температура шпона сравняется с температурой среды. Таким образом, закономерности; протекания высокотемпературной сушки шпона являются сходными с другими аналогичными процессами сушки листовых материалов. Отличительной особенностью этого технологического процесса является; опасность возгорания высушиваемого шпона при использовании, «жестких» режимов; (Х6 300?Є)і Знание закономерностей и специфических особенностейсушки; шпона в газовых роликовых сушилках дает возможность проводить обоснованньш поиск путей интенсификации;
Промышленная апробация разработанных режимов сушки шпона, внедрение в производство результатов научно-практической работы
Для апробации результатов научно-теоретических, практических исследований процесса сушки, проверки эффективности разработанных режимов управления проведен сравнительный анализ полученных технико-экономических показателей, характеризующих процесс в отношении к «традиционным» режимам. С учетомспецифики производства выданы рекомендации по обеспечению заданных значений конечной влажности шпона и температуры отработавшего теплоносителя по увеличению производительности оборудования, минимизации себестоимости сушки. Была проведена апробация в промышленных газовых роликовых сушилках с целью обеспечения объективности получения заданных значений, точности выходных характеристик рассматриваемого процесса. Суть опытных сушек заключалась в следующем; При одинаковых условиях начальной влажности шпона Ft, влажности атмосферного воздуха F2, температуре воздуха в цехе F3 и температуре атмосферного воздуха F4 сушка шпона проводилась по разработанным оптимальным режимам и по режимам, существующим на производстве в ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» (г. Мантурово, Костромская обл.), в ООО «Каштан» (г. Нововоронеж, Воронежская обл.).
При заданных значениях режимных параметров: расходе топлива на получение сушильного агента Xi, расходе воздуха на горение топлива Х2 температуре топочного газа в топке Х3, количестве атмосферного воздуха на смешивание с топочными газами Х4, количестве газов, подаваемых на рециркуляцию Х5, температуре сушильного агента на входе в сушилку Хб, скорости движения шпона по сушилке Х7 измерялись значения конечной влажности шпона Yl5 температуры отработавшего теплоносителя Y2, определялась производительность сушилки по испаряемой влаге Y3 и удельная себестоимость сушки Y4. Апробация режимов управления дала возможность определить ее технико-экономическую эффективность. Определение численных величин показателей в процессе сушки осуществлялось контрольно-измерительной аппаратурой по методике, представленной в п. 2.3.
Сравнительная оценка значений технико-экономических характеристик сушки шпона в газовых роликовых сушилках, полученных по оптимальным (таблица 4.2) и существующим «традиционным» режимам на производстве, приведена в таблице 4.3.
Из таблицы 4.3 видно, что испытания проводились при достаточно близких значениях возмущающих воздействий. Их колебания по производственным и оптимальным режимам обусловлены изменениями атмосферного воздуха в течение суток. Величина этих колебаний незначительна и не оказывает влияния на погрешность опытных сушек. В результате перехода на оптимальные режимы производительность сушилок повысилась в среднем по серии опытных сушек на 12,5 %, удельная себестоимость сушки шпона снизилась на 2,7 %. Это позволяет увеличить выпуск фанеры и других изделий из шпона, устанавливать на произведенный продукт цены, отвечающие потребностям современного рынка. Отклонение конечной влажности шпона уменьшилось на 19,5 %. Стабильность этого показателя существенно сказывается на качестве фанеры и мебельных изделий. Снижение температуры агента сушки на выходе из сушилки составило 8 С, что привело к уменьшению опасности возгорания материала.
Высокие технико-экономические показатели метода многокритериальной оптимизации режимов сушки шпона, основу которых составляют математические модели, и реализация его в производственных условиях в газовых роликовых сушилках позволяют сделать заключение о повышении эффективности технологии. Снижение удельной себестоимости сушки достигается в результате увеличения производительности сушилки, уменьшения расхода природного газа и электроэнергии.
Основным экономическим показателем, характеризующим большинство технологических процессов, является удельная себестоимость выпускаемой продукции. Этот показатель, в конечном счете, влияет на цену производимой фанеры. Применение оптимальных режимов управления для достижения экстремума выходных целевых функций привело к снижению удельной себестоимости сушки шпона на 3,4 руб/м3 в ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» (г. Мантурово, Костромская обл.). Годовой экономический эффект рассчитаем по формуле [61]:
Зная, что годовая программа одной сушилки СРГ25М в ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» составляет 26600 м3 сухого лущеного шпона в год, годовой экономический эффект составил 90331,2 рублей, что в пересчете на 7 действующих сушилок составило 632318,4 рублей (в ценах октября 2006 г.). Для ООО «Каштан» (г. Нововоронеж, Воронежская обл.) годовая про- грамма сушки — 8500 м строганого шпона. Соответственно при снижении себестоимости на 1 м3 шпона в 5,14 руб годовой экономический эффект составил 42764,8 руб (в ценах марта 2007 г.).
С помощью индекса дефлятора kla [62], коэффициента, применяемого для приведения стоимости показателей, выраженных в текущих ценах, к ценам базисного года (2006 г. в акте внедрения в ОАО «Мантуровский фанерный комбинат») рассчитаем изменение себестоимости продукции и экономический эффект Y 09 от внедрения результатов научно-практической работы на 2009 г по следующей формуле: где kl2007 =1,096; kl2008=l,081; kl2009=l,148; Y - себестоимость продукции или экономический эффект от внедрения в ОАО «Мантуровский фанерный комбинат» в 2006 г.
В результате снижение удельной себестоимости сушки шпона в ценах 2009 г. составляет 4,62 руб/м , что в пересчете на годовую программу для одной сушилки 122850,43 руб, соответственно на семь сушилок 859953,02 руб. Внедрение разработанных в ходе исследований режимов в ООО «Каштан» проводилось в 2007 г. Принимая 2007 г. за базисный, (4.9) перепишется следующим образом
