Мульти

Jul 19, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 199 (2023) Цитировать эту статью

489 доступов

Подробности о метриках

В этой статье мы предлагаем новую приоритетную многоцелевую стратегию оптимизации выходных переменных системы в процессе резки табака. Предлагаемая стратегия направлена ​​на оптимизацию выходных переменных с контролируемой влажностью резки табака в возможных регионах с двумя уровнями в соответствии с приоритетом. Целью данного исследования является предоставление новой технической поддержки процессу сушки в химической промышленности. Чтобы смягчить недостаток степени свободы системы, осуществляется строгий контроль заданного значения, в то время как другие выходные переменные принимают зональный контроль. Во-первых, выходные переменные управления системой оптимизируются в порядке возрастания приоритета. Во-вторых, сначала ослабляются конкретные целевые ограничения нижнего уровня. Наконец, когда оптимизация становится осуществимой, ослабление других целевых ограничений с высоким приоритетом прекращается. Таким образом, выходные переменные управления системой движутся по оптимальной целевой траектории. С точки зрения практического применения техники, в условиях нарушений, существующих в процессе сушки нарезанного табака, моделирование показывает, что предлагаемый подход имеет хорошую устойчивость при наличии нарушений, а предыдущий метод не может удовлетворить требования управления. В то же время предлагаемая стратегия имеет лучший эффект отслеживания за счет моделирования одной и нескольких выходных переменных по сравнению с традиционным прогнозирующим контролем в реальном процессе сушки табака.

Промышленная сушка — метод консервации, применяемый с целью снижения влажности продуктов за счет использования тепловой энергии. Сушка — сложный и политропный процесс, включающий сопряженный обмен теплом, массой и импульсом в сушильной среде. Процесс сушки может быть реализован с помощью различных типов сушилок, таких как ленточные, конвейерные, барабанные, с псевдоожиженным слоем, вакуумные, роторные и распылительные, их размер, форма и количество сушки различны, но механизм сушки аналогичен.

В связи с различными характеристиками высушиваемых веществ (такими как влажность, насыпная плотность, консистенция и т. д.) для каждого вещества применялась определенная технология сушки прерывистого или непрерывного действия в конкретной сушилке. Усовершенствованная стратегия управления процессом не только улучшает качество сушки продуктов, но и увеличивает выход продукта. Стратегия оптимизации процесса промышленной сушки реализуется на основе математической модели сушки. В задаче регулирования прогнозируемое значение модели используется для создания оптимального управления. В задаче оценки прогнозируемое значение модели и реальные данные промышленных измерений используются для получения оптимальной оценки состояния. Поэтому исследование математической модели сушки имеет важное значение для стратегии оптимизации.

Методы моделирования включают моделирование из первых принципов (моделирование механизмов) и эмпирическое моделирование (моделирование данных). В данной работе создана математическая модель процесса сушки табака. Табак представляет собой очень сложный субстрат биомассы, а повторная сушка является переходным этапом между обработкой табачных изделий и производством сигарет. В процессе сушки нарезанного табака применяется комбинированная техника сушки: кондуктивная сушка и принудительная конвекция для удаления несвязанной свободной влаги с поверхности нарезанного табака, а затем удаление комбинированной влаги изнутри нарезанного табака1,2 для удовлетворения технологических требований последующей сигареты. производство. В то же время питательные вещества и аромат нарезанного табака сохраняются3.

Преимущество моделирования на основе первых принципов состоит в том, что оно позволяет строить очень сложные модели процессов и создавать точные нелинейные модели. Модели из первых принципов являются предпочтительной стратегией моделирования в промышленности для целей управления со строгими производственными требованиями и необходимостью переносимости и масштабируемости модели4,5. Процесс сушки нарезанного табака в основном включает в себя два этапа: период испарения с постоянной скоростью и период испарения с уменьшающейся скоростью после периода предварительного нагрева6. В течение периода испарения с постоянной скоростью испарение происходит на внешней поверхности резаного табака для удаления несвязанной воды (свободной воды) с поверхности резаного табака, а период испарения с постоянной скоростью заканчивается при критическом содержании влаги. Затем скорость периода испарения начинает снижаться до тех пор, пока не будет достигнута необходимая конечная влажность. При снижении скорости испарения скорость сушки снижается, поскольку влага внутри резаного табака медленно переносится на поверхность за счет постепенного повышения температуры резаного табака, прежде чем испаряться с поверхности7,8,9. Количество влаги, удаляемой при опускании темпа, невелико, но время, затраченное на это, достаточно велико. Таким образом, была необходима реализация стратегии управления процессом для улучшения скорости сушки всего процесса сушки и получения необходимой влажности табака на выходе. Процесс сушки табака является наиболее важным процессом в производстве сигарет. Основной функцией машин для сушки резаного табака является контроль влажности резаного табака в определенном диапазоне для удовлетворения технологических требований. Процесс сушки нарезанного табака представляет собой сложный, динамичный, сильно нелинейный, сильно интерактивный, непрерывно коррелированный, многофакторный процесс теплопередачи, который также имеет нестационарную связанную передачу импульса, тепла и массы, а также изменяющиеся во времени физико-химические и структурные изменения высушенных продуктов10. Математическое моделирование процесса сушки является основой исследования стратегии процесса сушки, что очень важно для оптимизации и улучшения рабочего состояния и производительности процесса сушки.