Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная Академия

Отчет о прохождении преддипломной практики

Тема дипломного проекта:

Проект автоматизации процесса сушки зерновых с целью повышения качества продукции

Разработал: ст. группы АПП 08-2 Клименко А.В.

Руководитель от академии: Цыганаш В.Е

Руководитель дипломного проекта: Лютая А.В.

Краматорск 2012

Содержание

Введение

1. Специальная часть

1.1 Анализ существующего технологического процесса

1.2 Анализ современных подходов и технологических решений

1.3 Обоснование предложений по проекту модернизации системы

1.4 Разработка задач проектирования

2. Технико-экономическое обоснование проекта

2.1 Данные для технико-экономического обоснования проекта

2.2 Определение капитальных вложений

2.3 Годовые эксплуатационные затраты сушки

2.4 Определение цены

2.5 Определение балансовой прибыли

2.6 Эксплуатационные затраты на сушку с учетом автоматизации

2.7 Определение стоимости высушенного пиломатериала

2.8 Определение экономического эффекта

2.9 Срок окупаемости капиталовложений

2.10 Сравнительный экономический эффект и среднегодовой экономический эффект

3. Охрана труда

3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

3.2 Техника безопасности

Заключение

Перечень ссылок

Введение

Сушка зерна в конвективных сушильных камерах является перспективным направлением. Обработка зерна в сушильных камерах данного типа обеспечивает получение заданных физико-химических свойств готового продукта. Процесс обработки характеризуется непрерывностью протекающих физических и химических реакций, которые в свою очередь зависят от темперного режима и режима влагопереноса. Регулирование температурного режима в соответствии с технологическим графиком сушки достигается количества подводимого теплоносителя в калориферы. Недостатком существующей системы управления сушкой является отсутствие возможности автоматического контроля режима влагопереноса под действием нагретого потока сушильного агента. Отсутствие автоматизированного управления процессом сушки часто приводит к появлению дефектов в высушенном зерне (короблению, изгибу, растрескиванию и т.д.), и что немало важно к перерасходу теплоносителя. Такие отклонения от параметров технологического процесса ведут к повышению себестоимости сушки и снижению качества высушенной зерна.

Модернизация системы управления сушкой зерна в конвективной камере путем внедрения АСУ сушкой должна привести к улучшению основных показателей экономической эффективности производства:

1. Экономии теплоносителя (энергозатрат) за счет исключения возможности подвода излишнего количества тепла от калорифера;

2. Повышения производительности за счет сокращения подготовительного этапа сушки зерна.

автоматизация сушка зерно

1. Специальная часть

1.1 Анализ существующего технологического процесса сушки зерна в конвекционной сушильной камере

Сушкой зерна, называется процесс удаления влаги из зерна до определенного процента влажности. Целью сушки состоит в превращении из природного сырья зерна в промышленный материал, с улучшенными биологическими и физико-механическими свойствами.

Основываясь на опыте передовых зарубежных и отечественных специалистов в этой области и в результате многочисленных проверок было доказано, что сушильная камера конвективного типа сушит более эффективно и равномерно. Сушильные камеры этой модели характеризуются надежностью, экономичностью и качеством. Базовая система управления модернизируемой сушильной камеры (см. рис. 1.1) является полуавтоматической. Объем загрузки камеры от 30 м³ до 200 м³.

Рисунок 1.1 - Устройство конвекционной сушильной камеры зерна

В комплектацию сушильного оборудования входят следующие системы: полуавтоматическая система контроля теплового режима и влажности атмосферы внутри сушильной камеры, алюминиевый корпус, подъемно-откатные ворота с консолью, контрольная дверца, система вентиляции, система отопления, трубопровод распылителя, система удаления влаги, инвертер.

Принцип работы сушильной камеры конвективного типа. Во время сушки поступающий из вентиляторов воздух проходит через калорифер (радиатор) 6 и, проникая в сушильную камеру, повышает температуру, одновременно устраняя влажность с поверхности зерна, затем выходит с противоположной стороны из сушильной камеры через вентиляторы системы циркуляции воздуха 7, образуя воздушный круговорот. Когда уровень влажности превышает норму, то оператор сушки в соответствии с показаниями датчиков влаги 1 подает управляющий сигнал на выброс перенасыщенного водой агента путем открытия заслонки 16 и замена его на сухой. Если влажность ниже нормы, то подается сигнал на открытие форсунок распылителя влаги 5, таким образом, осуществляется нагревание и сушение зерна. Кроме этого, реверсивный оборот электродвигателя может периодически изменять направление воздушного круговорота, что обеспечивает равномерную сушку.

Физический процесс сушки зерна включает в себя:

- влагообмен -- испарение влаги из зерна в окружающую среду;

- влагоперенос -- перемещение влаги внутри зерна.

Для сушки необходимо, чтобы происходили оба процесса. Влага от внутренних, сердцевинных слоев должна идти к поверхности (влагоперенос) и удаляться с поверхности (влагообмен). При этом важно, чтобы процессы влагообмена и влагопереноса были бы по интенсивности одинаковыми. Если количество воды, удаляемой с поверхности, будет больше, чем во внутренних слоях, то и усыхание поверхностных слоев будут больше. В результате будет создаваться напряжение между внутренними и внешними слоями. При этом, напряжение будет тем больше, чем больше разница между влажностью сердцевины и поверхности зерна. Напряжения могут приводить к деформациям в зерне и даже к трещинам и разрушениям.

Такие отклонения вызваны трудностью поддержания температурного режима внутри камеры в ручном режиме, а также несовершенством средств контроля влажности во внутренних, сердцевинных слоях зерна и атмосферного воздуха в самой сушильной камере.

Непосредственной технологический процесс камерной сушки включает в себя подготовку штабеля сырого и хранение высушенного материала, проведение прогрева, кондиционирования и непосредственно сушки зерна.

В целом камерная сушка складывается из ряда технологических и контрольных операций, которые выполняют в определенной последовательности.

К технологическим операциям процесса сушки относятся: начальный прогрев зерна, собственно сушка по определенному режиму, конечная (в ряде случаев промежуточная) влаготеплообработка и кондиционирование.

Начальный прогрев зерна проводится после загрузки камеры материалом с целью быстрого прогрева зерна в среде повышенной температуры и влажности, а также для предупреждения образования внутренних напряжений и сохранения целостности в начальный период сушки. Для этого зерно подвергается быстрому прогреву без испарения из нее влаги в среде с повышенной температурой и высокой влажностью, для чего в камеру подают насыщенный пар при включенных калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточно-вытяжных патрубках.

Испарение влаги из зерна должно начаться только после полного ее прогрева по всей толщине. Поэтому внутри камеры в период начального прогрева должны быть созданы условия, при которых влага не могла бы испаряться из материала.

Во время прогрева в камере нужно поддерживать постоянную температуру, примерно на 5°С выше температуры первой ступени сушки. В начале прогрева психрометрическая разность может быть значительной, затем ее уменьшают до (3…2)°.

Начало прогрева считается с момента, когда температура в камере достигнет требуемой температуры зерна в конце прогрева. Начиная с этого момента снижение температуры в камере или резкое падение влажности недопустимо. Затягивать прогрев не следует во избежание «цветения» зерна.

Собственно сушка следует за начальным прогревом. Переход на режим сушки после прогрева осуществляется постепенно. Не рекомендуется принимать срочных мер к удалению избытка влаги из камеры, если психрометрическая разность постепенно увеличивается и без открывания воздухообменных заслонок.

В камере устанавливают и поддерживают заданные режимом сушки параметры сушильного агента (воздуха).

Контроль за режимом сушки и его регулирование ведут по состоянию сушильного агента, поступающего в штабель. За состоянием сушильного агента в камере наблюдают периодически, а в отдельных случаях - непрерывно. Показания записывают в журнал каждый час.

Погрешность поддержания температуры не должна превышать ±2 °С от заданного режимом. При этом погрешность измерения и поддержания психрометрической разности должна быть не более ±1 °С.

Если регламентируемая режимом температура не может быть достигнута по техническим причинам, допускается проводить сушку при более низкой температуре, но с обязательным поддержанием заданной степени насыщенности сушильного агента.

Температура среды во время кондиционирующей обработки поддерживается на (5…8) °С выше температуры на последней ступени режима сушки, но не более 100°С, а степень насыщенности должна соответствовать (по диаграмме равновесной влажности) средней заданной конечной влажности, увеличенной на 1%.

Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от многих факторов и назначается в соответствии с категорией качества сушки, а также особенностями камеры и продукта.

Показатели качества сушки подлежат нормированию. Нормы устанавливаются в зависимости от категории качества и условий сушки.

Несоблюдение технологии сушки зерна может привести к ухудшению физико-механических свойств, что проявляется в появлении дефектов, и как следствие, снижению качества готового продукта и его рентабельности.

Рассмотрим дефекты сушки материалов и их предупреждение. Зерно сушат с целью улучшения качества и сохранности, поэтому любые отклонения от нормальных показателей качества должны рассматриваться как результат неудовлетворительного ведения сушильного процесса.

Причины появления дефектов сушки и их предупреждение:

Плесень на материале появляется при застойной циркуляции воздуха. Рекомендуется усилить движение воздуха, повысить его температуру, применить влаготеплообработку.

Возникновение раковин во второй стадии из-за форсированного процесса в первой стадии. Необходимо проводить промежуточную влаготеплообработку материала по II стадии.

При использовании режимов высокотемпературного процесса агентом сушки служит перегретый пар при атмосферном давлении с температурой выше 100°С.

В ходе проведенного анализа выявлено, что отклонения от параметров технологического процесса приводят к возникновению различных дефектов зерна, и как результат сказывается на качестве, себестоимости готовых изделий, снижении эффективности самого процесса. Как правило, данные отклонения вызваны неточностью контроля таких технологических параметров как температура и влажность среды в камере, а также из-за ошибок оператора при управлении в полуавтоматическом режиме.

1.2 Анализ современных подходов и технологических решений при сушке зерна

Режим сушки зерна - это совокупность тепловлажностных воздействий сушильного агента на зерно, обеспечивающих заданное качество и скорость его сушки. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству сушки зерна, зерно может высушиваться режимами различных категорий по температурному уровню.

В каждом конкретном случае режимы той или иной категории выбирают с учетом характера их воздействия на свойства зерна. При низкотемпературных режимах сушки в качестве сушильного агента используется влажный воздух с температурой в начальной стадии до 100°С. К низкотемпературным режимам сушки относятся мягкие, нормальные и форсированные режимы.

Нормальные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку зерна при полном сохранении прочностных показателей зерна с незначительными изменениями ее цвета. Данные режимы рекомендуются для сушки зерна.

Форсированные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку зерна при сохранении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, но при снижении прочности на скалывание и раскалывание до 20% с потемнением зерна. Такие режимы рекомендуются для сушки до эксплуатационной влажности зерна и предназначены для изделий, работающих с большим запасом прочности.

Высокотемпературные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку зерна при незначительном уменьшении прочности на статический изгиб, растяжение и сжатие, при заметном снижении прочности до 35% на скалывание и раскалывание с потемнением зерна. В этих режимах рекомендуется сушка до эксплуатационной влажности зерна целевого назначения для изделий, работающих с большим запасом прочности.

При недостаточно мощной циркуляции: недостаточно мощной считается во всех случаях естественная циркуляция, а также принудительная циркуляция со скоростью воздуха в штабеле равной и ниже:

0,5 м/с -- для материала с продолжительностью сушки свыше 1000 ч;

0,75 м/с -- для материала с продолжительностью сушки 300 -1000 ч;

1,0 м/с -- для материала с продолжительностью сушки 80 - 300 ч;

1,5 м/с -- для материала с продолжительностью сушки до 80 ч -- режим может корректироваться в сторону ужесточения.

Так, при сушке материалов влажностью выше 60% -- режим рекомендуемого номера, но более жесткого раздела (например, вместо режима 3-Б -- режим 3-В).

При большей, чем 2 м/с скорости движения воздуха рекомендуется смягчать режим (например, вместо режима 3-В -- режим 3-Б).

Компоненты любой сушильной камеры - системы циркуляции и нагрева, системы воздухообмена и увлажнения по отдельности не могут обеспечить должное проведение процесса сушки зерна. Для этого требуется согласованная работа всего сушильного оборудования. Естественно, что требуется так же система, которая будет управлять работой и взаимодействием каждого компонента сушильной камеры. Эту роль в современных сушильных камерах и выполняет автоматическая система управления.

На сегодняшний день некоторые разработчики конвективных сушильных камер предусматривают в них увлажнение, которое почему-то называют кондиционированием. Такая трактовка некорректна, так как в этих случаях авторы разработок пытаются присвоить камерам такие характеристики, которыми те не обладают. Системы кондиционирования воздуха включают технические средства для охлаждения (подогрева), очистки, увлажнения (осушки) и перемешивания воздуха, а также автоматического регулирования его температуры, влажности, давления, состава и скорости движения". Многократное циклирование "сушка - увлажнение" приводит к необратимому ухудшению физико-механических свойств зерновых. Кроме того, это и увеличение энергоемкости сушки, так как на испарение 1 кг воды нужно затратить 540 ккал, а также израсходовать дополнительную энергию на удаление образовавшегося пара. Многие зарубежные фирмы, в частности "Dryfinn", используя для циркуляции сушильного агента осевые вентиляторы, сушат сосну толщиной 50 мм, от влажности W н = 60% до конечной W н = 8% за 14 суток. Из-за того, что вопрос равномерности продувания сушильного агента через зерно не решен, требуемого качества зерна достигают за счет продолжительности сушки. Расход электроэнергии при работе такой камеры равен 220 кВт на кубометр высушенного материала. Вопросы аэродинамики, обеспечения равномерности продувки зерна проработаны специалистами гомельского НПКП "Вингида" настолько тщательно, что есть возможность высушить отдельную порцию, при этом влажность зерна остальных остается исходной или почти исходной. Меняется существующее сегодня в сушильной технике положение дел, характеризуемое регулируемым обдувом штабеля и доминирующим турбулентным движением сушильного агента. Конечная цель - равномерная продувка всех сортиментов зерна путем чередования организованного порядка и организованного беспорядка, минимизация количества застойных, не продуваемых зон в штабеле. Конструкции ограждений сушильных камер обязательно должны включать теплоизоляцию и пароизоляцию. При этом для стен нежелательно применение со временем проседающих мягких теплоизоляционных материалов (для пола и потолка можно). Идеальный пароизоляционный материал - металл, толщина которого может быть мизерной (например, фольга). Располагать его можно как снаружи, так и изнутри, а также внутри ограждения. Следует учесть, что температура в камере всегда выше температуры окружающей среды, и тепловой поток направлен из сушильного объема наружу. Это не значит, что таково направление и парового потока. Здесь играет роль разность барометрических парциальных давлений сред - внутри камеры и снаружи. Во время сушки обязательно будут присутствовать такие режимные ситуации, когда давление снаружи будет больше внутрикамерного, поэтому пароизоляционный слой должен быть непрерывным и выполненным из металла.

Изготовление. Разработано модульное ограждение камеры, состоящее из наборных щитов, с помощью которых формируется сушильный объем. Щиты состоят из деревянного каркаса, обшитого листовым металлом с обеих сторон, и теплоизоляцией внутри. Такая конструкция уступает в теплопроводности известным "сандвичам", применяемым в зарубежных сушильных камерах. "Сандвичи" состоят из гофрированных листов из алюминиевого сплава, пространство между которыми заполнено вспененным пенополиуретаном.

Пенополиуретановая теплоизоляция имеет достаточную адгезию с металлом и способна нести перекрытие камеры, выполненное аналогично стенам. Для оборудования сушилки АнМих необходимо приобрести центробежный вентилятор №8 с электродвигателем мощностью N = 5,5 кВт, обеспечивающим n = 1500 об/мин (для камер объемом до 15 м 3), либо два вентилятора для камер с объемом больше 15 м 3, вплоть до 60 м 3, а также средства автоматики. Все остальное можно изготовить на предприятии, по уровню технического оснащения не отличающемся от колхозной мастерской.

Автоматика. Автоматика в существующих отечественных сушильных камерах отсутствует или почти отсутствует. Контроль температуры и психрометрической разницы сушильного агента не в счет. Это косвенные характеристики. Отсутствуют же средства контроля основного параметра - влажности высушиваемой древесины с ее исходным, промежуточным (в процессе сушки) и конечным (отключение) состоянием.

В настоящее время на всех обследованных предприятиях процесс сушки зерна осуществляется вслепую. Достоверность метрологической оценки "сушить столько-то суток" так же близка к критерию, как попадание пальцем в небо. Исходное состояние древесины по влажности отличается большим разбросом, кроме того, качество высушенной древесины зависит от влажностного состояния окружающей среды, а снег и дождь могут быть продолжительными. Но ни одно предприятие не останавливает производства из-за ненастья. Отсюда - некачественное исходное сырье и, следовательно, скрытый брак.

В мире существует свыше ста методов измерения влажности материалов, из которых только три широко применяются в промышленности. Это метод высушивания (весовой), кондуктометрический (игольчатый) и диэлькометрический (бесконтактный).

Наиболее злободневный вопрос, с которым чаще всего приходится сталкиваться при внедрении влагомеров - это точность измерения влажности. Очень часто возникают трудности при сравнении показаний различных фирм. Поэтому целесообразно внести определенную ясность и представить исследования в более понятном виде.

Многие фирмы, чтобы обойти такие недоработанные вопросы в области точности измерения, стараются вводить свои понятия. Так, в частности, оперируют понятием разрешающей способности. При этом указывают, что этот параметр равен 0,1%. Многим кажется, что это и есть точность измерения. Хотя этот параметр показывает лишь, какова будет точность, если приставить какой-нибудь эталон к датчику и получить на выходе значение. Эта оценка и показывает допустимое отклонение. Но это ни в коем случае не фактическая точность измерения влажности. Это только точность относительного эталона, разработанного самой фирмой - изготовителем влагомеров, и сама аппаратурная погрешность прибора.

Особенность измерения влажности состоит в том, что в природе не существует соответствующего эталона. Это связано с тем, что зерно характеризуется двумя основными параметрами: плотностью и влажностью. При этом влажность зависит от пространственных координат точки измерения и от времени. Отсутствие эталона и затрудняет разработку - в массовом, крупномасштабном плане - таких приборов.

Кондуктометрические влагомеры распространены наиболее широко, так как они разработаны еще в начале века. В их основе - схемы измерения сопротивлений. Такие влагомеры, особенно иностранные, имеют цифровые шкалы, сенсорное управление, встроенные микропроцессорные системы для статистической обработки результатов измерений. Хотя с научно-методической точки зрения - это уже устаревший путь развития контактной влагометрии, имеющий множество недостатков.

В данном случае мы должны отметить, что современные тенденции развития контроля и управления процессами в высокоинтенсивных технологических процессах требуют своих правил, к которым можно отнести: высокое быстродействие контроля; бесконтактность измерения; высокую чувствительность во всем диапазоне измерения; исключение влияния различных мешающих факторов; малую трудоемкость процесса измерения; высокую проникающую способность; возможность измерения при резко меняющихся климатических условиях; возможность сбора и обработки достаточного объема информации и регулирования; возможность выбора большого количества электронных схем обработки, линеаризации и последующего ввода такой информации в системы управления и регулирования; выявление новых, оригинальных бесконтактных схемных решений операции технологического контроля.

Диэлькометрические, или емкостные методы отвечают таким требованиям практически в полной мере. Они основаны на измерении диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь контролируемого материала в поле измерительного преобразователя.

Процесс сушки древесины должен стать видимым на табло и программно управляемым. Для этого необходимо проведение экспериментально-исследовательских работ, так как позаимствовать из-за рубежа нет возможности - отечественные диапазоны сушки гораздо более широки, а, следовательно, отличны от аналогов и предпосылки, которые необходимо использовать для нахождения оптимальных режимов, алгоритмов сушки для различных пород древесины и ее толщины, состояния исходной и заданной конечной влажности, экспериментальных данных по оптимизации режимом сушки различных сортиментов и пород древесины. Все просчитать невозможно, так как подход к проблеме принципиально новый.

Обзор современной научно-технической информации по сушке зерна позволяет видеть, что одни специалисты утверждают: высокотемпературная сушка (100°С и больше) обеспечивает высокое качество зерна. Если верить другим авторам, то качественную древесину можно получить, если температура сушки не превышает 60°С.

Таким образом, необходимы многочисленные испытания прочностных характеристик зерна с одинаковой влажностью, полученной при различных температурных режимах сушки. Расчеты себестоимости сушки зерна показывают, что сушка с использованием оборудования ПАП-32 стоит $17,6, c использованием же АнМих - $2,48 за кубометр. В перспективе планируется, что себестоимость сушки 1 м3 не будет превышать $1 (при t = 30°С).

Наиболее совершенными на данный момент времени являются конвективные сушильные камеры фирмы "Katres" (Чехия).

1.3 Обоснование предложений по проекту модернизации системы

Принцип работы системы управления заключается в регулировании температуры, влажности и скорости потока воздуха в сушильной камере в зависимости от влажности зерна. Информация от датчиков влажности зерна обрабатывается ПИ-регулятором, который на ее основе подбирает и с высокой точностью поддерживает необходимые параметры воздуха в камере. Все фазы процесса сушки, от обогрева до окончательной обработки и охлаждения материала протекают полностью в автоматическом режиме.

Возможности системы управления:

- проведение сушки, проведение отдельной пропарки материала или в комбинации с сушкой;

- 3 вида регулирования: автоматическое по влажности зерна, автоматическое по времени, ручное;

- собственные режимы сушки (задаваемые пользователем);

- до 6 точек измерения влажности зерна в камере;

- датчики для измерения температуры и относительной влажности воздуха в камере;

- плавное или ступенчатое регулирование скорости потока воздуха

- регулируемое реверсирование потока воздуха;

- простой ввод и отображение информации;

- автоматический контроль и тестирование всех систем и электрических компонентов сушильной камеры с уведомлением о неисправностях;

- автоматическое отключение сушильной камеры при нештатных ситуациях для сохранения;

- автоматическое поддержание положительной температуры воздуха для предотвращения замораживания камеры.

2. Технико-экономическое обоснование проекта

2.1 Данные для технико-экономического обоснования проекта

Необходимые для расчётов параметры сведём в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Технические характеристики сушильной камеры

Наименование параметра	Количество	Единица измерения
Тепловая нагрузка на 1 м3 древесины при нагреве при выходе на режим	1,0 - 4,0 0,7 - 0,9	кВт
Электрическая нагрузка потребляемая мощность установленная мощность	36 36	кВт
Скорость сушки от влажности 50% и более для твердых пород (усредненная)	1 - 2	мм/сут
Диапазон рабочих температур	35 - 70	оС
Электропитание оборудования сушильной камеры	380/50	В/Гц
Габаритные размеры сушильной камеры (внутренние) длина ширина высота	8,2 13,2 4,8/5	м
Разовая загрузка зерна	100	м3
Стоимость сушильной камеры с вентиляторами, с автоматикой	1 585 000	грн.

2.2 Определение капитальных вложений

Капитальные затраты в систему электроснабжения включают следующее составные элементы:

К = К_обор+ К_дост +К_обуч +К_сбор (2.1)

К = 1585000 + 317000 + 31700 + 396250 =2329950 грн.

где К_обор - капиталовложения на покупку оборудования; К_дост - капиталовложения на доставку 20% от стоимости оборудования, К_обуч - капиталовложения на обучение персонала 2 % от стоимости оборудования, К_сбор - капиталовложения на сборку оборудования 25 % от стоимости оборудования. Результаты расчета капитальных вложений приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты расчета капиталовложений

Наименование параметра	Грн.
Капиталовложения на покупку оборудования	1585000
Капиталовложения на доставку	317000
Капиталовложения на обучение персонала	31700
Капиталовложения на сборку оборудования	396250
ИТОГО	2329950

2.3 Годовые эксплуатационные затраты сушки

Годовые эксплуатационные затраты сушки (пшеница, кукуруза, ячмень), начальная влажность 50-60%, конечная 12-15%) 1 м³ пиломатериала в камере при разовой загрузке камеры составляет 100 м³:

З = З_д + А + Р + З_эл + З_зп + З_от + З_проч, (2.2)

где З_д - затраты на материал; А - затраты на амортизацию; Р - затраты на ремонт; З_эл - затраты на электроэнергию; З_зп - затраты на заработную плату; З_от - затраты на охрану труда; З_проч - прочие затраты.

Ежегодные амортизационные отчисления от капитальных затрат А:

А= , (2.3)

где Р_а- норма отчислений на амортизацию, Р_а=12,6%,

А= грн.

Ежегодные отчисления на ремонт Р:

Р=, (2.4)

где Н_р - отчисления на ремонт и Т.О., Н_р=5,1%,

Р=грн.

Ежегодные затраты на материал З_д:

З_д =, (2.5)

где СС_пил - себестоимость материала, СС_пил = 3500 грн. (кукуруза высшего качества.).

Рассчитаем объем продукции, которую позволяет выпустить сушильная камера:

О=nЕ, (2.6)

где n - количество оборотов камеры в течение года, n = 48 оборотов сушки камеры в год;

Е - вместимость камеры, м³.

Вместимость камеры определяют по уравнению:

Е=Гв, (2.7)

где Г-- объем; в -- коэффициент объемного заполнения в=0,9.

В свою очередь: Г=100 (м³), тогда:

Е=Гв=100*0,9=90 (м3)

Объем продукции станет равный О=nЕ=48*90=4320 (м³/год).

грн.

Рассчитаем затраты на электроэнергию согласно выражения:

, (2.8)

P_ус - установленная мощность, P_ус=36 кВт; t_раб - длительность работы сушильной камеры на протяжении года, T_эл - тариф на электроэнергию, T_эл = 3 грн./кВт-час.

Расчетная длительность работы сушильной камеры на протяжении года определяется согласно уравнения:

, (2.9)

где В - вынужденные дни простоя камеры, кроме того включающие и профилактический ремонт, В =30 суток.

Время погрузочно-разгрузочных работ определяем по формуле:

(час), (2.10)

где t_п - время погрузки-разгрузки камеры, t_п = 8 час, предполагая, что загрузка производится на рельсовых тележках, n = 48 - число оборотов сушки камеры в год.

Время, которое необходимо для охлаждения зерновых после высушивания принимается 1час на 1 см³ зерна.

t_ох=1*3,0*48=144 (час), (2.11)

Тогда реальная длительность работы сушильной камеры будет:

(час)

Тогда ежегодные затраты на электроэнергию составят:

(грн.)

Затраты на заработную плату составляют:

З_зп =, (2.12)

где Ф_опл - фонд оплаты труда, Ф_отч - отчисления в ФСС, ПФР, ФОМС и др.

Ф_опл =, (2.13)

где ЗП_опер - заработная плата операторов, ЗП_рас - заработная плата раскладчиков, ЗП_слес - заработная плата слесаря-электрика, К - районный коэффициент К = 20 %.

Заработная плата оператора сушильной установки - оклад 11000 грн. Рабочий график: сутки через двое, для непрерывного процесса сушильного комплекса необходимо 3 оператора.

ЗП_опер = грн. (2.14)

Заработная плата слесаря-электрика сушильной установки - оклад 9500 грн.

ЗП_слес = грн. (2.15)

Заработная плата раскладчика - сдельная 15 грн. за 1м³. Для загрузки - разгрузки камер нам необходимо 2 раскладчика.

ЗП_рас = грн. (2.16)

Ф_опл = грн.

Ф_отч = грн., (2.17)

где К_отч - коэффициент отчислений, К_отч = 26,2 %.

З_зп = грн.

Затраты на охрану труда, спецодежду, инвентарь составляют 33% от годового фонда заработной платы:

З_от = Ф_оплК_от, (2.18)

З_от = 1164876 * 3,3 % = 38441 грн.

Прочие расходы считать в размере 5,5% от годового фонда основной заработной платы:

З_проч = Ф_оплК_проч, (2.19)

З_проч = 1164876 * 5,5 % = 64068 грн.

Следовательно, годовые эксплуатационные затраты сушки древесины:

З₁ = 15150000 + 293573 + 118827 + 811296 + 1164876 + 38441 + 64068 = 17641081 грн.

2.4 Определение цены

Цо =С•(1+Р_п), (2.20)

где Цо - цена 1 м³;

С- себестоимость 1 м³;

С₁ = грн./м³ (2.21)

Р_п- планируемая рентабельность, принимаем равной 25 %;

Ц_о=4083•(1+0,25)=5104 грн./м³

2.5 Определение балансовой прибыли

П_б=(Ц_о-С)• О, (2.22)

где - П_б- балансовая прибыль, грн.;

О- объем продукции, грн.;

П_б1 =(5104-4083)•4320=4410720 грн.

2.6 Эксплуатационные затраты на сушку с учетом автоматизации

Дополнительные капиталовложения на автоматизацию сушильной камеры составят: ДК = 137000 грн.

По формуле (2.2) определяем эксплуатационные затраты с учетом автоматизации.

После проведения автоматизации затраты на амортизацию по формуле (2.3) составят: 310835 грн.

Затраты на ремонт по формуле (2.4) после проведения автоматизации составят: 125814 грн.

Затраты на электроэнергию уменьшатся на 15% и составят 689602 грн.

Количество оборотов камеры в течение года возрастет на 10 %, n = 53. Следовательно объем продукции выпускаемой сушильной камерой в течении года возрастет до 4770 м³. И затраты на материал по формуле (2.5) составят: 16695000 грн.

Следовательно, годовые эксплуатационные затраты сушки древесины после проведения автоматизации сушильной камеры составят:

З₂ = 16695000 + 310835 + 125814 + 689602 + 1164876 + 38441 + 64068 = 19050195 грн.

2.7 Определение стоимости 1 м³ высушенного зерна и балансовой прибыли с учетом автоматизации процесса сушки

С₂ = грн./м³.

П_б2 =(Ц_о-С₂)• О₂ =(5104-3994)•4770=5294700 грн.

2.8 Определение экономического эффекта

ДП = П_б2 - П_б1, (2.23)

где ДП - прирост прибыли (коммерческий эффект).

ДП = 5294700 - 4410720 = 883980 грн.

Уровень рентабельности производства:

УР = (2.24)

УР₁ =

УР₂ =

2.9 Срок окупаемости капиталовложений в проектном варианте и коэффициент экономической эффективности капиталовложений

Т_ДК = , (2.25)

где Т_ДК - срок окупаемости капиталовложений, К₂ - капиталовложения с учетом автоматизации К₂ = 2466950 грн.

Т_ДК = года,

Е_ф = , (2.26)

где Е_ф - коэффициент экономической эффективности капиталовложений.

2.10 Сравнительный экономический эффект и среднегодовой экономический эффект

, (2.27)

где R_t - коэффициент реновации технических средств с учетом фактора времени R_t = 0,105, Э_Т - сравнительный экономический эффект.

грн.

, (2.28)

где Т_р - расчетный период Т_р = 7 лет, Э_СР - среднегодовой экономический эффект.

грн.

Все получены при расчете данные заносим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Технико-экономические показатели проекта

Наименование показателей	Обозначения	Базовый вариант	Проектный вариант	Изменения(+, -)
1 Капитальные вложения, грн.	К	2329950	2466950	+ 137000
2 Объем продукции, выпускаемый за год после сушки, м3	О	4320	4770	+ 450
3 Эксплуатационные затраты, всего, грн. в том числе:	З	17641081	19050195	+ 1409114
3.1 амортизационные отчисления.	A	293573	310835	+ 17262
3.2 заработная плата.	Ззп	1164876	1164876	-
3.3 отчисления.	Фотч	241836	241836	-
3.4 затраты на пиломатериал.	Зд	15150000	16695000	+ 1545000
3.5 затраты на ремонт и тех.обслуживание.	Р	118827	125814	+ 6987
3.6 затраты на охрану труда.	Зот	38441	38441	-
3.7 затраты на электроэнергию	Зэл	811296	689602	- 121964
3.8 прочие затраты.	Зпроч	64068	64068	-
4 Себестоимость 1 м3 после сушки, грн.	С	4083	3994	- 89
5 Цена 1 м3 реализуемого пиломатериала, грн.	Цо	5104	5104	-
6 Балансовая прибыль, грн.	Пб	4410720	5294700	+ 883980
7 Рентабельность, %	Рр	25	27,8	+ 2,8
8 Срок окупаемости, год.	То	-	2,8	-
9 Экономическая эффективность	Еф	-	0,36	-
10 Сравнительный экономический эффект, грн.	ЭТ	-	2808459	-
11 Среднегодовой экономический эффект, грн.	ЭСР	-	401208	-

На основании произведенных расчетов, делаем следующие выводы: повышение автоматизации производственных процессов по камерной сушке зерна, позволяет повысить качество отпускаемой высушенного зерна, повысить рентабельность производства на 2,8 % и увеличить объем выпускаемой продукции на 450 м³ в год, снизить себестоимость сушки на 89 грн. за 1 м³, уменьшить затраты на электроэнергию на 122 тыс. грн., не повышая цену на реализуемый материал. При этом среднегодовой экономический эффект составит более 400 тыс. грн., коммерческий эффект - 883 тыс. грн. Срок окупаемости проекта составит 2,8 года. Проект целесообразен к внедрению.

3. Охрана труда

3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Конвективная сушильная камера предназначена для сушки различных пород зерна. В базовом варианте управление процессом сушки возлагается на двух операторов, которые находятся в специальной кабине.

Рассмотрим условия труда при работе данной сушильной камеры. Условия труда на рабочем месте обуславливаются совокупностью разнообразных производственных факторов. В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» все производственные факторы делятся на опасные и вредные факторы.

Опасный производственный фактор - фактор, воздействие которого может привести к травме или другому резкому внезапному ухудшению здоровья. Вредный производственный фактор - фактор, воздействие которого может привести к снижению работоспособности, заболеванию или профессиональному заболеванию. Опасные и вредные производственные факторы подразделяются на 4 группы: физические, химические, биологические и психофизиологические.

К опасным производственным факторам при погрузке штабелей на конвеер и при дальнейшей сушке относятся:

· движущиеся машины и механизмы;

· подвижные части производственного оборудования

· передвигающиеся материалы;

· разрушающиеся конструкции;

· острые кромки, заусенцы и шероховатость на поверхностях оборудования;

· опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека

· возможность возникновения пожаров и взрывов.

К вредным физическим производственным факторам при проведении погрузки и процессе сушки относятся:

· повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

· повышенная или пониженная влажность воздуха;

· повышенная подвижность воздуха;

· отсутствие или недостаток естественного света;

· недостаточная освещенность рабочей зоны.

К вредным химическим производственным факторам относится пыль газы и аэрозоли.

К вредным психофизиологическим производственным факторам относятся физические и нервно-психические перегрузки.

Биологические производственные факторы для данного вида работ не характерны.

3.2 Техника безопасности. Требования к оборудованию и организации рабочего места

Рассмотрим технику безопасности при подъёмно-транспортных работах в сушильных установках.

К грузово-транспортным работам в сушильных цехах допускаются лица, которым известны правила эксплуатации подъемно-транспортных механизмов и которые прошли инструктаж по технике безопасности.

Основные правила техники безопасности при формировании штабелей и их транспортировке в цехе сводятся к следующему.

При формировании штабелей:

· запрещается складировать и разбирать штабели внутри сушильной камеры;

· допускается ручное заключение штабелей на высоту до 1.5 м от уровня пола; верхнюю часть в этом случае необходимо формировать, используя эстакады, штабелеры и другие механизмы;

· необходимо обязательно проверять правильность заключения штабеля по высоте и ширине габаритным шаблоном;

· при работе на вертикальном подъемнике нельзя находиться в непосредственной близости от штабеля при подъеме или опускании (при разборке) платформы; не допускать попадания предметов (досок, прокладок) в зазор между поверхностями штабеля и стенками котлована; принимать меры по удалению предметов, что попали в котлован подъемника.

Работа не неисправных механизмах и при отсутствии или неисправности защитных ограждений и приспособлений категорически запрещается. Нельзя касаться подвижных тросов, стоять близко штабеля при его движении, находиться под пакетом пиломатериалов или другого груза при подъеме и перемещении.

Для остановки подвижного штабеля необходимо применять специальные башмаки, которые устанавливаются на рельсы. В конце рельсового пути должны быть установлены упоры, которые препятствуют восхождение штабеля из рельсов.

Необходимо следить за тем, чтобы постоянные проходы воздерживались в чистоте, а их ширина была не меньше одного метру.

Рассмотрим технику безопасности при обслуживании сушильных камер и противопожарные мероприятия.

До работы по обслуживанию сушильных камер допускаются лица, которые знают их устройство и правила технической эксплуатации. Основную опасность представляют мероприятия обслуживающего персонала в камере. Их количество должно быть максимально сокращено, для чего необходимо применять стационарные или дистанционные психрометры, приспособление для закладки и выемки контрольных образцов из коридора управления.

При мероприятии в камере оператор сушильной установки должен надевать брезентовый костюм с плотными застежками около воротника и долоней рук, перчатки, шлем и противогазовую маску с воздухоохладителем. Полы помещения камер, особенно которые имеют подвал, должны находиться в исправном состоянии. Камеры должны быть оборудованы электрическим освещением напряжением 12-18 В. Если оно отсутствует, стоит пользоваться аккумуляторными фонарями или переносными низковольтными лампами с сеткой и бронированным шнуром.

Двери в камеру должны иметь внешние и внутренние ручки. При входе в камеру необходимо следить за тем, чтобы двери случайно не закрыли внешне. Если оператору надо зайти в горячую камеру, у ее дверей должен находиться дежурный.

Коридоры управления камер, лаборатория, топочные помещения газовых камер должны быть оборудованы вентиляцией для того, чтобы поддерживать температуру не выше 25° С. Паропроводы необходимо теплоизолировать, фланцы соединений паропроводов и калориферов закрыть защитными экранами. Все подвижные части оборудования, сушильных камер должны быть закрыты ограждениями.

В сушильном цехе необходимо периодически проводить учебу персонала правилам охраны труда и техники безопасности, а также инструктаж из производственной санитарии. В цехе должны быть оборудованы санитарный пост и стенды с наглядными пособиями по технике безопасности.

При эксплуатации газовых камер необходимо следить за герметичностью газоходов, топок и дверей камер. Заходить в работающие газовые камеры позволяется только в противогазе и защитном костюме.

Зольное помещение топки должно быть оборудовано вентиляцией и иметь двери, которые ведут наружу. Перед топочным отверстием должны быть установленные экраны, которые охраняют рабочих от влияния теплового излучения. Шибери и заслонки, которые перекрывают газоходы, должны иметь систему управления ими из пола помещения. Положения шибер и заслонок должно надежно фиксироваться запирающими устройствами. Категорически запрещается ходить по своду топки во время ее работы.

Необходимо выполнять следующие противопожарные требования:

· регулярно убирать помещение камер, цеха и других вспомогательных помещений, не допуская скопления отходов и мусора;

· в помещении сушильного цеха не применять открытый огонь (свечи, керосиновые и паяльные лампы) и не курить; сварочные работы проводить с разрешения представителей пожарной охраны;

· вовремя подавать смазку в подшипники вентиляторов и электродвигателей, не допуская их перегрева.

· В газовых сушильных камерах, кроме того, необходимо:

· следить за состоянием топочных газов, не допускать вылета искр за пределы искрогасящей камеры топки, пользоваться только разрешенным для нее топливом;

· систематически чистить клапаны и газоходы;

· не допускать прогаров топки и подачи больших масс топлива, опасных в отношении взрыва;

· золу из зольного помещения вывозить не раньше, чем через 5 суток после ее удаления из топки.

Пожары представляют особенную опасность, потому что связаны с большими материальными потерями. Как известно пожар может возникнуть при взаимодействии горючих веществ, окисления и источников зажигания. Горючими компонентами являются: строительные материалы для акустической и эстетической обработки помещений, перегородки, двери, полы, изоляция кабелей и др.

Противопожарная защита - это комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение безопасности людей, на предотвращение пожара, ограничения ее распространения, а также на создание условий для успешного гашения пожара.

Источниками загорания могут быть электронные схемы от ЭВМ, приборы, применяемые для технического обслуживания, устройства электропитания, кондиционирования воздуха, где в результате разных нарушений образуются перегретые элементы, электрические искры и дуги, способные вызывать загорание горючих материалов.

В современных ЭВМ очень высокая плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости один от одного располагаются соединительные проводы, кабели. При протекании по них электрического тока выделяется значительное количество теплоты. При этом возможно оплавление изоляции. Для отвода избыточной теплоты от ЭВМ служат системы вентиляции и кондиционирование воздуха. При постоянном действии эти системы являют собой дополнительную пожарную опасность.

Для большинства помещений, где размещенные ЭВМ, установленная категория пожарной опасности В.

К средствам гашения пожара, предназначенных для локализации небольших загораний, относятся внутренние пожарные водопроводы, огнетушители, сухой песок, асбестовые одеяла и тому подобное

Для гашения пожаров на начальных стадиях широко применяются огнетушители. По виду используемого вещества огнетушители подразделяются на следующие основные группы.

· пенные огнетушители, применяются для гашения пылающих жидкостей, разных материалов, конструктивных элементов и оборудования, кроме электрооборудования, которое находится под напряжением;

· газовые огнетушители применяются для гашения жидких и твердых веществ, а также электроустановок, которые находятся под напряжением.

В помещениях, где присутствующие ЭВМ применяются главным образом углекислотные огнетушители, достоинством которых является высокая эффективность гашения пожара, сохранность электронного оборудования, диэлектрические свойства углекислого газа, что позволяет использовать эти огнетушители даже в том случае, когда не удается обесточить электроустановку сразу.

Для выявления начальной стадии загорания и оповещения службы пожарной охраны используют системы автоматической пожарной сигнализации (АПС). Кроме того, они могут самостоятельно пускать в ход установки пожарогашения, когда пожар еще не достиг больших размеров. Системы АПС состоят из пожарных оповещателей, линий связи и приемных пультов (станций).

В соответствии с "Типичными правилами пожарной безопасности для промышленных предприятий" зал ЭВМ, помещения для внешних запоминающих устройств, подготовки данных, сервисной аппаратуры, архивов, копируещего оборудования и тому подобное необходимо оборудовать дымовыми пожарными оповещателями. В этих помещениях в начале пожара при горении разных пластмассовых, изоляционных материалов и бумажных изделий выделяется значительное количество дыма и мало теплоты.

Таким образом основными направлениями обеспечения безопасных условий труда при работе сушильной камеры для древесины являются:

· обеспечение соответствия чистоты воздуха требованиям ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны»;

· обеспечение соответствия параметров микроклимата требованиям ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и ДСН 3.3.6.042-99 «Державні санітарні норми мікроклімату»;

· обеспечение соответствия освещения рабочей зоны требованиям ДБН В.2.5-28-2006 «Природне та штучне освітлення»;

· обеспечение электробезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ «Электробезопасность. Общие требования»;

· обеспечение пожарной и взрывной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ «Пожарная безопасность. Общие требования» и ГОСТ 12.1.010-76 ССБТ «Взрывобезопасность. Общие требования»;

· обеспечение безопасности оборудования в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003-91 ССБТ «Оборудование производственное. Общие требования безопасности»;

· обеспечение безопасности процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.3.002-75 ССБТ «Процессы производственные. Общие требования безопасности» и ГОСТ 12.3.009-76 ССБТ «Работы погрузочно-разгрузочные. Общие требования безопасности», НПАОП 0.00-1.22-08 «Правила будови і безпечної експлуатації навантажувачів», НПАОП 63.1-1.06-85 «Правила техніки безпеки при проведенні вантажно-розвантажувальних робіт на транспортно-складських роботах»;

· обеспечение организации рабочего места в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.049-80 ССБТ «Оборудование производственное. Общие эргономические требования», ГОСТ 12.2.061-81 ССБТ «Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам» и ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ «Общие эргономические требования. Рабочее место при выполнении работ сидя»;

· обеспечение соответствия пульта управления (кабины) требованиям ГОСТ 12.2.064-81 ССБТ «Органы управления производственным оборудованием. Общие требования безопасности», ГОСТ 12.4.040-78 ССБТ «Символы органов управления производственным оборудованием», ГОСТ 22613-78 «Система «Человек - машина». Выключатели и переключатели поворотные. Общие эргономические требования» и ГОСТ 23000-76 «Система «Человек - машина». Пульты управления. Общие эргономические требования».

Заключение

Автоматизированные системы управления технологическими процессами сушки зерна становится нормой в современном производстве. В то же время, круг задач, решаемых этими системами, часто ограничен автоматизацией элементарных технологических операций, информационным сопровождением процессов и статистической обработкой данных.

Одной из актуальных задач при автоматизации технологического процесса сушки зерна в конвективных камерах, является строгое соблюдение таких параметров сушки, как влажность и температура сушильного агента и зерна.

При прохождении практики произведен анализ существующего технологического процесса, в результате чего были выявлены его недостатки. По результатам анализа поставлены и решены следующие задачи:

1. Управление процессом в сушильной камере, для изменения влажности воздуха в камере путем совместного регулирования температурных режимов и влагопереноса.

2. Разработанная автоматизированная система управления позволяет реализовать различные режимы сушки, что позволяет работать с автоматикой лицам, которые не имеют достаточной подготовки в отрасли сушки зерна.

3. Внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки зерна в конвективных сушильных камерах позволяет повысить:

- эффективность процесса за счет сокращения подготовительной операции сушки;

- качество конечного продукта за счет точного соблюдения технологических параметров сушки.

Перечень ссылок

1. Макаров С.В. Технология сушки древесины / С.В. Макаров. М.: Синтекс, 1999. - 213 с.

2. Разживін О.В.. Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни «Технічні засоби автоматизаціїї» (для студентів спеціальності 7.092501 «Автоматизоване управління технологічними процесами»)/Укл.- Краматорськ: ДДМА, 2010. - 2010 с.

3. Сушильное оборудование: Сушильные камеры KATRES. Доступно с: http://derevo.agraf.ru/katalog/sushilnoeoborudovanie/sushki-Katres.

4. Автоматика для сушильных камер AutoDry. Доступно с: http://www.scron.ru/index.html.

5. Арендарчук А.В. Электротермическое оборудование направленного излучения/ А.В. Арендарчук, А.П. Слоботской.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-80с.