Алгоритм микропроцессорного управления режимами теплонасосной технологии получения сухих СО2-экстрактов из растительного сырья
Автор: Шевцов А.А., Домбровская Я.П., Дранников А.В.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Пищевые системы
Статья в выпуске: 2 (108) т.88, 2026 года.
Бесплатный доступ
Широкое применение средств микропроцессорной техники в различных отраслях промышленности и их постоянное эволюционное обновление создают все предпосылки для решения прикладных задач управления тепловыми и тепло-массообменными процессами в технологии получения сухих СО2-экстрактов из растительного сырья. Эффективное замещение в системах теплоснабжения невозобновляемых источников энергии на теплоту возобновляемых и вторичных энергоресурсов реализовано в теплонасосной технологии получения сухих СО2экстрактов, в которой рассматриваются два смежных процесса – сверхкритическая флюидная СО2-экстракция растительного сырья и распылительная сушка жидкого экстракта с использованием каскадного трехступенчатого теплового насоса. Микропроцессорное управление технологическими режимами достаточно сложной технологии невозможно без средств автоматизации, компьютерного и программного обеспечения. В этой связи предложен алгоритм микропроцессорного управления технологией получения сухих СО2экстрактов с учетом накладываемых на управляемые параметры двухсторонних ограничений. Показано, что повышение точности и надежности управления на всех этапах получения сухих СО2-экстрактов позволяет обеспечить стабилизацию технологических режимов в области допустимых значений, обусловленных получением высококачественного продукта при минимальных энергетических затратах. В работе представлена функциональная схема многоканальной системы управления, включающая двухколонный экстрактор с реверсивными насосами, распылительную сушилку, каскадный трехступенчатый тепловой насос (рабочие тела – фреоны R123, R124 и R1270) и двухсекционный аппарат для конденсации влаги из отработанного воздуха с регенерацией. Предложены расчетные зависимости для определения количества испарившейся влаги и текущего коэффициента теплопередачи, по отклонению которого корректируется соотношение расходов воздуха и тосола. Экспериментальная проверка алгоритма проведена на установке с экстракционным автоклавом (рабочее давление до 500 атм, температура до 250 °С) в производственных условиях НПЦ ВНИИ Комбикормовой промышленности (г. Воронеж). Для трех видов сырья (корни цикория, трава зверобоя, Spirulina platensis) определены оптимальные интервалы регулирования технологических параметров при докритической и сверхкритической экстракции. Реализация предложенного алгоритма позволяет снизить удельные энергозатраты на 7–10% за счет рационального использования энергоносителей в замкнутых термодинамических циклах.
Микропроцессорное управление, алгоритм, теплонасосная технология, сухие СО2-экстракты
Короткий адрес: https://sciup.org/140315788
IDR: 140315788 | УДК: 66.047:621.577:664.8 | DOI: 10.20914/2310-1202-2026-2-36-43
Algorithm of microprocessor control of heat pump technology modes for obtaining dry CO2 extracts from plant raw materials
The wide application of microprocessor technology in various branches of industry and its constant evolutionary updating create all the prerequisites for solving applied problems of controlling thermal and heat-mass exchange processes in the technology of obtaining dry CO2 extracts from plant raw materials. An effective replacement of non-renewable energy sources in heat supply systems with heat from renewable and secondary energy resources is implemented in the heat pump technology for obtaining dry CO2 extracts, which considers two related processes – supercritical fluid CO2 extraction of plant materials and spray drying of liquid extract using a cascade three-stage heat pump. Microprocessor control of technological modes of a rather complex technology is impossible without automation tools, computer and software. In this regard, an algorithm for microprocessor control of the technology for obtaining dry CO2 extracts is proposed, taking into account the bilateral restrictions imposed on the controlled parameters. It is shown that increasing the accuracy and reliability of control at all stages of obtaining dry CO2 extracts allows for stabilization of process modes in the range of acceptable values, due to obtaining a high-quality product with minimal energy costs. The paper presents a functional diagram of a multichannel control system, including a two–column extractor with reversible pumps, a spray dryer, a cascaded three-stage heat pump (working media - freons R123, R124 and R1270) and a two-section apparatus for condensation of moisture from exhaust air with regeneration. Calculated dependences are proposed for determining the amount of evaporated moisture and the current heat transfer coefficient, according to the deviation of which the ratio of air and antifreeze consumption is adjusted. The experimental verification of the algorithm was carried out on an extraction autoclave unit (operating pressure up to 500 atm, temperature up to 250 ° C) in the production conditions of the NPC All-Russian Research Institute of the Feed Industry (Voronezh). Optimal intervals for regulating technological parameters during subcritical and supercritical extraction have been determined for three types of raw materials (chicory roots, St. John's wort, Spirulina platensis). The implementation of the proposed algorithm makes it possible to reduce specific energy consumption by 7-10% due to the rational use of energy resources in closed thermodynamic cycles.
