СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫМ ВАРОЧНО-СУШИЛЬНЫМ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ СЫПУЧЕГО ПРОДУКТА Российский патент 1998 года по МПК A23L1/10 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов предварительной гидротермической обработки, варки и сушки сыпучего продукта, например круп, зернобобовых и других крупяных продуктов пищеконцентратной промышленности, на основе энергосберегающей технологической схемы с рециркуляционным использованием теплоносителя при выпуске продукции.

Известен способ автоматического управления процессом влаготепловой обработки маслосодержащих материалов (авт.св. N 1056145 G 05 D, 27/00, 1983), предусматривающий изменение расходов теплоносителя и воды в зависимости от температуры и влажности продукта. Однако известный способ не позволяет снизить удельные энергозатраты и обеспечить равномерную обработку продукта в процессе влаготепловой обработки, так как управление осуществляется по двум каналам: расходу воды и пара.

По способу управления процессом сушки солода (авт.св. N 1070151, C 12 C 1/04, 1984) предусматривается измерение температуры сушильного агента на входе в слой солода, влажности и скорости воздуха на выходе из слоя солода, изменение расхода греющего пара, влажности солода и изменение расхода пара и подачи воздуха в зависимости от данных величин. Вместе с тем данный способ не учитывает температуру продукта, расход теплоносителя после сушки и перепад давлений теплоносителя при сушке, что снижает точность и надежность управления процессом и влияет на качественные показатели готового продукта.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического управления процессом гидротермической обработки продукта (авт.св. N 1584887, A 23 L 1/10, 1990), предусматривающий измерение влагосодержания исходного и готового продукта в процессе варки, давления распыливания жидкости и перепада давлений теплоносителя, регулирование подачи жидкости с учетом перепада давлений теплоносителя, регулирование подачи теплоносителя и сравнение текущего значения влагосодержания готового продукта в процессе варки с заданным и в случае увеличения отклонения текущего значения влагосодержания готового продукта в процессе варки от заданного осуществляют последовательное уменьшение расхода жидкости, увеличение линейной скорости потока теплоносителя, мощности электрокалорифера и расхода исходного продукта, в случае уменьшения этого отклонения осуществляют последовательное уменьшение температуры теплоносителя и линейной скорости потока теплоносителя с последующим увеличением расхода жидкости и уменьшением расхода исходного продукта. Однако известный способ не обеспечивает взаимосвязанное регулирование подачи теплоносителя и жидкости, распыливаемой над слоем продукта, что снижает степень использования энергетического потенциала применяемого теплоносителя, снижает точность и надежность управления.

Задачей изобретения является улучшение качества готового продукта, снижение материальных и энергетических затрат, повышение точности и надежности управления процессом, создание схем автоматического управления варочно-сушильным процессом при энергосберегающей технологической схеме производства крупяных продуктов.

Поставленная задача достигается тем, что по способу автоматического управления комбинированным варочно-сушильным процессом обработки сыпучего продукта предусматривается изменение подачи теплоносителя и жидкости, измерение влагосодержания исходного, перед варкой, продукта и сваренного продукта, расхода исходного продукта, температуры продукта в процессе варки, давления распыливания жидкости, перепад давлений теплоносителя, дополнительное измерение влагосодержания готового продукта после сушки, температуры продукта в процессе сушки, температуры теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта при варке и сушке, температуры продукта, поступающего на варку, давления и расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в теплообменник, расхода теплоносителя после варки по скорости потока теплоносителя, определение количества сконденсированного пара, определение расхода высушенного продукта по расходу исходного, перед варкой, продукта и влагосодержанию исходного и готового продукта соответственно перед варкой и после сушки, а также осуществление корректирования текущего значения влагосодержания продукта при варке и сушке по расходу и температуре теплоносителя перед и после сушки продукта, корректирование расхода распыливаемой жидкости по количеству сконденсированного пара, влагосодержанию сваренного продукта и перепаду давлений теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, кроме того, осуществляют подпитку паром теплоносителя, подаваемого на сушку, и измеряют расход и температуру пара, при этом свежий пар добавляют в зависимости от сконденсированного пара на варке, определяемому по расходам теплоносителя перед и после варки.

Следует отметить, что осуществление предлагаемого способа управления процессом стало возможным в результате экспериментальных исследований процесса для различных видов круп в варочно-сушильном оборудовании ленточного типа, работающем при атмосферном давлении [1, 2].

Для осуществления процесса тепло- и массообмена в процессе варки круп необходимо обеспечение на протяжении всего процесса активного гидродинамического режима слоя продукта. Однако вследствие поглощения продуктом влаги и изменения его физико-химических свойств при варке изменяется гидродинамика процесса, а также влагосодержание продукта, что вызывает необходимость установления нестационарного режима расхода теплоносителя и воды. В настоящее время данное обстоятельство не учитывается, что способствует повышенным материальным и энергетическим затратам. При этом небольшое отклонение регулируемых параметров от заданных значений в процессе варки может привести к нежелательным последствиям. Так, например, увеличение температуры и скорости теплоносителя приводит соответственно к меланоидинообразованию продукта и недостатку влаги на поверхности крупинок, снижающим качество готового продукта, а при отклонении данных параметров теплоносителя в меньшую сторону значительно увеличивается продолжительность варки, а следовательно, и материальные затраты на осуществление процесса, снижается пищевая ценность продукта (уменьшается содержание незаменимых аминокислот, витаминов). Необходимость обеспечения активного гидродинамического режима слоя продута обусловлена низкой эффективностью осуществления процесса варки круп в плотном слое (значительная продолжительность варки, неравномерная обработка продукта, теплоэнергетические дополнительные затраты и др.) [1, 2, 3].

Создание конденсата в слое сыпучего продукта наиболее эффективно по сравнению с распыливанием жидкости над слоем, что обусловлено равномерным распределением его на частицах продукта и в слое и выделением при конденсации теплоты фазового превращения, способствующей варке. При распыливании жидкости над слоем продукта возникает повышенное влагосодержание верхнего слоя крупинок, что снижает качество продукта после варки. Однако образование влаги за счет конденсации не обеспечивает достаточного количества жидкости для осуществления физико-химических изменений веществ продукта. С учетом этого требуется подача жидкости для процесса варки в виде тонкодисперсного распыливания над слоем продукта. Следовательно, предлагаемый способ должен предусматривать взаимосвязанные учитывания этих факторов и соответственно управление процессом обработки сыпучего продукта по расходу и температуре теплоносителя, количеству сконденсированного пара, расходам распыливаемой жидкости и исходного продукта, температуре и влагосодержанию продукта.

Особенностью схемы автоматического управления варочно-сушильным процессом является использование для варки продукта пара, отработанного после сушки крупы, и обеспечение замкнутого цикла использования теплоносителя при варке и сушке продукта.

Зависимости определения сконденсированного пара по расходу потока теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, расхода готового продута после сушки по расходу исходного продукта и влагосодержанию исходного и готового продукта соответственно перед варкой и после сушки, количества жидкости, достаточного для осуществления варки продукта, приведены для варки в [1] и для сушки в [5].

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления. Схема содержит варочный блок 1 и блок сушки 2, линию 3 подачи исходного продукта, линию 4 подачи теплоносителя с пульсатором 5, вентилятором 6 с регулируемым приводом и электрокалорифером 7, линию 8 подачи жидкости, линию 9 отвода сваренного продукта, линию 10 готового продукта после сушки, линию 11 подачи охлаждающей жидкости с теплообменником 12 предварительного охлаждения исходного продукта, линию 13 подпитки свежим паром теплоносителя, линию 14 подачи теплоносителя, отработанного после сушки, на варку продукта, датчики 15-39 соответственно расходов исходного продукта, жидкости, охлаждающей жидкости, подаваемой в теплообменник, влажности исходного, сваренного и готового продукта после сушки, давления охлаждающей жидкости, распыливания жидкости, теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта при сушке и варке, скорости теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта при сушке и входе при варке, расхода свежего пара, температуры теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта при варке и сушке, свежего пара, исходного продукта и продукта в зоне варки и сушки, вторичные приборы 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, преобразователи 64, 65, 66, 67, 68, локальные регуляторы 69, 70, 71, 72, корректирующие блоки 73, 74, микропроцессор 75, исполнительные механизмы 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82.

Варочно-сушильный процесс обработки продукта на оборудовании осуществляется следующим образом.

Исходный продукт по линии 3 подают через дозатор на газораспределительную решетку варочного блока. По линии 4 и по линии 14 в начале процесса под газораспределительную решетку вентилятором 6 через калорифер 7 и пульсатор 5 подают теплоноситель, пронизывающий снизу вверх слой продукта. Теплоноситель обеспечивает активный гидродинамический режим слоя продукта, способствующий равномерному перемешиванию продукта, находящегося на газораспределительной решетке. Одновременно над слоем продукта распыливается жидкость, поступающая по линии 8. Достаточное количество тепла и влаги обеспечивает необходимые для варки физико-химические изменения веществ в продукте, например клейстеризацию крахмала, денатурацию белков и др. Сваренный продукт направляется из установки в блок сушки, в котором высушивается до влажности готового продукта.

Теплоноситель с испаренной при сушке продукта влагой направляется на варку. Далее, после варки, теплоноситель в линии 4 подпитывается свежим паром в зависимости от сконденсированного пара при варке подаваемым по линии 13. После этого теплоноситель подогревается в калорифере и направляется вентилятором на сушку продукта, что обеспечивает замкнутый цикл использования теплоносителя.

Способ автоматического управления осуществляется следующим образом. С помощью датчиков 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39 и вторичных приборов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63 информация о ходе процесса варки и сушки передается в микропроцессор 75, в который предварительно вводят двухсторонние ограничения на влажность сваренного и готового продукта в соответствии с ГОСТ 15113.4-77 "Концентраты пищевые" и Технологическими инструкциями Главного управления консервной, овощесушильной и пищеконцентратной отрасли на производство вареных круп от 19.11.80 г. и 2.07.75 г., например, рисовую крупу в пределах 28...34% при варке и 14. ..16% при сушке, а также ограничения на температуру продукта в зоне варки, линейную скорость потока теплоносителя и давление распыливания жидкости соответственно в пределах 353...375 K, 0...4 м/с, 1,2...1,4 ат [3, 4], при сушке продукта на температуру продукта и скорость потока теплоносителя соответственно в пределах 375...385 K и 0...4 м/с [5].

При текущем значении влагосодержания сваренного продукта, измеряемого датчиком 19 и вторичным прибором 56 ниже заданного значения, например 28% (0,39 кг/кг), микропроцессор 75 последовательно по каналам управления выдает сигналы: сначала преобразователю 65 на уменьшение частоты вращения привода вентилятора 6 и соответственно расхода теплоносителя, затем преобразователю 64 на уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 и соответственно температуры теплоносителя, далее локальному регулятору 70 через преобразователь 67 на увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11 и соответственно увеличение количества сконденсированного пара, локальному регулятору 72 через корректирующий блок 73 на увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8 и локальному регулятору 69 через преобразователь 68 на уменьшение расхода исходного продукта в линии 3.

При текущем значении влагосодержания сваренного продукта, измеряемого датчиком 19 и вторичным прибором 56, ниже заданного значения, например 28% (0,39 кг/кг), микропроцессор 75 определяет воздействия следующим алгоритмом:
уменьшают частоту вращения регулируемого привода вентилятора 6 через преобразователь 65 с помощью исполнительного механизма 76 и уменьшают расход теплоносителя в линии 4;
сравнивают текущее значение линейной скорости потока теплоносителя, измеряемого датчиком 29 и вторичным прибором 55, с заданным и при достижении линейной скорости теплоносителя заданного нижнего предельного значения, соответствующего скорости теплоносителя, при которой отсутствует срывание пленки жидкости с поверхности частиц продукта, например 0,7 м/с, прекращают уменьшение расхода теплоносителя;
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным нижним предельным значением влагосодержания;
если эти значения равны (U_m= Uнзад

) или (U_m≥ Uнзад), то корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на уменьшение числа оборотов регулируемого привода вентилятора 6 и уменьшение расхода теплоносителя в линии 4, уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 и увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11, что соответствует увеличению количества сконденсированного пара, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3 соответственно через преобразователи 65, 64, 67, 68, корректирующий блок 73, локальные регуляторы 70, 72, 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания (U_m≪ Uнзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 на уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 через преобразователь 64 на исполнительный механизм 77 и уменьшают температуру теплоносителя;
сравнивают текущее значение температуры продукта в зоне варки, измеряемое датчиком 38 и вторичным прибором 57, с заданным нижним предельным значением и при достижении температуры варки заданного нижнего предельного значения, равного температуре клейстеризации крахмала, например 353 K, прекращают уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 (с помощью исполнительного механизма 77 через преобразователь 64, микропроцессор 75 поддерживает накал ТЭНов постоянным);
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным нижним предельным значением влагосодержания;
если эти значения равны (U_m= Uнзад) или (U_m≥ Uнзад), то корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на уменьшение мощности ТЭНов, увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3 соответственно через преобразователи 64, 67, 68, корректирующий блок 73, локальные регуляторы 70, 72, 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания (U_m≪ Uнзад), то подают корректирующий сигнал с микропроцессора 75 на увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11, через преобразователь 67 и локальный регулятор 70 на исполнительный механизм 80 и снижают начальную температуру исходного продукта перед варкой в линии 3, что увеличивает количество сконденсированного пара;
сравнивают текущее значение начальной температуры исходного продукта перед варкой, измеряемое датчиком 37 и вторичным прибором 62, с заданным нижним предельным значением начальной температуры исходного продукта и при достижении заданного нижнего предельного значения, например 272,15 K, прекращают увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11 (электромагнитный клапан остается в определенном положении);
сравнивают текущее значение давления охлаждающей жидкости в линии 11, измеряемое датчиком 21 и вторичным прибором 43, с заданным нижним предельным значением и при достижении заданного нижнего предельного значения, например 1,8 ат, прекращают увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11;
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта;
при условии равенства этих значений или U_m≥ Uнзад корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на увеличение расхода охлаждающей жидкости в линии 11 и уменьшение начальной температуры исходного продукта перед варкой в линии 3, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3 соответственно через преобразователь 67 и локальный регулятор 70, корректирующий блок 73 и локальный регулятор 72, преобразователь 68 и локальный регулятор 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения (U_m< Uнзад), , то подают сигнал с микропроцессора 75 на коррекцию задания локальному регулятору 72 через корректирующий блок 73 и увеличивают расход распыливаемой жидкости с помощью исполнительного механизма 78;
сравнивают текущее значение перепада давления теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, измеряемое датчиками соответственно 25 и 26 и вторичными приборами 44, 58, с заданным верхним предельным значением перепада давления теплоносителя и при достижении заданного верхнего предельного значения, например 0,3 кПа, прекращают увеличение расхода жидкости в линии 8 (электромагнитный клапан остается в определенном положении);
сравнивают количество сконденсированного пара, определяемого микропроцессором 75 по расходам теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта на основе линейной скорости теплоносителя соответственно на входе и выходе из слоя продукта, измеряемой датчиками 29 и 30 и вторичными приборами 55 и 48, с влагосодержанием готового продукта, измеряемым датчиком 19 и вторичным прибором 56, и корректируют расход жидкости в линии 8 через корректирующий блок 73 и локальный регулятор 72;
сравнивают текущее значение давления распыливания жидкости в линии 8, измеряемое датчиком 22 и вторичным прибором 60, с заданным верхним значением и при достижении заданного верхнего предельного значения, например 1,4 ат, прекращают увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8;
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта;
при условии равенства этих значений или U_m≥ Uнзад корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3 соответственно через корректирующий блок 73 и локальный регулятор 72, преобразователь 68 и локальный регулятор 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения (U_m< Uнзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 68 и локальный регулятор 69 исполнительному механизму 79 на уменьшение расхода исходного продукта в линии 3 до тех пор, пока не будет выполнено условие
Uнзад - U_m = ± 0,005.
При текущем значении влажности (влагосодержании) сваренного продукта выше заданного значения, например 31% (0,45 кг/кг), микропроцессор 75 осуществляет включение каждого из каналов управления и выдает сигналы: вначале локальному регулятору 72 через корректирующий блок 73 на уменьшение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, затем локальному регулятору 70 через преобразователь 67 на уменьшение расхода охлаждающей жидкости в линии 11 и соответственно уменьшение количества сконденсированного пара, преобразователю 64 на увеличение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 и соответственно температуры теплоносителя, далее преобразователю 65 на увеличение частоты вращения привода вентилятора 6 и соответственно расхода теплоносителя и локальному регулятору 69 через преобразователь 68 на увеличение расхода исходного продукта в линии 3.

При текущем значении влажности (влагосодержании) сваренного продукта выше заданного значения, например 31% (0,45 кг/кг), микропроцессор 75 осуществляет включение каждого из каналов управления по следующему алгоритму:
уменьшают расход распыливаемой жидкости в линии 8 закрытием электромагнитного клапана посредством исполнительного механизма 78;
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным верхним предельным значением влагосодержания;
если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения (U_m≤ Uвзад

), например 31% (0,45 кг/кг), то сигналы с микропроцессора 75 с помощью коррекции задания локальному регулятору 72 через корректирующий блок 73 на уменьшение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода охлаждающей жидкости в линии 11 через преобразователь 67 и локальный регулятор 70, увеличение мощности ТЭНов через преобразователь 64, увеличение расхода теплоносителя в линии 4 через преобразователь 65, увеличение расхода исходного продукта в линии 3 через преобразователь 68 и локальный регулятор 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания (U_m> Uвзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 67 и локальный регулятор 70 на исполнительный механизм 80 на уменьшение расхода охлаждающей жидкости в линии 11;
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным верхним предельным значением влагосодержаниия;
если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения (U_m≤ Uвзад), то сигналы с микропроцессора 75 с помощью коррекции задания локальному регулятору 70 через преобразователь 67 на уменьшение расхода охлаждающей жидкости в линии 11, увеличение мощности ТЭНов через преобразователь 64, увеличение расхода теплоносителя в линии 4 через преобразователь 65, увеличение расхода исходного продукта в линии 3 через преобразователь 68 и локальный регулятор 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания (U_m≫ Uвзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 64 исполнительному механизму 77 на увеличение мощности ТЭНов электрокалорифера 7;
сравнивают текущее значение температуры продукта в зоне варки, измеряемое датчиком 38 и вторичным прибором 57, с заданным верхним предельным значением и при достижении температуры продукта заданного верхнего предельного значения, равного температуре карамелизации продукта, например 375 К, прекращают увеличение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 (с помощью исполнительного механизма 77 через преобразователь 64 микропроцессор 75 поддерживает накал ТЭНов постоянным);
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным верхним предельным значением влагосодержания.

если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения (U_m≤ Uвзад

), то корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на увеличение мощности ТЭНов, увеличение расхода теплоносителя в линии 4 и исходного продукта в линии 3 соответственно через преобразователи 64, 65, 68 и локальный регулятор 69 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания (U_m≫ Uвзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 65 на исполнительный механизм 76 регулируемого привода вентилятора 6 на увеличение расхода теплоносителя в линии 4;
сравнивают текущее значение линейной скорости теплоносителя, измеряемое датчиком 29 и вторичным прибором 55, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного значения линейной скорости теплоносителя, соответствующего критической скорости псевдоожижения, при которой происходит унос частиц продукта, например 4 м/с, прекращают увеличение расхода теплоносителя в линии 4 (число оборотов регулируемого привода оставляют постоянным);
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 19 и вторичным прибором 56, с заданным верхним предельным значением влагосодержания;
при условии их равенства (U_m= Uвзад) или (U_m≤ Uвзад) корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на изменение числа оборотов регулируемого привода вентилятора 6 в линии 4, увеличение расхода исходного продукта в линии 3 соответственно через преобразователь 65 с помощью исполнительного механизма 76, преобразователь 68 и локальный регулятор 69 с помощью исполнительного механизма 79 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания (U_m≫ Uвзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 68 локальному регулятору 69 на увеличение расхода исходного продукта до тех пор, пока не будет выполнено условие
U_m- Uвзад = ± 0,005.
При текущей влажности (влагосодержании) готового продукта после сушки, измеряемой датчиком 20 и вторичным прибором 52 ниже заданного значения, например 14% (0,162 кг/кг), микропроцессор 75 включает каналы управления по следующему алгоритму:
уменьшают мощность ТЭНов электрокалорифера 7 через преобразователь 64 и исполнительный механизм 77 и уменьшают температуру теплоносителя;
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 20 и вторичным прибором 52, с заданным нижним предельным значением влагосодержания;
если эти значения равны (U_m= Uнзад) или (U_m≥ Uнзад), то корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на уменьшение мощности ТЭНов, скорости потока теплоносителя в линии 4 соответственно через преобразователи 64 и 65 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения (U_m< Uнзад), то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 65 исполнительному механизму 76 на уменьшение расхода теплоносителя в линии 4 до тех пор, пока не будет выполнено условие
Uнзад - U_m = ± 0,005.
При текущей влажности (влагосодержании) готового продукта после сушки, измеряемой датчиком 20 и вторичным прибором 52, выше заданного значения, например 16% (0,19 кг/кг), микропроцессор 75 последовательно включает каналы управления по алгоритму:
увеличивают расход теплоносителя в линии 4 через преобразователь 65 и исполнительный механизм 76 регулируемого привода вентилятора 6;
сравнивают текущее значение линейной скорости теплоносителя, измеряемое датчиком 27 и вторичным прибором 51, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного значения линейной скорости теплоносителя, соответствующего критической скорости псевдоожижения, при которой происходит унос частиц продукта, например 4 м/м, прекращают увеличение расхода теплоносителя в линии 4 (число оборотов регулируемого привода оставляют постоянным);
сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 20 и вторичным прибором 52, с заданным верхним предельным значением влагосодержания;
при условии их равенства (U_m= Uвзад) или (U_m≤ Uвзад) корректирующие сигналы с микропроцессора 75 на изменение числа оборотов регулируемого привода вентилятора 6 в линии 4, увеличение мощности ТЭНов соответственно через преобразователи 65 и 64 не подают;
если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания (U_m≫ Uвзад), , то подают сигнал с микропроцессора 75 через преобразователь 64 исполнительному механизму 77 на увеличение мощности ТЭНов электрокалорифера 7;
сравнивают текущее значение температуры продукта при сушке, измеряемое датчиком 39 и вторичным прибором 41, с заданным верхним предельным значением и при достижении температуры продукта при сушке заданного верхнего предельного значения, равного температуре карамелизации продукта, например 385 К, или достижении температуры продукта при варке заданного верхнего предельного значения, например 375 К, прекращают увеличение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 (с помощью исполнительного механизма 77 через преобразователь 64 микропроцессор 75 поддерживает накал ТЭНов постоянным) до тех пор, пока не будет выполнено условие
U_m- Uвзад = ± 0,005.
Каждый последующий канал управления при варке и сушке срабатывает после того, как предыдущий выйдет на свои ограничения, накладываемые на процесс варки и сушки, то есть исчерпает свои собственные ресурсы. Включение последующих каналов управления прерывается, как только влажность сваренного и готового продукта соответственно после варки и сушки, выйдет на заданный интервал значений.

Расход готового продукта после сушки определяют по расходу исходного продукта перед варкой и влагосодержанию исходного и готового продукта соответственно перед варкой и после сушки.

Корректировка расхода теплоносителя в линии 4 вследствие конденсации пара при варке продукта осуществляется микропроцессором 75 через вторичные приборы 48, 55 и датчики 29, 30. По величине сконденсированного пара дополнительно осуществляют подпитку паром теплоносителя, подаваемого на сушку. Изменение расхода свежего пара осуществляется через корректирующий блок 74, локальный регулятор 71 с помощью исполнительного механизма 81. При этом измеряется расход и температура свежего пара соответственно датчиками 31, 36 и вторичным прибором 63.

В результате реализации способ автоматического управления комбинированным варочно-сушильным процессом обработки сыпучего продукта имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
улучшается качество готового продукта вследствие обеспечения равномерной и однородной обработки продукта;
повышается использование энергетического потенциала теплоносителя на варке продукта за счет повышения степени конденсации насыщенного пара;
снижение энергоемкости процесса за счет уменьшения требуемого количества теплоносителя для обеспечения процесса вследствие увеличения количества теплоты, обусловленного выделением теплоты фазового превращения при конденсации пара;
предотвращается переувлажнение частиц продукта, что, в свою очередь, стабилизирует гидродинамический режим слоя и улучшает качество готового продукта при одновременном снижении расхода жидкости в линии подачи за счет сконденсированного пара и отсутствия стыковой свободной влаги между частицами сыпучего продукта в слое, а также равномерного распределения влаги на частицах при конденсации по сравнению с распыливанием влаги над слоем продукта, вследствие которого переувлажняются верхние слои сыпучего продукта;
обеспечивает автоматическое управление варочно-сушильным процессом энергосберегающей технологической схемы с использованием пара, отработанного после сушки.

Используемая литература:
1. Калашников Г.В. Совершенствование процесса гидротермической обработки и варки круп с использованием перегретого пара атмосферного давления. - Дисс. канд. техн. наук, Воронеж, 1991. 250 с.

2. Калашников Г.В., Кравченко В.М., Остриков А.Н. - Выбор способа варки круп перегретым паром. В кн.: Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания. - Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. - Москва, МТИПП, 1 секция, 1987. С. 50-51.

3. Кретов И. Т., Кравченко В.М., Остриков А.Н., Калашников Г.В. Современное состояние техники и технологии варки и гидротермической обработки продуктов пищеконцентратного производства. - М.: АгроНИИТЭИПП. Серия 18. Консервная, овощесушильная и пищеконцентратная промышленность, 1988, вып. 4. С. 1-25.

4. Генин С. А. Крупяные концентраты, не требующие варки. - М.: Пищевая промышленность, 1975. 132 с.

5. Кретов И. Т. , Остриков А.Н., Кравченко В.М. Кинетика сушки вареных круп перегретым паром. // Изв. вузов. Пищевая технология, 1989, вып. 4. С. 103-104.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть спользовано при автоматизации процессов предварительной гидротермической обработки, варки и сушки сыпучего продукта, например круп, зернобобовых и других крупяных продуктов пищеконцентратной промышленности на основе энергосберегающей технологической схемы с рециркуляционным использованием теплоносителя при выпуске продукции. Способ автоматического управления комбинированным варочно-сушильным процессом обработки сыпучего продукта предусматривает изменение подачи теплоносителя и жидкости, измерение влагосодержания исходного перед варкой продукта, сваренного и готового продукта после сушки, расхода исходного продукта, температуры продукта перед варкой, в процессе варки и сушки, теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта при варке и сушке, давления распыливания жидкости, перепад давлений теплоносителя, расхода теплоносителя после варки на основе измерения скорости потока теплоносителя, давления и расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в теплообменник, осуществляет корректирование текущего значения влагосодержания продукта при варке и сушке по расходу и температуре теплоносителя перед и после сушки продукта, корректирует расход распыливаемой жидкости по количеству сконденсированного пара, влагосодержанию сваренного продукта и перепаду давлений теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, расход готового продукта после сушки определяют по расходу исходного, перед варкой, продукта и влагосодержанию исходного и готового продукта, соответственно, перед варкой и после сушки, дополнительно осуществляют подпитку паром теплоносителя, подаваемого на сушку, и измеряют расход и температуру пара, при этом свежий пар добавляют по количеству сконденсированного пара на варке, определяемому по расходам теплоносителя перед и после варки. Данный способ направлен на улучшение качества готового продукта, снижение материальных и энергетических затрат, повышение точности и надежности управления процессом, создание схемы автоматического управления варочно-сушильным процессом при энергосберегающей технологической схеме производства крупяных продуктов. 1 ил.

Способ автоматического управления комбинированным варочно-сушильным процессом обработки сыпучего продукта, предусматривающий изменение подачи теплоносителя и жидкости, измерение влагосодержания исходного перед варкой продукта, и сваренного продукта, расхода исходного продукта, температуры продукта в процессе варки, давления, распыливания жидкости, перепада давлений теплоносителя, отличающийся тем, что дополнительно измеряют влагосодержание готового продукта после сушки, температуру продукта в процессе сушки, температуру теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта при варке и сушке, температуру продукта, поступающего на варку, давление и расход охлаждающей жидкости, подаваемой в теплообменник, расход теплоносителя после варки по скорости потока теплоносителя, определяют количество сконденсированного пара, определяют расход высушенного продукта по расходу исходного перед варкой продукта и влагосодержанию исходного и готового продукта соответственно перед варкой и после сушки, а также осуществляют корректирование текущего значения влагосодержания продукта при варке и сушке по расходу и температуре теплоносителя перед и после сушки продукта, корректируют расход распыливаемой жидкости по количеству сконденсированного пара, влагосодержанию сваренного продукта и перепаду давлений теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, кроме того, осуществляют подпитку паром теплоносителя, подаваемого на сушку, и измеряют расход и температуру пара, при этом свежий пар добавляют в зависимости от сконденсированного пара на варке, определяемого по расходам теплоносителя перед и после варки.