СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА С ИМПУЛЬСНОЙ ПОДАЧЕЙ ПОТОКА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ Российский патент 1998 года по МПК A23L1/10 G05D27/00 

Изобретение относ ится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса гидротермической обработки, например, варки круп, зернобобовых и других крупяных продуктов пищеконцентратной промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом влаготепловой обработки маслосодержащих материалов (а.с. 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 повысить точность и надежность управления и обеспечить равномерную обработку продукта в процессе влаготепловой обработки, так как управление осуществляется по двум каналам: расходу воды и пара.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического управления процессом гидротермической обработки продукта (а.с. N 1584887, A 23 L 1/10, 1990), предусматривающий изменение расхода жидкости, линейной скорости потока теплоносителя, мощности электрокалорифера и расхода исходного продукта. При этом подача расхода жидкости корректируется в зависимости от перепада давлений теплоносителя. Однако известный способ не обеспечивает взаимосвязанное регулирование импульсной 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 и повышение точности и надежности управления процессом.

Поставленная задача достигается тем, что по способу автоматического управления гидротермической обработкой дисперсного материала с импульсной подачей потока теплоносителя предусматривается изменение подачи теплоносителя и жидкости, измерение влагосодержания исходного и готового продукта, температуры продукта и теплоносителя, амплитуды и частоты пульсации теплоносителя, расхода исходного и готового продукта, частоты вращения вала пульсатора, скорости потока теплоносителя, угла наклона газораспределительной решетки, давления распыливания жидкости, перепада давлений теплоносителя, по интенсивности распыливания жидкости над слоем продукта регулируют амплитуду и частоту пульсаций потока теплоносителя, осуществляют корректирование текущего значения влагосодержания готового продукта по величинам амплитуды и частоты пульсаций потока теплоносителя воздействием на частоту вращения вала пульсатора и живое сечение пульсатора, дополнительно обеспечивают подпитку свежим паром теплоносителя и корректируют расход пара по влагосодержанию продукта и количеству сконденсировавшегося пара при варке продукта, определяемому по расходам теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта на основе измерения скорости потока теплоносителя, соответственно, на входе и выходе из слоя продукта, при достижении соответствующей температуры теплоносителя и продукта, и при отклонении текущего значения влагосодержания продукта от заданного значения в сторону превращения осуществляют последовательно уменьшение расхода жидкости, частоты вращения вала пульсатора, живого сечения пульсатора, расхода свежего пара, увеличение мощности электрокалорифера, скорости потока теплоносителя, угла наклона газораспределительной решетки и расхода исходного продукта, а при отклонении текущего значения влагосодержания от заданного в сторону уменьшения осуществляют последовательное уменьшение мощности электрокалорифера, скорости потока теплоносителя, увеличение частоты вращения вала пульсатора, живого сечения пульсатора, расхода свежего пара, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода жидкости и уменьшение расхода исходного продукта, уменьшение мощности электрокалорифера осуществляют до достижения температуры продукта в зоне варки наименьшего допускаемого значения, равного температуре клейстеризации крахмала продукта, а увеличение мощности осуществляют до достижения температуры продукта равной температуре карамелизации продукта, увеличение скорости потока теплоносителя обеспечивают до достижения критической скорости псевдоожижения, соответствующей началу уноса частиц продукта, угла наклона газораспределительной решетки до достижения величины, равной углу естественного откоса продукта, увеличение и уменьшение частоты вращения вала пульсатора и живого сечения пульсатора обеспечивают в зависимости от параметров пульсатора и теплоносителя, уменьшение и увеличение расхода свежего пара в зависимости от сконденсировавшегося пара и обрабатываемого продукта, уменьшение расхода жидкости на варку осуществляют до достижения минимально допустимого давления распыливаемой жидкости при максимальной интенсивности ее распыливания, при этом осуществляют коррекцию расхода распыливаемой жидкости по перепаду давления теплоносителя на газораспределительной решетке.

Следует отметить, что осуществление предлагаемого способа управления процессом стало возможным в результате экспериментальных исследований процесса для различных видов круп в варочном оборудовании ленточного типа, работающим 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. 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, энергетические затраты на осуществление процесса, снижается пищевая ценность продукта (уменьшается содержание незаменимых аминокислот, витаминов). Необходимость обеспечения активного гидродинамического режима слоя продукта в виде импульсного псевдоожиженного слоя 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 дисперсного материала 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 тонко-дисперсного распыливания над слоем продукта.

Неиспользованный после варки теплоноситель подпитывается свежим паром и снова подается на варку продукта. Количество свежего пара определяется сконденсированным паром при варке продукта.

Следовательно, предлагаемый способ должен предусматривать взаимосвязанное учитывание нескольких факторов и, соответственно, управление процесса обработки дисперсного материала по расходу и температуре теплоносителя, расходом распыливаемой жидкости и исходного продукта, частоте и амплитуде пульсаций теплоносителя, положение газораспределительной решетки, температуре продукта и влагосодержанию готового продукта.

Зависимости определения сконденсированного пара по расходу потока теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, температурам исходного продукта и в процессе варки, температуре теплоносителя, частоты и амплитуды пульсаций теплоносителя, интенсивности распыливания жидкости над слоем продукта, влагосодержания продукта по импульсной подаче теплоносителя, а также количество жидкости, достаточной для осуществления варки продукта приведены в [1, 2].

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления. Схема содержит варочную камеру 1 с газораспределительной решеткой 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 готового продукта, линию 10 подпитки свежим паром теплоносителя, датчики 11 - 27, соответственно, расходов исходного и готового продукта, свежего пара, жидкости, влажности исходного и готового продукта, давления распыливания жидкости, теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, амплитуды и частоты пульсаций теплоносителя, частоты вращения вала пульсатора, скорости теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта, угла наклона газораспределительной решетки, температуры теплоносителя на входе в слой продукта, продукта в зоне варки, вторичные приборы 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, преобразователи 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, локальные регуляторы 51, 52, 53, корректирующий блок 54, микропроцессор 55, исполнительные механизмы 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63.

Гидротермическая обработка продукта на установке с импульсной подачей потока теплоносителя осуществляется следующим образом.

Исходный продукт по линии 3 подают через дозатор на газораспределительную решетку 2 камеры варки. По линии 4 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. Готовый вареный продукт выгружается в линии 9 из установки на дальнейшие технологические операции. Неиспользованный теплоноситель после варки подпитывается свежим паром, подаваемым по линии 10, и направляется снова на обработку продукта.

Способ автоматического регулирования осуществляется следующим образом. С помощью датчиков 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и вторичных приборов 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, информация о ходе процесса варки передается в микропроцессор 55, в который предварительно вводят двухсторонние ограничения на влажность готового продукта в соответствии с ГОСТ 15113.4-77 "Концентраты пищевые" и Технологических инструкций 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%, а также ограничения на температуру продукта в зоне варки, линейную скорость потока теплоносителя и давление распыливания жидкости, соответственно в пределах 353... 375 K, O...4 м/с, 1,2...1,4 Ат [3, 4, 5].

При текущем значении влагосодержания готового продукта, измеряемого датчиком 16 и вторичным прибором 35 ниже заданного значения, например, 28% (0,39 кг/кг), микропроцессор 55 последовательно по каналам управления выдает сигналы: сначала преобразователю 47 на уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 и, соответственно, температуры теплоносителя, затем преобразователю 46 на уменьшение частоты вращения привода вентилятора 6 и, соответственно, скорости потока теплоносителя, далее преобразователю 48 на увеличение частоты вращения вала пульсатора и, соответственно, частоты пульсаций потока теплоносителя, преобразователю 49 на увеличение живого сечения пульсатора и, соответственно, амплитуды пульсаций потока теплоносителя, локальному регулятору 53 через преобразователь 44 на увеличение расхода свежего пара в линии 10, преобразователю 45 на уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, локальному регулятору 52 через корректирующий блок 54 на увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8 и локальному регулятору 51 через преобразователь 50 на уменьшение расхода исходного продукта в линии 3.

Каждый последующий канал управления срабатывает после того, как предыдущий выйдет на свои ограничения, накладываемые на процесс варки, то есть исчерпает свои собственные ресурсы. Включение последующих каналов управления прерывается, как только влажность готового продукта выйдет на заданный интервал значений, при этом осуществляется непрерывно подпитка свежим паром теплоносителя в зависимости от сконденсировавшегося пара. Последовательность воздействий определяется следующим алгоритмом: уменьшают мощность ТЭНов электрокалорифера 7 через преобразователь 47 с помощью исполнительного механизма 57; сравнивают текущее значение температуры продукта в зоне варки, измеряемое датчиком 27 и вторичным прибором 41, с заданным нижним предельным значением и при достижении температуры варки заданного нижнего предельного значения, равного температуре клейстеризации крахмала, например, 353 К, прекращают уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7 (с помощью исполнительного механизма 57 через преобразователь 47, микропроцессор 55 поддерживает накал ТЭНов постоянным); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35 с заданным нижним предельным значением влагосодержания; если эти значения равны то корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на уменьшение мощности ТЭНов электрокалорифера 7, уменьшение частоты вращения привода вентилятора 6 и, соответственно, скорости потока теплоносителя в линии 4, увеличение частоты вращения вала пульсатора 5 и, соответственно, частоты пульсаций потока теплоносителя, увеличение живого сечения пульсатора и, соответственно, амплитуды пульсаций потока теплоносителя, увеличение расхода свежего пара в линии 10, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8 и уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 47, 46, 48, 49, 44, 45, 50, корректирующий блок 54, локальные регуляторы 53, 52, 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 на уменьшение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 через преобразователь 46 с помощью исполнительного механизма 56 и уменьшают скорость потока теплоносителя в линии 4; сравнивают текущее значение линейной скорости потока теплоносителя, измеряемое датчиком 24 и вторичным прибором 39 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, прекращает уменьшение расхода теплоносителя; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным нижним предельным значением влагосодержания; если эти значения равны то корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на уменьшение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 и уменьшение скорости потока теплоносителя в линии 4, увеличение частоты вращения вала пульсатора 5 и, соответственно, частоты пульсаций потока теплоносителя, увеличение живого сечения пульсатора и, соответственно, амплитуды пульсаций потока теплоносителя, увеличение расхода свежего пара в линии 10, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8 и уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 46, 48, 49, 44, 45, 50, корректирующий блок 54, локальные регуляторы 53, 52, 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 на увеличение частоты вращения вала пульсатора 5 через преобразователь 48 на исполнительный механизм 58 и увеличивают частоту пульсаций потока теплоносителя; сравнивают текущее значение частоты вращения вала пульсатора, измеряемое датчиком 22 и вторичным прибором 30, с заданным верхним предельным значением и при достижении частоты вращения заданного верхнего предельного значения, определяемого типом пульсатора, например, 1500 об/мин, прекращают увеличение частоты вращения вала (с помощью исполнительного механизма 58 через преобразователь 48 микропроцессор 55 поддерживает частоту вращения вала постоянной); сравнивают текущее значение частоты пульсаций потока теплоносителя, измеряемое датчиком 21 и вторичным прибором 37, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного верхнего предельного значения, например, 10 Гц, прекращают увеличение частоты вращения вала пульсатора; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта; при условии равенства этих значений или корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на увеличение частоты вращения вала пульсатора 5 и увеличение частоты пульсации потока теплоносителя, увеличение живого сечения пульсатора и, соответственно, амплитуды пульсаций потока теплоносителя, увеличение расхода свежего пара, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 48, 49, 44, 45, 50, корректирующий блок 54, локальные регуляторы 53, 52, 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 на увеличение живого сечения пульсатора через преобразователь 49 на исполнительный механизм 59 и увеличивают амплитуду пульсаций потока теплоносителя; сравнивают текущее значение амплитуды пульсаций потока теплоносителя, измеряемое датчиком 20 и вторичным прибором 36, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного верхнего предельного значения, определяемого типом пульсатора, например, 5 мм, прекращают увеличение живого сечения пульсатора (с помощью исполнительного механизма 59 через преобразователь 49 микропроцессор 55 поддерживает заслонку пульсатора в определенном положении); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, изменяемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта; если эти значения равны то корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на увеличение живого сечения пульсатора и увеличение амплитуды пульсаций потока теплоносителя, увеличение расхода свежего пара, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 49, 44, 45, 50, корректирующий блок 54, локальные регуляторы 53, 52, 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания то подают корректирующий сигнал с микропроцессора 55 на увеличение расхода свежего пара в линии 10 через преобразователь 44 и локальный регулятор 53 на исполнительный механизм 60 и увеличивают влагосодержание теплоносителя до состояния насыщения; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта; при условии равенства этих значений или корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на увеличение расхода свежего пара в линии 10, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 44, 45, 50, корректирующий блок 54, локальные регуляторы 53, 52, 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания то подают корректирующий сигнал с микропроцессора 55 на уменьшение угла наклона газораспределительной решетки через преобразователь 45 на исполнительный механизм 61 и увеличивают продолжительность обработки продукта; сравнивают текущее значение угла наклона газораспределительной решетки, измеряемое датчиком 25 и вторичным прибором 38, с заданным нижним предельным значением и при достижении заданного нижнего предельного значения, например, 10^o, прекращают уменьшение угла наклона газораспределительной решетки; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта; если эти значения равны то корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 45, 50, корректирующий блок 54, локальные регуляторы 52, 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 на коррекцию задания локальному регулятору 52 через корректирующий блок 54 и увеличивают расход распыляемой жидкости с помощью исполнительного механизма 62; сравнивают текущее значение давления теплоносителя на входе и выходе из слоя исходного продукта, измеряемое датчиками, соответственно, 18 и 19 и вторичными приборами 32, 40, 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 55 по расходам теплоносителя на входе и выходе их слоя продукта на основе линейной скорости теплоносителя, соответственно, на входе из слоя продукта, измеряемой датчиками 23 и 24 и вторичными приборами 31 и 39, с влагосодержанием готового продукта, измеряемом датчиком 16 и вторичным прибором 35, и корректируют расход жидкости в линии 8 через корректирующий блок 54 и локальный регулятор 52; сравнивают текущее значение давления распыливания жидкости в линии 8, измеряемое датчиком 17 и вторичным прибором 42, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного нижнего предельного значения, например, 1,4 Ат, прекращают увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным нижним предельным значением влагосодержания продукта; при условии равенства этих значений или корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на увеличение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через корректирующий блок 54 и локальный регулятор 52, преобразователь 50 и локальный регулятор 51, не подают; если текущее значение влагосодержания продукта ниже заданного нижнего предельного значения то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 50 и локальный регулятор 51 исполнительному механизму 63 на уменьшение расхода исходного продукта в линии 3 до тех пор, пока не будет выполнено условие

При текущей влажности /влагосодержании/ продукта выше заданного значения, например, 31% /0,45 кг/кг/ микропроцессор 55 осуществляет включение каждого из каналов управления по следующему алгоритму: уменьшают расход распыливаемой жидкости в линии 8 закрытием электромагнитного клапана посредством исполнительного механизма 62; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения например, 31% /0,45 кг/кг/, то сигналы с микропроцессора 55 с помощью коррекции задания локальному регулятору 52 через корректирующий блок 54 на уменьшение расхода распыливаемой жидкости в линии 8, уменьшение частоты вращения вала пульсатора через преобразователь 48, уменьшение живого сечения пульсатора через преобразователь 49, уменьшение расхода свежего пара через преобразователь 44 и локальный регулятор 53, увеличение мощности ТЭНов через преобразователь 47, увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 через преобразователь 46, увеличение угла наклона газораспределительной решетки через преобразователь 45, увеличение расхода исходного в линии 3 через преобразователь 50 и локальный регулятор 51, не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 48 на исполнительный механизм 58 на уменьшение частоты вращения вала пульсатора 5; сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения то сигналы с микропроцессора 55 на уменьшение частоты вращения вала пульсатора через преобразователь 48, уменьшение живого сечения пульсатора через преобразователь 49, уменьшение расхода свежего пара в линии 10 через преобразователь 44 и локальный регулятор 53, увеличение мощности ТЭНов через преобразователь 47, увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 через преобразователь 46, увеличение угла наклона газораспределительной решетки через преобразователь 45 и увеличение расхода исходного продукта в линии 3 через преобразователь 50 и локальный регулятор 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 49 на исполнительный механизм 59 на уменьшение живого сечения пульсатора; сравнивают текущее значение температуры продукта в зоне варки, измеряемое датчиком 27 и вторичным прибором 41, с заданным нижним предельным значением и при достижении температуры варки заданного нижнего предельного значения, равного температуре клейстеризации крахмала, например, 353 К, прекращают уменьшение живого сечения пульсатора 5 и уменьшение количества тепла с теплоносителем на варку продукта (с помощью исполнительного механизма 59 через преобразователь 49 микропроцессор 55 держит заслонку пульсатора в определенном положении); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения то сигналы с микропроцессора 55 на уменьшение живого сечения пульсатора через преобразователь 49, уменьшение расхода свежего пара в линии 10 через преобразователь 44 и локальный регулятор 53, увеличение мощности ТЭНов через преобразователь 47, увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 через преобразователь 46, увеличение угла наклона газораспределительной решетки через преобразователь 45, увеличение расхода исходного продукта в линии 3 через преобразователь 50 и локальный регулятор 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 44 и локальный регулятор 53 на исполнительный механизм 60 на уменьшение расхода свежего пара в линии 10; сравнивают текущее значение температуры продукта в зоне варки, измеряемое датчиком 27 и вторичным прибором 41, с заданным нижним предельным значением и при достижении температуры варки заданного нижнего предельного значения равного температуре клейстеризации крахмала, например, 353 К, прекращают уменьшение расхода свежего пара в линии 10 и уменьшение количества тепла с теплоносителем на варку продукта (с помощью исполнительного механизма 60 через преобразователь 44 и локальный регулятор 53 микропроцессор 55 поддерживают постоянный расход свежего пара); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения то сигнал с микропроцессора 55 с помощью коррекции задания локальному регулятору 53 через преобразователь 44 на уменьшение расхода свежего пара в линии 10, увеличение сущности ТЭНов через преобразователь 47, увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 в линии 4 через преобразователь 46, увеличение угла наклона газораспределительной решетки через преобразователь 45, увеличение расхода исходного продукта в линии 3 через преобразователь 50 и локальный регулятор 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 47 исполнительному механизму 57 на увеличение мощности ТЭНов электрокалорифера 7; сравнивают текущее значение температуры продукта в зоне варки, измеряемое датчиком 27 и вторичным прибором 41, 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 калорифера 7 (с помощью исполнительного механизма 57 через преобразователь 47 микропроцессор 55 поддерживает накал ТЭНов постоянным); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения то корректирующее сигналы с микропроцессора 55 на увеличение мощности ТЭНов, увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 в линии 4, увеличение угла наклона газораспределительной решетки и исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователи 47, 46, 45, 50 и локальный регулятор 51 не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 46 на исполнительный механизм 56 регулируемого привода вентилятора 6 на увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 и потока теплоносителя в линии 4; сравнивают текущее значение линейной скорости теплоносителя, измеряемое датчиком 24 и вторичным прибором 39, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного линейной скорости теплоносителя, соответствующего критической скорости псевдоожжижения, при которой происходит унос частиц продукта, например, 4 м/с, прекращают увеличение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 и скорости потока теплоносителей в линии 4 (частоту вращения регулируемого привода оставляют постоянной); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; если текущее значение влагосодержания продукта достигает заданного верхнего предельного значения то корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на изменение частоты вращения регулируемого привода вентилятора 6 в линии 4, увеличение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователь 46 с помощью исполнительного механизма 56, преобразователь 45 с помощью исполнительного механизма 61, преобразователь 50 и локальный регулятор 51 с помощью исполнительного механизма 63, не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 45 на исполнительный механизм 61 на увеличение угла наклона газораспределительной решетки и уменьшение продолжительности обработки продукта; сравнивают текущее значение угла наклона газораспределительной решетки, измеряемое датчиком 25 и вторичным прибором 38, с заданным верхним предельным значением и при достижении заданного верхнего предельного значения, например, равного углу естественного откоса продукта, прекращают увеличение угла наклона газораспределительной решетки (с помощью исполнительного механизма 61 через преобразователь 45 микропроцессора 55 обеспечивает угол наклона газораспределительной решетки постоянным); сравнивают текущее значение влагосодержания продукта, измеряемое датчиком 16 и вторичным прибором 35, с заданным верхним предельным значением влагосодержания; при условии их равенства корректирующие сигналы с микропроцессора 55 на увеличение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода исходного продукта в линии 3, соответственно, через преобразователь 45 и исполнительный механизм 61, преобразователь 50 и локальный регулятор 51 с помощью исполнительного механизма 63, не подают; если текущее значение влагосодержания продукта выше заданного верхнего предельного значения влагосодержания то подают сигнал с микропроцессора 55 через преобразователь 50 локальному регулятору 51 на увеличение расхода исходного продукта до тех пор, пока не будет выполнено условие

В результате реализации способ автоматического управления гидротермической обработкой дисперсного материала с импульсной подачей потока теплоносителя имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом: улучшается качество готового продукта вследствие увеличения каналов управления и обеспечения равномерной и однородной обработкой продукта; повышается степень использования энергетического потенциала теплоносителя при варке продукта за счет использования теплоносителя после варки и добавления свежего пара с учетом сконденсировавшегося пара в слое продукта; обеспечивается взаимосвязанное регулирование технологических показателей процесса и оборудования, что повышает точность и надежность управления, при этом осуществляется управление на основе взаимосвязи импульсной подачи теплоносителя и жидкости, распыливаемой над слоем продукта; предотвращается переувлажнение частиц продукта, что в свою очередь, стабилизирует гидродинамический режим слоя и улучшает качество готового продукта при одновременном снижении 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 чего переувлажняются верхние слои сыпучего продукта.

Источники информации
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, МНИИПП, I 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. Калашников Г.В., Кретов И.Т. Кинетика процесса влагопоглощения капиллярно-пористыми коллоидными материалами. //Изв. вузов. Пищевая технология, N 1-2, 1995. - с. 90-93.

Способ предназначен для автоматизации технологических процессов гидротермической обработки продуктов питания, например варки круп, зернобобовых и других крупяных продуктов пищеконцентратной промышленности. Способ предусматривает изменение подачи теплоносителя и жидкости, измерение влагосодержания исходного и готового продукта, температуры продукта, расход исходного и готового продукта, давления распыливания жидкости, перепада давлений теплоносителя, амплитуды и частоты пульсаций теплоносителя, частоты вращения вала пульсатора, скорости потока теплоносителя, угла наклона газораспределительной решетки и температуры теплоносителя на входе в слой продукта. При этом по интенсивности распыливания жидкости над слоем продукта регулируют амплитуду и частоту пульсаций потока теплоносителя, осуществляют корректирование текущего значения влагосодержания готового продукта по величинам амплитуды и частоты пульсаций потока теплоносителя воздействием на частоту вращения вала пульсатора и живое сечение пульсатора, предусматривают подпитку свежим паром теплоносителя и корректируют расход пара по влагосодержанию продукта и количеству сконденсировавшегося пара при варке продукта, определяемому по расходам теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта на основе измерения скорости потока теплоносителя соответственно на входе и выходе из слоя продукта, при достижении соответствующей температуры теплоносителя и продукта. Проводят сравнение текущего значения влагосодержания готового продукта с заданным и в случае отклонения текущего значения влагосодержания готового продукта от заданного в сторону превышения осуществляют последовательное уменьшение расхода жидкости, частоты вращения вала пульсатора, живого сечения пульсатора, расхода свежего пара, увеличение мощности электрокалорифера, скорости потока теплоносителя, угла наклона газораспределительной решетки и расхода исходного продукта. В случае отклонения этого параметра в сторону уменьшения осуществляют последовательное уменьшение мощности электрокалорифера, скорости потока теплоносителя, увеличения частоты вращения вала пульсатора, живого сечения пульсатора, расхода свежего пара, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода жидкости и уменьшение расхода исходного материала. Изобретение направлено на улучшение качества готового продукта и повышение точности и надежности управления процессом. 1 ил.

Способ автоматического управления гидротермической обработкой дисперсного материала с импульсной подачей потока теплоносителя, предусматривающий изменение подачи теплоносителя и жидкости, измерение влагосодержания исходного и готового продукта, температуры продукта, расхода исходного продукта, давления распыливания жидкости, перепада давлений теплоносителя, отличающийся тем, что дополнительно измеряют амплитуду и частоту пульсаций теплоносителя, расход готового продукта, частоту вращения вала пульсатора, скорость потока теплоносителя, угол наклона газораспределительной решетки и температуру теплоносителя на входе в слой продукта, по интенсивности распыливания жидкости над слоем продукта регулируют амплитуду и частоту пульсаций потока теплоносителя, осуществляют корректирование текущего значения влагосодержания готового продукта по величинам амплитуды и частоты пульсаций потока теплоносителя воздействием на частоту вращения вала пульсатора и живое сечение пульсатора, предусматривают подпитку свежим паром теплоносителя и корректируют расход пара по влагосодержанию продукта и количеству сконденсировавшегося пара при варке продукта, определяемому по расходам теплоносителя на входе и выходе из слоя продукта на основе измерения скорости потока теплоносителя соответственно на входе и выходе из слоя продукта по достижении соответствующей температуры теплоносителя и продукта, и проводят сравнение текущего значения влагосодержания готового продукта с заданным и в случае отклонения текущего значения влагосодержания готового продукта от заданного в сторону превышения осуществляют последовательное уменьшение расхода жидкости, частоты вращения вала пульсатора, живого сечения пульсатора, расхода свежего пара, увеличение мощности электрокалорифера, скорости потока теплоносителя, угла наклона газораспределительной решетки и расхода исходного продукта, в случае отклонения текущего значения влагосодержания от заданного в сторону уменьшения осуществляют последовательное уменьшение мощности электрокалорифера, скорости потока теплоносителя, увеличение частоты вращения вала пульсатора, живого сечения пульсатора, расхода свежего пара, уменьшение угла наклона газораспределительной решетки, увеличение расхода жидкости и уменьшение расхода исходного продукта.