СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА ВАРЕНО-СУШЕНЫХ КРУП Российский патент 2002 года по МПК A23L1/10 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов мойки, варки и сушки круп.

Известен способ автоматического управления процессом гидротермической обработки продукта (А.с. 1584887, А 23 L 1/10, 1990), предусматривающий измерение 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. 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 предусматривает использования вторичных ресурсов, не создает перспектив в разработке экологически чистых технологий гидротермической обработки пищевых продуктов, и, как следствие, не обеспечивает регулирования расходов материальных потоков в контурах рециркуляции.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ автоматического управления комбинированным варочно-сушильным процессом обработки сыпучего продукта с рециркуляционным использованием теплоносителя (Патент РФ 2113132, А 23 L 1/10, G 05 D 27/00), 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, 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 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 варкой и после нее.

Этот способ не позволяет максимально использовать резервы интенсификации в создании ресурсосберегающей и экологически безопасной технологии производства варено-сушеных круп по следующим причинам:
1. Не предусмотрена высокоэффективная сушка продукта в среде перегретого пара, а следовательно, не было основания в определении по текущим значениям влажности продукта до сушки и после нее излишней части перегретого пара и его отводе из контура рециркуляции в камеру варки с целью максимального использования вторичного тепла.

2. При организации технологии производства варено-сушеных круп с рециркуляционным использованием теплоносителя по известному способу необходимо непрерывно восполнять энергетические потери теплоносителя за счет подпитки его паром, что приводит к увеличению удельных энергозатрат.

3. Не предусмотрена предварительная мойка продукта в замкнутом цикле по моющей воде с использованием фильтра и подогрева воды в барботере насыщенным паром, подаваемым из камеры варки, что существенно влияет на тепловую эффективность процесса.

4. Не созданы условия полной утилизации и рекуперации тепла на всех стадиях гидротермической обработки, включая мойку, варку и сушку.

5. Отсутствует программно-логический алгоритм функционирования системы управления варочно-сушильным процессом в условиях полностью замкнутых циклов по материальным и энергетическим потокам.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности варочно-сушильного процесса, улучшение качества готового продукта, создание безотходной и экологически чистой технологии получения варено-сушеных круп.

Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического управления процессом производства варено-сушеных круп, предусматривающем измерение влажности и расхода крупы на входе в камеру варки, расхода распыливающей жидкости в камере варки, влажности крупы на выходе из камеры сушки, регулирование расхода и температуры теплоносителя, перед подачей исходной крупы в камеру варки осуществляют ее мойку, при этом отработанную воду по замкнутому циклу направляют сначала в фильтр, затем в барботер и далее - в моечную камеру с подпиткой свежей воды перед барботером, сушку вареной крупы осуществляют перегретым паром в замкнутом контуре рециркуляции; при этом отводят излишнюю часть перегретого пара из контура рециркуляции в камеру варки, отработанный насыщенный пар из камеры варки подают в барботер, измеряют начальную влажность и расход исходной крупы на входе в камеру мойки, расход и температуру насыщенного пара из камеры варки в барботер, расход и температуру моечной воды на входе в камеру мойки, расход излишней части перегретого пара, стабилизируют количество моечной воды в замкнутом цикле по ее расходу после фильтра воздействием на расход свежей воды в линии подпитки, стабилизируют температуру моечной воды в линии рециркуляции на входе в камеру мойки путем изменения ее расхода воздействием на мощность привода насоса, по расходу и температуре моечной воды определяют тепловой поток, вносимый моечной водой в камеру мойки, в соответствии с которым устанавливают расход исходной крупы в камеру мойки с коррекцией по текущему значению влажности крупы на выходе из камеры мойки, по текущим значениям влажности крупы после камеры варки и камеры сушки определяют расход излишней части перегретого пара, отводимого из контура рециркуляции в камеру варки, по соотношению расходов излишней части перегретого пара и крупы в камеру варки устанавливают расход распыливаемой жидкости с коррекцией по влажности крупы на выходе из камеры варки, стабилизируют конечную влажность крупы на выходе из камеры сушки путем изменения теплового потока перегретого пара, воздействуя на его расход и температуру в контуре рециркуляции.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления. Схема содержит камеру мойки 1, камеру варки 2 и камеру сушки 3, линию 4 подачи исходной крупы в камеру мойки, линию 5 замкнутого цикла по моющей воде с фильтром 6, барботером 7 и насосом 8, линию 9 подпитки свежей водой, линию 10 подачи отработанного насыщенного пара из камеры варки в барботер, линию 11 отвода вымытой крупы из камеры мойки в камеру варки, линию 12 распыливаемой жидкости в камере варки, линию 13 отвода сваренной крупы из камеры варки в камеру сушки, контур рециркуляции 14 перегретого пара с пароперегревателем 15 и вентилятором 16, линию 17 отвода излишней части перегретого пара из контура рециркуляции в камеру варки, линию 18 готовой крупы после сушки, датчики: температуры 19 и расхода 20 исходной крупы, расхода 21 моющей воды после фильтра, расхода 22 и температуры 23 моющей воды на входе в камеру мойки, расхода 24 и влажности 25 вымытой крупы, температуры 26 и расхода 27 отработанного насыщенного пара, расхода 28 распыливаемой жидкости, температуры 29, расхода 30 и влажности 31 сваренной крупы, расхода 32 излишней части перегретого пара, температуры 33 и расхода 34 перегретого пара в контуре рециркуляции, влажности 35 высушенной крупы, микропроцессор 36, исполнительные механизмы 37 - 43 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м, н, о, п, р, с - входные каналы управления; т, ф, у, ц, ч, ш, э - выходные каналы управления).

Способ осуществляется следующим образом.

Информация о фактическом количестве моющей воды в замкнутом цикле 5 после фильтра 6 с помощью датчика расхода 21 передается в микропроцессор 36, который вырабатывает сигнал отклонения текущего расхода моющей воды от заданного и посредством исполнительного механизма 39, установленного в линии подпитки 9, обеспечивает подачу свежей воды, создавая необходимое количество моющей воды в замкнутом цикле 5.

За счет тепла отработанного насыщенного пара, подаваемого из камеры варки 2 в барботер 7 по линии 10, моющая вода нагревается. Стабилизация температуры моющей воды, измеряемой датчиком 23, достигается путем изменения ее расхода в замкнутом цикле 5 воздействием на мощность регулируемого привода насоса 8 посредством исполнительного механизма 38. При отклонении температуры моющей воды в замкнутом цикле 5 ниже заданного интервала значений микропроцессор 36 выдает сигнал на исполнительный механизм 38 регулируемого привода насоса 8 на уменьшение расхода моющей воды в замкнутом цикле 5 до достижения нижнего предельного значения, обеспечивая продолжительность контакта отработанного насыщенного пара с моющей водой в барботере 7. При отклонении температуры моющей воды в замкнутом цикле 5 выше заданного интервала значений микропроцессор 36 увеличивает ее расход до достижения верхнего предельного значения воздействием на мощность регулируемого привода насоса 8 посредством исполнительного механизма 38.

По информации датчиков 22 и 23 соответственно о фактическом расходе и температуре моющей воды микропроцессор 36, по заложенному в него алгоритму, непрерывно определяет тепловой поток, вносимый моечной водой в камеру мойки 1, и из балансовых соотношений устанавливает необходимый тепловой поток, вносимый исходной крупой в камеру мойки 1.

При отклонении текущей влажности вымытой крупы в линии 11, измеряемой датчиком 25, от заданного значения микропроцессор 36 посредством исполнительного механизма 37 регулирует расход исходной крупы, подаваемой на мойку.

По текущим значениям влажности крупы после камеры варки 2 и после камеры сушки 3, измеряемых соответственно датчиками 31 и 35, микропроцессор 36 определяет количество излишней части перегретого пара, образовавшегося за счет испарившейся из крупы влаги в процессе сушки, и отводит ее из контура рециркуляции 14 по линии 17 с помощью исполнительного механизма 41 вентиля, установленного в контуре 14.

По соотношению расходов излишней части перегретого пара, отводимого из контура рециркуляции в камеру варки по линии 17, и расхода продукта, подаваемого из камеры мойки в камеру варки по линии 11, измеряемых соответственно датчиками 32 и 24, микропроцессор 36 устанавливает расход распыливаемой жидкости в камере варки 2, подаваемой по линии 12, с помощью исполнительного механизма 40. При отклонении текущего значения влажности крупы на выходе из камеры варки от заданного, контролируемого датчиком 31, микропроцессор 36 корректирует расход распыливаемой жидкости, стабилизируя влажность крупы на выходе из камеры варки с минимальным отклонением от заданного значения.

В установившихся технологических режимах процессов мойки и варки процесс сушки крупы в камере сушки 3 протекает при постоянных параметрах теплового потока перегретого пара. При этом микропроцессор 36 устанавливает заданные значения температуры и расхода перегретого пара необходимым выбором мощности ТЭНов пароперегревателя 15 и мощности регулируемого привода вентилятора 16 с помощью исполнительных механизмов 42 и 43 соответственно. Однако в условиях случайных возмущений, вызываемых возможными подсосами воздуха в тракте перемещения крупы и контуре рециркуляции 14 перегретого пара, возникает необходимость в коррекции теплоподвода по текущей влажности крупы на выходе из камеры сушки 3 в линии 18, измеряемой датчиком 35. По величине рассогласования текущей влажности крупы с заданным значением микропроцессор 36 воздействует на расход и температуру перегретого пара в контуре рециркуляции 14 посредством исполнительных механизмов 42 и 43.

Для сравнения предлагаемого способа производства варено-сушеных круп в качестве базового способа рассматривается технология производства варено-сушеных круп [1] на Грязинском пищекомбинате. Пределы регулирования основных технологических параметров процесса мойки, варки и сушки крупяных концентратов обоснованы в результате экспериментальных исследований и широко представлены в литературе [1, 2, 3, 4].

Производительность линии производства варено-сушеных круп в производственных условиях Грязинского пищекомбината по исходной овсяной крупе составляет 600 кг/ч, при этом потребность в моющей воде должна составлять 1200 кг/ч (из расчета 2,0 л моющей воды на 1 кг крупы). В процессе мойки крупы в замкнутом цикле 5 по моющей воде неизбежны ее потери, во-первых, часть воды поглощается овсяной крупой, во-вторых, отводится с загрязнениями из камеры мойки и, в-третьих, теряется при регенерации на участке фильтрации. Восполнение общего количества моющей воды в замкнутом цикле 5 осуществляется по ее расходу после фильтра 6 с помощью датчика 21, с которого в микропроцессор 36 непрерывно передается информация о фактическом количестве моющей воды. Микропроцессор 36 вырабатывает сигнал отклонения текущего расхода моющей воды от заданного, например, 1200 кг/ч и посредством исполнительного механизма 39, установленного в линии подпитки 9, обеспечивает подачу свежей воды в замкнутый цикл 5 до достижения расхода заданного значения.

За счет тепла отработанного насыщенного пара, подаваемого из камеры варки 2 в барботер 7 по линии 10, моющая вода нагревается до температуры 25... 32^oС. Стабилизация температуры моющей воды, измеряемой датчиком 23, достигается путем изменения ее расхода в замкнутом цикле 5 воздействием на мощность регулируемого привода насоса 8 посредством исполнительного механизма 38. При отклонении температуры моющей воды в замкнутом цикле 5 ниже заданного интервала значений 25...32^oС микропроцессор 36 выдает сигнал на исполнительный механизм 38 регулируемого привода насоса 8 на уменьшение расхода моющей воды в замкнутом цикле 5 до достижения ее температуры нижнего предельного значения, например 25^oС, изменяя продолжительность контакта отработанного насыщенного пара с моющей водой в барботере 7. При отклонении температуры моющей воды в замкнутом цикле 5 выше заданного интервала значений микропроцессор 36 увеличивает расход моющей воды в замкнутом цикле 5 до достижения ее температуры верхнего предельного значения, например 32^oС.

По информации датчиков 22 и 23 соответственно о фактическом расходе и температуре моющей воды микропроцессор 36, по заложенному в него алгоритму, непрерывно определяет тепловой и массовый потоки моющей воды в камеру мойки 1 и из балансовых соотношений в зависимости от количества массы и тепла в моющей воде устанавливает режим подачи исходной овсяной крупы в камеру мойки 1 посредством исполнительного механизма 37, установленного в линии 4. Начальная влажность овсяной крупы изменяется в пределах 13...14%. Влажность вымытой овсяной крупы колеблется в пределах 25...27%. Поэтому для обеспечения достижения конечной влажности овсяной крупы заданных значений 25...27% расход исходной овсяной крупы должен составлять 1200±50 кг/ч [4].

При отклонении текущей влажности вымытой овсяной крупы в линии 11, измеряемой датчиком 25, от заданного значения 25...27%, в сторону увеличения или уменьшения, микропроцессор 36 посредством исполнительного механизма 37 изменяет режим подачи исходной овсяной крупы в камеру мойки 1, соответственно уменьшает или увеличивает расход исходной овсяной крупы в линии 4 до тех пор, пока не будет выполнено условие, при котором текущая влажность овсяной крупы на выходе из камеры мойки 1 не будет соответствовать заданному интервалу значений влажности.

По текущим значениям влажности овсяной крупы после камеры варки 2, например 30. . .35%, и после камеры сушки 3, например 9%, измеряемых соответственно датчиками 31 и 35, микропроцессор 36 определяет количество излишней части перегретого пара U_отвод, образовавшегося за счет испарившейся из овсяной крупы влаги в процессе сушки по формуле

где W_н, W_к - влажность крупы на выходе из камеры варки и влажность крупы на выходе из камеры сушки, %; G_пр ^вх - расход влажности крупы на выходе из камеры варки, кг/ч; с_пр, с_пр - теплоемкость крупы на выходе из камеры варки и теплоемкость крупы на выходе из камеры сушки, кДж/(кг•К); t_пр1, t_пр2 - соответственно температура вымытой и высушенной крупы, К; G_пара ^вх - расход перегретого пара на входе в камеру сушки, кг/ч; i', i" - теплосодержание перегретого пара на входе и выходе из камеры сушки, кДж/кг; Q_пот - потери тепла в окружающую среду, кДж/ч,
и отводит ее из контура рециркуляции 14 по линии 17 с помощью исполнительного механизма 41 вентиля, установленного в контуре 14.

По соотношению расходов излишней части перегретого пара, отводимого из контура рециркуляции в камеру варки 2 по линии 17, и расхода овсяной крупы, подаваемого из камеры мойки в камеру варки по линии 11, измеряемых соответственно датчиками 32 и 24, микропроцессор 36 устанавливает расход распыливаемой жидкости в камере варки 2, например 0,04 л/кг, подаваемой по линии 12 с помощью исполнительного механизма 40.

При отклонении текущего значения влажности овсяной крупы на выходе из камеры варки 2 от заданного, контролируемого датчиком 31, микропроцессор 36 корректирует расход распыливаемой жидкости, стабилизируя влажность овсяной крупы на выходе из камеры варки 2 с минимальным отклонением от заданного значения.

В процессе сушки микропроцессор 36 непрерывно устанавливает заданные значения температуры перегретого пара, например 140^oС, и расхода перегретого пара, 9000 м³/ч, необходимым выбором мощности ТЭНов пароперегревателя 15 и мощности регулируемого привода вентилятора 16 с помощью исполнительных механизмов 42 и 43 соответственно. По величине рассогласования текущей влажности овсяной крупы на выходе из сушильной камеры с заданным значением 9% микропроцессор 36 воздействует на расход и температуру перегретого пара в контуре рециркуляции 14, выводя их на верхнюю или нижнюю границы ограничений, обеспечивая условие равенства текущего значения влажности овсяной крупы с заданным.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления по сравнению с базовым имеет следующие преимущества:
- обеспечивает высокую тепловую эффективность предлагаемой технологии за счет полного использования вторичного тепла отработанного перегретого пара;
- позволяет получить готовый продукт высокого качества за счет оптимизации режимных параметров процессов мойки, варки и сушки крупы;
- позволяет реализовать экологически чистую, без промышленных выбросов технологию получения варено-сушеных круп.

Используемая литература
1. Энергосберегающие технологии и оборудование для сушки пищевого сырья/А. Н. Остриков, И. Т. Кретов, А.А. Шевцов, В.Е. Добромиров; Воронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 1998. 344 с.

2. 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.

3. Кретов И. Т. , Остриков А.Н., Кравченко В.М. Кинетика сушки вареных круп перегретым паром//Известия Вузов. Пищевая технология, 1989, 4. - С. 103-104.

4. Гуляев В.Н. Пищевые концентраты. - М.: Пищевая промышленность, 1981. 208 с.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процессов мойки, варки и сушки круп. Способ предусматривает мойку крупы перед подачей ее в камеру варки, при этом отработанную воду по замкнутому циклу направляют сначала в фильтр, затем в барботер и далее - в моечную камеру с подпиткой свежей воды перед барботером. Сушку вареной крупы осуществляют перегретым паром в замкнутом контуре рециркуляции, при этом отводят излишнюю часть перегретого пара из контура рециркуляции в камеру варки. Отработанный насыщенный пар из камеры варки подают в барботер, измеряют начальную влажность и расход исходной крупы на входе в камеру мойки, расход и температуру насыщенного пара из камеры варки в барботер, расход и температуру моечной воды на входе в камеру мойки, расход излишней части перегретого пара. Стабилизируют количество моечной воды в замкнутом цикле по ее расходу после фильтра воздействием на расход свежей воды в линии подпитки. Стабилизируют температуру моечной воды в линии рециркуляции на входе в камеру мойки путем изменения ее расхода воздействием на мощность привода насоса. По расходу и температуре моечной воды определяют тепловой поток, вносимый моечной водой в камеру мойки, в соответствии с которым устанавливают расход исходной крупы в камеру мойки с коррекцией по текущему значению влажности крупы на выходе из камеры мойки. По текущим значениям влажности крупы после камеры варки и камеры сушки определяют расход излишней части перегретого пара, отводимого из контура рециркуляции в камеру варки. По соотношению расходов излишней части перегретого пара и крупы в камеру варки устанавливают расход распыливаемой жидкости с коррекцией по влажности крупы на выходе из камеры варки. Стабилизируют конечную влажность крупы на выходе из камеры сушки путем изменения теплового потока перегретого пара путем воздействия на его расход и температуру в контуре рециркуляции. Способ обеспечивает повышение энергетической эффективности варочно-сушильного процесса, улучшение качества готового продукта, создание безотходной и экологически чистой технологии получения варено-сушеных круп. 1 ил.

Способ автоматического управления процессом производства варено-сушеных круп, предусматривающий измерение влажности и расхода крупы на входе в камеру варки, расхода распыливающей жидкости в камере варки, влажности крупы на выходе из камеры сушки, регулирование расхода и температуры теплоносителя, отличающийся тем, что перед подачей исходной крупы в камеру варки осуществляют ее мойку, при этом отработанную воду по замкнутому циклу направляют сначала в фильтр, затем в барботер и далее - в моечную камеру с подпиткой свежей воды перед барботером, сушку вареной крупы осуществляют перегретым паром в замкнутом контуре рециркуляции, при этом отводят излишнюю часть перегретого пара из контура рециркуляции в камеру варки, отработанный насыщенный пар из камеры варки подают в барботер, измеряют начальную влажность и расход исходной крупы на входе в камеру мойки, расход и температуру насыщенного пара из камеры варки в барботер, расход и температуру моечной воды на входе в камеру мойки, расход излишней части перегретого пара, стабилизируют количество моечной воды в замкнутом цикле по ее расходу после фильтра воздействием на расход свежей воды в линии подпитки, стабилизируют температуру моечной воды в линии рециркуляции на входе в камеру мойки путем изменения ее расхода воздействием на мощность привода насоса, по расходу и температуре моечной воды определяют тепловой поток, вносимый моечной водой в камеру мойки, в соответствии с которым устанавливают расход исходной крупы в камеру мойки с коррекцией по текущему значению влажности крупы на выходе из камеры мойки, по текущим значениям влажности крупы после камеры варки и камеры сушки определяют расход излишней части перегретого пара, отводимого из контура рециркуляции в камеру варки, по соотношению расходов излишней части перегретого пара и крупы в камеру варки устанавливают расход распыливаемой жидкости с коррекцией по влажности крупы на выходе из камеры варки, стабилизируют конечную влажность крупы на выходе из камеры сушки путем изменения теплого потока перегретого пара путем воздействия на его расход и температуру в контуре рециркуляции.