Способ автоматического управления процессом кристаллизации сахарных утфелей при охлаждении в кристаллизаторе Советский патент 1988 года по МПК C13F1/02 

о.

4:

&0

Изобретение относится к сахарной промьшленности, а именно к процессу кристаллизации сахарньгк утфелей последнего продукта при охлаждении.

Цель изобретения - уменьшение потерь сахара с мелассой за счет максимального извлечения сахара из межкристального раствора в процессе кристаллизации.

Способ осуществляется следующим образом.

По измеренным в начальный момент времени параметрам утфеля: массе (My), содержанию сухих веществ (СВу) доброкачественности (Дбу) и содержанию кристаллов (Кр) рассчитьгоа- ют значения скорости кристаллизации и коэффициента пересыщения П для различных значений температуры утфе- ля в диапазоне 20 - 70°С с шагом 4t 1 С, Измерение качественных параметров утфеля производят по стандартным лабораторным методикам или приборами промышленного контроля.

Скорость кристаллизации р ссчиты- вают по формуле

V OiOO lIti: 89 6:in-il , Р . 10(1-Дб)

где ty - температура утфеля;

доброкачественность межкристального раствора.

Коэффициент пересыщения

(CX/W)

(cx7w)

(2)

Нас

где CX/W

- концентрация сахара в

межкристальном растворе (СХ/У)„„р - концентрация сахара в

насьщ(енном растворе. Необходимые для расчетов значения содержания воды (W), сухих веществ (СВ), доброкачественности (Дб,), содержания сахара (СХ) в межкристальном растворе определяют по следующим формулам:

1 - СВу4

- -CBi: Ki.

1-Кр

1-ев у(Izfl6.

;

(СВ).

СВ,

(3) W

(5) (6)

(CX/W),e,,3299 + 0,179-ty- 0, 18,879 4

-I- 16,751 Дб.

(7)

По полученным значениям и П строят графики зависимостей Vцp

fgCty) и П - fa(tY).

На фиг.1 показан характер зависимости скорости кристаллизации и коэффициента пересыщения от температуры утфеля: а, б - для случая, когда оптимальная температура утфеля соответствует максимальной скорости кристаллизации, в,г - для случая, когда оптимальная температура утфеля соответствует предельно допустимому коэффициенту пересыщения; на фиг.2 - примеры определения оптимальной температуры утфеля по графикам зависимости скорости кристаллизации и коэффициента пересьпцения от температуры утфеля; а,б - для случая когда оптимальная температура утфеля соответствует предельно допустимому коэффициенту пересьацения, - для случая,когда оптимальная температура утфеля соответствует максимальной скорости кристаллизации.

По графику Vj f(t) (фиг.1 а) выбирают температуру утфеля ty , соответствующую максимальной скорости кристаллизации. Эту температуру принимают за оптимальную, если коэффициент пересьпдения при этом не превышает предельно допустимого значения, равного 1,2-1,25 (фиг.1 б).

Если при температуре утфеля, соответствующей максимальной скорости кристаллизации (фиг.1 в), коэффициент пересыщения превьщ1ает предельно допустимое значение (фиг.1,г), то за оптимальную принимают температуру утфеля, при которой достигается предельно допустимое значение коэффициента пересыщения.

Далее, для найденной оптимальной температуры утфеля находят за выбранный промежуток времени ДТ количество сахара, которое переходит из раствора в кристаллы :

55

,р ..-.

(8)

В следующий момент времени ( t + -ьЛ гг) количество кристаллического сахара Мцр(Т+ й С ) равно

м рСгч- д-гг) (т)

Мкр() - Му- К

р

где Mj () - масса кристаллов в момент времени , а содержание сухих веществ СВ„( г: «и ) и содержание сахара СХ( дТ ) в межкристальном растворе становится соотв етственно равным

св(-ь/.-гг) св() -дм,р; (И)

д-г-) ) - дм

(12)

Содержание несахаров НС., в межW

кристальном растворе не изменяется. Доб рок ач ее ТВ еннос ть межк рис тального раствора становится равной

дб ( . ,2-) 5.L (13)

w - СВ (Г+ д7)

Таким образом, для нового момента времени (Т + д2) получают новые значения параметров межкристального раствора СВ и Дб. Для этих значений параметров снова определяют температуру утфеля, соответствующую максимальной скорости кристаллизации при коэффициенте пересьпцеиия, не превышающем предельно допуст1Й4ого значения. Затем опять находят количество сахара, перешедщее в кристаллы за время, соответствующее шагу йТГ, и т.д. В результате выполнения описанного циклического расчета находят последовательные значения требуемой температуры утфеля, соответствующие оптимальному температурному реяпму кристаллизации.

Для управления процессом кристаллизации рассчитывают также текущее значение температуры утфеля на поверх иости охлаждения. Для этого используют уравнение энергетического балан- са для процесса теплообмена между утфелем и охлаждающей водой. Количество тепла, отданное утфелем, сс тавля- ет

Q, (t, - ),

(14) 50

К - коэффициент теплообмена; F - площадь поверхности теплообмена;

t - средняя температура охлаядцаю-, щей воды. .

.ср

.tuL.i.tfti

2 .

(15)

- температура воды

на входе и выходе и из кристаллизатора. тепла, полученное во

Qg - q- K( tft,)

(16)

где К - коэффициент пропорциональности;

q - расход воды. Поскольку О, Q о справедливо равенство

ts

- Ч.ср) K-q(tB- tft).

(17)

0

5 о Q

5

0

,

Из этого равенства находят текущую температуру утфеля:

t rr . + 5 -oft - t Ч V 2 Ъг.

(18).

Таким образом, по температуре воды на входе и выходе из кристаллизатора и ее расходу определяют текущее значение температуры утфеля на поверхности охлаждения. Расход и температуру охлаждающей воды регулируют в зависимости от разности между текущей и требуемой температурами утфеля.

Для проведения расчетов в срот- ветс-рвии с предлагаемым способом может быть использована микро-ЭВМ, имеющие устройства связи с объектом управления. В ЭВМ вводят начальные значения параметров утфеля с клавиатуры . ЭВМ рассчитывают последовао

тельные значения температуры утфеля, обеспечиваклцие максимальную скорость кристаллизации с учетом ограничения по коэффициенту пересьщегния. Измерительная 1нформация о расходе воды и ее температуре на входе и выходе из кристаллизатора вводится в ЭВМ автоматически и служит для определения текущих значений температуры утфеля на охлаждающей поверхности. ЭВМ сравнивает требуемое и текущее значения температуры утфеля и в зависимости от их разности изменяет расход и температуру хладагента.

Пример 1. Для утфеля в начальный момент времени измеряют качественные параметры, которые составляют: СВ, « 0,90, Дбу 0,80; Кр - 0,41 . Для зтих исходных данных рас

с шагом 70

At

значения

°С в диапа- скорости

кристаллизации и коэффициента

буемая температура утфе вающая оптимальный темп жим кристаллизации, при равной . Текущая те феля, вычисленная по фо равна 53°С, Пропорциона ности, составляющей З с температуру и расход ох ды. При коэффициенте пр ности К 5% хода испол механизма на расход уменьшают на 15%:

пересьядения П. По данным расчета строят графики f«(ty) и П f (t )/ показанные на фиг.2а,б. Из .графиков видно, что предельное значение коэффициента пересьщения достигается при 60 С, а максимальная скорость ю кристаллиз ацик - при . Следовательно, в начальный момент времени ; требуемой температурой утфеля, обес- печиваюцей оптимальный режим кристаллизации, является . Теку-|5 Q K(ty- t,,) 5 щая температура утфеля, вычисленная , , по формуле (58), равна 70°С. Пропорционально их разности, составляющей 10°С, з меньшают температуру и расход охлаяздающей воды. Поток охлаждающей 20 воды, поступаимций на вход кристаллизатора, образуется в результате смешения двух потоков: потока холодной воды с постоянным расходом и потока горячей воды с регулируемым расходом. 25 При коэффициенте пропорциональности К 5% хода исполнительного механиз- ма (х.и.м.) на расход Горячей во- ды уменьшают на 50%:

15% х.и.м.

Это.ведет к уменьшен ры и расхода поступающе кристаллизатора охлажда ток которой формируется смешения потока холодно тоянным расходом и пото ды с регулируемым расхо

Использование предла соба управления процесс зации сахарных утфелей нии по сравнению с изве ет обеспечить максималь сахара из межкристально и минимальные потери са сой за счет ведения про симальной скоростью кри исключить переохлаждени образование мелких крис рые в последующем ухудш ние утфеля на кристаллы ный оттек; а также устр лизацию сахара на охлаж ности и связанное с эти ние теплообмена между о верхностью и утфелем.

K(t

ДР

Ю С « 50% х.и.м.

Это ведет к уменьшению температуры и расхода охлаждающей воды, посту- пакицей на вход крис таллизатора.

П р и м е р 2. Через 10 ч после начала процесса измеренные значения

параметров утфеля составляют: СВу 0,90; Дб 0,80; Кр 0,47. Для этих данных рассчитьюают с шагом At C в диапазоне 20 - значе. ния скорости кристаллизации и коэффициента пересьщения П. По данным расчета строят графики « f, (ty) и П f,j,(ty), показанные на фиг.2 в,г. Их графиков видно, что скорость кристаллизации достигает мак симума при 50 С, а коэффициент пере

сыщения не превьшает предельно допустимого значения во всем диапазоне изменения темпера гуры. Поэтому требуемая температура утфеля, обеепечивающая оптимальный температурный режим кристаллизации, принимается равной . Текущая температура утфеля, вычисленная по формуле (18);, равна 53°С, Пропорционально их разности, составляющей З с, уменьшают температуру и расход охлаждающей воды. При коэффициенте пропорциональности К 5% хода исполнительного механизма на расход горячей воды уменьшают на 15%:

Q K(ty- t,,) 5 , ,

.Мд

с

з- с

Q K(ty- t,,) 5 , ,

15% х.и.м.

Это.ведет к уменьшению температуры и расхода поступающей на вход кристаллизатора охлаждающей воды поток которой формируется в результате смешения потока холодной воды с постоянным расходом и потока горячей воды с регулируемым расходом.

Использование предлагаемого способа управления процессом кристаллизации сахарных утфелей при охлаждении по сравнению с известным позволяет обеспечить максимальное -извлечение сахара из межкристального раствора и минимальные потери сахара с мелассой за счет ведения процесса с максимальной скоростью кристаллизации; исключить переохлаждение утфеля и образование мелких кристаллов, которые в последующем ухудшают разделение утфеля на кристаллы и межкристальный оттек; а также устранить кристаллизацию сахара на охлаждающей поверхности и связанное с этим резкое снижение теплообмена между охлаждающей поверхностью и утфелем.

Способ испытан на заводе производительностью 1800 т сахарной свеклы в сутки. Производственные испытания показывают, что выход сахара увеличивается на 0,04%, потери сахара с мелассой уменьшаются на 0,43%, образование мелких кристаллов в утфе- ле и кристаллизация сахара на охлаждающей поверхности не наблюдается.

tyoftruH 70tfC

Физ.1