Способ автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов Советский патент 1993 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов, в частности к автоматизации процесса обезвоживания с применением баромембран- ных способов разделения и процессов сушки ферментных препаратов, например кератиназы.

Целью изобретения является повышение точности регулирования, снижением удельных энергозатрат и повышение качества получаемых ферментных препаратов.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого, способа.

Схема содержит ультрафильтрационный аппарат 1 с вращающейся фильтрующей деталью, имеющий привод 3, вакуум-сублимационную сушилку 4 с ИК-излучателями 5 и перфорированным барабаном 6, приводимым во вращение от привода 7, линию 8 подготовки раствора, включающую подогреватель 9 с устройством подачи теплоносителя 10, плунжерный насос высокого давления 11с регулируемым приводом 12, линию 13 подачи гранулированного продукта в вакуум-сублимационную сушилку 4, включающую гранулятор 14 с компрессором 15 и регулируемым приводом 16, линию 17 рециркуляции продукта, линию 18 отвода паров и неконденсирующихся, газов из сушилки 4, включающую десублиматор 19 с компрессором 20 и регулируемым приводом 21, вакуум-насос 22 с регулируемым приводом 23, линию 24 вывода продукта из сушилки 4, датчики 25-31 потребляемой мощности соответственно электропривода 12, плунжерного насоса 11, электропривода 3, вращающейся фильтрующей детали 2 ультрзфильтрационного аппарата 1, электропривода 16 компрессора 15 гранулятора 14, источника ИК-излучэтеля 5, электропривода7барабана б электропривода 21 компрессора 20 десублиматора 19, электропривода 23 вакуум-насоса 22, датчики расхода 32-34 соответственно на входе теплоносителя в подогреватель 9, сконцентрированного продукта в гранулятор 14, гранулированного продукта в сушилку 4, датчики температуры 35-38 соответственно в растворе продукта в подогревателе 9, поверхности замораживающих трубок гранулятора 14, продукта в сушилка 4, поверхности змеевика десублиматора 19, датчик 39 давления продукта в ультрафильтрационном аппарате 1, датчик 40 остаточного давления в сублимационной сушилке 4, датчик 41 вязкости продукта на выходе из ультрафильтра- ционного аппарата 1, датчик 42 контроля размеров гранул вгрануляторе 14, датчик 43 степени заполнения барабана б вакуум-сублимационной сушилки 4, вторичные приборы 44-61, микропроцессор 62, преобразователи 63-70, локальный регулятор 71, исполнительные механизмы 72-79.

Способ осуществляется следующим образом,

Осуществление предлагаемого способа управления стало возможным в результате экспериментальных исследований процесса обезвоживания с применением новых видов оборудования для ультрафильтрации и

сублимационной сушки.

Например, применение ультрафильтра- ционного аппарата 3 с вращающимся элементом позволяет резко снизить концентрационную поляризацию, что

5 позволяет обеспечить достаточно длительное время стабильную скорость фильтрации, а применение сублимационной сушилки с перфорированным вращающимся барабаном позволяет интенсифициро0 Вать процесс сушки за счет постоянного обновления поверхности раздела фаз, что делает возможным соизмерить удельные энергозатраты на- ультрафильтрацию. Так как удельные энергозатраты на ультрафиль5 грацию за один проход через ультрафильтрационный аппарат меньше, чем на сублимацию, и процесс ультрафильтрации ведется без фазовых превращений, то в целях снижения энергозатрат и повышения

0 качества сухих ферментных препаратов целесообразно концентрировать препараты до максимально допустимого значения, определяемого условием не превышения удельных энергозатрат на ультрафильтра5 цию над удельными энергозатратами на сублимацию.

Исходный раствор ферментного препарата подается в подогреватель 9, где проис- ходитего нагрев до оптимальной температуры,

0 обусловленной его термоустойчивостью. Из подогревателя 9 плунжерным насосом 11 он подается в ультрафильтрационный аппарат 1, в котором с помощью электропривода 3 вращается деталь 2 со скоростью, создаю5 щей оптимальные гидродинамические условия фильтрования, например 20 об/мин, что обеспечивает относительную скорость движения разделяемого потока раствора над мембраной в пределах 1,5-3 м/с. Изультра0 фильтрационного аппарата 1 посредством трехходового крана часть полученного концентрата возвращается в подогреватель 9, а остальная часть направляется в гранулятор 14. Полученные гранулы подаются в перфо5 рированный барабан 6 вакуум-сублимационной сушилки 4. Вращение барабана 6 обеспечивается электроприводом 7 с оптимальной скоростью, например 6,5 об/мин. Под воздействием ИК-излучателя 5 из гранул происходит сублимация влаги и удаление ее в десублиматор 19, а высушенный слой продукта с конечной равновесной влажностью, например для ферментного препарата - кератиназы 1-3%, за счет трения при вращении барабана 6 удаляется через его перфорацию и выводится за пределы сушилки 4.

С помощью датчиков 25-43 и вторичных приборов 44-61 информация о ходе процесса обезвоживания передается в микропроцессор 62, в который предварительно вводят ограничения на температуру исходного раствора в подогревателе 9, поверхности замораживающих трубок гранулятора 14, продукта в сушилке 4, поверхности змеевика десублиматора 19, давление продукта в ультрафильтрационном аппарате 1, остаточное давление в сублимационной сушилке 4, вязкость продукта на выходе из ультра- фильтрационного аппарата 1, размеры гранул продукта в грануляторе 14, степень заполнения барабана 6 в вакуум-сублимационной сушилке 4, например, для ферментного препарата - кератиназы: 42-45°С; (-50) - (-60)°С; 50-60°С; (-50) - (-60)°С; 0,7-0,9 МПа; 0,5-1,0 МПа; 35-50 Па с; 15 - 20 м; 5, 6, 7, 8, 9 30%. Стабилизируют параметры процесса на уровне оптимальных значений, например, для ферментного препарата - кератиназы: 35-40°С, (-45) - (-50)°С; 45-50°С; (-40)-( 50)°С; 0,4-0,6 МПа;

1.0 10 - 1,2 МПа; 35-50 Па с,

11 -13 10 3м;30% 5, 6, 7, 8, 9 путем подачи корректирующих сигналов с микропроцессора 62 через преобразователи 63-69 на локальной регулятор 71 и исполнительные механизмы 72-79.

После стабилизации режимных параметров процесса обезвоживания на уровне оптимальных значений с помощью датчиков 25-31 измеряют мощности электроприводов 3, 7, 12, 16, 21, 23, мощность ИК-излуча- телей 5, и с учетом расхода теплоносителя и количества полученного концентрата определяют величины удельных энергозатрат соответственно на ультрафильтрацию и сублимацию, сравнивают их и при превышении удельных энергозатрат на сублимацию над удельными энергозатратами на ультрафильтрацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону .увеличения путем подачи корректирующих сигналов с микропроцессора 62 через преобразователи 63, 70 на исполнительные механизмы 72, 79 для обеспечения режимных параметров процесса ультрафильтрации на уровне максимальных значений,

Корректировку режимных параметров процесса ультрафильтрации ведут до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, а при невыполнении этого условия после выхода параметров на максимальные значения, 5 микропроцессор 62 выдает корректирующий сигнал через преобразователь 69 на исполнительный механизм 73 для повышения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, либо до достижения равенства

0 удельных энергозатрат и сублимацию, либо

до достижения максимально допустимого

значения вязкости концентрата на выходе

из ультрафильтрационного аппарата 1.

В случае превышения удельных энерго5 затрат на ультрафильтрацию над удельными энергозатратами на сублимацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону уменьшения путем подачи корректирующих сигналов с

0 микропроцессора 62 через преобразователи 63, 69, 70 и исполнительные механизмы 72, 78 на снижение значений режимных параметров ультрафильтрации с максимально допустимых до оптимальных. Снижение

5 осуществляют до достижения равенства удельных энергозатрат ультрафильтрации и сублимации. При невыполнении этого равенства, после выхода на оптимальные значения параметров ультрафильтрации,

0 микропроцессор 62 выдает корректирующий сигнал через преобразователь 69 исполнительному механизму 73 на снижение расход концентрата в линии рециркуляции 17, либо до равенства удельных энергозат5 рат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до полного прекращения расхода в линии рециркуляции 17.

Схема автоматического регулирования процессом обезвоживания ферментных

0 препаратов наряду с рециркуляцией может предусматривать также ряд параллельно работающих модулей ультрафильтрацирн- ных аппаратов или замену рециркуляции рядом последовательно работающих модулей

5 ультрафильтрационных аппаратов.

Согласно предлагаемому способу автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов удельные теплоэнергетические потери

0 определяют по формуле

D GT Цт + ( N1 + N2 ) Цэ ЯУф -GK

5 где GT - расход тепла теплоносителя в единицу времени, Дж/ч;

Цт - стоимость тепла, руб/Дж; NI, N2 - мощности, соответственно потребляемые электроприводами плунжерного насоса и вращающейся детали ультра- фильтрационного аппарата,. кВт;

Цэ - цена электроэнергии, руб/кВт.ч;

GK - количество получаемого концентрата в единицу времени, кг/ч;

Rcy6n

( N3 + N4 + N5 + Ne + N7 ) Цэ

GK

где Na, N4, Ns, Ne, N7 - соответственно потребляемые мощное™ источниками ИК-на- грева, электроприводами компрессора гранулятора, вращающегося барабана вакуум-сублимационной сушилки, компрессора десублиматора, вакуум-насоса.

Таким образом процесс обезвоживания будет экономически целесообразным при обеспечении высокого качества получаемых сухих ферментных препаратов.

Предлагаемый способ автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества; обеспечение стабилизации удельных энергозатрат на ультрафильтрацию на уровне удельных энергозатрат на сублимацию позволяет снизить общие удельные энергозатраты на производство сухих ферментных препаратов; наложение на режимные параметры процесса ограничений позволяет получить высококачественный продукт; ограничение, наложенное на вязкость концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата, позволяет обеспечить надежность его работы и тем самым повысить точность регулирования.

Формула изобретения Способ автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов путем отбора концентрата с учетом количества полученного концентрата, отличающийся тем, что, с целью снижения удельных энергозатрат и повышения качества получаемых ферментных препаратов за счет повышения точности регулирования, измеряют расход теплоносителя на подогреватель концентрата на входе в грануля- тор w гранулированного продукта на входе в вакуум-сублимационную сушилку, давление раствора в ультрафильтрационном аппарате, остаточное давление и температуру высушенного продукта в ней и температуру в десублиматоре, стабилизируют параметры процесса обезвоживания на уровне оптимальных значений, затем измеряют мощности электроприводов плунжерного насоса, фильтрующего узла ультрафильтрационного аппарата, компрессора десублиматора и вакуум-насоса, а также мощность ИК-излучателя, вакуум-сублимационной сушилки и определяют величины удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию с зависимости от измеренных величин мощностей, расхода теплоносителя и количества полученного концентрата, сравнивают их между собой и при превышении удельных энергозатрат на сублимацию над удельными энергозатратами на ультрафильтрацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону увеличения сначала путем повышения режимных параметров ультрафильтрации до до- стижения равенства удельных энергозатрат

на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров ультрафильтрации максимальных значений путем повышения расхода концентрата .в линии рециркуляции, либо до достижения

-равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до достижения максимально-допустимого значения вязкости концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата, а при

превышении удельных энергозатрат на ультрафильтрацию над удельными энергозатратами на сублимацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону уменьшения, сначала путем

снижения режимных параметров ультрафильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров оптимальных значений путем сокращения расхода концентрата в линии рециркуляции, либо до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до полного прекращения расхода концентрата в

линию рециркуляции.

Редактор

Составитель С.Антипов Техред М.Моргентал

Корректор М.Самборская

Использование: в области автоматизации процесса обезвоживания с применением баромембранных способов разделения и процессов сушки ферментных препаратов, например кератиназы. Сущность способа автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов заключается в том, что измеряют расход теплоносителя на подогреватель 9, давление раствора в ультрафильтрационном аппарате 1, вязкость концентрата на его выходе, расход концентрата навходевгранулятор14, расход гранулированного продукта на входе в вакуум-сублимационную сушилку 4, остаточное давление и температуру высушенного продукта в ней, температуру в десублиматоре 19, стабилизируют параметры процесса обзвожи- вания на уровне оптимальных значений, затем измеряют мощности электроприводов плунжерного насоса 11, фильтрующей детали 2 уль- трафильтрационного аппарата 1, компрессора 15 гранулятора 14, барабана 6 вакуум-сублимационной сушилки 4, компрессора 20 десубли- матора 19, вакуум-насоса 22, а также мощность ИК-излучателя 5 вакуум-сублимационной сушилки 4 и по полученным величинам мощностей, расходу теплоносителя и количеству полученного концентрата определяют величины удельных энергозатрат соответственно на ультрафильтрацию и сублимацию, сравнивают их и при превышении удельных энергозатрат на сублимацию над удельными энергозатратами на ультрафильтрацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону увеличения, сначала путем повышения режимных параметров ультрафильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров ультрафильтрации максимальных значений путем повышения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, либо до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до достижения максимально-допустимого значения вязкости концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата 1, а при превышении удельных энергозатрат на ультрафильтрацию над удельными энергозатратами на сублимацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону уменьшения, сначала путем снижения режимных параметров ультрафильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров оптимальных значений путем сокращения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, либо до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до полного прекращения расхода концентрата в линии рециркуляции 17. 1 ил. С о IOO О СО