Способ автоматического управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле

Способ автоматического управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ автоматического управления процессом холодного копчения рыбы [пат. №2183066 А23В 4/044 2000 RU авторы: Остриков А.Н., Шевцов А.А., Дмитриев Ю.А.], предусматривающий подсушку рыбы, ее последующую обработку коптильным дымом с его частичной рециркуляцией, измерение влагосодержания сушильного агента на входе и выходе из коптильной камеры, скорости и температуры сушильного агента на входе коптильной камеры, соотношения расходов опилок и воздуха на входе в дымогенератор, концентрации коптильного дыма на входе и выходе из коптильной камеры, величины разрежения в коптильной камере с последующим регулированием всех параметров.

Однако известный способ не позволяет стабилизировать температуру дымовоздушной смеси, поступающей в коптильную камеру, и температуры в зоне дымогенерации (температуры пиролиза опилок), а также не позволяет определить время окончания процесса копчения с точностью, требуемой в случае электрокопчения. Нельзя признать эффективным регулирование концентрации коптильного дыма путем воздействия на соотношение опилок и воздуха на входе дымогенератора, поскольку процесс пиролиза (термического разложения) древесины должен происходить при ограниченном притоке воздуха [Тепловое оборудование колбасного производства. Пелеев А.И., Бражников А.М., Гаврилова В.А., М.: Пищевая промышленность, 1970, стр.218 (всего стр.382]. Существуют установленные регламентом жесткие технологические режимы для процесса дымоприготовления, которые оставляют весьма узкий диапазон варьирования величины расхода воздуха, подаваемого в зону дымогенерации.

Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле, улучшение качества готовой продукции, снижение удельных энергетических затрат.

Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле, предусматривающем обработку продукта коптильным дымом, измерение и регулирование скорости дымовоздушной смеси, соотношения расходов опилок и воздуха в дымогенераторе, измерение температуры и влагосодержания дымовоздушной смеси в коптильной камере, ее концентрации на входе и выходе из коптильной камеры, новым является то, что обработку коптильным дымом осуществляют в электростатическом поле, при этом величину его напряженности регулируют, изменяя напряжение высоковольтного генератора на основании сигналов, полученных от датчиков температуры, влагосодержания и скорости дымовоздушной смеси в коптильной камере, температуру в зоне дымогенерации дополнительно измеряют и стабилизируют путем воздействия на величину мощности, подводимой к ТЭН дымогенератора, с коррекцией по температуре воздуха, подаваемого в дымогенератор, температуру дымовоздушной смеси в коптильной камере стабилизируют путем смешения горячего коптильного дыма из дымогенератора с охлажденным воздухом из системы кондиционирования предприятия с коррекцией по температуре охлажденного воздуха, возникающие при этом колебания концентрации дымовоздушной смеси, получаемой после смешения, компенсируются за счет изменения длительности процесса копчения, при этом по текущим значениям концентрации дымовоздушной смеси на входе и выходе из коптильной камеры и скорости дымовоздушной смеси определяют текущее значение количества коптильных веществ, осевших на продукте за время копчения, и при достижении этим количеством заданного значения прекращают процесс копчения; влагосодержание дымовоздушной смеси в коптильной камере стабилизируют путем подачи воды в дымогенератор с коррекцией по влагосодержанию воздуха, поступающего в дымогенератор, и влагосодержанию воздуха из системы кондиционирования.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности и надежности управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле, улучшении качества готовой продукции, снижении удельных энергетических затрат.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле.

Схема содержит дымогенератор 1, коптильную камеру 2 с подключенным к ней высоковольтным генератором 3, дымосос 4; линии: подачи воздуха 5, опилок 6 и воды 7 в дымогенератор, подачи кондиционированного воздуха 8 и дымовоздушной смеси 9 в коптильную камеру, отвода отработанной дымовоздушной смеси 10 из коптильной камеры; датчики: температуры воздуха 12 и 16, температуры в зоне дымогенерации 15, температуры 21 в коптильной камере, влагосодержания воздуха 13 и 17, влагосодержания дымовоздушной смеси 22, расхода воздуха 11 и опилок 14, поступающих в дымогенератор, концентрации дымовоздушной смеси на входе 18 и выходе 20 из коптильной камеры; локальные регуляторы 23-28; микропроцессор 29; исполнительные механизмы 30-36 (а, б, в, г, д, у, ж, з, и, к, л, м - входные каналы управления; к, л, м, н, о, п, р, с, т - выходные каналы управления).

Способ автоматического управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле осуществляется следующим образом.

Продукт помещают в коптильную камеру 2, после чего включают дымосос 4 и дымогенератор 1. Датчики расхода 11 и 14 соответственно измеряют расходы свежего воздуха и опилок, поступающих в дымогенератор 1. Локальные регуляторы 23 и 24 стабилизируют значения расходов свежего воздуха и опилок, поступающих в дымогенератор 1, воздействием на исполнительные механизмы 30 и 31, установленные на линиях подачи свежего воздуха 5 и подачи опилок, микропроцессор 29, исходя из используемого типа опилок и выбранного режима дымогенерации, выдает задание локальным регуляторам 23-28. Датчик температуры 15 измеряет температуру опилок в зоне дымогенерации, локальный регулятор 25 стабилизирует ее, воздействуя на исполнительный механизм 33, изменяющий силу тока в ТЭН дымогенератора 1, задание локальному регулятору выдает микропроцессор 29. Датчик расхода 19, установленный на трубопроводе 9, измеряет расход дымовоздушной смеси в коптильную камеру 2, локальный регулятор 26 стабилизирует данный расход, воздействуя на исполнительный механизм 34, изменяющий производительность дымососа 4, микропроцессор 29 выдает задание локальному регулятору 26. Дым на выходе из дымогенератора 1 имеет температуру, превышающую требуемую для холодного копчения. Наиболее экономичным и эффективным является способ снижения температуры коптильного дыма, получаемого на выходе из дымогенератора 1, путем его смешивания с охлажденным воздухом из системы кондиционирования предприятия. Датчик температуры 21 измеряет температуру дымовоздушной смеси в коптильной камере 2, локальный регулятор 27 стабилизирует данную температуру, воздействуя на исполнительный механизм 35, установленный на трубопроводе подачи охлажденного воздуха 8, микропроцессор 29 выдает задание локальному регулятору 27 с учетом коррекции по сигналу от датчика 12, измеряющего температуру свежего воздуха, поступающего в дымогенератор.

Датчик влажности 22 измеряет влажность в коптильной камере 2, локальный регулятор 28 стабилизирует влажность, воздействуя на исполнительный механизм 32, установленный на трубопроводе 7 подачи воды в дымогенератор 1, микропроцессор 29 выдает задание локальному регулятору 28 с учетом коррекции по значениям влажности свежего воздуха на входе в дымогенератор 1 и кондиционированного воздуха, получаемых от датчиков влажности 13 и 17 соответственно.

Микропроцессор 29 регулирует напряжение высоковольтного генератора на основании сигналов, полученных от датчиков температуры 21 дымовоздушной смеси в коптильной камере 2, влагосодержания 22 и расхода 19 дымовоздушной смеси в коптильной камере 2.

При регулировании температуры в коптильной камере описанным способом происходит разбавление коптильного дыма охлажденным воздухом из системы кондиционирования, вследствие чего изменяется концентрация коптильных компонентов. Компенсация изменений концентрации достигается варьированием времени копчения в зависимости от концентрации коптильных веществ в дымовоздушной смеси.

Для измерения концентрации коптильных веществ в дымовоздушной смеси выбран фотометрический метод, основанный на определении оптической плотности дыма, проходящего между источником и приемником светового излучения.

Оптическая плотность дымовоздушной смеси измеряется датчиками 18 и 20, установленными на входе и выходе коптильной камеры. Сигналы с этих датчиков поступают в микропроцессор 29, где вычисляется их разность и производится интегрирование полученного значения:

где t_K - конечное время процесса, с; c(t) - функция концентрации, мг/м³.

Интегрирование производится следующим образом.

Микропроцессор 29 через равные промежутки времени опрашивает датчики оптической плотности дымовоздушной смеси на входе 18 и на выходе 20 из коптильной камеры. Далее, с использованием численного метода трапеций вычисляется очередное текущее значение интегральной суммы S_i:

где S_i-1 - предыдущее значение интегральной суммы; c_{ВХ i-1}, с_ВЫХi-1, с_ВХi, с_ВЫХi-1 - предыдущее и текущее значения оптической плотности дымовоздушной смеси на входе и выходе из коптильной камеры, ед. шкалы фотометра; t₀ - период опроса датчика, с; i - номер очередного цикла опроса.

Сигнал об окончании процесса копчения выдается при достижении интегральной суммой определенного порогового значения, определяемого заранее экспериментально и обеспечивающего требуемое качество готового продукта. Величина порогового значения зависит, в частности, от используемого типа опилок и вида обрабатываемого продукта. Таким образом, при малой оптической плотности дыма, а следовательно, низкой концентрации коптильных компонентов, для достижения интегральной суммой заданного значения потребуется большее время, и процесс копчения будет проходить дольше, это позволяет обеспечить стабильно высокое качество продукции. И наоборот - если оптическая плотность дыма, а значит, и концентрация коптильных компонентов высокая, то интегральная сумма скорее станет равной требуемой и процесс копчения закончится раньше, при этом достигается повышение производительности оборудования с сохранением требуемого качества готового продукта.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления по сравнению с базовым имеет следующие преимущества:

- обеспечивает повышение производительности оборудования благодаря сокращению времени протекания процесса копчения за счет применения электростатического поля;

- позволяет получить готовый продукт стабильно высокого качества за счет повышения точности определения момента окончания процесса копчения;

- обеспечивает снижение удельных энергозатрат на 10-15% за счет поддержания наиболее рационального значения высокого напряжения на коронирующих электродах, а также за счет снижения затрат на регулирование, благодаря введению оперативной коррекции на случайные возмущения;

- обеспечивает безопасность готового продукта за счет поддержания наиболее рациональной температуры термического разложения опилок при дымогенерации;

- обеспечивает высокую точность и надежность управления.

Способ автоматического управления процессом холодного копчения пищевых продуктов в электростатическом поле, предусматривающий обработку продукта коптильным дымом, измерение и регулирование скорости дымовоздушной смеси, соотношения расходов опилок и воздуха в дымогенераторе, измерение температуры и влагосодержания дымовоздушной смеси в коптильной камере, ее концентрации на входе и выходе из коптильной камеры, отличающийся тем, что обработку коптильным дымом осуществляют в электростатическом поле, величину его напряженности регулируют, изменяя напряжение высоковольтного генератора на основании показаний датчиков температуры, влагосодержания и скорости дымовоздушной смеси в коптильной камере, температуру в зоне дымогенерации стабилизируют путем воздействия на величину мощности, подводимой к ТЭНам дымогенератора, с коррекцией по температуре воздуха, подаваемого в дымогенератор, температуру дымовоздушной смеси в коптильной камере стабилизируют путем смешения горячего коптильного дыма из дымогенератора с охлажденным воздухом из системы кондиционирования предприятия с коррекцией по температуре охлажденного воздуха, возникающие при этом колебания концентрации дымовоздушной смеси, получаемой после смешения, компенсируют за счет изменения длительности процесса копчения, при этом по текущим значениям концентрации дымовоздушной смеси на входе и выходе из коптильной камеры и скорости дымовоздушной смеси определяют текущее значение количества коптильных веществ, осевших на продукте за время копчения, и при достижении этим количеством заданного значения прекращают процесс копчения, влагосодержание дымовоздушной смеси в коптильной камере стабилизируют путем подачи воды в дымогенератор с коррекцией по влагосодержанию воздуха, поступающего в дымогенератор и влагосодержанию воздуха из системы кондиционирования.