Способ управления процессом производства пюреобразных концентратов

Способ управления процессом производства пюреобразных концентратов

Реферат

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса производства пюреобразных концентратов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ управления процессом производства пюреобразных концентратов, включающий мойку плодов, их инспекцию, разваривание в течение 6...15 мин при температуре 90...96°С, двухступенчатое протирание (вначале через отверстия диаметром 1,0...1,5 мм, а затем через сита с диаметром отверстий 0,5...0,8 мм) и стерилизацию пюре путем его нагревания до 95...97°С, укупорку в тару и хранение [Флауменбаум, Б.Л. Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы [Текст] // Б.Л.Флауменбаум, А.А.Бровченко, А.Ф.Загибалов и др. - М.: Колос, 1993. - 320 с. С.160-163].

Недостатком известного способа управления процессом производства пюреобразных концентратов являются:

- отсутствие коррекции технологических режимов в условиях случайных возмущений на всех стадиях процесса производства пюреобразных концентратов;

- невысокое качество готовой продукции из-за многоэтапной и продолжительной обработки продукта на каждой технологической стадии;

- значительные материальные и энергетические затраты, обусловленные использованием продолжительной тепловой обработки (разваривание и стерилизация);

- не реализованы принципы энергосбережения, в том числе не предусмотрено многократное использование пара с организацией замкнутого контура его рециркуляции;

- отсутствие программно-логического алгоритма функционирования многоканальной системы управления процессом получения пюреобразных концентратов при ограничениях на управляемые параметры, обусловленных качеством готовой продукции и экономической целесообразностью.

Технической задачей изобретения является повышение качества готовой продукции, снижение материальных и энергетических ресурсов на единицу массы готового продукта, повышение точности и надежности управления технологическими параметрами на всех стадиях процесса приготовления пюреобразного концентрата и повышение производительности.

Поставленная задача достигается тем, что в способе управления процессом производства пюреобразных концентратов, предусматривающем измельчение и механический отжим исходного сырья с отводом жидкой фракции, уваривание измельченной фракции, ее формование и получение готовой продукции в виде пюреобразного концентрата, новым является то, что измельчение исходного сырья осуществляют в шнековом прессе, измельченную фракцию уваривают в вакуум-выпарном аппарате при непрерывном перемешивании якорной мешалкой, корпус вакуум-выпарного аппарата обогревают паром, получаемым в парогенераторе с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, образовавшийся конденсат отводят в сборник конденсата с последующей подачей в парогенератор и из него в вакуум-выпарной аппарат с образованием замкнутого цикла, при этом измеряют расход и влажность исходного сырья, расход жидкой фракции, расход пара, расход и влажность пюреобразного концентрата, расход добавок, вводимых в вакуум-выпарной аппарат, температуру уваривания измельченной фракции и давление в вакуум-выпарном аппарате, частоту вращения якорной мешалки и шнека пресса, давление пара и уровень жидкости в парогенераторе, при этом по расходу и влажности исходного сырья устанавливают частоту вращения шнека пресса, по расходу исходного сырья и жидкой фракции определяют расход измельченной фракции, в соответствии с которым устанавливают величину расхода добавок, вводимых в вакуум-выпарной аппарат, давление в вакуум-выпарном аппарате воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса и температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара, при отклонении влажности уваренной фракции в сторону увеличения сначала увеличивают частоту вращения якорной мешалки до достижения предельно максимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно минимального значения и далее корректируют температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара до достижения влажности уваренной фракции заданного значения, а при отклонении влажности уваренной фракции в сторону уменьшения сначала уменьшают частоту вращения якорной мешалки до достижения предельно минимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно максимального значения и далее корректируют температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара до достижения влажности уваренной фракции заданного значения, по давлению пара в парогенераторе устанавливают заданную производительность парогенератора воздействием на мощность электронагревательных элементов, причем при уменьшении уровня конденсата в парогенераторе ниже заданного значения осуществляют подачу конденсата из сборника конденсата, а при достижении давления пара в парогенераторе верхнего предельного значения осуществляют сброс давления пара через предохранительный клапан.

На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ управления процессом производства пюреобразных концентратов.

Схема содержит шнековый пресс 1, вакуум-выпарной аппарат 2 с якорной мешалкой 4, вакуум-насос 3, парогенератор 5, сборник конденсата 6, питательный насос 7; линии: подачи исходного сырья в шнековый пресс 8, подачи измельченной фракции из шнекового пресса в вакуум-выпарной аппарат 9, отвода жидкой фракции (сока) 10, отвода испаряемых водяных паров из измельченной фракции в вакуум-выпарном аппарате 11, подачи пара для обогрева корпуса вакуум-выпарного аппарата 12, отвода конденсата из двутельного корпуса вакуум-выпарного аппарата в сборник конденсата 13; отвода конденсата из сборника конденсата в парогенератор 14; отвода пюреобразного концентрата из вакуум-выпарного аппарата 15, подпитки свежей водой сборника конденсата 16, подачи добавок (сахарного сиропа, ароматизаторов, структурообразователей, стабилизаторов и т.п.) в вакуум-выпарной аппарат 17; датчики: расхода 18 и начальной влажности 23 исходного сырья, расхода 19 жидкой фракции (сока), расхода 20 пара, подаваемого для обогрева корпуса вакуум-выпарного аппарата 2, расхода 21 и влажности 24 пюреобразного концентрата, расхода 22 добавок (сахарного сиропа, ароматизаторов, структурообразователей, стабилизаторов и т.п.), подаваемых в вакуум-выпарной аппарат, давления 25 в вакуум-выпарном аппарате, давления 26 пара в парогенераторе, температуры 27 в вакуум-выпарном аппарате, уровня жидкости 28 в парогенераторе; частоты вращения вала якорной мешалки в вакуум-выпарном аппарате 41, частоты вращения вала шнека в шнековом прессе 42, исполнительные механизмы 30-39; предохранительный клапан 40, микропроцессор 29 (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, 3, И, К, Л, О, Н - входные каналы управления, а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к - выходные каналы управления).

Способ управления процессом производства пюреобразных концентратов осуществляется следующим образом.

Исходное сырье (фрукты: яблоки, абрикосы, персики, груши и т.п.) по линии 8 подают в шнековый пресс 1, которое в соответствии с заданной технологией подвергается уплотнению и постепенному сжатию. Происходит постепенное увеличение давления и уплотнение измельчаемой массы сырья вследствие уменьшения размеров винтового канала шнека пресса. При вращении шнека плоды измельчаются, образующуюся жидкую фракцию (сок) отводят через нижнюю перфорированную часть шнекового пресса 1 и по линии 10 направляют на дальнейшую переработку.

Выходящую из шнекового пресса 1 измельченную фракцию направляют в вакуум-выпарной аппарат 2.

Вертикальная цилиндрическая и нижняя сферическая части корпуса вакуум-выпарного аппарата 2 оборудованы снаружи двутельным корпусом, внутрь которого по линии 12 подают пар, а образующийся конденсат отводят по линии 13 в сборник конденсата 6. Сборник конденсата 6 содержит линию 16 для подпитки свежей водой.

В вакуум-выпарной аппарат 2 по линии 17 вводят необходимые дополнительные компоненты - добавки: сахарный сироп, ароматизаторы, структурообразователи, стабилизаторы и т.п.

За счет сброса давления и испарения образующихся паров из измельченной фракции в вакуум-выпарном аппарате 2 происходит подсушивание полученной мякоти. Испаряемые из измельченной фракции водяные пары выводят с помощью вакуум-насоса 3 по линии 11.

Нагрев измельченной фракции в вакуум-выпарном аппарате 2 осуществляют паром, для получения которого используют парогенератор 5 с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном 40. Полученный пар отводят из парогенератора 5 по линии 12 и подают в двутельный корпус вакуум-выпарного аппарата 2. Образовавшийся конденсат из двутельного корпуса вакуум-выпарного аппарата 2 отводят в сборник конденсата 6 по линии 13 и затем в режиме замкнутого цикла вновь подают в парогенератор 5 по линии 14 с помощью питательного насоса 7.

Информация о ходе процессов измельчения исходного сырья в шнековом прессе 1, уваривания измельченной фракции в вакуум-выпарном аппарате 2 при непрерывном перемешивании якорной мешалкой 4, подготовки пара для обогрева двутельного корпуса вакуум-выпарного аппарата 2 с помощью датчиков 18-28 и 41-42 передается в микропроцессор 29, который по заложенному в него программно-логическому алгоритму осуществляет оперативное управление технологическими параметрами с учетом накладываемых на них двухсторонних ограничений, обусловленных как получением готового продукта высокого качества, так и экономической целесообразностью. Вторичные приборы, цифроаналоговые ЦАП и аналого-цифровые АЦП преобразователи на схеме не показаны.

По текущей информации датчиков 18 и 23 соответственно по расходу и влажности исходного сырья микропроцессор 29 устанавливает частоту вращения шнека пресса 1 воздействием на мощность регулируемого привода посредством исполнительного механизма 31.

По информации датчиков 18 и 23 соответственно о расходе и влажности исходного сырья, подаваемого в шнековый пресс 1 по линии 8, и датчика 19 о расходе жидкой фракции (сока) в линии 10 микропроцессор 29 определяет фактическое значение расхода измельченной фракции, подаваемой в вакуум-выпарной аппарат 2 и устанавливает заданное соотношение расходов измельченной фракции и добавок, вводимых в вакуум-выпарной аппарат 2 по линии 17, воздействием на расход добавок с помощью исполнительного механизма 38.

Из условия материального и теплового балансов микропроцессор 29 устанавливает задание на температуру уваривания измельченной фракции, текущее значение которой измеряется датчиком 27, воздействием на расход пара в вакуум-выпарной аппарат 2 по линии 12 с помощью исполнительного механизма 33 и величину давления в вакуум-выпарном аппарате 2, измеряемую датчиком 25, воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса 3 посредством исполнительного механизма 32.

По информации датчика 24 о текущем значении влажности уваренной фракции микропроцессор вырабатывает сигнал отклонения фактического значения влажности от заданной, в соответствии с которым производит следующую двухступенчатую коррекцию: при отклонении текущей влажности уваренной фракции в сторону увеличения сначала увеличивают частоту вращения якорной мешалки с помощью исполнительного механизма 37 до достижения предельно максимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно минимального значения воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса 3 с помощью исполнительного механизма 32 и далее корректируют температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара с помощью исполнительного механизма 33 до достижения влажности уваренной фракции заданного значения, а при отклонении текущей влажности уваренной фракции в сторону уменьшения сначала уменьшают частоту вращения якорной мешалки с помощью исполнительного механизма 37 до достижения предельно минимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно максимального значения воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса 3 с помощью исполнительного механизма 32 и далее корректируют температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара с помощью исполнительного механизма 33 до достижения влажности уваренной фракции заданного значения.

По давлению пара в парогенераторе 5 устанавливают заданную производительность парогенератора 5 воздействием на мощность электронагревательных элементов с помощью исполнительного механизма 36, причем при уменьшении уровня конденсата в парогенераторе 5 ниже заданного значения осуществляют подачу конденсата из сборника конденсата 6 с помощью питательного насоса 7, а при достижении давления пара в парогенераторе верхнего предельного значения осуществляют сброс давления пара через предохранительный клапан 40.

По информации датчика 26 микропроцессор 29 осуществляет непрерывную стабилизацию давления пара в парогенераторе 5 воздействием на мощность электронагревательных элементов посредством исполнительного механизма 36. При этом достигается заданная производительность парогенератора 5, контроль за которой обеспечивается датчиком расхода пара 20 в линии 12.

Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 5 с помощью датчика 28 передается в микропроцессор 29. При изменении уровня конденсата в парогенераторе 5 микропроцессор 29 осуществляет двухпозиционное регулирование привода питающего насоса 7 с помощью исполнительного механизма 35, который осуществляет подачу конденсата из сборника конденсата 6 в парогенератор 5: включает питающий насос 7 при достижении уровня конденсата в парогенераторе 5 нижнего заданного значения и отключает его при достижении верхнего заданного значения. При необходимости осуществляется подпитка контура рециркуляции водой путем ее подачи в сборник конденсата 6 по линии 16 воздействием на ее расход с помощью исполнительного механизма 34.

В случае технологических и аварийных сбоев в работе парогенератора 5, связанных с возможным увеличением давления пара в его рабочем объеме, предусмотрен предохранительный клапан 40.

Пример реализации способа. В качестве конкретного примера по реализации способа рассматривается технология получения пюреобразных концентратов на предприятии «Консервный завод» (с. 2-е Сторожевое Лискинского района Воронежской области). Пределы регулирования основных технологических параметров процессов получения пюреобразных концентратов обоснованы в результате экспериментальных исследований: температура уваривания измельченной фракции в вакуум-выпарном аппарате составляет 65...68°С, величина разряжения в вакуум-выпарном аппарате - 0,005...0,004 МПа, номинальная частота вращения якорной мешалки в вакуум-выпарном аппарате - 0,7...1,3 с^-1, соотношение измельченной фракции и вводимых добавок - 1:0,31.

В качестве объекта исследования использовались яблоки сорта «Антоновка» с начальной влажностью 86...87%. Номинальная производительность установки по яблокам, предварительно прошедшим технологические операции по мойке, очистке, сортировке, составляет 200 кг/ч.

Исходное сырье (яблоки) по линии 8 подают в шнековый пресс 1, в котором они подвергаются уплотнению и постепенному сжатию. В прессе 1 происходит постепенное увеличение давления и уплотнение измельчаемой яблочной массы сырья вследствие уменьшения размеров винтового канала шнека экструдера. При вращении шнека яблоки измельчаются, образующаяся жидкая фракция (сок) уходит через нижнюю перфорированную часть шнекового пресса 1 и по линии 10 направляется на дальнейшую переработку.

По текущей информации датчиков 18 и 23 соответственно о расходе и влажности яблок микропроцессор 29 устанавливает частоту вращения шнека пресса 1 воздействием на привод пресса посредством исполнительного механизма 31, например 1,2 с^-1. Выходящая из шнекового пресса 1 измельченная яблочная фракция направляется в вакуум-выпарной аппарат 2. По информации датчиков 18 и 23 соответственно о расходе и влажности яблок, подаваемых в шнековый пресс 1 по линии 8, и по информации датчика 19 о расходе яблочного сока микропроцессор 29 определяет фактическое значение расхода измельченной яблочной фракции, подаваемой в вакуум-выпарной аппарат 2, и устанавливает величину расхода добавок (сахарный сироп, ароматизаторы, структурообразователи, стабилизаторы и т.п.), например 62 кг/ч, вводимых в вакуум-выпарной аппарат 2, с помощью исполнительного механизма 38 в соотношении 0,31:1.

Одновременно включаются привод якорной мешалки 4 и вакуум-насоса 3. Нагрев измельченной яблочной фракции в вакуум-выпарном аппарате 2 осуществляют паром до температуры 65...68°С. Для получения пара используют парогенератор 5 с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном 40. Полученный пар отводят из парогенератора 5 по линии 12 и подают в двутельный корпус вакуум-выпарного аппарата 2. Образовавшийся конденсат из двутельного корпуса вакуум-выпарного аппарата 2 отводят в сборник конденсата 6 по линии 13 и затем в режиме замкнутого цикла вновь подают в парогенератор 5 по линии 14 с помощью питательного насоса 7.

За счет сброса давления и испарения образующихся паров из измельченной фракции в вакуум-выпарном аппарате 2 происходит подсушивание полученной яблочной мякоти при снижении влажности, например с 65% до 51%. Испаряемые из измельченной фракции водяные пары удаляют с помощью вакуум-насоса 3 по линии 11. Готовый яблочный пюреобразный концентрат с влажностью 45...48% отводят из вакуум-выпарного аппарата 2 по линии 15 с помощью исполнительного механизма 39.

По отклонению фактического значения влажности уваренной фракции, измеряемой датчиком 24, от заданного значения, например 46%, микропроцессор 29 производит следующую двухступенчатую коррекцию: при отклонении текущей влажности уваренной яблочной фракции в сторону увеличения сначала увеличивают частоту вращения якорной мешалки с помощью исполнительного механизма 37 до достижения предельно максимального значения, например 1,3 с^-1, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно минимального значения, например 0,004 МПа, воздействием на привод вакуум-насоса 3 с помощью исполнительного механизма 32 и далее корректируют температуру уваривания измельченной яблочной фракции, например 67°С, воздействием на увеличение расхода пара с помощью исполнительного механизма 33 до достижения влажности уваренной яблочной фракции, например 51%, а при отклонении текущей влажности уваренной яблочной фракции в сторону уменьшения сначала уменьшают частоту вращения якорной мешалки, например 0,7 с^-1, с помощью исполнительного механизма 37 до достижения предельно минимального значения, затем осуществляют коррекцию путем увеличения давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно максимального значения, например 0,005 МПа, воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса 3 с помощью исполнительного механизма 32 и далее корректируют температуру уваривания измельченной яблочной фракции, например 65°С, воздействием на уменьшение расхода пара с помощью исполнительного механизма 33 до достижения влажности уваренной яблочной фракции заданного значения. При достижении текущей влажности уваренной яблочной фракции заданного значения, например 46%, микропроцессор 29 прекращает коррекцию баротермического режима уваривания пюреобразного концентрата.

По информации датчика 26 микропроцессор 29 осуществляет непрерывную стабилизацию давления пара в парогенераторе 5 воздействием на мощность электронагревательных элементов посредством исполнительного механизма 36. При этом достигается заданная производительность парогенератора 5, контроль за которой обеспечивается датчиками расхода пара 20, давления пара 26 и уровня жидкости 28 в парогенераторе 5. Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 5 с помощью датчика 28 передается в микропроцессор 29. При изменении уровня конденсата микропроцессор 29 осуществляет двухпозиционное регулирование приводом питающего насоса 7 с помощью исполнительного механизма 35: включает питающий насос 7 при достижении уровня конденсата в парогенераторе 5, измеряемого датчиком 28, нижнего заданного значения и отключает его при достижении верхнего заданного значения.

По давлению пара в парогенераторе 5 устанавливают заданную производительность парогенератора 5 воздействием на мощность электронагревательных элементов с помощью исполнительного механизма 36, причем при уменьшении уровня конденсата в парогенераторе 5 ниже заданного значения осуществляют подачу конденсата из сборника конденсата 6 с помощью питательного насоса 7, а при достижении давления пара в парогенераторе верхнего предельного значения осуществляют сброс давления пара через предохранительный клапан 40.

Регулирование расхода пара, подаваемого в вакуум-выпарной аппарат 2 по линии 12, текущее значение которого измеряется с помощью датчика расхода 20, микропроцессор 29 осуществляет по текущему значению влажности измельченной фракции. При этом стабилизация влажности измельченной фракции в заданном интервале значений достигается оперативным изменением баротермического режима путем воздействия на частоту вращения вала вакуум-насоса 3 с помощью исполнительного механизма 32 и на расход пара в линии 12 посредством исполнительного механизма 33.

По информации датчика 26 микропроцессор 29 осуществляет непрерывную стабилизацию давления пара в парогенераторе 5 воздействием на мощность электронагревательных элементов посредством исполнительного механизма 36. При этом достигается заданная производительность парогенератора 5, контроль за которой обеспечивается датчиком расхода пара 20 в линии 12.

Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 5 с помощью датчика 28 передается в микропроцессор 29. При изменении уровня конденсата в парогенераторе 5 микропроцессор 29 осуществляет двухпозиционное регулирование привода питающего насоса 7 с помощью исполнительного механизма 35: включает питающий насос 7 при достижении уровня конденсата в парогенераторе 5 нижнего заданного значения и отключает его при достижении верхнего заданного значения.

Таким образом, предлагаемый способ управления процессом производства пюреобразных концентратов по сравнению с базовым имеет следующие преимущества:

- позволяет производить переработку различных моно- и многокомпонентных фруктовых и овощных смесей;

- обеспечивает регулирование и стабилизацию баротермического режима в вакуум-выпарном аппарате;

- позволяет получить готовый продукт высокого качества за счет оптимизации баротермического режима вследствие стабилизации температуры и давления увариваемого пюре в вакуум-выпарном аппарате;

- обеспечить более высокую точность поддержания технологических параметров и большую надежность системы автоматического регулирования процессом производства пюреобразных концентратов.

Способ управления процессом производства пюреобразных концентратов, предусматривающий измельчение и механический отжим исходного сырья с отводом жидкой фракции, уваривание измельченной фракции, ее формование и получение готовой продукции в виде пюреобразного концентрата, отличающийся тем, что измельчение исходного сырья осуществляют в шнековом прессе, измельченную фракцию уваривают в вакуум-выпарном аппарате при непрерывном перемешивании якорной мешалкой, корпус вакуум-выпарного аппарата обогревают паром, получаемым в парогенераторе с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, образовавшийся конденсат отводят в сборник конденсата с последующей подачей в парогенератор и из него в вакуум-выпарной аппарат с образованием замкнутого цикла, при этом измеряют расход и влажность исходного сырья, расход жидкой фракции, расход пара, расход и влажность пюреобразного концентрата, расход добавок, вводимых в вакуум-выпарной аппарат, температуру уваривания измельченной фракции и давление в вакуум-выпарном аппарате, частоту вращения якорной мешалки и шнека пресса, давление пара и уровень жидкости в парогенераторе, при этом по расходу и влажности исходного сырья устанавливают частоту вращения шнека пресса, по расходу исходного сырья и жидкой фракции определяют расход измельченной фракции, в соответствии с которым устанавливают величину расхода добавок, вводимых в вакуум-выпарной аппарат, давление в вакуум-выпарном аппарате воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса и температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара, при отклонении влажности уваренной фракции в сторону увеличения сначала увеличивают частоту вращения якорной мешалки до достижения предельно максимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно минимального значения и далее корректируют температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара до достижения влажности уваренной фракции заданного значения, а при отклонении влажности уваренной фракции в сторону уменьшения сначала уменьшают частоту вращения якорной мешалки до достижения предельно минимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в вакуум-выпарном аппарате до достижения предельно максимального значения и далее корректируют температуру уваривания измельченной фракции воздействием на расход пара до достижения влажности уваренной фракции заданного значения, по давлению пара в парогенераторе устанавливают заданную производительность парогенератора воздействием на мощность электронагревательных элементов, причем при уменьшении уровня конденсата в парогенераторе ниже заданного значения осуществляют подачу конденсата из сборника конденсата, а при достижении давления пара в парогенераторе верхнего предельного значения осуществляют сброс давления пара через предохранительный клапан.