Способ автоматического управления процессом кристаллизации сахара

Способ автоматического управления процессом кристаллизации сахара

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советския

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 120580 (21) 2941193/28-13 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 1509.82. Бюллетень ¹34

Дата опубликования описания 150982

f$$) ф(д 3

С 13 F 1/04

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (Щ ) ДК 664. 1. .o54(oee.8) » %

» (72) Авторы изобретения

А.Ф. Кравчук и К.Ф. Гербут

1

1

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт сахарной промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРА

Изобретение относится к сахарной промышленности, в частности к автоматическому управлению технологическими процессами в вакуум-аппаратах пери одического действия.

Известен способ управления процессом кристаллизации сахара, заключающийся в том, что скважность импульсов подкачек раствора определяют в зависимости от заданных граничных. значений абсолютного давления в аппарате, расхода конденсата и физико-химической температурной депрессии: .: раствора, при этом последнюю корректируют в зависимости от фактического значения абсолютного давления в аппарате, а заданные граничные значения абсолютного давления в аппарате определяют в зависимости. от добро- . качественности исходного раствора и уровня утфеля в аппарате, заданные граничные значения расхода конденсата определяют в зависимости от уровня утфеля в аппарате, доброкачественности раствора и давления греющего пара (1 ).

Недостатком этого способа явля-! ется то, что по этому способу не предусматривается определение программных значений пересыщения раствора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ автоматиЧеского управления процессом кристаллизации сахара, предусматривающий измерение уровня утфеля, давления греющего пара и абсолютного давления вторичного пара, регулирование подачи сиропа(патоки) в зависимости от соотношения расходов сиропа (патоки) и конденсата с коррекцией по величине отклонения физико-химической температурной депрессии раствора от заданного значения с учетом доброкачественности сиропа (патоки) и определение скорости изменения давления греющего пара и давления вторичного ара, при этом подачу сиропа (патоки) дополнительно корректируют в эависи2О мости от разности скорости изменения давления греющего пара и давления вторичного пара, а также в зависимости от постоянных времени и коэффициента статического усиления, определяемых в зависимости от физи- . ко-химической температурной депрессии и уровня утфеля (2).

Однако недостаточная точность регулирования пересыщения раствора иээа низкой точности формирования

9585 раствора на последней. ступени кристаллизации, а на стадии роста кристаллов устанавлйвают в зависимости от доброкачественности кристаллиэуемого раствора значение приращения коэффициента пересыщения при готовности утфеля к значению пересыщения после первой подкачки раствора, при этом

55 текущее значение коэффициента пересы- 60 щения при эаводке кристаллов корректируют по отношению значения доброкачественности раствора на последней ступени кристаллизации к,текуще-

Му значению доброкачественности программных (заданных) значений физико-химической депрессии раствора, а также недостаточная точность коррекции подачи сиропа в связи с тем, что в определении постоянной времени и статического коэффициен- 5 та усиления не учитывается плотность подкачиваемого раствора, приводят к тому, что одному и тому же значе-нию корректирующего сигнала не соответствует одно и то же количество 10 воды, вводимой в аппарат, а значит не учитывается влияние изменения плотности .раствора на значения коэф-. фициента усиления и постоянной вре- . мени. 15

Цель изобретения — повышение точности программного регулирования пересыщения раствора при нестабильных значениях доброкачественности и плотности кристаллизуемого раствора, давления греющего пара и абсолютного давления в аппарате, за счет чего улучшается качество получаемого сахара.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом крис таллизации сахара, предусматривающему регулирование уровня начального набора аппарата, ввод затравки в апарарат при контроле пересыщения по, ЗО значению физико-химической температурной депрессии раствора, регулирование подачи раствора в зависимости от соотношения расходов раствора и конденсата греющего пара с коррекци- 35 ей по величине отклонения фактического значения депрессии раствора от заданного значения с учетом доброкачественности раствора, коррекцию подачи раствора в зависимости от раз- 4О ности скорости изменения давления греющего пара и абсолютного давления вторичного пара и. коррекцию подачи раствора в зависимости от постоянной времени и коэффициента статичес.кого усиления, определяемых в зависимости от физико-химической температурной депрессии и уровня утфеля, задают значения коэффициентов пересыщения раствора при заводке кристаллов и после первой подкачки раствора в зависимости от доброкачественности

04 4

I кристаллиэуемого раствора и после первой подкачки раствора корректируют по текущему значению доброкачественности кристаллизуемого раствора, а текущее значение приращения коэффициента пересыщения определяют по формуле,, хор „(г (y где Ьс вЂ, текущее значение приращения коэффициента пересыщения на стадии роста кристаллов;

Ьо - значение приращения коэффициента пересыщения при готовности утфеля;

h — текущее значение уровня утфеля, %;

h> значение уровня утфеля при эаводке крйсталлов, %; м

Д - расчетное значение доброкачественности межкристаль. ного раствора, %, причем программные значения физико,химической депрессии раствора при заводке кристаллов после первой подкачки и на стадии роста кристаллов, определяют в зависимости от программных значений коэффициента пересыщения с коррекцией по значению доброкачественности раствора и температуре кипения растворителя при данном абсолютном давлении в аппарате на этих стадиях, а значение статического коэффициента усиления определяют в зависимости от плотности подкачиваемого раствора.

Кроме того, расчетное значение доброкачественности определяют по формуле

Юр =Жир "эф(bи,-)(% (м), где Дб — доброкачественность крисII(I таллизуемого раствора,%;

Эф — заданное значение эффекта мекс кристаллизации, %;

h - значение уровня утфеля при заполнении аппарата, %;

Величину приращения коэффициента пересыщения при готовности утфеля устанавливают равной 0,1 при доброкачественности кристаллизуемого раствора 90,0 - 96,0 ед, равной 0,15 — прн доброкачественности 82,0 — 90,0 ед, равной 0,2 - при доброкачественности

72,0-82,0 ед.

Заданное значение эффекта кристаллизации определяют на основании экспериментально установленной зависимости

Э =7+.0,63(Дб - Дб ), где Дб — доброкачественность базового раствора, принятая равной.96,0 ед. !

958504 устанавливают значение коэффициен® та пересыщения после первой подкачки для раствора, кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации, и .корректируют это значение в зависимости от доброкачественности.кристал43 лизуемого раствора. Для этого исполь

Значение коэффициента пересыщения при заводке кристаллов для раствора с доброкачественностью 76,-0 ед, кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации, устанавливают, например, равным 1,4,.исходя из теоретических и экспериментальных данных.

На чертеже приведена схема осуществления предлагаемого способа.

Схема включает вакуум-аппарат 1, оснащенный датчиками 2-8 соответствен но абсолютного давления в аппарате, температуры раствора, уровня утфеля, плотности сиропа, расхода раствора, расхода конденсата греющего пара и давления греющего пара, функциональным преобразователем 9, блоками 1013 вычисления фактического значения физико-химической температурной депрессии раствора, дифференцирования сигнала абсолютного давления, дифференцирования сигнала давления греющего пара и определения разности сигналов предварения, функциональными преобразователями 14-16 зависимости постоянной времени от температурной депрессии раствора, зависимости коэффициента усиления регулятора от уровня утфеля в аппарате и зависимости коэффициента усиления регулятора от плотности подкачиваемого

° раствора, сумматорами 17-19, электро. пневмопреобразователем 2О, задатчиком 21 уровня начального набора аппарата, регулятором 22 уровйя началь ного набора аппарата, реле 23 переключений, регулятором 24 соотношения с коррекцией, блоком 25 формирова ния отклоненйя депрессии раствора от заданного значения, задатчиком

26 значения доброкачественности ис,,ходного раствора, функциональньвя преобразователями 27-29 значений коэффициента пересыщения при заводке кристаллов, значения коэффициента пересыщения после первой подкачки и значений заданного эффекта кристаллизации, блоком 30 умножения на коэффициент, сумматором 31, блоком

32 умножения, блоком 33 вычисления доброкачественности межкристального раствора, функциональным преобразо-. вателем 34 формирования значений приращения коэффициента пересыщения на стадии роста кристаллов, функциональными блоками 35 и 38 деления и изменения приращения коэффициента пересыщення раствора на стадии рос» та кристаллов, блоком 37 вычисления значения пересыщения раствора на стадии роста кристаллов, реле .38-40 переключений, функциональными блоками

41-44 формирования коэффициентов, функциональными блоками 45-46 умнОжения и деления, сумматорами 47-49, . функционАльным блоком 50 вычисле ния программных значений депрессии раствора, соответствующих программным значениям коэффициента пересыщения, позиционными регуляторами 51-52, мембранными сигнализаторами 53-54,,реле 55-56, электропневматическими преобразователями 57-59, реле 60 времени, регулирующими клапанами 6162 подкачки раствора в аппарат с мем. бранным исполнительным механизмом. и ввода затравки в аппарат, пози10 ционным регулятором 63, сигнализатором 64, сигнальными лампами 6567, расходомером 68 конденсата.

Подготовленный к работе аппарат 1 заполняется раствором до уровня, за)5 данного задатчиком 21 и регулируемого с помощью регулятора 22, выход которого через реле 23 переключения соединен с исполнительным механизмом регулирующего клапана 61.

Программные значения коэффициента пересыщения формируются следующим образом.

В заводской лаборатории определя,ют значение доброкачественности исходного раствора и с помощью задатчика 26 форимруют на выходе соответствующий сигнал. С помощью функционального преобразователя 27 реализуют зависимость

30 зк к - Г (К, =с(, Дб - Дб,р где о 0" — значение коэффициента пересыщения при заводке кристаллов;

Дб - значение доброкачественности раствора, кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации, Ф; значение коэффициента пере.

46 6 сыщения при заводке кристаллов на последней ступени кристаллизации, прини:маемое равным, например 1,5.

Таким образом на выходе преобра45 зователя 27 формируют сигнал, пропорциональный коэффициенту пересыщения раствора при заводке кристал.лов, кристаллизуемого на последней ступени кристаллизации (базового р раствора), и отношению значения доброкачественности этого раствора к доброкачественности кристаллизуемого раствора.

Пример 1. При Дб р =92,0% или в относительных единицах

Дб; =0, 92

4 (= 1,5 0,76 О)92 1,24

958504

1È о = 1,06 К> значение коэффициента пере- 10 сыщения после первой подкачки раствора; значение коэффициента пересыщения после первой подкачки на последней ступени кристаллизации; коэффициент коррекции., пригде . с( И.1, 06

К чем

К =1,0, если Дб =76,0%

К вЂ”- 0,975, если 76,0Мдбк(,688,0% (3)

К =О, 97,: если 99, 0%<Дб„„ 96, 0%

Пример 2. При Дб„,=92,0%

1И

K,06 0,97 = 1,028 25

На стадии роста кристаллов задают эффект кристаллизации в зависимости от доброкачественности исходного раствора, используя. функциональный преобразователь 29, реализующий, наприМер, зависимость

Зэ На стадии роста кристаллов текущее значение приращения коэффициента пере; сыщения корректируют по отношению

Изменения уровня утфеля к значению доброкачественности межкристального

46 раствора.

В блоКе 35 определяют отношение (h"h )Äá, а в блоке 36 реализуют зависимость

ЬМ - ЬК (h-hÄ), дб-, (7) где Ьа кв - текущее значение приращения коэффициента пересыщения; @ А.ю(- значение приращения коэффициента пересыщения при готовности утфеля.

Значение коэффициента пересыщения на стадии роста кристаллов определяют в блоке 37, на выходе которого реализуется зависимость. ц к ""+, оР

rip име р 4. При Дб =92,0%; o("=1,028 hct =0у1; h =20,0%ð рк h 70,0%; .Дбр=86,06% ( й(=1,028+0,1 (70,0-20,0) 86,06 =1,086

Программные значения физико-химической депрессии раствора, соответст43 вующие программным значениям коэффизуют функциональный преобразователь

2, вход которого соединен с выходом зЬдатчнка 26 значений доброкачественности раствора. Преобразователь

28 осуществляет коррекцию коэффициента пересыщення после первой подкачки в соответствии с уравнением

Эф=7 + 0,63 (Дб - Дб„), (4) где Э, — заданный эффект кристаллизации,%;

Дб - доброкачественность базовоВ го раствора, принимаемая равной 96,0%;

Дб — доброкачественность кристалир. лизуемого раствора,%.

Изменение заданного эффекта кристаллизации на стадии роста кристаллов осуществляют пропорционально отношению текущего значения уровня утфеля в аппарате к его значению при заполнении аппарата. Для этого значения заданного эффекта кристаллизации, получаемые на выходе блока 29, умножают в блоке 30 на величину, обратную значению уровня утфеля при заполнении аппарата с учетом уровня начального набора аппарата, а в блоке 31 определяют текущее значение уровня утфеля с вычитанием значения ,уровня утфеля начального набора. B блоке 32 умножают текущее значение уровня утфеля в аппарате на величину, получаемую в блоке 30. В блоке

33 осуществляют вычисление значения доброкачественности межкристального раствора, т.е. с помощью. блоков

29-33 реализуют зависимость

Дб Пб „- 9<(h - h) (h - н) где Дб - значение доброкачественнос-. Р

t ти межкрнстального раствора, %; 34, — заданный эффект кристаллизации,%;

h — текущее значение уровня утфеля,%;

h> — .значение уровня при начальном наборе аппарата, %;

h — значение уровня утфеля при заполнении аппарата, %.

П р и и е р 3. При Дб„ =92,0%;

hí 20 ° 0%- h 100 0%t h=-70 0%

Эф=7+(96,0-92,0) ° 0,63=9,5 (в блоке 29 )

Эф=(h h ) =95 00125=

=0,11875 (в блоке 30)

h - h 70,0-2О,0=50,О% (в блоке 31)

О, 11875 ° 50; 0=5, 94 (в блоке 32)

Дб =92,0-5,94 8б,06% (в блоке 33)

Таким образом осуществляют коррекцию значений доброкачественности межкристального раствора на стадии роста кристаллов.

Затеи с помощью блока 34 устанавливают значение максимального приращения коэффициента пересыщения при готовности утфеля в зависимости от доброкачественности кристаллизуемого раствора при метастабильном состоянии раствора.

ГМ

lid =0, 1, если 90, 0<дб„ .96, О

Ьс(=0,15, если 82,0 дб„ <90,0 (6)

ЬМ =0,20, если 72,0<дб <82,0

Тф

958504

В блоке 17 формируют суммарный корректирующий сигнал изменения коэффициента усиления регулятора в зависимости от уровня утфеля и плотности подкачиваемого раствора.

Коррекцию подкачки раствора в зависимости от разности скоростей изменения давления греющего пара и абсолютного давления, определяемую в блоке 13, осуществляют изменением коэффициента усиления регулятора. 30

Для этого в блоке 18 осуществляют суммирование выходных сигналов блоков 13 и 17. При этом вход блока 18 соединяют также с выходом дросселя

"диапазон пропорциональности" регулятора 24, а выход блока 18 - co входом элемента сравнения, к которому был подключен выход дросселя "Диапазон пропорциональности". Таким образом, коэффициент усиления регуля- « О тора 24 функционально изменяют в зависимости от отклонения соотношения расходов конденсата и раствора, уровня утфеля, плотности подкачиваемого раствора и разности скоростей изменения давления греющего пара и абсолютного давления., В блоке 14 формируют сигнал коррек ции подкачки раствора в зависимости от фактического значения физикохимической депрессии раствора. Для этого выход блока 10 соединен со входом блока 14, а выход его соединен со входом блока 19, с помощью которого осуществляют коррекцию времени интегрирования регулятора 24. Для З5 этого вход блока 19 соединяют также с выходом дросселя "Время интегриро- вания"., а выход - со входами элементов сравнения регулятора 24, с которыми был соединен дроссель "Время ин- 46 тегрирования", т.е. время интегрирования регулятора 24 изменяется в зависимости от отклонения соотношения расходов конденсата и раствора и зна-. чения физико-химической депрессии раствора.

На выходе регулятора 24 формируется управляющее воздействие, соответствующее отклонении заданного соотношения расходов конденсата и раствора, кото- у рое корректируют по отклонению физико-химической депрессии раствора от заданного значения; коэффициент усиления регулятора корректируют в зависимости от уровня утфеля, плотности подкачиваемого раствора и разнос-. ти скоростей давления греющего пара и абсолютного давления, а время интегрирования корректируют в зависимости от значения физико-химической депрессии раствора.

При готовности аппарата к включе,нию в работу задатчиком 21 задают зна- чение уровня начального набора аппарата. На выходе регулятора 22. формируется сигнал управления, проходящий е5 через реле 23 переключения на регулирующий клапан 61. Так как фактическое значение уровня утфеля меньше заданного, регулятор 22 обеспечивает открытие клапана 61 и аппарат заполняется раствором до заданного значения. Включают подачу греющего пара.

По мере испарения воды регулятор 22 осуществляет подкачку раствора, поддерживая заданный уровень. Выход регулятора 24 отключают с помощью реле 23.

По мере сгущения раствора значение депрессии раствора повышается, причем при достижении фактического значения депрессии раствора, равного заданному в блоке 51, входы которого соединены с выходами блоков 50 и 10, формируется выходной командный сигнал блоку 54, упр вляющему реле 56, которое включает реле 60 времени, а последнее через преобразователь 58 осуществляет открытие клапана 62 на заданное время, и навеска затравки вводится в аппарат. На выходе реле 60 времени формируется командный сигнал, управляющий через электропневмопреобразователь 59 работой реле 23 переключения, отключающее выход регулятора 22 уровня и подключающее выход регулятора 24 к исполнительному механизму клапана подкачки раствора. Одновременно сигнал значения коэффициента пересыщения при эаводке кристаллов отключается, а выход блока 28, формирующего сигнал значения коэффициента пересыщения после первой подкачки раствора, через. реле 39 и 38 подключается Ма вход блока 49. В блоке 50, вход которого соединен с выходом блока 49, формируют сигнал програвщиого значения физикохимической депрвссии раствора, соответствующий значению коэффициента пересыщения после первой подкачки раствора.

При этом на выходе регулятора

24 формируется сигнал, обеспечивающий полное открытие клапана. 61. Пересыщение раствора в аппарате резко снижается. Позиционный регулятор

52 формирует командный сигнал сигнализатору 53, включающему реле 55, которое самоблокируясь, включает электропневмопреобразователь 57, а последний осуществляет формирование командного сигнала переключающему реле 38 и выход блока 37 через реле

38 подключается на вход бзй ка 49.

При этом значение коэффициента пересыщения на стадии роста кристаллов вводится в блок 49, а соответствующее ему значение депрессии раствора формируется в блоке 50. Одновременно выходной командный сигнал блока 5? осуществляет переключение реле 40, отключая выход блока 26 и подключая выход блока 33, чем обеспечивается

13

958504

14 формирование программных значений висимо ти от доброкачественности депрессии раствора с учетом расчет- раствора.на.последней ступени крисных значений доброкачественности таллизации, а на стадии роста крисмежкристального раствора. Регулятор таллов устанавливают в зависимости

24 обеспечивает подкачку раствора в от доборкачественности кристаллизуесоответствии с принятым алгоритмом 5 мого раствора значение приращения управления до конца цикла варки ут- коэффициента пересыщения при готовносфеля. При заполнении аппарата пози- ти утфеля к значению пересыщения ционный регулятор 63 формирует команд- после первой подкачки раствора, при ный сигнал сигнализатору 64, лампа этом текущее значение коэффициента

67 включается, сигнализируя о запол- 10 пересыщения при эаводке кристаллов нении аппарата утфелем. К этому вре- . корректируют по отношению значения мени устанавливается соответствующее доброкачественности раствора на посготовности утфеля значение депрессии ледней ступени zi исталлизации к текураствора. Оператор осуществляет щему значению доброкачественности спуск утфеля. 15 кристаллизуемого раствора и после

Использование предлагаемого спо- первой подкачки раствора корректируют соба автоматического управления поз- по текущему значению доброкачественволяет повысить точность программного,ности кристаллизуемого раствора,а терегулирования пересыщения раствора и кущее значение приращения коэффициента точность всей системы управления в . пересыщения определяют по формуле условиях нестабильных значений доб- :,. (ко гУ рокачественности и плотности кристал- ко) "(. - " .Р лиэуемого раствора, значений давления,где baC — текущее значение приращегреющего пара и абсолютного давления ния коэффициента пересыв аппарате. Кроме того, повышение щения на стадии роста точности управления обеспечивает кристаллов; улучшение качества сахара (снижается doc . — значение приращения коэф» цветность, улучшается фракционный фициента цересыщения при состав, уменьшается содержание эолы, готовности утфеля; снижается влажность), повышается его h — текущее значение уровня выход, производительность аппарата ЗО утфеля, Ъ; и снижается расход энергоресурсов. h > — . значение уровня при завод-

Способ эффективно реализуется ке кристаллов, Ъ; при использовании средств вычисли-, Дб — расчетное значение добротельной техники. Ожидаемый годовой качественности межкрисэкономический эффект составляет 35 тального раствора, Ъ;

93222 р. причем программные значения, физикоФормула изобретения химической депрессии .раствора при

g.Cnoco6 автоматического управления заводке кРисталлов после первой под процессом кристаллизации сахара, качки и на стаДии Роста кРисталлоВ предусматривающий регулирование 40 опРеделЯют в зависимости от програм.уровня начального набора аппарата, мных значений коэффициента пересыввод затравки в аппарат при контроле щения с коррекцией по значению добропересыщения по значению физико-хими- качественности РаствоРа и темпеРатУческой температурной депрессии раст- - Ре кипениЯ РаствоРителЯ пРи Данном вора, регулирование подачи раствора 4$ абсолютном давлении в аппаРате на в зависимости от соотношения расходов этих стадиях, а значение статичесраствора и конденсата греющего пара с кого коэФФициента усиления определякоорекцией по величине отклонения, ют в зависимости от плотности подфактического значения депрессии раст- качиваемого РаствоРа. вора от заданного значения с учетом 5О . Способ по п., о т л и а ю что расчетное значедоброкачественности раствора, коррек„ . шийся тем, что расчетное з а цию подачи раствора в зависимости от ние доброкачественности межкристалью ,РАзности скорости изменения давле-1ния греющего пара и абсолютного давле- дбр =Щ -Эф("-h„) (h -h<) ния вторичного пара и коррекцию по- $$ где )ф Р - доброкачественность крисдачи раствора в зависимости от пос- таллизуемого раствора,В; тоянной времени и коэффициента стати- . Э вЂ” заданное значение эффекта ческого усиления, определяемых в

Ф кристаллизации раствора,В зависимости от физико-химической h — значение уровня утфеля при макс температурной депрессии и уровня ут- 6О заполнении аппарата, В; феля, отличающийся тем, Источники информации, что, с целью повышения точности : принятые во внимание при экспертизе программного регулирования пересыще- 1. Авторское свидетельство СССР ния раствора, задают знаЧения коэффи- М 767207, кл. С 13 F 1/02, 1976. циентов пересыщения при заводке крис" . . 2. Авторское свидетельство СССР .таллов и после первой подкачки в за- 6$ М 706446, кл. С 13 G 1/06, 1978.

958504

Составитель Г. Богачева редактор М. Келемеш Техред Т. Фанта КорректорГ. Огар

Заказ 6984/37 Тираж 371 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,,Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4