Автоматизированное управление процессом получения инвертного сиропа

Для поддержания оптимальных параметров технологического процесса предусматривется его автоматическая система управления.

При построении автоматической системы регулирования необходимо руководствоваться следующей ее структурой: первичный измерительный преобразователь, промежуточный преобразователь (при необходимости), вторичный прибор, регулятор (регулирующий блок с задатчиком), устройство оперативного управления (блок или панель управления), исполнительный механизм и регулирующий орган.

Конкретные типы средств автоматизации выбираются с учетом особенностей технологического процесса и его параметров. В первую очередь принимают во внимание такие факторы, как пожаро- и взрывоопасность, агрессивность и токсичность среды, число параметров, которые принимают участие в управлении, и их химические свойства, дальность передачи сигналов информации и управления, необходимые точность и быстродействие. Эти факторы определяют выбор методов измерения технологических параметров, необходимые функциональные возможности регуляторов и приборов (законы регуляции, показание, запись и т.д.), диапазоны измерения, классы точности, вид дистанционной передачи и т.д. [10].

Конкретные приборы и средства автоматизации подбираются по справочной литературе, исходя из следующих рассуждений:

– для контроля и регулирования одинаковых параметров технологического процесса необходимо применять однотипные средства автоматизации, которые выпускают серийно. При этом нужно отдавать преимущество приборам и средствам отечественного производства;

– при большом количестве одинаковых параметров рекомендуется применять многоканальные приборы;

– при автоматизации сложных технологических процессов необходимо использовать вычислительные и управляющие машины (ПЛК, микроконтролеры);

– класс точности приборов должен отвечать технологическим требованиям;

– для автоматизации технологических аппаратов с агрессивными или пищевыми средами необходимо предусматривать установку специальных приборов, а в случае применения приборов в нормальном выполнении нужно защищать их.

Так система управления процессом сироповарения, обеспечивает:

– регулирование количества сахара в реакторе;

– регулирование количества воды в реакторе;

– регулирование количества кислоты в реакторе;

– регулирование количества соды в реакторе;

– регулирование температуры в реакторе;

– контроль уровней с сигнализацией верхнего и нижнего пределов уровня;

– контроль расхода пара;

– контроль количества готового продукта;

– контроль качества готового продукта;

– контроль перепада давления на фильтре;

– дистанционное управление электроприводами.

Функциональная схема автоматизации реализована с применением современного ОВЕН ПЛК-150 и представлена на рисунке 9.1.

Для измерения количества сахара, воды, раствора кислоты и соды используется весовой измеритель, который измеряет массу всего реактора с компонентами. После загрузки компонентов по заранее определенной программе включается подогрев реактора. Датчиком температуры является термометр сопротивления ТСМ (50М), а регулирующий орган установлен на линии подачи пара в рубашку реактора. Аналогично работает контур регулирования охлаждения сиропа. После окончания приготовления сиропа включается насос по перекачке его через фильтр в бункер готового продукта. Насос включается автоматически после окончания приготовления сиропа или вручную, с помощью кнопки управления КУ-220 и пускателя ПБР-3А, со щита управления. Уровень в бункерах контролируется с помощью акустического сигнализатора уровня АСУ. Перепад давления на фильтре контролируется с использованием дифференциального манометра Сапфир-22ДД.

Рисунок 9.1 – Функциональная схема автоматизации

ПРИЛОЖЕНИЯ

П р и л о ж е н и е А

Таблица А.1 – Динамическая вязкость сахарных растворов m×10³, Па×с [2]

t, °С	Концентрация, b, %
	0,80	1,50	2,50	4,6	10,00	34,40	230,00
	0,65	1,20	1,90	3,40	7,00	20,40	113,00
	0,55	0,95	1,50	2,50	4,94	14,40	64,00
	0.47	0,80	1,20	1,90	3,73	9,00	37,40
	0,40	0,67	0,95	1,50	2,89	6,80	26,40
	0,36	0,59	0,85	1,25	2,30	5,22	16,00
	0,32	0,50	0,70	1,05	1,95	4,00	12,30
	0,28	0,43	0,62	0,90	1,51	3,28	9,00
	0,25	0,37	0,54	0,78	1,37	2,70	7,00
	0,23	0,33	0,47	0,68	1,17	2,20	5,40

Таблица А.2 – Плотность сахарных растворов r×10^-3 кг/м³[2]

t, °С	Концентрация, b, %
	1,032	1,074	1,120	1,169	1,221	1,278	1,338
	1,028	1,070	1,115	1,164	1,216	1,273	1,334
	1,023	1,065	1,110	1,158	1,210	1,267	1,328
	1,018	1,059	1,104	1,152	1,205	1,261	1,322
	1,012	1,053	1,098	1,146	1,199	1,255	1,315
	1,005	1,047	1,092	1,140	1,192	1,248	1,309
	0,998	1,049	1,085	1,133	1,185	1,241	1,302

Таблица А.3 – Показатели, характеризующие плотность сахарного сиропа [2]

Процентное содержание сахара, %	Плотность раствора при 20 °С, кг/м^3	Температура кипения в открытой посуде, °С
	1,229	101,9
	1,236	103,1
	1,316	103,9
	1,347	105,3
	1,378	107,4
	1,411	110,3
	—	114,5
	—	122,6
	—	127,0
	—	165,0

Рисунок А.1 – Теплопроводность сахарного раствора l, Вт/(м·К) [2]

Таблица А.4 – Физические свойства воды (на линии насыщения) [6]
пересчёт в СИ: 1 кг/см ² = 9,81∙10⁴ Па

П р и л о ж е н и е Б

Таблица Б.1 – Основные технические данные стальных эмалированных аппаратов с перемешивающим устройством [4]

Таблица Б.2 – Основные технические данные стальных емкостей для хранения и выдачи жидкостей [4]

Примечание. L и H – длина и высота аппарата, l и h – длина и высота цилиндрической обечайки.

Рисунок Б.1 – Аппарат с механическим перемешивающим устройством (с поверхностью теплообмена в виде рубашки). Чертеж общего вида [4]

Таблица Б.3 – Основные технические данные стальных эмалированных аппаратов с перемешивающим устройством [4]

Рисунок Б.2 – Аппарат с механическим перемешивающим устройством
(поверхностью теплообмена в виде рубашки).

Чертеж общего вида [5].

Рисунок. Б.2 – Аппарат с механическим перемешивающим устройством (с поверхностью теплообмена в виде рубашки). (Продолжение).

П р и л о ж е н и е В

Таблица В.1 – Основные параметры и условия работы перемешивающих устройств [5]

П р и л о ж е н и е Г

Таблица Г.1 – Технические характеристики рамных фильтр-прессов РОР, РОМ, РЗР, РЗМ

Размер рам в свету, мм	Тип фильтр-пресса	Площадь поверхности фильтрования, м^2	Тол-щина рам, мм	Раб. давление, МПа	Температура рабочей среды, °С	Установ-ленная мощность, кВт	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
длина	ширина	высота
315 ´ 315	РОР, РЗР				до + 45	‑
2,8
5,6
630 ´ 630	РОМ,РЗМ	16,0		0,8	до + 45	3,0
22,4
25,0
35,5

Таблица Г.2 – Технические характеристики рамных фильтр-прессов ФКО

Характеристики	Тип фильтр-пресса
ФКО 1	ФКО 2	ФКО 4	ФКО 6
Производительность, л/час
Объём межплитного пространства, м3	0,01	0,02	0,035	0,05
Площадь поверхности фильтрования, м^2
Раб. давление МПа	0,4
Температура рабочей среды, С	до + 60 °С
Установленная мощность, кВт	ручной зажим
Габаритные размеры, мм	длина
ширина
высота
Масса, кг
Толщина фильтровального картона,мм
Количество плит
Размер плит	385 ´ 385

П р и л о ж е н и е Д

Таблица Д.1 – Технические характеристики пластинчатого (шиберного) насоса

Характеристики	Марка насоса
НП-0,55	НП-2,2	НП-3	НП-4
Производительность, л/мин			до 70
Давление нагнетания, МПа
Мощность, кВт	0,55	2,2
Наружный диаметр патрубков, всасывающего и нагнетающего, мм	Ду32	Ду32	Ду50	Ду50
Габаритные размеры, мм	410´230´240	410´230´240
Масса, кг, не более

Таблица Д.2 – Технические характеристики центробежно-шнекового (дискового) насоса

Характеристики	Марка насоса
ЦНШ-1,1	ЦНШ-3	ЦНШ-5,5	ЦНШ-7,5
Производительность, м^3/ч	до 5	до 7	до 10
Мощность двигателя, кВт	1,1		5,5	7,5
Число оборотов двигателя об/мин
Шаг витков шнека, мм
Габаритные размеры, мм	520´279´356	620´279´356
Масса, кг, не более

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Общая технология пищевых производств” для студентов пищевых специальностей / Е.И. Орлова, С.И. Бухкало, В.Г Новиков. – Х.: НТУ«ХПИ», 2001. – 50 с.

2. Тепло- и массообменные аппараты и установки промышленных предприятий: учебное пособие по курсовому проектированию и самостоятельной работе студентов / под ред. Б. А. Левченко. – Х.: ХГПУ, 1999. – 420 с.

3. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / А. Г. Касаткин – М.: Химия, 1971 – 784 с.

4. Кувшинский М. Н. Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности» / М. Н. Кувшинский, А. П. Соболева. – М.: Высш. шк., 1980. – 223 с.

5. Иоффе И. Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии: учебник для техникумов / И. Л. Иоффе – Л.: Химия, 1991.
– 352 с.

6. Товажнянский Л. Л. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: учеб. пособ. / Л. Л. Товажнянский, В. А. Лещенко, А. П. Готлинская, И. А. Нечипоренко. – Х.: НТУ «ХПИ», 2006. – 432 с.

7. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков – Л.: Химия, 1976. – 552 с.

8. Васильцов Э. А. Аппараты для перемешивания жидких сред: справоч. пособ. / Э. А. Васильцов, В. Г. Ушаков. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. – 272 с.

9. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию / под ред. Ю. И. Дытнерского. – МХимия, 1991.
– 493 с.

10. Бабіченко А.К. Промислові засоби автоматизації. Ч.2. Регулювальні і виконавчі пристрої: навч. посіб. / А.К. Бабіченко, В.І Тошинський, В.С. Михайлов. – Х.: НТУ «ХПІ», 2003р. – 658 с.

11. Товажнянський Л.Л Основные технологии пищевых производств и энергосбережение / Л.Л. Товажнянский, С.И. Бухкало, П.А. Капустенко.
– Х.: НТУ «ХПИ», 2005. – 460 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................................................................. 3

Задание на проектирование................................................................... 4

1 Материальный баланс процесса получения инвертного сиропа...... 4

1.1 Приготовление инвертного сиропа........................................... 4

1.2 Приготовление сахарного раствора.......................................... 6

1.3 Определение объёма 10 % соляной кислоты для проведения

гидролиза.................................................................................... 7

1.4 Определение количества 10 % раствора бикарбоната натрия для

нейтрализации соляной кислоты............................................... 8

2 Тепловой баланс процесса получения инвертного сиропа............... 9

2.1 Тепловой баланс при нагревании сахарного раствора. Опреде-

ление тепловой нагрузки и массового расхода теплоносителя 9

2.2 Тепловой баланс при охлаждении инвертного сиропа водой. Определение тепловой нагрузки, количества хладоагента и его массового расхода 11

3 Тепловые расчёты............................................................................... 13

3.1 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при обогреве реактора насыщенным водяным паром................................................... 13

3.2 Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи при охлаждении реактора водой......................................................................... 18

4 Определение поверхности теплообмена и размеров рубашки, змеевика или трубчатки 21

4.1 Расчёт необходимой площади поверхности теплообмена при нагревании сахарного сиропа в емкостном реакторе.................................. 22

4.2 Расчет необходимой площади поверхности теплообмена при охлаждении инвертного сиропа в емкостном реакторе................................. 23

5 Технологический расчёт мешалки..................................................... 24

6 Расчёт и выбор рамного фильтр-пресса............................................ 26

7 Расчёт пластинчатого насоса.............................................................. 27

8 Расчёт объёма и размеров ёмкостей................................................... 31

9 Автоматизированное управление процессом получения инвертного сиропа 33

Приложения........................................................................................... 36

Список литературы................................................................................ 47

Навчальне видання

МЕТОДИЧні вказівки

Дата добавления: 2015-08-20