Способ автоматического управления процессом кристаллизации сахарных утфелей при охлаждении в кристаллизаторе

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (I9) SU(II) (д1) 4 С 13 F 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHO5hY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 4205067!31-13 (22) 11.03.87 (46) 07.06.88.Бюл. У 21 (71) Московский технологический институт пищевой промышленности (72) А.И.Сорокин, В.И.Тужилкин9

А.P.Ñàïðîíoâ, Ю.Н.Казаков, Н.В.Говорунов и В.И.Фурсов (53) 664.1 .054 (088.8) (56) Арэилович М.Я. и др. Основы автоматизации процессов свеклосахарного производства. — М.: Пищевая промышленность, 1968, с.374. (54) (57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

CAXAPHblX УТФЕЛЕЙ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ В

КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, предусматривающий регулирование температуры утфеля путем изменения расхода хладагента, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь саха ра с мелассой, измеряют качественные показатели утфеля: содержание сухих веществ, доброкачественное содержание кристаллов, определяют скорость кристаллизации и коэффициент пересыщения, а также измеряют расход и температуру воды на входе и выходе из кристаллиэатора, определяют текущую температуру утфеля на охлаждающей поверхности кристаллизатора по измеренным значениям расхода температу ры воды на входе и выходе кристаллизатора, устанавливают требуемую температуру утфеля, соответствующую максимальной скорости кристаллизации при коэффициенте перемещения9не превышающем предельного допустимого значения, равного 1,2-1,25, или по максимальному значению коэффициента перемещения изменяют температуру хладагента, причем изменение расхода и температуры хладагента осуществ ляют по разности требуемой и текущей температур утфеля.

1401043 (3) W- =1 — СВ у t

CBy Kp, СВ м = К

Р (4) 55

1-CB y (1-g6y). (СВ ) м (5) (6) СК =: СВм Дбм!

Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к процессу кристаллизации сахарных утфелей последнего продукта при охлаждении.

Цель изобретения — уменьшение потерь сахара с мелассой за счет максимального извлечения сахара из межкристального раствора в процессе кристаллизации.

Способ осуществляется следующим образом.

По измеренным в начальный момент времени параметрам утфеля: массе (М,), содержанию сухих веществ (СВ„), доброкачественности (Дб ) и содер— жанию кристаллов (Кр) рассчитывают значения скорости кристаллизации и коэффициента пересьпцения П для различных значений температуры утфеля в диапазоне 20 — 70 С с шагом

I С ° Измерение качественных параметров утфеля производят по стандартным лабораторным методикам или приборами промышленного контроля.

Скорость кристаллизации рассчитывают по формуле

0 0053 (tv- 89 6 (П-1)

V = — — - — = - — — — (---) (1)

1 0 (1-Дбм) где t y — температура утфеля;

Дб — доброкачественность межм кристального раствора.

Коэффициент пересьпцения (cx/w)

П = (2) (сх/w)„,. где СХ/W — концентрация сахара в межкристальном растворе (CX/W)„„ — концентрация сахара в насьпценном растворе.

Необходимые для расчетов значения содержания воды (W) сухих веществ (СВМ), доброкачественности (Дбм), содержания сахара (CX) в межкристальном растворе определяют по следующим формулам:

t (CX/1!)нас = 3 3299 + О, 179

\ — 0,148 tY Дбм 879 Дбм +

+ 16,751 Дб„„° 10 (7) По полученным значениям 7к и П строят графики зависимостей Vö

1О fs(tY) и П fà(1у) °

На фиг.1 показан характер зависимости скорости кристаллизации и коэффициента пересьпцения от температуры утфеля: а, б — для случая, когда оптимальная температура утфеля соответствует максимальной скорости кристаллизации, в,г — для случая, когда оптимальная температура утфеля соответствует предельно допусти20 мому коэффициенту пересьпцения; на фиг.2 — примеры определения оптимальной температуры утфеля по графикам зависимости скорости кристаллизации и коэффициента пересыщения от

25 температуры утфеля; а,б — для случая„ когда оптимальная температура утфеля соответствует предельно допустимому коэффициенту пересьпцения, ! в„г — для случая, когда оптимальная температура утфеля соответствует максимальной скорости кристаллизации.

По графику V„ = f,(,„) (фиг.! а) выбирают температуру утфеля соответствующую максимальной скорости кристаллизации. Эту температуру принимают за оптимальную, если коэффициент пересьпцения при этом не превышает предельно допустимого значе40 ния, равного 1,2-1,25 (фиг.1 б) .

Если при температуре утфеля, соответствующей максимальной скорости кристаллизации (фиг.1 в), коэффициент пересыщения превышает предельно

45 допустимое значение (фиг.1,г), то за оптимальную принимают температуру утфеля, при которой достигается предельно допустимое значение коэффициента пересьпцения.

Далее, для найденной оптимальной температуры утфеля находят за выбранный промежуток времени 4с, количество сахара, которое переходит из раствора в кристаллы ьМ„ пМ„= 7„ ° ь .. (8)

В следующий момент времени (+

+ 5> ) количество кристаллического сахара М„(Т+ 4ь) равно

1401043

Мкр(+ в ) Мкр(") + л М„р, (9) м„р(з) м„. Кр, (10)

5 где М (W) — масса кристаллов в мокр мент времени Р, а содержание сухих веществ СВ»»(+дГ ) и содержание сахара СХ„,(+ ьГ ) в межкристальном растворе становится соответственно равным

СВвв(+В ) CB () 6 Мхр» (1 1 ).

СХм(< + д ) CX„() — а M„(12) 15

Содержание несахаров НС в межкристальном растворе не изменяется.

Доброкачественность межкристального раствора становится равной

СХм(< +вТ )

Дб (. + в ) м СВМ (r+ 67) (l 3) (14) 50

Kò (У tI | )», коэффициент теплообмена; площадь поверхности теплообмена; средняя температура охлаждающей воды. где К т

Ь.ер

Таким образом, для нового момента времени (+ дГ) получают новые значения параметров межкристального 25 раствора СВ и Дб . Для этих значений параметров снова определяют температуру утфеля, соответствующую максимальной скорости кристаллизации при коэффициенте пересыщения, не 30 превышающем предельно допустимого значения. Затем опять находят количество сахара, перешедшее в кристаллы за время, соответствующее шагу

Ь 7, и т.д. В результате выполнения описанного циклического расчета находят последовательные значения требуемой температуры утфеля, соответствующие оптимальному температурному режиму кристаллизации. 40

Для управления процессом кристаллизации.рассчитывают также текущее значение температуры утфеля на поверх ности охлаждения. Для этого используют уравнение энергетического балан- 45 са для процесса теплообмена между утфелем и охлаждающей водой. Количество тепла, отданное утфелем, составляет и t — температура воды

Ев на входе и выходе и из кристаллизатора.

Количество тепла, полученное водой, равно где в( (16) 0д q K(t> tв ) где К вЂ” коэффициент пропорциональности

" расход воды.

Поскольку 0 1, то справедливо равенство с

Кт F(tó ts,ср) К q(ta (17) Иэ этого равенства находят текущую температуру утфеля:

tgq К

t — - — --- + — — — q(t t ) У 2 Kт F вВ В4 (18) Таким образом, по температуре .воды на входе и выходе из KpHcTBJIJIHs& тора и ее расходу определяют текущее значение температуры утфеля на поверхности охлаждения. Расход и температуру охлаждающей воды регулируют в зависимости от разности между текущей и требуемой температурами утфеля.

Для проведения расчетов в соответствии с предлагаемым способом может быть использована микро-3ВМ, имеющие устройства связи с объектом управления. В ЭВМ вводят начальные значения параметров утфеля с клавиа- туры . ЭВМ рассчитывают последовательные значения температуры утфеля, обеспечивающие максимальную скорость кристаллизации с учетом ограничения по юоэффициенту пересьвцения. Измерительная информация о расходе воды и ее температуре на входе и выходе из кристаллиэатора вводится в ЭВМ ав" томатически и служит для определения текущих значений температуры утфеля на охлаждающей поверхности. ЭВМ сравнивает требуемое и текущее значения температуры утфеля и в зависимости от их разности изменяет расход и температуру хладагента.

Пример 1. Для утфеля в начальный момент времени измеряют качественные параметры, которые составляют: СВ * 0,90, ДбУ = 0 80 Кр

0,41. Для этих исходных данных рас»

1401 043 считывают с шагом a t l С в диапазоне 20 - 70 С значения скорости кристаллизации Ч„ и коэффициента пересыщения П. По данным расчета строят граФики V„ f,(ty) и П f (tÄ ), показанные на фиг.2а,б. Йз,графикон видно, что предельное значение коэффициента пересыщения достигается

0 при бО С, а максимальная скорость lð кристаллизации — при 50 С. Следовательно, в начальный момент времени требуемой температурой утфеля, обеспечивающей оптимальный режим кристал0 лизации, ЯвлЯетсЯ t „т " 60 С. ТекУ-15 щая температура утфеля, вычисленная по формуле (!8), равна 70 С. Пропорционально их разности, составляющей !

О С, уменьшают температуру и расход охлаждающей воды. Поток охлаждающей 20 воды, поступающий на вход кристаллизатора, образуется в результате смешения двух потоков: потока холодной воды с постоянным расходом и потока горячей воды с регулируемым расходом. 25

При коэффициенте пропорциональности

K 5Х хода исполнительного механиз-" ма (х.и.м.) на 1 С расход горячей во ды уменьшают на 50Х

Х х.и.м

h g K(t - t ) 5 †------ х

У оп т ОС !О С 50Х х,и.м.

Это ведет к уменьшению температуры и расхода охлаждающей воды, посту- 35 пающей на вход кристаллизатора.

Пример 2. Через !О ч после начала процесса измеренные значения ,! параметров утфеля составляют:

СВу 0,90; Дб„ = 0 80; К 0,47. 40

Для этих данных рассчитывают с шагом

dt С в диапазоне 20 — 70 С значения скорости кристаллизации V„l, и коэффициента пересыщения П. По данным расчета строят графики Ч„ 45 Е,(t>) и П f (t„), показанные на фиг.2 в,г. Их графиков видно, что скорость кристаллизации достигает мак. о симума при 50 С, а коэффициент пересыщения не превышает предельно до- 50 йустимого значения но всем диапазоне изменения температуры. Поэтому требуемая температура утфеля, обеспечи-. вающая оптимальный температурный режим кристаллизации, принимается равной 50 С. Текущая температура утфеля, вычисленная по формуле (18),, ранна 53 С, Пропорционально их разности, составляющей 3 С, уменьшают температуру и расход охлаждающей воды. При коэффициенте пропорциональности К = 5X хода исполнительного механизма на 1 С расход горячей воды уменьшают на 15Х:

Х х.и.м. о

40 - K(t — t ) - 5 ---.- -- — 3 СУ . yom С вЂ” l5X х.и.м.

Это. ведет к уменьшению температуры и расхода поступающей на вход кристаллизатора охлаждающей воды, поток которой формируется н результате смешения потока холодной воды с постоянным расходом и потока горячей воды с регулируемым расходом.

Использование предлагаемого способа управления процессом кристаллизации сахарных утфелей при охлаждении по сравнению с известным позволяет обеспечить максимальное извлечение сахара иэ межкристального раствора и минимальные потери сахара с мелассой эа счет ведения процесса с максимальной скоростью кристаллизации; исключить переохлаждение утфеля и образование мелких кристаллов, которые н последующем ухудшают разделение утфеля иа кристаллы и межкристальный оттек; а также устранить кристаллизацию сахара на охлаждающей поверхности и связанное с этим резкое снижение теплообмена между охлаждающей поверхностью и утфелем.

Способ испытан на заводе производительностью 1800 т сахарной свеклы в сутки. Производственные испытания показывают, что выход сахара увеличивается на 0,04Х, потери сахара с мелассой уменьшаются на 0,43Х, образование мелких кристаллов н утфеле и кристаллизация сахара на охлаждающей поверхности нЕ наблюдается.

1401043

®usaf

1401043 (Еу

С4

Юр

Составитель Г.Богачева, Редактор Н.Яцола Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик

Тираж 308 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3769

Производственно-полиграфическое предпринтие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4