Способ автоматического управления процессом пастеризации молока в потоке

 

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом пастеризации молока в потоке в установках с пленочными электронагревательными элементами. Цель изобретения - повышение точности поддержаттоя заданного пастеризационного эффекта - достигается за счет вычисления заданной температуры пастеризации молока и термического сопротивления при условии изменения скорости отложений на теплоотдающих поверхностях , расхода и температуры продукта на входе в установку. При этом коррекция задания регулятора пастеризации повышает точность поддержания режима пастеризации молока в условиях изменяющейся производительности и накопления белковых отложений на тепло- g отдающих поверхностях установки. 1 ип (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1 А1 (19) (11) (51)4 А 23 С .3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4207449/28-) 3 (22) 13. 03. 87 (46) 15. 10.88, Бюл. У 38 (71) Белорусский институт механизации сельского хозяйства (72) Л.С ° Герасимович, В.А. Ковалев и А.Л. Хомич (53) 637.133.3(088.8) . (56) Авторское свидетельство СССР

Р 843930, кл. А 23 С 3/00, 1981.

I (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПАСТЕРИЗАЦИИ МОЛОКА В

ПОТОКЕ (57) Изобретение относится к способам автоматического управления процессом пастеризации молока в потоке в установках с пленочными электронагревательными элементами. Цель изобретения — повышение точности поддержания заданного пастериэационного эффекта — достигается за счет вычисления заданной температуры пастеризации молока и термического сопротивления при условии изменения скорости отложений на теплоотдающих поверхностях, расхода и температуры продукта на входе в установку. При этом коррекция задания регулятора пастеризации повышает точность поддержания режима пастеризации молока в условиях изменяющейся производительности и на копления белковых отложений на тепло- ф отдающих поверхностях установки. 1 ил

1430019

Изобретение относится к способам автоматического управления технологическими параметрами, например режимом пастеризации молока, и может быть использовано для создания систем автоматического управления поточными пастеризационными установками с пленочными электронагревательными элеМентами, используемыми на молочных фермах и комплексах °

Целью изобретения является повы««1ение точности поддержания заданного !

Йастеризационного эффекта.

На чертеже представлена схема уст- 15 цойства, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ.

Устройство, содержит рекуператор l, екцию пастеризации с пленочными электронагревательными элементами 2, zp программируемое вычислительное управляющее устройство 3, на вход которого подключены датчик 4 температуры и датчик 5 расхода продукта, поступающего на обработку, датчик 6 давления продукта на входе в секцию пастеризации, датчики 7 и 8 мощности и тем-, пературы пленочных электронагревательных элементов и датчик 9 температуры пастеризации, а выход связан

С исполнительным устройством )Q изменения мощности пленочных электронагревательных.элементов.

В программируемом вычислительном равляющем устройстве 3 (микропроессорном контроллере) программно реализованы блок опроса датчиков и первичной обработки результатов изМерений, блок формирования управляющего воздействия, направленного на 40

Компенсацию измеряемых возмущений, ПИ-регулятор температуры пастериза-. ции, блок вычисления оптимальных параметров настройки регулятора и заданного значения температуры пастери- 45 зации.

Продукт насосом (не показан) подается в секцию 1 рекуперации и поступает на окончательный нагрев в секцию пастеризации с пленочными электронагревательными элементами 2. При этом расход продукта, обеспечиваемый насосом установки, изменяют согласно изменению подачи линии доения.

Сигналы с датчиков 4-9, пропорцио55 нальные измеренным параметрам, температуре и расходу продукта, поступающего на обработку, давлению продукта на входе в секцию пастеризации, мощ1p pWp

«1 Рре ее,1 Z (1) экю. ре где 1 - длина каналов рекуператоP ра; ре„— коэФФициент сопротивления, который можно определить в соответствии с выражением

0,25

1Ре

-(2) где А — коэффициент, определяемый типом теплообменных пластин рекуператора (например, для пластин П-I-А-"

ы 11,2).

Rе „ — критерий .Рейнольдса (3) е.рек

d3„s рек — эквивалентный .диаметр канала рекуператора; — коэффициент кинематической вязкости продукта; — скорость продукта в каналах рекуператора;

W p в свою очередь опревыражения деляется из

D (4) WP

В 1 где D массовый расход продукта; удельная плотность продукта; ширина каналов рекуперато- ра; межпластинный зазор в рекуператоре.

hP ности и температуре пленочных электронагревательных элементов, температуре пастеризации, поступают на вход программируемого вычислительного управляющего устройства 3. Функционируя в соответствии с программой по результатам измерения давления на входе в секцию пастеризации и расхода продукта, определяется скорость дцижения продукта в нагревательных каналах секции пастеризации °

Скорость продукта в каналах секции пастеризации определяется следующим образом.

Находятся потери напора в рекуператоре по охлаждаемой стороне в соответствии с уравнением Дарси-Вейсбаха

1430019

Вычитая из измеряемого значения давления на входе в секцию пастеризации вычисленное значение потерь напора в рекуператоре по охлаждаемой стороне, получим значение потерь на5 пора в каналах секции пастеризации.

Таким образом, для каналов секции пастеризации можно записать следующую систему уравнений

ЛР

ln Р 1 п

2h 2 и (5) (6) 15

Э = W„ 1 В„ h„, где h„- межпластинный зазор в секции пастеризации;

Вп — ширина каналов секции пастериз ации.

Здесь учтено, что й,„в,n = 2h .

Решая систему уравнений (5) и (6), можно получить выражение для определения скорости продукта в каналах секции пастеризации

J 25

40 а - Рп ц,Т, у в„ (7) Коэффициент трения „находится в соответствии с выражением (2). Значение критерия Рейнольдса при этом определяется соотношением гп

Reh рВ„ (8)

35 которое получено при совместном решении системы уравнений

Wll 2hn

Ren =

1 э

40 (9) D

Wï

Р Вп hn

Используя соотношения (7) и (8), 45 а также критериальное уравнение

R e Pn,,(P„ Рчст ) (10) 11„Л 1 экю где зэк эквивалентный диаметр канала; теплопроводность продукта; постоянные, зависящие от типа пластин рекуператора.

Л

1с,п,ш, з определяем коэффициент теплоо тдачи 50

Для элементарного участка канала секции па стериз ации справедливо соотношение пан 1(т )

1 (12) где V„температура пленочного электронагревательного элемента;

V — температура продукта в рассматриваемом сечении; с1 — удельный тепловой поток (для нашего случая равен удельной поверхности мощности пленочных-электронагревательных элеменi тов);

 — суммарное термическое сопротивление теплопередачи от цленочного электронагревательного элемента к продукту.

Из соотношения (12), используя измеряемые значения мощности пленочных электронагревательных элементов (ц), их температуру (V ), темпеРатУРУ продукта (V), а также вычисленное значение коэффициента теплоотдачи (a )), определяется суммарное термическое сопротивление теплопередачи RT y

Вычитая из R известное значение . термического сопротивления теплообменной пластины, находится термическое сопротивление отношений на теплоотдающих поверхностях секции пастеризации.

По измеренным значениям параметров, влияющих на пастериэационный эффект установки, а именно темпера% туры продукта на входе в секцию рекуперации (Ч „), расхода. продукта (D), скорости продукта (W„), определяется заданное значение температуры пастеризации V, которое обеспечивает заданный йастеризационный эффект, установки (Рд = 1). Вычисленное значе.ние температуры пастеризации Ч ввоп дят в установку задания в регулятор температуры пастеризации. Регулятор, обеспечивая стабилизацию заданного значения Vп, oбеспечивает стабилизацию необходимого пастериэационного эффекта установки, а именно P 1.

В случае изменения какого-либо из параметров Ч., D и W, устройстп вом 3 вычисляется новое значение температуры пастеризации, которое в

5 1430019 6 изменившихся условиях обеспечивает онный эффект, может быть определено заданное значение пастеризационного из следующей системы уравнений: эффекта установки. Оно вводится в регулятор температуры пастеризации, Ра = Ра + Ра, (13)

5 рек сс аст как новая уставка заданного значения Vl г Уравнения для определения пастер иэационного эффекта секций пастеризаЗначение температуры пастеризации, ции и рекуперации в окончательном виобеспечивающей заданный пастеризаци- де записываются следующим образом:

° В 11 е - ++ n

Р— — " (1 + 1 ); (14) а рек (7 -V„D 1 с а 1 п 1-@+ ассесст у, (пс т с сс P где 1„- длина секции пастеризации; Š— коэффициент рекуперации;

Vy — температура продукта на входе в секцию рекупарации;, V " температура продукта на

P входе в секцию пастеризации;

7 " температура продукта на первом участке секции пастеризации; а,Ь вЂ” постоянные, определяемые качеством сырого молока (видом подавляемых микроорганизмов).

Анализ выражений (14) и (15) позволяет сделать вывод, что пастериэационный эффект установок зависит от значений постоянных а и Ъ, конструктивных параметров 1, В, h < 1„ и определяется режимными параметрами

Wp Vx Vn Vp э Vn H Е ° При следует отметить, что VP V„и Е определяются через измеряемые параметры: D, V„ V „,. Окончательно получаем, что пастеризационный эффект установки, оцениваемый критерием

Пастера, определяется следующими параметрами: V, V, D и Чп, т.е.

P„ (Чссэ V„э Dâ,W„)

Из уравнений (14) и (15) при усло вии обеспечения Ра> „ l с применением ЦВМ и проведения численного факторного эксперимента определяется упрощенная зависимость V сс,„*.

Данная зависимость реализовывается вычислительным управляющим устройством.

-a4-Ь-Кр - ас. ь sr

1 — 1 р С с

Например, для поточной и астериз ационной установки с пленочными элект20 ронагревателями ЗПУ-1 зависимость, из которой можно определить заданное значение температуры пастеризации, обеспечивающей заданный пастеризаци= онный эффект обработки молока от коров больных туберкулезом, имеет сле25 дующий вид:

Ч„за = 85,5 + 18, И вЂ” 16,1D

2,45 10 1 к + 1,12 1с1ссф

Относительная погрешность определения V „д при этом не г ревышает 2Х.

Таким образом, в условиях, когда при изменяющихся параметрах D > Vx

З„Wс1, заданное значение температуры пастеризации всегда соответствует заданному пастеризационному эффекту, точность его стабилизации всецело определяется динамической точностью

40 работы регулятора температуры пастеризации (качеством регулирования) .

С целью повышения качества регулирования, учитывая, что динамические характеристики пастеризационной уста4„ новки зависят от расхода продукта, erо скорости в каналах секции пастеризации и количества отложений на теплоотдающих поверхностях (термического сопротивления), предлагается кор50 ректировать параметры настройки регулятора, обеспечивая их оптимальное значение в зависимости от указанных величин.

По сигналу рассогласования между

55 полученным заданным значением температуры Ч„ ад пастеризации и его измеренным текущим значением V „ ПИ-регулятор вырабатывает управляющее воздействие на изменение мощности пленоч.

7 14300 ных электронагревательных элементов, которое, суммируясь с управляющим воз действием, выработанным блокомкомпенсации возмущений, поступает на испол5 ни тель но е у ст рой с тв о 1 0.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления обеспечивает высокую точность поддержания режима пастеризации в условиях изменяющейся производительности и накопления отложений на теплоотдающих поверхностях, что повышает качество обработки, исключая недогрев, либо перегрев продукта, уменьшает интенсивность пригарообразования, повьппает вкусовые качества продукта.

Кроме того, работа установки при изменяющемся расходе в режиме поддержания заданного пастеризационного эффекта,.позволяет иметь минимальные энергозатраты на процесс обработки.

Формула из о бр е т ения

1 25

Способ автоматического управления процессом пастеризации молока в потоке в установках с пленочными электронагревательными элементами, предусматривающий измерение расхода и температуры поступающего в установку молока, температуры пастеризации и регулирование заданной температуры пастеризации с компенсацией возмущающих воздействий от указанных параметров путем изменения тепловой нагрузки секции пастеризации,. о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности подцержания заданного пастеризационного эффекта, измеряют давление молока на входе в секцию пастеризации, мощность и температуру пленочных электронагревательных элементов, определяют скорость молока в секции пастеризации по результатам измерения давления и расхода молока, рассчитывают коэффициент теплоотдачи с учетом скорости молока, вычисляют термическое сопротивление белковых отложений на теплоотдающих поверхно, стях секции пастеризации в зависимости от скорости молока, мощности и температуры пленочных электронагревательных элементов, определяют заданное значение температуры пастеризации с учетом скорости молока, его расхода и температуры поступающего молока и осуществляют коррекцию заданного значения температуры пастеризации при условии обеспечения заданного пастеризационного эффекта.