Способ автоматического управления процессом разваривания крахмалсодержащего сырья

 

Изобретение относится к автоматическому управлению технологическим процессом разваривания крахмалсодержащего сырья при производстве спирта или кормов. Целью изобретения является улучшение качества разваривания, снижение потерь сырья и затрат тепла. Способ включает определение оптимальной температуры разваривания в зависимости от рассчитанной теоретической оптимальной температуры с учетом сигналов, пропорциональных температуре развариваемой массы до и после контактной головки острого пара и расходу массы после контактной головки вторичного пара. Изобретение обеспечивает снижение потерь сырья на 0,05 дал из 1 т крахмала и уменьшение затрат пара на 10%. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1яъ

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5y) 4 С 12 С 7/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР I (21) 4143425/30-13 (22) 06.11.86 (46) 15.12.89. Бюл. N 46 (71) Всесоюзный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт автоматизации пищевой промышленности Научно-производственного объединения Пищепромавтоматика" (72) M.Ë.Ìàíäåëüøòåéí (53) 663.531.21(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1449574, кл, С 12 С 7/04, 1986. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РАЗВАРИВАНИЯ КРАХМАЛСОДЕРЖАЦЕГО СЫРЬЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению технологичесИзобретение относится к автоматическому управлению технологическим процессом разваривания крахмалсодержащего сырья при производстве спирта или кормов, Цель изобретения — улучшение качества раэваривания, снижение потерь сырья и затрат тепла.

На фиг ° 1 изображена установка непрерывного разваривания крахмалсодержащего сырья с основными узлами автоматической системы управления, реализующей предлагаемый способ; на фиг. 2 — дополнительная подсистема стабилизации расхода пара в КГОП; на фиг. 3 - структурная схема инвариантной системы регулирования темпера2 ким процессом разваривания крахмалсодержащего сырья при производстве спирта или кормов. Целью изобретения является улучшение качества разваривания, снижение потерь сырья и затрат тепла. Способ включает определение оптимальной температуры разваривания в зависимости от рассчитанной теоретической оптимальной температуры с учетом сигналов, пропорциональных температуре раэвариваемой массы до и после контактной головки острого пара и расходу массы после контактной головки вторичного пара. Изобретение обеспечивает снижение потерь сырья на 0,05 дал из 1 т крахмала и уменьшение затрат пара на 10"ь.

1 з,п. ф-лы, 3 ил. туры разваривания (для системы, изображенной на фиг. 1).

Установка непрерывного разваривания крахмалсодержащего сырья состоит из агрегата 1 измельчения и сепарирования сырья (зерна), смесителя 2, контактной головки 3 вторичного пара (КГВП), промежуточного сборника 4, насоса 5 замеса, насоса 6 подваренной массы, контактной головки 7 острого пара, трубчатого разварника 8, выдерживателя 9, паросепаратора 10.

Автоматическая система управления, реализующая данный способ состоит из контура стабилизации расхода сырья (зерна) на установку, состоящего иэ регулятора 11 расхода, датчика 12 рас- .

1528789 хода и исполнительного устройства 13, датчика 14 расхода муки, контура регулирования расхода воды в смеситель, состоящего из регулятора 15 расхода, датчика 16 расхода и исполнительного устройства 17, контура стабилизации температуры массы после КГВП, состоящего иэ регулятора 18 температуры, датчика 19 температуры и исполнитель- 10 ного устройства 20, контура стабилизации уровня в промежуточном сборнике, состоящего из регулятора 21 уровня, датчика 22 уровня и исполнительного устройства 23, датчика 24 расхода мас-15 ! сы в КГОП, датчика 25 температуры массы перед КГОП, датчика 26 температуры массы после КГОП, блока модели 27 для расчета температуры разваривания; регулятора 28 температуры массы после 20

КГОП, динамических компенсаторов 29 и 30, сумматора 31, исполнительного устройства 32.

Дополнительная подсистема стабилизации расхода пара в КГОП включает в 2S свой состав датчик 33, регулятор 34 расхода острого пара и блок модели 35 для расчета задания по расходу острого пара в КГОП (в статике).

На структурной схеме инвариантов системы регулирования температуры разваривания (фиг. 3) изображены пере даточные функции (в скобках указаны условные обозначения): объекта (КГОП) - no каналам "расход F< массы - температура 9 после

КГОП" (W„); "температура В массы перед КГОП - температура О после КГОП" (Wo ) и расход Ч острого пара - "температура О после КГОП" (Wy) f pery 40 тора - по каналу V- 0(W<); динамических компенсаторов — по каналу F< — ц (W„,) и по каналу Q -9 (W„).

Вход регулятора 11 расхода соединен с датчиком 12 расхода, а выход - 45 с исполнительным устройством 13. Выход датчика 14 расхода муки подан на один иэ входов блока модели 27 для расчета температуры варки. Вход регулятора 15 расхода воды в смеситель соединен с датчиком 16 расхода, а вы50 ход - с исполнительным устройством 17.

В камеру задания регулятора 15 расхода воды подан один из выходов блока модели 27, другой выход блока модели

27 соединен с камерой задания регулятора 28 температуры массы после КГОП. Для формирования выходных сигналов блока модели 27 на него (помимо сигнала от датчика 14 расхода муки) подана информация относительно вида i перерабатываемого сырья, объема V массы в КГОП, трубчатом раэварнике и выдерживателе, минимально возможном (жетаемом) значении коэффициента d отношения расхода мин воды и расхода муки, степени измельченности сырья после агрегата измельчения. Вход регулятора 18 температуры соединен с датчиком 19 температуры после КГВП, а выход - с исполнительным устройством 20. Вход регулятора

21 уровня соединен с датчиком 22 уровня в промежуточном сборнике 4, а выход - с исполнительным устройством 23 °

Датчик 24 расхода массы соединен с входом динамического компенсатора 29.

Датчик 25 температуры массы до КГОП соединен с входом динамического компенсатора 30. Датчик 26 температуры массы после КГОП соединен с входом регулятора 28 температуры. Выходы регулятора 28 температуры и динамических компенсаторов 29 и 30 соединены с сумматором 31, выход которого подан на исполнительное устройство 32, В дополнительной подсистеме стабилизации расхода пара в КГОП выход блока модели 27, на которой подан сигнал 9 1, соединен с входом блока модели 35, другие входы которого соединены с датчиками 24 расхода и 25 температуры массы перед КГОП, с датчиком 33 расхода лара в КГОП; в модель 35 подана также информация о теплосодержании (энтальпии) I острого пара. Выход блока модели 35 соединен с одними из входов сумматора 31. На суммутор 31 подан также выход регулятора 28 температуры массы после КГОП.

Выход сумматора 31 подан в камеру задания регулятора 34 расхода пара, вход которого соединен с датчиком 33 расхода острого пара в КГОП, а выходс исполнительным устройством 32.

Данные способ осуществляется следующим образом.

В качестве. целевой функции Z управления установкой раэваривания приняты суммарные затраты на процесс разваривания, складывающиеся из затрат, связанных с потерями сырья Z, и затрат

Z на теплоэнергию, т.е.

Z=Zg+Z (1) с другой стороны, Z=Z((,т,В) (2) 5

152878 т.е. для каждого i — ro вида сырья существует зависимость (2) °

При конкретной степени измельченности (=const (см. выше) а продолжи5 тельность разваривания Т равна

T---,— (3)

Е, где Ч вЂ” объем массы в КГОП, трубчатом разварнике и выдерживателе;

F — расход массы из смесителя 2.

Иэ материального баланса смесителя 2 видно, что м+ 1 м 1+ ) ° (4) где d=G/F„=const.

Так как конструктивный параметр

V=const, то из выражений (3) и (4) следует, что

T=f (F„) (5)

Таким образом, с учетом взаимосвя- 20 эей (2) - (5), целевая функция (2) имеет вид

„) Ем и требует, чтобы в оптимальном режиме обеспечивалось 25

К*=мин . (7)

0 для каждого текущего F

Для определения значений 0 *, которые доставляют минимум целевой функции Е, воспользуемся математической моделью:

V бО

T; =------------- ()."=У(т ) (8)

> т °

F„(1+d ) Ы, где d " — минимально допустимое по 35

I техническим соображениям значение коэффициента d соотношения для i-го сырья; объемный вес муки;

Ц - функция, связывающая тем- 40 пературу 6 раэваривания

i-ro вида сырья с длительностью разваривания. функция ц может быть заложена в блок модели 27 в табличной форме либо 45 (после несложного пересчета) в виде графика, может использоваться также ее формульная аппроксимация.

Для определения задания G на расход воды в смеситель 2 в блоке модели 27 используют соотношение

1 (9) Регулятор 11 стаЬилизирует на заданном уровне расход F сырья (зерна) в установку разваривания, этим обеспечивается равномерная нагрузка агрегата 1 измельчения и сепарирования сырья. Расход F„ муки в смеситель 2, отличный от расхода F.на величину отсепарированного количества недостаточно измельченного сырья, измеряется датчиком 14 расхода, соответствующий сигнал подается в блок модели 27.

Регулятор 15 расхода воды стабилизирует расход воды С B смеситель 2.

Полученный в смесителе 2 замес подается насосом 5 в КГВП 3, где он нагревается вторичным паром, Регулятор 18 температуры управляет этим на" гревом, стабилизируя температуру массы после КГВП.

Температура 6, массы после КГВП изменяется в достаточно широком диапазоне в зависимости от расхода замеса F, расхода и энтальпии вторичного пара, следовательно, так же изменяется температура 9< массы перед

КГОП. Для КГОП, рассматриваемой как управляемый объект, изменение 68q температуры массы на входе является возмущением, Регулятор 21 уровня управляет расходом подогретой массы в КГОП по уровню массы в промежуточном сборнике 4, т.е. обеспечивает продольную стабилизацию продуктового потока в установке с начала процесса (совместно с регулятором 11 расхода) воздействием на сток ° Следствием этого является то, что при изменении нагрузки F на установку (переходе на другую производительность) или при изменении продуктового потока F до промежуточного сборника 4 по другим причинам изменяется расход F массы в КГОП, ИзменениеЬЕ расхода подогретой массы в КГОП является для нее вторым возмущением.

Каждое из указанных возмущений приводит к изменению температуры 8 раз15

На выходе блока модели 27 получают задание по температуре 9 =8* разваC 1 ривания, которое обеспечивает оптимальный по критерию (2), (7) режим раэваривания. Это задание поступает в камеру задания регулятора 28 температуры разваривания, основное назначение которого состоит в том, чтоЬы обеспечить поддержание текущей температуры 6, равной заданию 0 (с точностью до P.), несмотря на возмущения, поступающие в КГОП по расходу F u температуре 9> массы, Возмущения возникают следующим obразом, 1528789 варивания, то есть температуры после

КГОП, которая в соответствии с предыдущим должна Ьыть исестко стаЬилизирована в окрестности задания 9 >> =6". ()1

Для компенсации возмущений служит инвариантная система регулирования, которую образуют датчик 24 расхода, датчики 25 и 26 температуры, регулятор

28 температуры разваривания, компенсаторы 29 и 30, сумматор 31 и исполнительное устройство 32.

Из структурной схемы, приведенной на фиг. 3, следует, что относительно возмущений hF и h&q могут быть запи- 15 саны передаточные функции

WK W -W

1 (10)

1+W<,Wp, Я

Ы, Ы,-М02. (11) 2 1+W<>Wp

Условия инвариантности температуры

0 после КГОП от этих возмущений имеют (14) (16) вид:

«Wв .-О э (12) (13)

Следовательно, для того чтобы температура 0 после КГОП не зависела от возмущений 6F и ЬО 1 передаточные функции динамических компенсаторов 29 и 30 должны иметь вид соответственно

w к =W э

1"1к ° ° м1 Wî (15)

В случае включения динамических компенсаторов 29 и 30 на вход регулятора 28 (на фиг. 3 регулятор 28 переместится и включится между сумматором

31 и объектом 7, соответственно изме- 40 нится и фиг. 1) передаточные функции указанных динамических компенсаторов примут вид:

Qo и 45 о . W (17)

Й,Й, Пусть расход F увеличится, а температура Ю уменьшится. Оба возмуще50 ния 6F и - ь9, если не предпринять специальных мер, приведут к уменьшению текущей температуры 0 после

КГОП. Для того чтобы этого не произошло сигналы от датчика 24 расхода и

Ф

55 датчика 25 температуры поступают на ! динамические компенсаторы 29 и 30, где умножаются на соответствующие передаточные функции (14) и (15). Бла-годаря этому, как видно из формул (10) и (11), передаточные функции WKF и

W60 обращаются в нули, что означает независимость температуры 0 разваривания от возмущений hF и 50, т.е. поддержание 9 = 0

Дополнительная подсистема стабилизации расхода пара в КГОП раЬотает следующим оЬразом (фиг. 2).

Формируются выходные сигналы блока млели 27. Рассчитанное значение 0 (1 — поступает в блок модели 35. Сюда же подается информация о текущих значениях расхода и температуры В массы перед КГОП, расхода V острого пара в КГОП, а также информация о теплосодержании (энтальпии) I острого пара.

В блоке модели 35 вычисляется зада(Ч ние V на необходимый в статике (т,е. B установившемся режиме) расход пара в КГОП, <УFz. С(6 "-B)

I- В где С вЂ” удельная теплоемкость развариваемой массы.

С выхода блока модели 35 сигнал V ь) подается на сумматор 31, куда подаются также выхо.;ные сигналы от динамических компенсаторов 29 и 30, а также от регулятора 28 температуры разваривания. Таким оЬразом, выходной сигнал сумматора 31 складывается из четырех составляющих: =К, (V )+К,(Г,)+К,(9,)+К,(60), (ъ) (19) где К -К вЂ” соответствующие функции;

Р В(У

В выражении (19) первое слагаемое отражает треЬования, накладываемые статикой процесса; второе и третье слагаемые обеспечивают компенсацию соответствующих динамических возмущений; четвертое слагаемое обеспечивает дополнительную стабилизацию температуры 0 разваривания путем регулирования по отклонению, если первых трех слагаемых для этого недостаточно и возникает h8 Ф&. !

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения базируется на том, что при его использовании система автоматического управления установкой непрерывного разваривания обеспечивает снижение потерь сырья (которое при пересчете в целевой продукт оЬеспечивает увеличение выхода спирта ориентировочно на 0,05

9 152878 дал из тонны крахмала) и уменьшение затрат пара (на 104) . формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом разваривания крахмалсодержащего сырья в установке, включающей агрегат измельчения и сепарирования, смеситель, две контактные головки, трубчатый разварник, выдерживатель, паросепаратор и насосы, предусматривающий измерение расходов муки

Pl 8o4bl o T ll и ч c3 о щ H u c R TGM ° 15 что, с целью улучшения качества разваривания, снижения потерь сырья и затрат тепла, измеряют температуру массы до и после контактной головки острого пара (КГОП) и расход массы после 2 контактной головки вторичного пара (КГВП) и определяют теоретическую on" тимальную температуру разваривания крахмалсодержащего сырья в зависимости от вида сырья, расхода муки в сме- 25 ситель, коэффициента соотношения расходов муки и воды, объемов массы в

КГОП, трубчатом раэварнике и выдерживателе и степени измельченности, сравнивают с текущей температурой развари-gp вания и определяют фактическую оптимальную температуру разваривания пу!

О тем суммирования сигналов пропорциональных результату сравнения текущей температуры массы после КГОП с теоретической оптимальной температурой разваривания массы и текущей температуре развариваемой массы до КГОП с учетом расхода массы после КГВП.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что оптимальную температуру разваривания определяют по формуле о» п(Ь1 .гт. 1 7 60 а/т 1 Ч

Ф»

1 Гм(1+6""" ) Ы:

М где e *= 6 — оптимальная температура о раэваривания, С; вид перерабатываемого сырья;

Ц - функция;

Т - продолжительность раэваривания, мин;

V - объемы массы в КГОП, трубчатом разварнике и выдерживателе, мз;

Ум - расход муки, т/ч;

d "" - минимально возможное значение коэффициента соотношения расходов воды и муки в смеситель;

Ф - объемный вес муки, мз/т. б

1528789

Составитель А.Трошин

Редактор M.Недолуженко Техред Л.Сердюкова Корректор H.Король

Заказ 7616/23 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССCP

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина,101

I Г