Способ автоматического управления процессом пастеризации молока в потоке

ТСНИХИЧЕСНИХ СОЮЗ СОВСОЦИАЛРЕСПУБ С.З 00(54) СП НИЯ ПР ПОТОКЕ (57) И бам ав цессом обретение о оматическог пастеризаци осится к спосоуправления прооло потоке:В ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ(71) Белору ции сельско (72) Л.СГ . и А.Л. Хомич(53) 637.13(56) Авторс У 843930, кл ОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕЦЕССОМ ПАСТЕРИЗАЦИИ МОЛОКА В в установках с пленочными электрона"гревательными элементами. Цель изобретения - повышение точности поддержания заданного пастериэационногоэффекта - достигается за счет вычисления заданной температуры пастеризации молока и термического сопротивления при условии изменения скоростиотложений на теплоотдающих поверхностях, расхода и температуры продуктана входе в установку. При этом коррекция задания регулятора пастеризации повышает точность поддержаниярежима пастеризации молока в условияхизменяющейся производительности и накопления белковых отложений на теплоотдающих поверхностях установки, 1 ип(4) где Р Изобретение относится к способамавтоматического управления технологическими параметрами, например режимомпастеризации молока, и может быть использовано для создания систем автоматического управления поточнымипастеризационными установками с пленочными электронагревательными элеМентами, используемыми на молочныхфермах и комплексах.Целью изобретения является повы"п 1 ение точности поддержания заданногоЙастеризационного эффекта.На чертеже представлена схема устцойства, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ,Устройство. содержит рекуператор 1,екцию пастеризации с пленочнымиэлектронагревательными элементами 2,программируемое вычислительное управляющее устройство 3, на вход которогоподключены датчик 4 температуры идатчик 5 расхода продукта, поступающего на обработку, датчик 6 давленияпродукта на входе в секцию пастеризации, датчики 7 и 8 мощности и тем-;пературы пленочных электронагревательных элементов и датчик 9 температуры пастеризации, а выход связанс исполнительным устройством 10 изменения мощности пленочных электронагревательных.элементов.В программируемом вычислительномравляющем устройстве 3 (микропроессорном контроллере) программнореализованы блок опроса датчиков ипервичной обработки результатов изМерений, блок формирования управляющего воздействия, направленного на 40Компенсацию измеряемых возмущений,ПИ-регулятор температуры пастериза-.ции, блок вычисления оптимальных параметров настройки регулятора и заданного значения температуры пастеризации.Продукт насосом (не показан) подается в секцию 1 рекуперации и поступает на окончательный нагрев в секцию пастеризации с пленочными электронагревательными элементами 2, Приэтом расход продукта, обеспечиваемыйнасосом установки, изменяют согласноизменению подачи линии доения,Сигналы с датчиков 4-9, пропорцио 55нальные измеренным параметрам, темпеРатуре и расходу продукта, поступающего на обработку, давлению продуктана входе в секцию пастеризации, мощности 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 пастеризацииСкорость продукта в каналах секции пастеризации определяется следующим образом.Находятся потери напора в рекуператоре по охлаждаемой стороне в соответствии с уравнением Дарси-Вейсбаха 1 р Яр1 рен айрен 1 2Энь. Рен где Е - длина каналов рекуператоРра;коэффициент сопротивления,который можно определитьв соответствии с выражени- ем где А - коэффициент, определяемый типом теплообменных пластин рекуператора (например, для пластин П-А-"11,2).е Рек кРитерий Рейнольдса- эквивалентный диаметрканала рекуператора;- коэффициент кинематической вязкости продукта;- скорость продукта в каналах рекуператора;И Р в свою очередь опре.выражения массовый расход продукта;удельная плотность продукта;ширина каналов рекуперато-ра;межпластинный зазор в рекуператоре.(8)35 ПиЬ ыл1 экю где Йэк Л1 с,п,ш, з Вычитая из измеряемого значения давления на входе в секцию пастеризации вычисленное значение потерь напора в рекуператоре по охлаждаемой стороне, получим значение потерь на 5 пора в каналах секции пастеризации.Таким образом, для каналов секции пастеризации можно записать следующую систему уравнений ЛР1,1 п Р 1 п2 и 2п где Ьп - межпластинный зазор в секции пастеризации;Вп - ширина каналов секции пастеризации,Здесь уЧтено, что й экю,п = 2 ЬдРешая систему уравнений (5) и (6),можно получить выражение для определения скорости продукта в каналахсекции пастеризации Коэффициент трениянаходится в соответствии с выражением (2), Значение критерия Рейнольдса при этом определяется соотношением которое получено при совместном решении системы уравнений 11 О 2 Ь и Кеп фф " ф 1 э 40Используя соотношения (7) и (8), 45а также критериальное уравнение определяем коэффициент теплоотдачи 50 эквивалентный диаметр канала; теплопроводность продукта; постоянные, зависящие от типа пластин рекуператора,Дпя элементарного участка канала с екции па стериз ации справ едливо со- отношение где Ч, - температура пленочногоэлектронагревательногоэлемента;Ч - температура продукта врассматриваемом сечении;- удельный тепловой поток(для нашего случая равенудельной поверхности мощности пленочных электронагревательных элементов);В- суммарное термическое сопротивление теплопередачиот цленочного электронагревательного элемента кпродукту.Из соотношения (12), используя измеряемые значения мощности пленочных электронагревательных элементов (с 1), их температуру (Ч), температуру продукта (Ч), а также вычисленное значение коэффициента теплоотдачи ( Ы ), определяется суммарное термическое сопротивление теплопередачи К,- Вычитая из К известное значение , термического сопротивления теплообменной пластины, находится термическое сопротивление отношений на тепло- отдающих 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 (Э), скорости продукта (У), определяется заданное значение температуры пастеризации Ч, 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 заданногоачи Ч обеспечивает стабили цию необходимого пастериэационного эффекта установки, а именно Рщ 1 .В случае изменения какого-либо из параметров Ч , Р и 11, устройстпф вом 3 вычисляется новое значениетемпературы пастеризации, которое в5 1430019 6 изменившихся условиях обеспечивает онный эффект, может быть определено заданное значение пастеризационного из следующей системы уравнений: эффекта установки. Оно вводится врегулятор температуры пастеризации, + Р (13)5 ф д рек ахает как новая уставка заданного значения Ч,е Уравнения для определения пастер иэационного эффекта секций пастеризаЗначение температуры пастеризации, ции и рекуперации. в окончательном виобеспечивающей заданный пастеризаци- де записываются следующим образом:101 В ЬрР . Е. Р Р Р .(1 + 1 ); (14)ф Рк(Чп -ЧР 1Ь /и а+Ра паст у( 7 - Чя о тде 1 - длина секции пастеризации;Е - коэффициент рекуперации;Чч - температура продукта навходе в секцию рекупарации;,Ч " температура продукта наРвходе в секцию пастеризации;Чй " температура продукта напервом участке секции пастеризации;а,Ь - постоянные, определяемыекачеством сырого молока(видом подавляемых микроорганизмов).Анализ выражений (14) и (15) позволяет сделать вывод, что пастериэа. ционный эффект установок зависит от значений постоянных а и Ъ, конструктивных параметров 1, В, Ь р, 1.п и определяется режимными параметрами РФ 11 пэ Чкэ Чпэ Чр, 7 и Е . При этом следует отметить, что Чр, 7и Е определяются через измеряемые параметры: Р, Ч и 7 ,. Окончательно получаем, что пастеризационный эффект установки, оцениваемый критерием Пастера, определяется следующими параметрами: 7, 7, Р и Чп, т,е.Рц фф (Чпз ЧуРэ 11 п)Из уравнений (14) и (15) при усло вии обеспечения Ра з, 1 с применением ЦВМ и проведения численного факторного эксперимента определяетсяупрощенная зависимость Ч и зад Данная зависимость реализовывается вычислительным управляющим устройством.(15)Ч- Ч1Например, для поточной пастеризационной установки с пленочными электронагревателями ЗПУзависимость, из которой можно определить заданное значение температуры пастеризации, обеспечивающей заданный пастеризаци.- онный эффект обработки молока от коров больных туберкулезом, имеет следующий вид:Ч= 85,5 + 18, И - 16, 1 Р2,4510 Ч + 1,12 И/РЗООтносительная погрешность определения Чп зд при этом не превышает 2 Е,Таким образом, в условиях, когдапри изменяющихся параметрах Р, 7, З 11, заданное значение температурыпастеризации всегда соответствует заданному пастеризационному эффекту,точность его стабилизации всецелоопределяется динамической точностью 40 работы регулятора температуры пастеризации (качеством регулирования) .С целью повышения качества регулирования, учитывая, что динамическиехарактеристики пастеризационной уста новки зависят от расхода продукта,его скорости в каналах секции пастеризации и количества отложений на теплоотдающих поверхностях (термического сопротивления), предлагается кор ректировать параметры настройки регулятора, обеспечивая их оптимальноезначение в зависимости от указанныхвеличин.По сигналу рассогласования между 55 полученным заданным значением температуры Ч, д пастеризации и его измеренным текущим значением ЧПИ-регулятор вырабатывает управляющее воздействие на изменение мощности пленоч7 14300 ных электронагревательных элементов, которое, суммируясь с управляющим воз действием, выработанным блокомкомпенсации возмущений, поступает на испол 5 нительное устройство 1 О.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 изобретения25Способ 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 возмущающихвоздействий от указанных параметровпутем изменения тепловой нагрузкисекции пастеризации о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыше ния точности подцержания заданногопастеризационного эффекта, измеряютдавление молока на входе в секциюпастеризации, мощность и температурупленочных электронагревательных элементов, определяют скорость молокав секции пастеризации по результатамизмерения давления и расхода молока,рассчитывают коэффициент теплоотдачис учетом скорости молока, вычисляюттермическое сопротивление белковыхотложений на теплоотдающих поверхно .стях секции пастеризации в зависимости от скорости молока., мощности итемпературы пленочных электронагревательных элементов, определяют заданное значение температуры пастеризации с учетом скорости молока,егорасхода и температуры поступающегомолока и осуществляют коррекцию заданного значения температуры пастеризации при условии обеспечения заданного пастеризационного эффекта.