Способ автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов

(71) Воронежский технологический институт (72) С.Т,Антипов, С.В,Шахов, С.В,Волков и Г,И,Мосолов(56) Голгер Л.И. и др, Современные установки для мембранного разделения растворов биологически активных веществ. М., 1984, с.18-19,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ (57) Использование: в области автоматизации процесса обезвоживания с применением баромембран ных способов разделения и процессов сушки ферментных препаратов, например кератиназы. Сущность способа автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов заключается в том, что измеряют расход теплоносителя на подогреватель 9, давление раствора в ультрафильтрационном аппарате 1, вязкость концентрата на его выходе, расход концентрата на входе в гранулятор 14, расход гранулированного продукта на входе в вакуум-сублимационную сушилку 4, остаточное давление и температуру высушенного продукта в ней, температуру в десублиматоре 19, стабилизируют параметры процесса обзвоживания на уровне оптимальных значений, затем измеряют мощности электроприводов плунжерно го насоса 11, фил ьтрующей детали 2 ул ьтрафильтрационного аппарата 1, компрессора 15 гранулятора 14, барабана 6 вакуум-сублимационной сушилки 4, компрессора 20 десублиматора 19, вакуум-насоса 22, а также мощность ИК-излучателя 5 вакуум-сублимасо О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ционнои сушилки 4 и по полученным величинам мощностей, расходу теплоносителя и количеству полученного концентрата определяют величины удельных энергозатрат соответственно на ультрафильтрацию и сублимацию, сравнивают их и при превышении удельных энергозатрат на сублимацию над удельными энергозатратами на ультра- фильтрацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону увеличения, сначала путем повышения режимных параметров ул ьтрафильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров ультрафильтрации максимальных значений путем повышения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, либо до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до достижения максимально-допустимого значения вязкости концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата 1, а при превышении удельных энергозатрат на ультрафильтрацию над удельными энерго- затратами на сублимацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону уменьшения, сначала путем снижения режимных параметров ультрафильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров оптимальных значений путем сокращения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, либо до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до полного прекращения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, 1 ил.Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов, в частности к автоматизации процесса обезвоживания с применением баромембранных способов разделения и процессов сушки ферментных препаратов, например кератиназы,Целью изобретения является повышение точности регулирования, снижением удельных энергозатрат и повышение качества получаемых ферментных препаратов.На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого. способа,Схема содержит ультрафильтрационный аппарат 1 с вращающейся фильтрующей деталью 2, имеющий привод 3, вакуум-сублимационную сушилку 4 с ИК-излучателями 5 и перфорированным барабаном 6, приводимым во вращение от привода 7, линию 8 подготовки раствора, включающую подогреватель 9 с устройством подачи теплоносителя 10, плунжерный насос высокого давления 11 с регулируемым приводом 12, линию 13 подачи гранулированного продукта в вакуум-сублимационную сушилку 4, включающую гранулятор 14 с компрессором 15 и регулируемым приводом 16, линию 17 рециркуляции продукта, линию 18 отвода паров и неконденсирующихся газов из сушилки 4, включающую десублиматор 19 с компрессором 20 и регулируемым приводом 21, вакуум-насос 22 с регулируемым приводом 23, линию 24 вывода поодукта из сушилки 4, датчики 25 - 31 потребляемой мощности соответственно электропривода 12, плунжерного насоса 11, электропривода 3, вращающейся фильтрующей детали 2 ультрафильтрационного аппарата 1, электропривода 16 компрессора 15 гранулятора 14, источника ИК-излучателя 5, электропривода 7 барабана 6, электропривода 21 компрессора 20 десублиматора 19, электропривода 23 вакуум-насоса 22, датчики расхода 32-34 соответственно на входе теплоносителя в подогреватель 9, сконцентрированного продукта в гранулятор 14, гранулированного продукта в сушилку 4, датчики температуры 35 - 38 соответственно в растворе продукта в подогревателе 9, поверхности замораживающих трубок гранулятора 14, продукта в сушилке 4, поверхности змеевика десублиматора 19, датчик 39 давления продукта в ультрафильтрационном аппарате 1, датчик 40 остаточного давления в сублимационной сушилке 4, датчик 41 вязкости продукта на выходе из ультрафильтрационного аппарата 1, датчик 42 контроля размеров гранул в грануляторе 14,.датчик 43 степени заполнения барабана 6 вакуум-сублимационной сушилки 4, вторичные приборы 44-61, микропроцессор 62, преобразователи 63-70, локальный регулятор 71, исполнительные механизмы 72 - 79.Способ осуществляется следующим образом.Осуществление предлагаемого способауправления стало возможным в результате экспериментальных исследований процесса обезвоживания с применением новых видов оборудования для ультрафильтрации и "0 сублимационной сушки,Например, применение ультрафильтрационного аппарата 3 с вращающимся элементом позволяет резко снизить концентрационную поляризацию, что позволяет обеспечить достаточно длительное время стабильную скорость фильтрации, а применение сублимационной сушилки с перфорированным вращающимся барабаном позволяет интенсифициро вать процесс сушки за счет постоянногообновления поверхности раздела фаз, что делает возможным соизмерить удельные энергозатраты на ультрафильтрацию, Так как удельные энергозатраты на ультрафиль трацию за один проход через ультрафильтрационный аппарат меньше, чем на сублимацию, и процесс ультрафильтрации ведется без фазовых превращений, то в целях снижения энергозатрат и повышения 30 качества сухих ферментных препаратов целесообразно концентрировать препараты до максимально допустимого значения, определяемого условием не превышения удельных энергозатрат на ультрафильтра цию над удельными энергозатратами насублимацию.Исходный раствор ферментного препарата подается в подогреватель 9, где происходит его нагрев до оптимальной температуры.обусловленной его термоустойчивостью. Из подогревателя 9 плунжерным насосом 11 он подается в ультрафильтрационный аппарат 1, в котором с помощью электропривода 3 вращается деталь 2 со скоростью, создаю щей оптимальные гидродинамические условия фильтрования, например 20 об/мин, что обеспечивает относительную скорость движения разделяемого потока раствора над мембраной в пределах 1,5 - 3 м/с, Из ультра фильтрационного аппарата 1 посредствомтрехходового крана часть полученного концентрата возвращается в подогреватель 9, а остальная часть направляется в гранулятор 14. Полученные гранулы подаются в перфорированный барабан 6 вакуум-сублимационной сушилки 4. Вращение барабана 6 обеспечивается электроприводом 7 с оптимальной скоростью, например 6,5 об/мин.Под воздействием ИК-излучателя 5 из гранул происходит сублимация влаги и удаление ее в десублиматор 19, а высушенный слой продукта с конечной равновесной влажностью, например для ферментного препарата - кератиназы 1 - 3 о, за счет трения при вращении барабана 6 удаляется через его перфорацию и выводится за пределы сушилки 4.С помощью датчиков 25 - 43 и вторичных приборов 44 - 61 информация о ходе процесса обезвоживания передается в микропроцессор 62, в который предварительно вводят ограничения на температуру исходного раствора в подогревателе 9, поверхности замораживающих трубок гранулятора 14, продукта в сушилке 4, поверхности змеевика десублиматора 19, давление продукта в ультрафильтрационном аппарате 1, остаточное давление в сублимационной сушилке 4, вязкость продукта на выходе из ультрафильтрационного аппарата 1, размеры гранул продукта в грануляторе 14, степень заполнения барабана 6 в вакуум-сублимационной сушилке 4, например, для ферментного препарата - кератиназы; 42 - 45 С; (-50) - (-60)С; 50 - 60 С; (-50) - (-60) С; 0,7 - 0,9 МПа; 0,5-1,0 МПа; 35-50 Па с; 15 10 20 10 м; 5, 6, 7, 8, 9 ЗОО, Стабилизируют параметры процесса на уровне оптимальных значений, например, для ферментного препарата - кератиназы: 35 - 40 С, (-45) - (-50)С; 45 - 50 С; (-40) - (-50)С; 0,4 - 0,6 МПа;1,0 10 - 1,2 10 МПа; 35 - 50 Па с, 11 10 -13 10 м;ЗОО 5,6,7,8,9 путем подачи корректирующих сигналов с микропроцессора 62 через преобразователи 63 - 69 на локальной регулятор 71 и исполнительные механизмы 72 - 79,После стабилизации режимных параметров процесса обезвоживания на уровне оптимальных значений с помощью датчиков 25 - 31 измеряют мощности электроприводов 3, 7, 12, 16, 21, 23, мощность ИК-излучателей 5, и с учетом расхода теплоносителя и количества полученного концентрата определяют величины удельных энергозатрат соответственно на ул ьтрафильтрацию и сублимацию, сравнивают их и при превышении удельных энергозатрат на сублимацию над удельными энергозатратами на ультрафильтрацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону увеличения путем подачи корректирующих сигналов с микропроцессора 62 через преобразователи 63, 70 на исполнительные механизмы 72, 79 для обеспечения режимных параметров процесса ультрафильтрации на уровне максимальных значений,Корректировку режимных параметров процесса ультрафильтрации ведут до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, а при невыполнении этого условия после выхода параметров на максимальные значения, 5 микропроцессор 62 выдает корректирующий сигнал через преобразователь 69 на исполнительный механизм 73 для повышения расхода концентрата в линии рециркуляции 17, либо до достижения равенства 10 удельных энергозатрат и сублимацию, либо до достижения максимально допустимого значения вязкости концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата 1,В случае превышения удельных энерго затрат на ультрафильтрацию над удельными энергозатратами на сублимацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону уменьшения путем подачи корректирующих сигналов с 20 микропроцессора 62 через преобразователи 63, 69, 70 и исполнительные механизмы 72, 78 на снижение значений режимных параметров ультрафильтрации с максимально допустимых до оптимальных, Снижение осуществляют до достижения равенства удельных энергозатрат ультрафильтрации и сублимации, При невыполнении этого равенства, после выхода на оптимальные значения параметров ультрафильтрации, 30 микропроцессор 62 выдает корректирующий сигнал через преобразователь 69 исполнительному механизму 73 на снижение расход концентрата в линии рециркуляции 17, либо до равенства удельных энергозат рат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до полного прекращения расхода в линии рециркуляции 17.Схема автоматического регулированияпроцессом обезвоживания ферментных 40 препаратов наряду с рециркуляцией может предусматривать также ряд параллельно работающих модулей ультрафильтрационных аппаратов или замену рециркуляции рядом последовательно работающих модулей 45 ультрафильтрационных аппаратов.Согласно предлагаемому способу автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных п репаратов удельные теплоэнергетические потери Вуф 50 определяют по формулейуф - 55 где От - расход тепла теплоносителя в единицу времени, Дж/ч; Цт - стоимость тепла, руб/Дж; й 1, й 2 - мощности, соответственно потребляемые электроприводами плунжерно 1808017го насоса и вращающейся детали ультрафильтрационного аппарата, кВт; Цэ - цена электроэнергии, руб/кВт.ч; 6 - количество получаемого концентрата в единицу времени, кг/ч;иЙсубд Где Йз, Й 4, М 5, И 6, Й 7 соответственно потребляемые мощности источниками ИК-нагрева, электроприводами компрессора гранулятора, вращающегося барабана вакуум-сублимационной сушилки, компрессора десублиматора, вакуум-насоса,Таким образом процесс обезвоживаниябудет экономически целесообразным приобеспечении высокого качества получаемых сухих ферментных препаратов.Предлагаемый способ автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества; обеспечение стабилизации удельных энергозатрат на ультрафильтрацию на уровне удельных энергозатрат на сублимацию позволяет снизить общие удельные энерго- затраты на производство сухих ферментных препаратов; наложение на режимные параметры процесса ограничений. позволяет получить высококачественный продукт; ограничение, наложенное на вязкость концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата, позволяет обеспечить надежность его работы и тем самым повысить точность регулирования. Формула изобретения Способ автоматического регулирования процесса обезвоживания ферментных препаратов путем отбора концентрата с учетом количества полученного концентрата, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения удельных энергозатрат и повышения качества получаемых ферментных препаратов за счет повышения точности регулирования, измеряют расход теплоносителя на подогреватель концентрата на входе в гранулятор и гранулированного продукта на входе в вакуум-сублимационную сушилку, давле 20 25 30 равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до до 51015 40 45 50 ние раствора в ультрафильтрационном аппарате, остаточное давление и температуру высушенного продукта в ней и температуру в десублиматоре, стабилизируют параметры процесса обезвоживания на уровне оптимальных значений, затем измеряют мощности электроприводов плунжерного насоса, фильтрующего узла ультрафильтрационного аппарата, компрессора десублиматора и вакуум-насоса, а также мощность ИК-излучателя, вакуум-сублимационной сушилки и определяют величины удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию с зависимости от измеренных величин мощностей, расхода теплоносителя и количества полученного концентрата, сравнивают их между собой и при превышении удельных энергозатрат на сублимацию над удельными энергозатратами на ультрафильтрацию корректируют удельные энергозатраты на ультрафильтрацию в сторону увеличения сначала путем повышения режимных параметров ультрафильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров ультрафильтрации максимальных значений путем повышения расхода концентрата в линии рециркуляции, либо до достижения стижения максимально-допустимого значения вязкости концентрата на выходе из ультрафильтрационного аппарата, а при превышении удельных энергозатрат на ультрафильтрацию над удельными энергозатратами на сублимацию корректируют удельные знергозатрать 1 на ультрафильтрацию в сторону уменьшения, сначала путем снижения режимных параметров ультра- фильтрации до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, затем после достижения режимных параметров оптимальных значений путем сокращения расхода концентрата в линии рециркуляции, либо до достижения равенства удельных энергозатрат на ультрафильтрацию и сублимацию, либо до полного прекращения расхода концентрата в линию рециркуляции,Редактор Техред М,Моргентал Корректор М,Самборс3 СССР каз 1395 ТиражВНИИПИ Государственного ком113035, Мос та по изобретен , Ж, Раушская Подписноеи открытиям при Гб., 4/5