Способ автоматического управления процессом кристаллизации сахарных утфелей при охлаждении в кристаллизаторе

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 0 114 С ЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ(71) Московский технологическийинститут пищевой промышленности(56) Арэилович М.Я. и др. Основыавтоматизации процессов свеклосахарного производства. - М.: Пищевая промышленность, 1968, с.374(54)(57) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИСАХАРАХ УТФЕЛЕЙ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ ВКРИСТАЛЛИЗАТОРЕ, предусматривающийрегулирование температуры утфеляпутем изменения расхода хладагента, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения потерь сара с мелассой, измеряют качествен ные 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 перемещения, не превышающем предельного допустимого значения, равного 1,2-1,25, или по максимальному значению коэффициента перемещения изменяют температуру хладагента, причем изменение расхода и температуры хладагента осуществляют по разности требуемой и текущей температур утфеля.(6) СХ = СВмДбм Изобретение относится к сахарной промышленности, а именно к процессу кристаллизации сахарных утфелей последнего продукта при охлаждении,5Цель изобретения - уменьшение потерь сахара с мелассой за счет максимального извлечения сахара из межкристального раствора в процессе кристаллизации, 1 ОСпособ осуществляется следующим образом.По измеренным в начальный момент времени параметрам утфеля: массе (М,), содержанию сухих веществ (СВ), 15 доброкачественности (Дбу) и содер - жанию кристаллов (Кр) рассчитывают значения скорости кристаллизации и коэффициента пересьпцения П для различных значений температуры утфе ля в диапазоне 20 - 70 С с шагомЬЬ 1 =С. Измерение качественных параметров утфеля производят по стандартным лабораторным методикам или приборами промышленного контроля. 25 Скорость кристаллизации рассчитывают по Формуле 0 0053 (йч 6 (П)Чч ( )301 0 (1-Дбм) где Су - температура утфеля;Дб - доброкачественность межкристального раствора.35 Коэффициент пересьпцения(СхЦ - концентрация сахара внасьпценном растворе.Необходимые для расчетов значения содержания воды (4), сухих веществ45 (СВм), доброкачественности (Дб ), содержания сахара (СХ) в межкристальном растворе определяют по следующим формулам:50(СХ 1 И)нес =33299 + 0,179 Т, -- 0,148 Еу Дбм 10- 18,879 Дбм 10 + По полученным значениям Чк и П строят графики зависимостей Чкйв(Су) и П Г (1 у) еНа 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 допустимому коэффициенту пересьпцения; на фиг.2 - примеры определения оптимальной температ уры утфеля по графикам зависимости скорости кристаллизации и коэффициента пересыщения от температуры утфеля; а,б - для случая когда оптимальная температура утфеля соответствует предельно допустимому коэффициенту пересьпцения, вг - для случая, когда оптимальная температура утфеля соответствует максимальной скорости кристаллизации.По графику Ч = Г,(Су) (фиг. а) выбирают температуру утфеля соответствующую максимальной скорости кристаллизации. Эту температуру принимают за оптимальную, если коэффициент пересьпцения при этом не превышает предельно допустимого значения, равного 1,2-1,25 (фиг.1 б) .Если при температуре утфеля, соответствующей максимальной скорости кристаллизации (фиг.1 в), коэффициент пересыщения превышает предельно 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 Ь, количество сахара, которое переходит из раствора в кристаллы ьМ аМ =Чь (8)В следующий момент времени ( Г + + Ь ) количество кристаллического сахара М(Т+ ЬВ) равноМкр ( + д) " Ыкр (") + д Мр, (9) где М- масса кристаллов в момент времени Р, а содержание сухих веществ СВ(т+дГ ) и содержание сахара СХ,( + дГ) в межкристальном растворе становится соответственно равнымСВ(+ +.) - СВ - д Мр, (11) СХ,(" + д) СХмГ) - а М(12) Содержание несахаров НСм в межкристальном растворе не изменяется. Доброкачественность межкристального раствора становится равной СХм(+аТ)Дб (Г+ д )м СВ (Г+ д ) Таким образом, для нового момента времени ( 7 + д Г ) получают новые значения параметров межкристального 25 раствора СВ и Дбм. 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 реаиму кристаллизации. 40Для управления процессом кристаллизации.рассчитывают также текущее значение температуры утфеля на поверх ности охлаждения. Для этого используют уравнение энергетического балан са для процесса теплообмена между утфелем и охлаждающей водой. Количество тепла, отданное утфелем, составля- ет Кт Р(у во )коэффициент теплообмена;площадь поверхности теплообмена;средняя темпеРатуРа охлаждаю щей воды. и С - температура водыЭана входе и выходе ииз кристаллизатора.Количество тепла, полученное водой, равно где К - коэффициент пропорциональности" расход воды.Поскольку О,1, то справедливо равенство РКт Р(у в,ср) КЧ(фВ и)(17) Иэ этого равенства находят текущуютемпературу утфеля: в, К(18) Таким образом, по температуре.воды на входе и выходе из кристаллизатора и ее расходу определяют текущее значение температуры утфеля на поверхности охлаждения. Расход и температуру охлаждающей воды Регулируют в зависимости от разности между теку" щей и требуемой температурами утфеля.Для проведения расчетов в соответствии с предлагаемым способом может быть использована микро-ЭВМ, 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.П р и м е р 1. Для утфеля в начальный момент времени измеряют качественные параметры, которые составляют: СВ ф 0,90 э Лб = 0,80 Кр = 0,41. Для этих исходных данных рассчитывают с шагом ь1 С в диапазоне 20 - 70 С значения скорости кристаллизации Чк и коэффициента пересьвцения П. По данным расчета строят графики ЧЕ, и П Ев(С ), показанные на фиг.2 а,б. Йз,графикон видно, что предельное значение коэффициента пересьвцения достигаетсяОпри бО С, а максимальная скорость О кристаллизации - при 50 С. Следовательно, в начальный момент времени требуемой температурой утфеля, обеспечивающей оптимальный режим кристаллизации, является й" 60 С. Теку щая температура утфеля, вычисленная по формуле (8), равна 70 С. Пропорционально их разности, составляющей ОС, уменьшают температуру и расход охлаждающей воды. Поток охлаждающей 20 воды, поступающий на вход кристаллизатора, образуется в результате смещения двух потоков; потока холодной воды с постоянным расходом и потока горячей воды с регулируемым расходом. 25 При коэффициенте пропорциональности К5 Х хода исполнительного механиз- ма (х.и.м.) на 1 фС расход горячей воды уменьшают на 507.:Ж х.и.м 30ьц КИ - с ) 5 --- ху уоитв О С ф 503 х,и.м. Это ведет к уменьшению температуры и расхода охлаждающей воды, посту пакнцей на вход кристаллизатора.П р и м е р 2. Через О ч после начала процесса измеренные значения ,параметров утфеля составляют:СВу0,90 Дб = 0,80; К0,47, 40 Для этих данных рассчитывают с шагом М ф 1 С в диапазоне 20 - 70 С значения скорости кристаллизации Ч и коэффициента пересьпцения П. По данным расчета строят графики Ч щ 45Е,(й) и ПЕ (с), показанные на фиг.2 в,г. Их графиков видно, что скорость кристаллизации достигает макосимума при 50 С, а коэффициент пересыщения не преньппает предельно до 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 ОС, Пропорционально их разности, составляющей 3 С, уменьшают температуру и расход охлаждающей воды. При коэффициенте пропорциональности К = 57 хода исполнительного механизма на 1 С расход горячей воды уменьшают на 157:7 х.и.м., о40 - К(Е - Е ) - 5 -.- -3 СУ, у опт С- 157. 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 известнымпозволяет обеспечить максимальное извлечениесахара 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 в 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 0,047., потери сахара с мелассой уменьшаются на 0,437., образование мелких кристаллов н утфеле и кристаллизация сахара на охлаждающей поверхности нЕ даблдается.