Тенденції розвитку харчових виробництв як об’єктів автоматизації

При кипінні маса, що уварюється, піднімається вгору по кип'ятильних трубах вакуум-апарата, потім опускається вниз по циркуляційній трубі 6 і кільцевому простору між паровою камерою та корпусом 2 апарата. При кипінні утворюється вторинна пара (утфельна), яка відводиться до ВКУ.

При згущенні сиропу до 82…83 % СР (коефіцієнт пересичення 1,25…1,3), температура кипіння при постійному розрідженні підвищується до 73…75 °С.

Тривалість згущення сиропу до заведення кристалів не повинна перевищувати 30 хв.

Готовність сиропу до заведення кристалів визначають за зовнішніми ознаками: рухливості уварюваного сиропу, швидкості стікання краплин сиропу по оглядовому склу, інтенсивності піднімання пухирів пари, пробі на «волосінь», а також за електропровідністю уварюваної маси.

Заведення кристалів цукру. При коефіцієнті пересичення 1,25…1,3 настає момент для заведення кристалів. Прикривають повітряний вентиль в системі розрідження (температура кипіння підвищується на 4…5 °С, через пробний кран вводять затравку у вигляді тонкопомеленої цукрової пудри ( з розрахунку 50 г на 40 т утфеля). Затравка слугує імпульсом для виникнення нових центрів кристалізації.

Своєчасне заведення кристалів та зупинка їх утворення дуже важливі для процесу уварювання та якості готового утфелю. Чим більше центрів кристалізації утворюється в момент заведення, тим менше будуть розміри кристалів цукру-піска, і, навпаки, чим менше введено центрів кристалізації, тим більші кристали. Утфель з крупними кристалами легше центрифугується й промивається, але довше уварюється, при цьому випадає більше «борошна» (дуже дрібних кристалів).

Час заведення кристалів - 5 хв.

Нарощування кристалів цукру. На цій стадії головною задачею є нарощування вже існуючих кристалів. Для цього потрібна систематична подача сиропу в апарат, підтримання коєфіцієнта пересичення в межах 1,1…1,12, енергійна циркуляція утфеля та достатня площа поверхні кристалізації.

Дрібні кристали («борошно») розчиняють підвищенням температури, знижуючи розрідження, або підвищеною підкачкою сиропу, який підігрівають приблизно на 5 °С вище температури кипіння утфелю. При надходженні його до вакуум-апарата за таких умов він закипає, що сприяє його швидкому перемішуванню з масою утфелю, температуру якого підтримують на рівні 74…76 °С. Контроль за подкачками ведеться за допомогою кондуктометра в поєднанні з візуальним спостереженням.

Рівень утфеля в кінці стадії нарощування кристалів не повинен перевищувати поверхні нагріву більш ніж на 1,6 м.

Тривалість стадії закріплення та нарощування кристалів складає 110 хв.

Остаточне згущення та спуск утфелю. Після подачі останньої порції сиропу починається остаточне згущення сиропу до 92…92,5 % СР. До кінця уварювання температура розчину не повинна перевищувати 73 °С.

Перед вивантаженням утфелю припиняють подачу пари в парову камеру вакуум-апарата й відмикають систему розрідження. Потім відкривають вентиль 4, що з'єднує верхню частину вакуум-апарата з атмосферою. Для рівномірного спуску утфелю у вакуум-апараті підтримують залишковий тиск (0,08…0,09 МПа). При спуску до приймальної утфелемішалки температура утфелю знижується на 5…6 °С, що може викликати можливість випадання «борошна». Тому під час спускання утфель орошають водою температурою 75 °С (витрата води складає 0,5 % від маси утфелю).

Після спуску до вакуум-апарата подають отпрацьовану пару для розчинення залишків утфеля (пропарювання вакуум-апарата), які потім подаються до приймальної утфелемішалки або до клерувального апарата.

Час згущення складає 15 хв., спуск утфелю та пропарювання - 20 хв..

Утфель, вивантажений з вакуум-апарата, центрифугують, не даючи йому охолонути.

3.6.3 Центрифугування утфелю І кристалізації

Утфель являє собою суспензію, яка складається з двох фаз: твердої (кристали цукру) та рідкої (міжкристальний розчин). Щоб отримати кристалічний цукро, тверду фазу відокремлюють від рідкої гідромеханічним способом - на центрифугах. Цей процес називається центрифугуванням або центробіжним фільтруванням і здійснюється на автоматизованих фільтрувальних центрифугах періодичної дії з програмним керуванням.

Центрифуга типу ФПН-125 1Л (рис. 3.7) складається з ротора 1, закріпленого на вертикальному валу 6 за допомогою ступиці з ребрами 11, між якими знаходяться отвори для вивантаження цукру. Вал з ротором вільно закріпний у підвісному пристрої 5, який дозволяє йому разом з підшипниками трохи відхилятися від вертикального положення. Вал з елетродвигуном з'єднаний еластичною муфтою.

Рис.3.7. Схема фільтрувальної підвісної центрифуги циклічної дії

Ротор складається з перфорованої обечайки з підкладним (дренажним) плетеним ситом, яке прилягає до обечайки, на якій укладене фільтрувальне штамповане сито з щілиновидними отворами.

Зовні ротор закритий нерухомим кожухом 2, на якому встановлений живильник 7, датчик завантаження 8, вузол 3 для промивання цукру та механічний вивантажувач цукру 4. В процесі завантаження та центрифугування утфелю нижній отвір ротора закритий конусом 10, над яким розташований обертовий диск 9 для рівнемірного розподілення утфелю по стінках ротора.

Ротор обертається від п'ятишвидкісносного електродвигуна змінного струму із синхронною частотою обертання 1480, 980, 425, 207 та 80 хв^-1.

В автоматичному режимі центрифуга працює наступним чином. При натисканні кнопки «Пуск» електропривод вмикається на швидкість завантаження (207 хв^-1.). Одночасно відкривається клапан живильника 7, й утфель температурою 70…75 °С надходить на розподільний диск 9 і під дією центробіжної сили рівномірно розподіляється по висоті на фільтрувальній поверхні ротора. Початкова товщина шару утфеля - 90…150 мм. Ротор центрифуги завантажується таким чином, щоб утфель не досягав його верхнього краю на 5…10 мм.

Після завантаження ротора утфелем спрацьовує датчик завантаження 8, клапан живильника закривається і починається розгін ротора послідовно до частот обертання 425, 980 хв^-1 і робочої частоти 1480 хв^-1. При досягненні певної частоти обертання спрацьовує струмове реле й електродвигун починає розкручувати ротор до наступної частоти обертання. Час розгону складає 50…80 с.

Міжкристальний розчин утфелю під дією відцентрової сили проходить через фільтроване сито в простір між ротором й нерухомим кожухом 2 і по похилому жолобу за допомогою сегрегатора (рухомої заслінки) тече до збірника І відтоку.

Цент рифугуванням видаляється більша частина міжкристального розчину, який після центрифугування називають першим відтоком. На кристалах цукру після центифугування залишається налиплий шар міжкристального розчину, який надає цукру жовтуватий відтінок. Щоб його видалити, шар цукру в центрифугах промивають артезіанською водою, підігрітою до 80…90 °С, в результаті чого утворюється другий відтік.

Цукор починають промивати відразу, як тільки відокремилась основна маса міжкристального розчину. Цей момент визначається автоматично по зменшенню струменю відтоку. Витрата на промивку має складати 3…3,5 % води (до маси утфелю). На практиці витрачається 5…7 %. Час промивки цукру складає 15…30 с.

Доцільно використовувати старий спосіб промивки цукру-піску парою тиском 0,3…0,4 МПа, що дозволяє легше висушувати цукор.

Після промивання та підсушування цукру починається електродинамічне гальмування електродвигуна центрифуги в зворотному порядку, ніж при розгоні. При цьому електропривід не витрачає електроенергію, а навпаки - повертає її в мережу. Процес називається рекуперативним гальмуванням.

За повної зупинки ротор починає обертатися від електродвигуна в зворотному напрямку, розганяючись до розвантажувальної частоти 80 хв^-1. За командою програмного пристрою конус 10 піднімається вгору і відхиляється в бік, ніж вивантажника 4 повертається до шару цукру й, поступово спускаючись донизу, зрізає його. Шар цукру-піску вологістю біля 0,8…1,2 % висипається в проміжки між ребрами 11 до жолобу вібротранспортера, який направляє цукор-пісок до сушильного відділення.

3.7 Відділення сушки цукру

Білий цукор-пісок, отриманий після центрифугування утфеля І продукту, має температуру 70…80 °С і вологість 0,5…1,5 %. Температура цукру, що надходить на зберігання, дорівнює 20…25 °С, вологість цукру за безтарного зберігання в силосах - 0,03…0,05 %, при зберіганні в мішках - 0,14 %. Такі параметри досягаються за допомогою спеціального сушильно-охолоджувального обладнання.

Сушка цукру може здійснюватися на наступному обладнанні:

- двохбарабанна цукросушильна установка;

- багатобарабанна сушильно-охолоджувальна установка (Франція);

- сушильно-охолоджувальна установка СПС для сушки цукру-піску в псевдозрідженому шарі.

Рис. 3.8. Схема двохбарабаної сушильної установки

Цукросушильна установка (рис. 3.8) складається з двох нахилено обертових сталевих барабанів з лопатями. Один барабан - сушильний, інший - охолоджувальний. Вологий цукор-пісок поступає в сушильний барабан 3, де перемішується та висушується в прямотоці гарячого повітря, попередньо очищеного у фільтрі 1, нагрітого в підігрівнику 2 до температури 110…120 °С і відсмоктуваного вентилятором 4. Висушений цукор-пісок із сушильного барабану надходить до охолоджувального барабану 7, через який вентилятором 6 протитоком відсмоктується очищений у фільтрі 8 холодне повітря. Охолоджений цукор-пісок направляється на пакування, а повітря з барабанів надходить на пилевловлювач 5, де звільняється від цукрового пилу і видаляється в атмосферу. Відокремлений цукровий пил розчинюється в соку ІІ сатурації й повертається на виробництво.

Особливістю відділення сушки цукру як об'єкта автоматизації є наявність у повітрі вибухонебезпечного цукрового пилу, що означає віднесення приміщення сушки до класу В-ІІа згідно Правил встановлення електрообладнання. В зв'язку з цим у відділенні сушки використовують пневматичні засоби автоматизації або електричні у вибухобезпечному виконанні.

Технологічні параметри відділення сушки цукру наведено в табл.3.4.

Таблиця 3.4

3.8 Дільниці допоміжного виробництва

3.8.1 Вапняне відділення

Основне призначення вапняного відділення - забезпечення потреби дільниці сокоочищення в сатураціном газі, що містить СО₂ та вапняном молоці Са (ОН)₂. Сатураційний газ отримують у вапняно-газових печах як результат випалювання вапняного каменю. Випалене вапно гасять водою в вапногасильних апаратах і отримане вапняне молоко направляють на виробництво.

Технологічна схема. Зі сховища (рис. 3.9) вапняковий камінь (вапняк) конвеєром 1 подають на дільницю сортування. Дрібне каміння відокремлюють на віброгрохоті 2, збирають в бункері 3 та відводять у відвали. Відсортований камінь конвеєром 4 направляють до бункера-накопичувача вапняка 5. Там же є бункер-накопичувач палива 7, куди конвеєром 6 зі сховища надходить тверде паливо. Вапняк та паливо за допомогою живильників 8, 9 та дозатора палива 10 надоходять в ковш 11 і зважуються на вагах 12.

Ковш 11 із сумішшю вапняка та палива (шихтою) по напрямних піднімаються вгору, де вміст ковша вивантажується в приймальну воронку 13 вапняково-газової печі із запірним клапаном 14.

Вапняково-газова піч виробничою потужністю 100 т вапна на добу являє собою вертикальну циліндричну шахту (внутрішній діаметр 3,4 м, корисна висота 16 м). Робоча частина печі по вертикалі ділиться на три зони: зона нагрівання шихти до температури дисоціації карбоната кальція та виділення летких речовин; зона випалювання та зона охолодження вапна.

Рис. 3.9. Схема отримання вапна, сатураційного газу та приготування вапняного молока

Зона нагріву шихти зверху обмежена коробом для відбору сатураційного (пічного) газу 15, з низу - верхньою границею зони випалювання. В зоні нагрівання шихти шматки вапнякового каменю нагріваються зустрічним потоком розжареного газу до температури розкладання СаСО₃ (приблизно 900 °С), а сатураційний газ, що виходить з печі, охолоджується до 120 10 °С.

В зоні випалювання температура знаходиться в межах 1150 - 1200 °С, а в зоні охолодження температура вапна знижується до 40…80 °С, а повітря нагрівається до 600…700 °С.

Особливість роботи вапно-газової печі як об'єкта автоматизації полягає в тому, що:

- для забезпечення безаварійної роботи печі за умови зниження споживання сатураційного газу та вапняного молока, потрібно встановити буферний бункер для випаленого вапна між піччю та вапногасильним апаратом;

- процес випалювання вапняка характеризується великою тривалістю та інерційністю. Жодна з регулювальних дій (зміна співвідношення вапняк - паливо при завантаженні скипового піднімача шихтою; зміна кількості сатураційного газу, що відбирається або зміна темпу вивантаження випаленого вапна з печі) не дає швидкого результату. Лише стабілізація температури газу на виході з печі шляхом дії на кількість газу, що відбирається з печі, дозволяє досягнути певного результату. Зміна цієї температури свідчить про зміну кількості газу, що відбирається, або про темп вивантаження випаленого вапна. Також потрібний контроль температури в зоні вивантаження вапна, тому що її підвищення свідчить про підвищений темп вивантаження або про недостатню тягу, які є причиною зміщення зони випалювання вниз. Якість сатураційного газу контролюють за вмістом в ньому СО₂.

Технологічні параметри процесу випалювання вапна наведені в табл. 3.5.

Таблиця 3.5

Приготування вапняного молока та сатураційного газу. На цій дільниці готують вапняне молоко густиною 1190 кг/м^з, а також очищують від домішок та охолоджують сатураційний газ для подачі його на сатурацію.

Сатураційний газ температурою 120…130 °С, отриманий у вапняково-газовій печі, відбирають через короб відбору газу 15 (рис. 3.9), очищують від домішок та охолоджують в сухому вловлювачі 16 та газопромивнику 17 (лавері). Газовий компресор відбирає охолоджений до 30 °С газ через краплевловлювач 18 і подає його в сатуратори. Для підтримки розрідження в лавері та краплевловлювачі воду з них відводять до збірника 19 через гідравлічний затвор. Клапан 20 регулює кількість рециркуляційного сатураційного газу.

Вапно вивантажують з печі вивантажувальним пристроєм 29 до приймального бункера 28, з якого воно надходить у вапногасильник 23 й гаситься водою зі збірника 30 до густини суспензії 1140…1220 кг/м³, в результаті чого відбувається процес гасіння частого вапна на підставі хімічної реакції:

.

Одним із способів збереження жому є його висушування. Свіжий жом, отриманий в дифузійних апаратах, містить 92…93 % води та 7…8 % сухих речовин. Виділення такої кількості води безпосередньо висушуванням жому економічно невигідно, тому значну частину його отжимають за допомогою пресів з доведенням до вмісту сухих речовин в жомі до 18…25 %. Сушіння віджатого жому проводять в жомосушильних апаратах за допомогою газів, які отримують спалюванням мазуту або природного газу в топках, інколи використовують димові гази котлоагрегатів. Після висушування вміст СР в жомі складає 90 %.

Жомосушильний апарат (рис. 3.10) являє собою горизонтальний барабан 6, що обертається, діаметром від 2,4 до 4 м, внутрі якого встановлені хрестоподібні насадки для пересипання жому в процесі сушіння та кращого контакту з топковими газами. Одним кінцем барабан входить в нерухому камеру змішування 3, а іншим - у вивантажувальну камеру 7.

Рис. 3.10. Схема сушіння бурякового жому

Свіжий жом, спресований до максимально можливого вмісту СР, зважують на стрічкових вагах 5, змішують в шнековому змішувачі 4 з мелясою та іншими добавками (солі амонію та ін.) і подають в камеру змішування 3, куди з камери спалювання палива 2 надходять топкові гази. Далі жом разом з топковими газами прямотечією за допомогою хрестоподібних насадок перемішується, сушиться и рухається до вивантажувальної камери 7. Вентилятор 1 подає в камери спалювання та змішування повітря. З вивантажувальної камери 7 сушений жом потрапляє до шнека 12,який подає його в елеватор 10. Далі жом потрапляє на ваги 11, звідки поступає на склад.

В усталеному режимі роботи температура топкових газів на вході в камеру змішування підтримують на рівні 800…900 °С, температуру газів, що відходять - 120…140 °С, розрідження за сушильним барабаном - 350…400 Па. Барабан обертається з частотою 1,75 об^-1 від електропривода потужністю 15 кВт.

Витрата умовного палива складає 60…70 % до маси сухого жому. Розпилювання мазуту в топці відбувається механічними форсунками за абсолютного тиску 1,5…2,5 МПа. Відпрацьовані топкові гази температурою 100…120 °С відсмоктуються димососом та надходять в циклони для вловлювання винесеного жому. При цьому розрідження в топці складає -20…-30 Па. В разі підвищення температури газів, що виходять (понад 250 °С) передбачена подача до барабану технологічної пари для запобігання пожежи.

Технологічний регламент сушки жому наведено в табл. 3.6.

Таблиця 3.6.

Найбільш ефективною системою управління процесом сушки жому є регулювання подачі палива в топку за вологістю сирого жому. За відсутності вологомірів використовують допоміжний показник - температуру газів на виході з апарату, яка характеризує кількість води в сирому жомі на вході в барабан та в сухому жомі на виході з барабана. Гази проходять через барабан на протязі кількох секунд, і тому імпульс за температурою газів є малоінерційним та придатним для створення системи управління подачею палива.

Размещено на Allbest.ru