Автоматизация пастеризации молока

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Описание технологического процесса

2. Описание функциональной схемы автоматизации процесса пастеризации молока

3. Описание средств измерения контролируемых параметров

3.1 Описание средств измерения температуры

3.2 Описание средств измерения давления

3.3 Описание средств измерения расхода

3.4 Описание средств измерения уровня

3.5 Описание средств измерения концентрации

4. Сравнение двух типов контактных температурных датчиков

Заключение

Список использованных источников



Введение

Целью курсового проекта является автоматизация технологического процесса пастеризации молока.

Задачей курсового проекта является выбор средств автоматического контроля параметров и средств автоматизации технологического процесса пастеризации молока.

Курсовой проект (КП) является завершающим этапом изучения дисциплины «Метрология, технологические измерения отрасли и сертификация приборов». Он направлен на закрепление, расширение и обобщение знаний, полученных студентом при изучении данной дисциплины, а также на развитие практических навыков в выборе и применении средств измерений (СВИ) в системах автоматического контроля и управления технологическими процессами (ТП).

КП является проверкой способности студента самостоятельно применять полученные теоретические и практические знания в процессе учебы, при измерении параметров ТП, правильном выборе контрольно-измерительных приборов и их метрологических характеристик в целях автоматизации ТП.

В процессе выполнения КП студент должен показать умение практически использовать знания, полученные как при изучении данной дисциплины, так и предшествующих общеобразовательных и технических дисциплин.



1. Описание технологического процесса

Пастеризация является процессом нагревания молока до уровня, который близок к точке закипания. Однако, процесса закипания при этом не допускается, так как это приведет к изменению свойств этого продукта. Основной целью пастеризации является уничтожение различных микроорганизмов, которые могут там находиться и оказать вредное воздействие. При этом, степень этого воздействия, как правило, определяется температурой, до которой молоко нагревают. В некоторых случаях осуществляется не только пастеризация, но и стерилизация. При стерилизации уничтожаются не только непосредственно сами микроорганизмы, но и их споры. Стерилизация предполагает нагревание молока выше точки кипения.

Пастеризация является в настоящее время самым простым и дешевым способом обеззараживания молока. Нужно отметить, что пастеризацию осуществляют при производстве всех молочных продуктом для того, чтобы избежать негативного их воздействия и развития.

Сначала сырое холодное молоко, прошедшее через сигнализатор раздела сред, который контролирует на сколько молоко разбавлено, норма - до (70±1)% молока в проверяемой жидкости, поступает в бак до определенного уровня (9±0,1)м, после чего подогревают до (70±2)оС и очищают на центробежных молокоочистителях. Затем молоко гомогенизируют.

После гомогенизации молоко пастеризуют при температуре (85± 2)°Сс выдержкой 20 с.

Пастеризованное молоко и сливки охлаждают до температуры

(6±0,2)°С, затем оно поступает на конечную ступень приготовления.

Мгновенная пастеризация осуществляется при температуре около 90 градусов Цельсия. При этом задержки не осуществляется.

Максимальное давление в трубах, при пастеризации, должно не превышать 0,4МПа±1000Па.

Среднее количество молока прошедшего пастеризацию составляет (10±0,1) м3/ч.

При пастеризации молока изменяются различные его свойства. Так, изменяются некоторые соли, изменяется кислотность, разрушаются отдельные виды аминокислот. Вместе с тем, благодаря пастеризации можно добиться более долгой сохранности молока, уменьшает способность молока к свертыванию.

T=85±2°C

P=0.4±0.001Мпа

Q=10±0.1м3/ч

H=9±0,1м

С=70±1%



2. Описание функциональной схемы автоматизации процесса пастеризации молока

Сырое холодное молоко, проходя через сигнализатор раздела сред КВМ-215, который контролирует на сколько молоко разбавлено, норма - до (70±1)% молока в проверяемой жидкости, позиция 6а и 7а, затем молоко поступает в приемный бачокуровень которого измеряется буйковым уровнемером УБ-Э позиция 3а, измеряемый уровень молока в баке (9±0,1)м

Насосом, из приемного бака, молоко подается в секцию регенерации аппарата для предварительного нагрева до (70± 2)оС и далее в очиститель для удаления механических и других загрязнений, который находится в позиции III.

Для гомогенизации продуктов в составе установки используется гомогенизатор (ГОМ) позицияIV, в который молоко подается после очистки.

После гомогенизации молоко возвращается в аппарат, проходит секцию пастеризации, нагревается до (85±2)оС, за температурой следит термометр сопротивления SITRANST позиция 1а и 2а.

Нагрев молока в секции пастеризации до (85±2)оС осуществляется горячей водой, которая циркулирует с помощью насоса, в замкнутом контуре бойлерно-инжекторного бака позиция V, за работой которого следит трубчато-пружинный манометр типа ОБМ1-100 позиция 13, а также позиции 11,12,15. Максимальное давление в трубах должно не превышать 0,4МПа±1000Па.

Охлаждение молока до температуры (6±0,2)°С, осуществляется в секции регенерации холодным не пастеризованным молоком и в секциях охлаждения ледяной водой.

Если заданный режим не был нарушен, то молоко из секции пастеризации через трехходовой клапан позиция 2д идет дальше, если нет, то молоко возвращается в приемный бак, где смешивается с сырым молоком, после чего проходит процесс пастеризации сначала.

На выходе молоко проходит через расходомер Heliflu позиция 16а, среднее количество молока прошедшего пастеризацию составляет (10±0,1) м3/ч.



3. Описание средств измерения контролируемых параметров

3.1 Описание средств измерения температуры

Термометры сопротивления SITRANST

В данной установке применяются термометры сопротивления платиновые(рис.1).

Термометры сопротивления SITRANST

Измерение температуры термометром сопротивления основано на изменении электрического сопротивления проводников или полупроводников с изменением температуры. Зная эту зависимость, можно определить температуру среды, в которую помещен термометр сопротивления. При увеличении температуры сопротивление ряда чистых металлов возрастает, а полупроводников снижается.

Зависимость сопротивления металлов от температуры в небольшом интервале температур можно приближенно выразить уравнением

где Rt - сопротивление металлического проводника при температуре toС; - сопротивление того же проводника при температуре oC; - интервал изменения температуры, б - коэффициент температурного сопротивления.

Для изготовления термометров сопротивления наиболее пригодны по своим физико-химическим свойствам платина и медь, но могут использоваться и другие металлы и их сплавы.

Конструкция:

Термометр сопротивления состоит из:

* измерительного резистора (металл; платина, Pt или никель, Ni);

* необходимых монтажных и соединительных деталей.

Обычно измерительные резисторы имеют керамическую оболочку.

При очень высоких требованиях к виброустойчивости

измерительные резисторы Pt скручиваются и заплавляются в стекло.

Составные части, и схема подключения термометра показаны на рисунке 1. Для лучшей защиты и быстрой замены измерительного резистора и для рабочих измерений он крепится в измерительной вставке (4),которая в свою очередь вставляется в защитную трубку (5). Измерительная вставка крепится двумя винтами пружинно в соединительной головке защитной арматуры (1). Внутренняя линия (10) в измерительной вставке соединяет измерительный резистор (11) с клеммами на соединительном цоколе.

В зависимости от диапазона измерения и требований к точности измерения термометры подсоединяются к контролирующим устройствам по двух-, трех- или четырехпроводной схеме. Для этого могут поставляться измерительные вставки с двумя, тремя или четырьмя внутренними линиями. При пренебрежительно малом сопротивлении внутренней линии возможно использование измерительных вставок с двумя внутренними линиями в трех- и четырехпроводных схемах.

Рисунок 1 - Составные части и схема подключения термометра

Для монтажа в трубопроводы, резервуары и т.п., в зависимости от механической или химической нагрузки, используются соответствующие защитные арматуры. Процесс выбора подходящего материала защитной трубки или комбинаций различных материалов защитных трубок должен осуществляться очень тщательно, так как эти материалы должны выдерживать нагрузки, вызываемые статическим давлением, протоком и температурой. Кроме этого инертность индикации должна оставаться по возможности малой. Вид монтажа защитной трубки зависит от цели использования. При допустимой рабочей перегрузке около 9 МПа защитные трубки вкручиваются в трубопровод. Для более высоких давлений применяются защитные трубки конической формы, которые привариваются.

На Рисунке2 показаны варианты крепления и габаритные размеры штуцеров (сверху крепление для низкого давления снизу для высокого).

Для измерений в данном процессе применяются термометры сопротивления платиновые с защитной арматурой из сплава X 6 CrNiTi 18 10 (арматура предназначена специально для пивоваренного производства)

Рисунок 2 - Варианты крепления и габаритные размеры штуцеров

Технические данные:

Материал защитной арматуры - сплавX 6 CrNiTi 18 10;

Длина монтажной части - 300 мм;

Пределы измерения - от -200 до +850 oC;

Класс точности 1,5.

Достоинства:

высокая точность;

хорошая линейность характеристики;

высокая стабильность;

использование в системах автоматизации;

передача сигнала на значительное расстояние.

Недостатки:

необходим источник напряжения;

большие габариты;

чувствительность к вибрациям;

платина дорогостоящий материал.

3.2 Описание средств измерения давления

Манометр трубчато-пружинный OБM1-100

В данной установке применяются манометр трубчато-пружинный OБM1-100(рис.3).

Предназначен для измерения избыточного давления и разрежение неагрессивных, жидких и газообразных сред. Принцип действия основан на упругой деформации чувствительного элемента или развиваемой им силой. Мерой измеряемого давления в средствах измерений данного вида является деформация упругого ЧЭ или развиваемая им сила. Манометр трубчато-пружинный используется для преобразования измеряемого давления, поданного во внутренней пространство пружины, в пропорциональное перемещение её свободного конца. Под влиянием поданного избыточного давления трубка раскручивается, а под действием разряжения скручивается. Прибор состоит из трубчатой пружины 5, один конец которой в отверстие держателя 1, а другой (подвижный) конец наглухо запаян и несет на себе наконечник 10. Полость пружины связана с измеряемой средой через канал в держателе 1, снабженном радиальным штуцером 14. Держатель прибора оснащен платой 2, на которой монтируется трибко-секторный механизм. Последний включает зубчатое колесо (трибку) 8 и зубчатый сектор 9. Для исключения люфта в передаточном механизме используется спиральная пружина 7, один конец которой с помощью штифта крепится на оси трибки, а другой - к колонке 6, укрепленной на плате 2. К хвостовому сектору 9 с помощью винта 12 крепится тяга 11. Посредством тяги перемещение свободного конца пружины передается зубчатому сектору, который имеет ось вращения 13. Вращение зубчатого сектора передается трибке, на оси которой насажена стрелка 4 для отсчета показаний по шкале 3.

Шкала манометра равномерная, так как перемещение свободного оконца пружины пропорционально измеряемому давлению. Регулировка хода стрелки производиться винтом 12.

Рисунок 3 - Манометр трубчато-пружинный OБM1-100

Для измерения давления использовался трубчато-пружинный манометр типа ОБМ1-100, т. к. он обладает:

высокой точностью;

простотой конструкции;

пригодны для ремонта;

надёжностью и низкой стоимостью.

Эти факторы обуславливают широкое распространение его для измерения давления в промышленности и научных исследованиях. Приборы этого типа выпускаются только показывающие в обыкновенном, виброустойчивом, антикоррозионном, пыле-, брызго- и взрывозащитном исполнении. Диапазон измерений от 0,1 МПа до 103 МПа. Класс точности 1,5.

На точность измерений трубчато-пружинными манометрами оказывает большое влияние упругое последействие трубки, представляющее собой разность между перемещениями ее конца при одном и том же давлении в случае постепенного повышения ( прямой ход) и понижения (обратный ход) давления.Исчезновение этой разности происходит через несколько минут или часов в зависимости от механических свойств трубки. Упругое последействие является одним из основных недостатков трубчато-пружин-ных манометров, так как вызывает непостоянство показаний последних. Оно в значительной мере определяет собой класс точности прибора.

Так же к недостаткам относится:

нелинейность статических характеристик;

погрешность на гистерезис;

систематическая погрешность.

3.3 Описание средств измерения расхода

Расходомер Heliflu

В данной установке применяется электромагнитный расходомер Heliflu(рис.4).

Принцип действия

Уникальность данного оборудования заключается в использовании особой запатентованной двухлопастной крыльчатки из нержавеющей стали. Геликоидный, свободно вращающийся ротор располагается вдоль оси корпуса счетчика. Протекающая через расходомер Heliflu жидкость вызывает вращение со скоростью, прямо пропорциональной потоку (в определенном диапазоне величин потока и вязкости); в результате каждый оборот ротора соответствует точному и постоянному объему проходящей через счетчик жидкости.

Установленный в роторе магнит индуцирует электрические импульсы в примыкающей катушке, которые затем поступают на преобразователь и выдаются на дисплее в виде показателя расхода.

Рисунок 4 - Внешний вид и конструкция расходомераHeliflu

Основные особенности

Простая конструкция -- один вращающийся элемент.

Малый перепад давления.

Сохранение непрерывности потока, даже в случае блокировки ротора.

Относительная нечувствительность характеристик линейности к изменению вязкости.

Продолжительный срок службы (более 10000 ч в зависимости от типа продукции и фильтрации).

Нечувствительность к скачкам давления.

Быстрое время срабатывания.

Хорошая механическая устойчивость к высокому давлению и крайним значениям температуры.

Способность выдерживать временное превышение допустимых пределов скорости (l,2xQmax).

Хорошая стойкость к коррозии.

Простота и дешевизна технического обслуживания.

Компактная прочная конструкция.

Технические данные

Рабочие характеристики:
Класс точность:	1,5
Рабочее давление:	1,9 МПа макс
Рабочая температура:	-З0°С…+350°С
Калибр счетчика:	от 12,7мм до 508мм
Функциональные характеристики:
Конструкция:	Корпус и фланцы: углеродистая или нержавеющая сталь 316L
Ротор:	титан, алюминий или пластик;
Защита:
Взрывозащита и взрывобезопасность:	в соответствии с CENELEC STDS (ЕЕх d IIC T6, ЕЕхia IIC T6).
Внутренние элементы:	нерж. ст. 316L или алюминий.

Широкий диапазон измерений: 100:1 м3ч

3.4 Описание средств измерения уровня

Уровнемер буйковый с электрическим уравновешиванием

В данной установке применяется буйковый уровнемер УБ - Э (рис.5).

Принцип действия уровнемеров основан на силовой компенсации. Изменение уровня жидкости преобразуется на чувствительном элементе измерительного блока датчика в пропорциональное усилие. Которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым у УБ - Э силовым устройством обратной связи при протекании в нём постоянного тока. Уровнемер состоит ив чувствительного элемента- буйка 10, находящегося в жидкости, подвешенного к рычагу 9, который через уплотнительную мембрану 11 выведен наружу и соединен системой рычагов с устройством обратной связи. Начальная масса буйка уравновешивается специальным грузом 8, находящимся на плече дополнительного уравновешивающего рычага. Усилие от рычага 9 передается через Т-образный рычаг 3, подвижную опору 2 и Г-образный рычаг 6 к индикатору рассогласования 5 дифференциально-трансформаторного типа. Электрический сигнал усиливается и приводится к нормальному виду 1вых усилителем 7, откуда он поступает в линию связи и устройство обратной связи 6 , с помощью которого создается усилие, через систему рычагов уравновешивающее выталкивающее усилие жидкости, которое действует на буек 10. Пружина 1 является корректором нуля при настройке прибора.

Принцип действия буйкового уровнемера.

В буйковом уровнемере используется метод определения уровня по выталкивающей силе действующей на погруженный в рабочую жидкость буек. На тонущий буек действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила, пропорциональная степени погружения и, соответственно, уровню жидкости.

Рисунок 5 - Уровнемер буйковый с электрическим уравновешиванием

Для измерения уровня использовался уровнемер буйковый типа УБ-Э, предназначенный для преобразования уровня жидкости в унифицированный сигнал 0-5 мА. Предел измерения уровнемера с унифицированным электрическим сигналом 0-4 м. Буйковые средства измерения уровня применяются при температуре рабочей среды от -40 до 400 оС и давлением рабочей среды до 16 МПа. Классы точности буйкового уровнемера УБ-Э: 1,5.

В отличии от буйкового уровнемера, поплавковый уровнемер имеет большую погрешность, т. к. поплавок соединён напрямую через штангу со стрелкой измерительного прибора.Также, главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей. Еще к достоинствам относится возможность измерения уровня в агрессивных и вязких жидкостях.

Недостатки:

зависимость данных измерения от точности задания плотности продукта, от температуры;

увеличение погрешности в процессе измерения из-за образования отложения, а в ряде случаев и коррозии буйка.

Миллиамперметр типа КСУ1-001

В комплекте с ним использовался миллиамперметр типа КСУ1-001, предназначенный для измерения, записи и регулирования величин, которые могут быть преобразованы в стандартные сигналы постоянного тока или напряжения, с пульсацией переменной составляющей, не превышающей 1% от максимального значения предела измерения. Класс точности прибора: 1. Выходной сигнал 0-5 мА. Основная погрешность показаний 1 %, а основная погрешность записи 1%.

3.5 Описание средств измерения концентрации

Сигнализатор раздела сред типаКВМ-215

Описание

Сигнализатор типа КВМ-215 (рис. 6)предназначен для контроля содержания молока в жидкости при циркуляционной мойке технологического оборудования и при самом процессе пастеризации молока на предприятиях молочной промышленности.

Рисунок 6-Сигнализатор раздела сред типа КВМ-215

Принцип действия работы сигнализатора основан на зависимости удельной электрической проводимости контролируемой среды и содержания в ней молока. При повышении установленного значения удельной электрической проводимости среды, вызванном появлением молока в воде, сигнализатор подает электрический и световой сигналы.

Порог срабатывания устанавливается задатчиком по шкале преобразователя.

Сигнализатор состоит из задатчика и преобразователя.

Преобразователь устанавливают на щите. Датчик встраивают в технологический трубопровод с Dy=50 или 80 мм. Подключение датчика к преобразователю осуществляется кабелем типа РК 75-4-11. При необходимости длина кабеля может быть увеличена до 150 м.

Прибор нормально функционирует при температуре окружающего воздуха 10 ... 35°С, относительной влажности в месте датчика до 55% при 35°С, относительной влажности в месте установки преобразователя 30 ... 80%, атмосферном давлении 84 ... 106,7 кПа.

В комплект поставки входят: преобразователь, датчики (с Dy=50 или 80 мм), инструкция по монтажу и эксплуатации

Технические характеристики

Контролируемая среда-пастеризованное молоко, смешанное с водой. Температура контролируемой среды 5 ... 30°С. Плотность контролируемой среды 1000 ... 1030 кг/м3. Рабочее давление контролируемой среды 0,5 МПа. Шкала установки порога срабатывания сигнализатора 30 ... 70% молока в воде. Зона нечувствительности ±10% молока в воде. Питание-от сети переменного тока: напряжение 220 В, частота 50 Гц. Потребляемая мощность 30 В-А. Габаритные размеры: датчика с Dy=50 мм 128х120х170 мм; датчика с Dy=80 мм 128х130х200 мм; преобразователя 172х120х360 мм; масса соответственно: 1,6; 2,1; 4,4 кг.



4. Сравнение двух типов контактных температурных датчиков

Таблица 1 - Сравнительная таблица двух типов контактных температурных датчиков

Тип датчика	Термометр сопротивления платиновый	Термопара
Параметр	Эл.сопротивление	Эл. Напряжение
Диапазон измерений	от -200 до +850 °C	от ?200 °C до 2500 °C
Точность измерения температуры	до ±0,1 °С	до ±0,01 °С
Достоинства	Хорошая линейность характеристики. Высокая точность. Высокая стабильность. Высокая чувствительность. Использование в системах автоматизации. Передача сигнала на значительное расстояние.	Широкий температурный диапазон. Простота производства. Низкая стоимость. Износоустойчивость. Не требует дополнительных источников энергии.
Недостатки	Необходим источник напряжения. Большие габариты. Чувствительность к вибрациям. Платина дорогостоящий материал.	Нелинейная характеристика. Относительно низкая стабильность. Низкая чувствительность. Измерение низких ЭДС может осложниться электро-магнитными шумами и наводками. Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К. Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.



Заключение

Задачей данного курсового проекта являлся выбор технологических средств и приборов для автоматизации технологического процесса. С последующим описанием технических характеристик, устройства, принципа работы выбранных средств автоматизации.

Были выбраны следующее средства контроля параметров и средства автоматизации технологического процесса:

измерение температуры ? термометры сопротивления SITRANST;

измерение давления ? манометры трубчато-пружинные OБM1-100;

измерение расхода ? электромагнитный расходомер Heliflu;

измерение уровня ? уровнемер буйковый;

измерение концентрации ? сигнализатор раздела сред типа КВМ-215.

Очевидно, что контроль, измерение и регулирование различных технологических параметров являются неотъемлемой частью любого технологического процесса, которым необходимо уделять особое внимание. Так как, выбрав верные средства автоматизации, можно оптимизировать производство. Что значительно позволит минимизировать затраты на изготовление выпускаемой продукции, что является немаловажным с экономической точки зрения.



Список использованных источников

автоматизация пастеризация молоко датчик

1 Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие. Под ред. Б. Д. Кошарского. Л. , «Машиностроение», 1976. - 488 с.

2 Петров И. К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности. - М.: Агропромиздат, 1985. - 344 с.

3Петров И. К., Солошенко М. М., Царьков В. А. Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 416 с.

4Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю. Технологические измерения и приборы: Учебник для студентов вузов по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств». - М.: Высш. шк.,1989. - 456 с.

Размещено на Allbest.ru