Вибір первинних вимірювальних перетворювачів та виконавчих механізмів
Вступ
автоматичний перетворювач мікропроцесорний
Виробництво пива - надзвичайно складний і досить тривалий біотехнологічний процес. На першому етапі зерно замочують, пророщують і піддають термічній обробці з метою перетворення його у солод, збагачений активними ферментами. Потім із подрібненого солоду в результаті ферментативних перетворень крохмалю та білків одержують пивне сусло, яке за допомогою дріжджів та їхніх ферментів зброджують на пиво.
Пиво - це слабоалкогольний пінистий напій, одержаний із пророслих і непророслих зернових культур спиртовим зброджуванням охмеленого сусла пивними дріжджами. Воно не тільки вгамовує спрагу, а й підвищує тонус організму, поліпшує обмін речовин та засвоюваність їжі. Маючи певну харчову цінність, пиво слід розглядати як невід'ємну добавку до харчування.
Пиво являє собою досить складну систему органічних і неорганічних кристалоїдів і колоїдів у слабкому водно-спиртовому розчині. До його складу входять більш як 400 сполук, що визначають високу якість і необхідність для людини цього продукту.
Сушіння є процесом спільного тепло- і масо переносу. Рівняння матеріального і теплового балансу являють собою диференціальні рівняння в частинних похідних. Усі параметри, що характеризують плин процесу, значно розподілені по двох незалежних перемінних - як за часом, так і по висоті шаруючи, вони мають властивість не стаціонарності, а також особливі труднощі викликають визначення математичних залежностей, прямо єднальні режимні параметри з керуючими впливами. Задачу ускладнює також неможливість у більшості випадків безпосереднього виміру основних характеристик тепло- і масо переносу, труднощі визначення внутрішніх параметрів і теплообмінних і масо обмінних властивостей зернової маси (або одиничного елемента), таких, наприклад, як коефіцієнти теплообміну, масообміну, теплопередачі, дифузії, термоградієнтні коефіцієнти, температуропровідність, потенціали переносу тепла і вологи й ін. Усі ці параметри також змінюються як з часом, так і по товщині шаруючи, тому з метою спрощення рішення ряду оптимізаційних задач їх усереднюють, що веде до втрати якості моделювання, нагромадженню погрішності. Складність математичного опису динаміки процесу, відсутність засобів виміру параметрів у конкретних крапках, неможливість проведення якісного експерименту на промислових установках є причиною застосування для розрахунків спрощених математичних моделей. Так, наприклад, широко розповсюджений підхід до щільного високого шару як сукупності елементарних шарів, коли фактично об'єкт із розподіленими параметрами розглядається як сукупність об'єктів із зосередженими параметрами. Слід зазначити, що правомочність такого підходу необхідно щораз обґрунтовувати математично. При використанні традиційних методів оптимізації не визначаються граничні можливості процесів, зіставлення з якими дозволяє оцінити способи, що застосовуються в дійсний момент, керування, а також можливість і доцільність їхнього подальшого поліпшення. У той же час сформувався і знаходить усе більш широке застосування порівняно новий підхід, називаний термодинамічним. Використання його для рішення задач оптимального керування процесами спільного тепло- і масопереносу являє собою альтернативу класичним методам оптимізації, особливо у випадках, коли застосування цих методів важко.
|
|
|
|
|
|
При проектуванні автоматизації вертикальної сушильної установки варто передбачати:
контроль і автоматичне регулювання температури повітря на вході у верхню і нижню зони,
контроль температури теплоносія в припливних камерах,
керування процесом ворошіння солоду і механізмами розрівнювання і пересипання.
При виборі способу перетворення інформації, склад і комплектності технічних засобів автоматизації варто керуватися засадами:
|
|
|
надійності і точності працездатності в конкретних умовах,
зручності обслуговування й експлуатації, економічній доцільності.
Опис технологічного процесу
У вертикальних сушарках солод знаходиться між двома вертикально розташованими гратами в шарі шириною близько 20 см і продувається поперемінно з одного і з іншого боку теплим повітрям (рис. 1).
Такий шар солоду називають продуктової шахтою або секцією. В залежності від величини сушарки від 3 до 12 таких солодових шахт відокремлюють один від одного повітряними шахтами шириною близько 80 см. міжповерхових перекриттів сушарка ділиться по висоті на 2 або 3 яруси, завдяки чому в повітряних шахтах виходять проходи. Продуктові шахти діляться на яруси на тій же висоті, що і повітряні. При відкриванні заслінок солод під дією сили тяжіння падає на нижче лежачу грати або в транспортний пристрій для видалення.
У вертикальній сушарці солод опускається з одного ярусу на інший під дією сили тяжіння, солод не ворушать.
Так як у вертикальних сушарках добре використовується сушильне простір, їх відносять до сушарок високої продуктивності. Опалення вертикальних сушарок здійснюється так само, як і горизонтальних: гаряче повітря пронизує шар солоду, надходячи через повітряні форсунки, розташовані в підлогах повітряних шахтних проходів.
|
|
|
Енергоспоживання вертикальних сушарок становить близько 1,2 млн. кДж / кг солоду, що дуже багато, тому дані системи в даний час майже не застосовуються.
Процес сушіння.
У процес сушіння свіжо пророслий солод нагрівають до температури висушування, підтримуваної протягом 3-8 годин, проте нагрів повинен вестися дуже обережно і з урахуванням досягнутого зменшення вологості. Інакше
крохмаль солоду клейстеризуєтся, і виходить склоподібний солод;
в процесі сушіння можуть утворитися продукти розщеплення.
Тому процес сушіння регулюють в залежності від виду солоду. Для кращого з'ясування відмінностей нижче наводяться основні вимоги до виробництва світлого і темного солоду.
Рис. 2. Схема підв'ялювання і сушки для світлого солоду на одноярусної сушарці високої продуктивності (по Нарцису):
1 - температура під гратами; 2 - температура над гратами;
- вологість відводиться повітря; D - прорив.
У зв'язку з цим розрізняють три стадії сушки.
Стадія підв'ялювання свіжо пророслого солоду повільно знижується до 12-14%, причому температура в нижньому шарі солоду не повинна перевищувати 55°С. Більш низькі температури підв'ялювання і більш тривалий підв’ялювання при помірних температурах дають більше продуктів розщеплення жирів в сухому солоді і велику стійкість смаку [151].
В кінці цього періоду крива вологості відводиться повітря (рис. 1, 3) перетинається з кривою температури над гратами (2).
Точка перетину кривих (D) називається проривом і позначає кінець стадії підв'ялювання.
Стадія нагріву.
На стадії нагріву відбувається повільне підвищення температури солоду до температури підсушки при одночасному зниженні вологості приблизно до 5%. Процес підсушки - це підтримання температури підсушки протягом 3-5 годин. (Найчастіше цю стадію розглядають як другу складову частину стадії нагріву.)
Виробництво світлого солоду (пільзенського типу).
При виробництві цього солоду використовуються ячмені з низьким вмістом білків (до 11%); ступінь замочування підтримується на невисокому рівні (42-44%); процеси розщеплення просуваються не дуже глибоко (максимальна температура - 17-18° С, невисока ступінь розчинення, листок зародка складає 2/3 довжини зерна, корінець зародка - 1,5 довжини зерна).
В першій половині процесу при невисоких температурах (І 55°С) вологість знижується до 8-10%, завдяки сильній тязі вентиляторів, так що ферменти не здатні далі вести розщеплення екстрактивних речовин; температура підсушки для світлого солоду становить 80-85°С. Більш високі температури підсушки дають завжди більше попередників компонентів старіння пива, але розщеплення ДМС-П вимагає певного термічного впливу.
Контроль температури в 3-х точках (угорі посередині, внизу) виконують термометрами, які повинні розташовуватися на постійній відстані від решітки. Хоча висушують матеріал не ворушать, солод, як правило, висушується рівномірно, оскільки сушка відбувається на решітці знизу вгору; випаровується при цьому волога підтримує температуру верхніх зволожених шарів солоду на більш низькому рівні і перешкоджає таким чином появі склоподібного солоду. У першій стадії процесу сушіння температура у верхній частині ярусу помітно нижче, ніж у нижній частині ярусу, і вона піднімається лише після досягнення точки прориву.
Виробництво темного солоду (мюнхенського типу).
При виробництві темного мюнхенського солоду застосовуються багаті білком ячмені, ступінь замочування підтримують на високому рівні (44-47%), ферменти працюють інтенсивно і утворюють при пророщування велике число продуктів розщеплення (максимальна температура 20-25° С), достатня розчинення, листок зародка - 3/4 довжини зерна, корінець зародка - 2 довжини зерна).
Протягом першої половини процесу сушіння вологість завдяки зменшенню тяги знижується лише на 20%, і тому ферменти мають сприятливу можливість для продовження освіти продуктів розщеплення екстрактивних речовин. Цей процес називають підв'ялювання. Температура підв'ялювання для темного солоду - 105°С.
Вивантаження солоду з сушарки
Після завершення сушки сушарку слід спорожнити по можливості швидко, щоб можна було її знову завантажити.
Для вивантаження висушеного солоду:
- в більш старих конструкціях його зрушують механічної лопатою;
- в сушарках з перекидним гратами - шляхом її перекидання;
в сушарках з розвантажувальним пристроєм солод зрушують в розташований з бічної сторони солодовий бункер.
Контроль за процесом сушіння
Правильність організації робіт по сушці залежить від постійного контролю наступних факторів:
температури в солоді, над і під ним, температури зовнішнього повітря, а також подається і оборотного повітря;
вологості повітря в шарах солоду;
часу роботи зрушувача;
часу роботи вентилятора;
положення заслінок для свіжого та оборотного повітря, і інші.
Контроль за всіма зазначеними факторами піддається програмуванню і в сучасних установках здійснюється автоматично. Так як завантаження і вивантаження сушарки також можуть бути автоматизовані, то все більшого значення в даний час набуває робота за пультом управління і монітором комп'ютера. Для обслуговуючого персоналу солодового заводу все більшого значення набуває знання взаємозв'язків всіх процесів, що відбуваються.
Отже технологічною метою сушки пивоварного солоду є:
придушення фізіологічних і ферментативних процесів в зерні;
зниження вологості солоду до 3-4% для забезпечення його тривалого зберігання і транспортування;
теплова обробка, в результаті якої солод набуває специфічних органолептичних показників (смак, колір і аромат);
додання крихкості і ламкості солодовим паросткам.
При організації процесу сушки необхідно забезпечити:
завантаження і рівномірний розподіл свіжо пророслого солоду в сушарці;
підготовку сушильного агента (нагрів повітря);
підведення гарячого повітря до об'єкту сушки;
усунення нерівномірності висушування солоду;
рекуперація теплової енергії;
охолоджування свіжо висушеного солоду;
вивантаження висушеного солоду з сушарки.
Сушка солоду проводиться в горизонтальних двоярусних або в триярусних сушарках з примусовою тягою. Найбільшого поширення набула двох'ярусна горизонтальна сушарка з повітряним обігрівом, зображена на рис. 3
. витяжна труба; 2 - вентилятор; 3 - парасолька; 4 - верхні грати; 5 - канали для додаткової подачі холодного повітря; 6 - нижні грати; 7 - паросткова камера; 8 - клапани для теплого повітря; 9 - холодна стеля; 10 - теплова камера; 11 - шахта для введення свіжого повітря; 12 - повітряна камера; 13 - клапани для свіжого повітря.
Рис. 3 Горизонтальна двоярусна сушарка для солоду
Сушарка є прямокутною або квадратною високою будівлею. У нижньому поверсі знаходиться сушильна піч, в другому поверсі - теплова камера 10, в якій розташовуються жарові труби. У підлозі теплової камери 10 влаштовані круглі отвори (повітряні канали); у стінах камери є канали для доступу зовнішнього холодного повітря. У третьому поверсі розташована паросткова камера 7, в якій тепле повітря змішується з холодним; завдяки цьому можна регулювати температуру повітря. У підлозі камери 7 встановлені короткі сталеві труби для проходу повітря, закриті ковпаками, що запобігають попаданню солодових паростків в теплову камеру.
Над камерою 7 (у четвертому поверсі) встановлені нижні грати, а над нею (у п'ятому поверсі) - верхні грати. Сушарка закінчується зведенням, з найбільш високої точки якого піднімається витяжна труба для видалення вологого повітря. Для збільшення тяги в трубі в неї вводиться димар від топки. З цією ж метою у витяжній трубі встановлений вентилятор. Під витяжною трубою підвішена на противагах парасолька, яка запобігає попаданню атмосферних опадів на верхні грати і призначена для регулювання тяги.
У двохярусних сушарках режими сушіння солоду наступні.
Для одержання світлого солоду в сучасних двох'ярусних сушарках зі штучною тягою сушіння в залежності від продуктивності вентиляторів може проводитися при товщині шаруючи до 30 см, що відповідає завантаженню 70 кг сухого солоду на 1 м2 сита. Завантаження уточнюється з розрахунку зниження вологості за 12 годин з 43-45% до 10-12%.
З обліком термостабільності крохмалю і білків режим сушіння повинний бути таким, щоб температура солоду при вологості більше 12% не перевищувала 40°С. При підвищенні температури солод може ставати склоподібним. Вентилятор включають відразу після закінчення завантаження свіжо пророслого солоду на повну продуктивність.
Режим сушіння на верхньому ярусі наступний:
перша стадія - зниження вологості з початкової до 30% за 6 год при температурі повітря, подаваного під верхнє сито, 35-40°С;
друга стадія - підсушування з ЗО до 10% при температурі під верхнім ситом 50-60°С.
На нижньому ярусі солод збезводнюється до 3,5-4%.
По-новому вирішується проблема зрушень солоду. Якщо раніш вважалося, що багаторазове зрушення необхідне для вирівнювання матеріалу, що просихає, у процесі сушіння, то тепер з'ясувалося, що в результаті перемішування шарів під час зрушення при високій вологості солоду процес сушіння сповільнюється. Тому зрушення верхнього ярусу рекомендується проводити в 3-4 проходи зрушувана на початку процесу й у 1-2 проходу незадовго до перевантаження солоду. Зрушення нижнього ярусу також рекомендується проводити в основному при завершенні, сушіння. Після кожного проходу зрушувана необхідно проводити розрівнювання шару солоду для забезпечення рівномірного проходження повітря через солод.
Для одержання темного солоду процес підсушування здійснюють у три стадії.
Тривалість першої стадії 12-14 год. Вологість солоду знижується з 45 до 20-25%. Температура повітря 35-40°С, швидкість його невелика щоб уникнути швидкого зневоднювання солоду. Ворошіння проводиться кожні 2 год.
Під час другої стадії (близько 10 год) температура повітря піднімається до 55-60°С. Для збереження незмінної вологості в цій стадії швидкість повітря знижується до мінімуму, що забезпечується поступовим закриттям жалюзі (шиберів) між нижнім і верхнім ярусами. Ворошіння роблять щогодини.
Дуже важливо, щоб наприкінці цієї стадії солод мав вологість 20-23% щоб уникнути утворення ароматизируючих речовин і пігментів. Крім того, неприпустиме переміщення солоду з високою вологістю на нижній ярус, де висока температура негативно позначається на амилолітичній активності солоду.
Третя стадія підсушування, здійснювана на нижньому ярусі, триває 12 год. Вологість солоду знижується до 10% при температурі солоду близько 50°С. Зрухування солоду здійснюється кожні 2 год.
Після підсушування загальною тривалістю З6год починається власне сушіння. Протягом 6-7 год температуру солоду піднімають до 70°С, а вологість знижують до 5-6%. Потім шляхом закриття шиберів температуру швидко піднімають до 100°С. Зрушення вздійснюється щогодини з наступним вирівнюванням шарів.
Потім сушіння проводять ще 4-5 год при температурі солоду 102-105°С, а повітря під верхніми ґратами не більш 75°С. Протягом цього терміну вологість рівномірно знижують до 1,5-2%. Зрухування солоду здійснюється кожні 0,5 год.
Рис. 4. Спрошена ФСА горизонтальної двоярусної сушарки для солоду.
Вибір первинних вимірювальних перетворювачів та виконавчих механізмів
1. Контур регулювання витрати сушильного агента з корекцією по температурі солоду на нижній решітці.
Температура вимірюється за допомогою платинового термометра опору ТСПУ-1293, НСХ 100П, діапазон вимірювання -50 +100°С, клас допуску В, на виході уніфікований струмовий сигнал 4-20 мА, який поступає на аналоговий вхід блоку контролера мікропроцесорного регулятора Реміконт Р-130, що забезпечує регулювання температури досушування солоду.
Витрата вимірюється за допомогою діафрагми ДК6-50, Ду=50, Ру=0,6МПа та перетворювача різниці тисків САПФИР-22ДД 2410, діапазон вимірювання 0-2,5кПа, похибка: 6=±0.5%, на виході уніфікований струмовий сигнал 4-20 мА, який поступає на аналоговий вхід мікропроцесорного регулятора.
Керуючий сигнал з регулятора надходить через електропневматичний перетворювач Samson і/р 6116 з вихідним сигналом 0.2-1 бар на регулюючий клапан 8 атзоп 241-1 Dу= 50, умовний тиск Ру=0.6 мПа, температура: від-20°С до +220°С встановлений на трубопроводі.
. Контур регулювання температури солоду на верхній решітці.
Температура вимірюється за допомогою платинового термометра опору
ТСПУ-1293, НСХ 100П, діапазон вимірювання -50 +100°С, клас допуску В, на виході уніфікований струмовий сигнал 4-20 мА, який поступає на аналоговий вхід блоку контролера мікропроцесорного регулятора Реміконт Р-130, що забезпечує регулювання температури по наперед заданій програмі.
Керуючий сигнал з регулятора надходить через електропневматичний перетворювач 8 ашзоп і/р з вихідним сигналом 0.2-1 бар на регулюючий клапан Samson 241-1 Dу = 50 мм, умовний тиск Ру=0.6 мПа, температура: від-20°С до +220°С встановлений на лінії подачі основного та додаткового повітря.
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 96; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!