Теоретические основы управления процессом экстракции растительного сырья при высоких давлениях

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ЭКСТРАКЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ПРИ ВЫСОКИХ

ДАВЛЕНИЯХ Абдурахманова Мукаддас Ирисматовна, соискатель Ямалетдинова Мунира Фадитовна, соискатель Бухарский инженерно-технологический институт,г.Бухара, Узбекистан

В данной статье рассматривается проблема внедрения в процесс экстракции информационно - коммуникационных технологий. Также решается вопрос определения управляемых параметров процесса экстракции.

Ключевые слова: экстрагент, процесс, пищевой, коммуникация, экстракция, автоматизация, система управления.

Современная экстракционная промышленность вынуждена использовать растворители, обладающие не только большей извлекающей способностью, но и не отвечающие требованием стандартов качества и пожаробезо-пасности.

Одним из решений данной проблемы является применение в качестве экстрагента сжиженного углекислого газа. Процесс высокорентабелен, более технологичен, позволяет производить переработку не только высококачественного сырья, но и отходов производства с целью экстрагирования из них основных компонентов для придания более высокого качества низким сортам продукта. Экстракция углекислым газом в сжиженном состоянии существенно расширяет спектр выделяемых биологически активных соединений.

Использование технологии экстрагирования эфирных масел из растений двуокисью углерода (СО2-экстракция) позволяет извлечь из растительного сырья практически полный комплекс душистых веществ в их естественной сбалансированности и высокой концентрации (98-99 % при чистоте продукта 99,9%), а внедрение информационно-коммуникационных систем управления технологическими процессами (ИКСУТП) повышает эффективность установки и качества получаемого продукта.

СО2-экстракты представляют собой жидкие маслянистые или мазеобразные продукты, полученные из растений по технологии извлечения эфирных масел двуокисью углерода.

Использование СО2-экстрактов позволяет исключить применение сухих пряно-ароматических веществ и дает возможность получить производимый продукт однородной консистенции без вкраплений сухих (усиливается) в несколько раз, уменьшаются затраты на транспортирование и хранение, появляется возможность управления процессом дозирования экстрактами готовой продукции.

Особенности структуры растительного сырья нашего региона, плодовых косточек и других отходов предполагают разработку технологических

режимов разрушения клеточной структуры сырья под высоким давлением с применением жидкого углекислого газа, кинетики и динамики процесса экстракции, а также влияние различных факторов, таких как разносорт-ность косточек и семян, их размеров, температуры обработки, смеси органических растворителей со сжиженными газами на выход и качество получаемого продукта.

В свете этого возникает необходимость разработки техники и технологии по СО2-экстракции рассчитанных на местное сырьё. Создание экспериментальной установки для исследования разрушения клеточной структуры растительного сырья под высоким давлением позволит исследовать процесс тепломассообмена при экстракции сжиженным газом. Это позволяет вскрыть физические и физико-химические резервы механизма процесса биотепломассообмена (БТМО), который является одним из ключевых звеньев в процессе переработки растительного сырья и объяснить основные закономерности его протекания и обосновать оптимальные режимы тепломассообменного процесса, с целью получения продуктов с заранее заданными свойствами.

Информационно-коммуникационные системы управления технологическими процессами (ИКСУТП) реализуют автоматизированный сбор, обработку информации для формирования управляющих воздействий на объект управления. Создание и функционирование ИКСУТП должно дать конкретные технико-экономические результаты, обеспечить низкую себестоимость продукции, её стандартное качество, достаточное количество и широкий ассортимент продуктов, улучшить условия труда обслуживающего персонала.

Структурную организацию ИКСУТП следует рассматривать по горизонтали (где выделятся технологические отделения в плане задач управления технологическим процессом) и по вертикали (где выделяются уровни управления технологическим процессом). По вертикали структуру можно представить в виде трех иерархических уровней управления.

Целью создания информационно-коммуникационной системы управления процессом экстракции является достижение стабильной её работы при максимальной производительности экстрактора, обеспечения высокой концентрации экстракта при минимальных затратах, растворителя и энергозатратах.

Вопрос получения экстракта с высокими качественными показателями путем внедрения новых технических решений является актуальным. Разработка системы управления процессом на основе средств микропроцессорной техники требует решения ряда задач, связанных в первую очередь, с разработкой и совершенствованием существующих методов исследования микропроцессорной системы управления процессом.

Исследование динамики протекания процесса является необходимым условием для успешного решения проблемы разработки ИКСУТП, выра-

ботки оптимальных технических решений, позволяющих изыскать различные варианты и выбрать из них оптимальные схемы управления.

Для процесса экстракции растительного сырья при высоких давлениях целесообразна двухуровневая иерархическая структура управления. Первый уровень структуры управления установкой состоит из локальной автоматизированной системы управления, обеспечивающей формирования информации о протекании технологического процесса. При этом обработка информации её представление оператору, формирование команд управления осуществляется техническими средствами микропроцессорной техники.

Целесообразным является оснащение технологического объекта управления (ТОУ) современными интеллектуальными датчиками технологических параметров, локальными микропроцессорными устройствами для обработки информации, а также микропроцессорными исполнительными устройствами. Информация о состоянии ТОУ передается также на второй иерархический уровень управления для представления оператору и формирования команд управления технологическим процессом экстракции.

На первом уровне управления реализуются следующие функции:

- измерение технологических параметров, обработка и передача сигналов информации на второй уровень,

- регулирование заданных значений технологических параметров,

- формирование управляющих воздействий на исполнительные устройства

- сбор и передача на второй уровень управления сигналов о состоянии исполнительных устройств, срабатывании защиты и блокировок.

Согласно функциям, реализуемым на первом уровне, выбирают технические средства автоматизации:

- измерительные преобразователи (датчики) технологических параметров, преобразователи сигналов, сигнализаторы технологических параметров, регистрирующие устройства, регуляторы (контроллеры) по месту;

- исполнительные устройства;

- электропусковую аппаратуру;

- локальные микропроцессорные устройства (контроллеры для логико-программного управления и регулирования технологических процессов), УСО,ПК.

Второй уровень управления образован системами, функцией которых является автоматизированное управление технологическим процессом согласно информации, полученной от систем первого уровня управления. На втором уровне осуществляется координация управления технологическим оборудованием, а также обеспечивается взаимосвязь между ними.

На этом уровне управления реализуются следующие функции ИКСУТП:

- отображение оперативной информации о значениях технологических параметров и состоянии технологического оборудования, а также обозначениях вводимых оператором команд и данных;

- формирование и передача управляющих воздействий на исполнительные устройства;

- автоматическое управление по заданной программе и командам оператора работой технологического оборудования, находящегося в технологическом отделении;

- координирование режимов работы отделений и подразделений;

- регистрация информации о работе технологического отделения и подразделения на печатающим устройстве, а также ее архивирование и хранение;

- сбор, обработка и передача информации о работе технологических отделений и подразделений на третий уровень управления. Системы управления второго уровня в основном базируются на применение программно-го-технических комплексов (ПТК), которые включают базовую ЭВМ (Intel Pentium I, II, III, VI), устройства связи с объектом (УСО), видеотерминалы, печатающие устройства, локальные и сетевые микропроцессорные устройства (контроллеры), а также персональные ЭВМ (IBM PC AT-386, -486), т.е. автоматизирование рабочие места (APM) технолога.

Вся информация, необходимая для принятия решений по управлению технологическим процессом, отображается на цветных мониторах и видеотерминальных устройствах.

Ввод команд, данных и регламентов (инструкций) осуществляется оператором (технологом) с помощью клавиатуры. Информация о технологических параметрах и состоянии оборудования, команды управления передаются посредством устройства связи с объектом от локальных микропроцессорные устройства через сетевые микропроцессорные устройства в ЭВМ посредством промышленной сети Profibus DP.

При использовании распределенных систем микропроцессорных контроллеров ко второму уровню управления относят сетевые контроллеры и ПЭВМ, которые используют АРМ технолога.

Объектом управления в информационно-коммуникационных системах управления технологическим процессом (ИКСУТП) является совокупность основного оборудования - экстрактора и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами а также энергии, сырья и других материалов определяемых особенностями используемой технологии.

Информационно-коммуникационная система управления процессом экстракции обеспечивает следующие функции:

1) измерение давления жидкого СО2 (8 МПа), экстракта (Р=6,0-6,5 МПа),

2) измерение температуры жидкого СО2 ( t=35^ ) экстракта ( t=30°Q

3) измерение уровня раздела сред в экстракторе

4) регулирование концентрации извлекаемого компонента расходом экс-трагента.

5) блокировку - прекращение отвода экстракта при достижении предельно допустимого нужного уровня раздела фаз в экстракторе.

6) управление клапаном подачи экстрагента.

7) регулирование давления жидкого диоксид углерода перед конденсатором изменяя мощность компрессора

8) регулирование уровня жидкого СО2 на выходе из конденсатора СО2

9) регулирование уровня жидкого СО2 в ёмкости расходом жидкого СО2

10) регулирование температуры жидкого СО2 в теплообменнике переключением электронагревателей.

11) регулирование давления в экстракторе расходом жидкого СО2

12) регулирование температуры экстракта на выходе сепаратора изменяя нагрузку теплового насоса.

Схема построена на базе МП микроконтроллера, укомплектованного соответствующим набором модулей ввода и вывода. Контроллер связан с ЭВМ через сеть Ethernet. Управляющая ЭВМ таким образом используется для вывода на экран значений технологических переменных, регистрации и сигнализации их предельных значений. Также ЭВМ формирует законы управления исполнительными механизмами.

Список литературы

1. Кавецкий Г.Д., Васильев Б.В., Процессы и аппараты пищевой технологии. 2 -изд., перераб. И доп. М.: Колос, 1999. - 551 с.

2. Благовещенская М.М., Злобин Л.А., Информационные технологии систем управления технологическими процессами. Учеб. для вузов - М.: Высшая школа, 2005 -768с.: ил.

3. Касьянов Г.Н., Коробицын В.С.; Извлечение ценных компонентов из растительного сырья методами до - и сверхкритической СО2 - экстракции: - монография, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования Кубан. гос. техн. ун- т. - Краснодар: Издательский Дом - Юг, 2010, - 132с.

Abduraxmanova Mukadas Irismatovna competitor

Bukhara engineering - technological institute, Bukhara, Uzbekistan

Yamaletdinova Munira Faditovna,competitor

Bukhara engineering - technological institute, Bukhara, Uzbekistan

THE ORETICAL BASIS OF PROTSESS EXTRACTION OF VEGETABLE RAW MATERIALS AT HIGH PRESSURES

Abstrakt. This article deals with the problem of implementation in the extraction process of information - communication technologies. Also solved the question of determining control parameters of the extraction process.

Keywords: extractant, process, food, communication, extraction, automation control system.