УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СЫПУЧИХ ПРОДУКТОВ И ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
BULK PRODUCTS MEASURING DEVICE (VERSIONS), METHOD AND USE OF BULK MATERIAL MEASURING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству (варианты) и способу измерения, по меньшей мере, одного свойства потока продукта, в частности, для inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии ингредиентов и параметров качества сыпучих продуктов, к примеру, зерен злаков и их компонентов в потоках продукта на мукомольных производствах и комбикормовых заводах, а также к применению данного устройства.
Уровень техники
Способы измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии, то есть измерения в ближнем диапазоне инфракрасной спектроскопии электромагнитного спектра, ингредиентов в зернах злаков или компонентов зерен злаков, в принципе, известны. Так, документ ЕР-В-0539537 выявляет inline-способ, при котором определяются ингредиенты в потоке сыпучего продукта, причем продукт в вертикально ориентированной трубе в виде плотного потока проводится мимо датчика измерительного прибора. Диапазоны длин волн отраженного света измеряются в сумме отдельных измерений для спектра.
Чтобы гарантировать достаточную точность измерений, для описанного здесь устройства настоятельно необходим плотный, однородный поток сыпучего продукта. Для этого осуществляется обратный подпор потока продукта и в условиях обратного подпора поток продукта проводится против датчика измерительного прибора. Это гарантируется посредством использования разгрузочного шнека, который обеспечивает постоянное опускание продукта в измерительном канале. Такая конструкция, однако, в конструктивном плане требует больших затрат. К тому же разгрузочный шнек должен приводиться в движение с совершенно определенной скоростью вращения, чтобы можно было добиться стабильного опускания продукта.
В WO 85/04957 также описывается устройство, в котором продукт должен быть накоплен или уплотнен. Конструктивные мероприятия для решения данной задачи также требуют очень больших затрат. Кроме того данное устройство ввиду необходимого периодического накопления и дальнейшей подачи продукта позволяет осуществлять лишь измерение в байпасном потоке продукта.
Раскрытие изобретения
В изобретении лежит задача усовершенствования известных устройств и способов таким образом, чтобы были устранены их недостатки. В частности, устройство и способ измерения свойства потока продукта позволяют осуществлять более простое проведение потока продукта мимо измерительного зонда при одновременной достаточной эффективности измерения.
Эта и другие задачи решаются в устройстве (варианты) для измерения, по меньшей мере, одного свойства потока продукта. Устройство включает в себя, по меньшей мере, один проточной трубопровод, в котором может быть проведен поток продукта. Проточныйй трубопровод может быть осуществлен в виде проточной трубы, в частности, в виде круглой или квадратной трубы. Устройство включает в себя далее, по меньшей мере, один измерительный зонд, который осуществлен и расположен таким образом, что, по меньшей мере, одно свойство проводимого в проточном трубопроводе потока продукта может быть измерено посредством измерительного зонда.
Устройство может быть рассчитано, в частности, для измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии, в частности для inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии. Здесь и в дальнейшем термин «inline» (в частности, в связи с inline-измерением) будет использоваться в том же смысле, что и в «Prozessanalytik, Stra-tegien und Fallbeispiele aus der industriellen Praxis», издано Rudolf W. Kessler (2006). В соответствии с этим, при inline-измерении место измерения, в котором располагается измерительный зонд, интегрировано в поток продукта. Таким образом, inline-измерение может быть использовано для того, чтобы напрямую получать информацию о свойствах процесса и продукта. В частности, благодаря этому можно отказаться от взятия проб.
В соответствии с изобретением проточной трубопровод, по меньшей мере, в зоне измерительного зонда относительно горизонтали в направлении потока продукта наклонен вниз на угол менее 75°, предпочтительно не более чем на 70°, далее предпочтительно не более чем на 65°, особо предпочтительно не более чем на 60°. Таким образом, продукт перемещается вследствие конструктивного исполнения проточного трубопровода с направленной вниз вертикальной компонентой скорости. Поток и, в частности, направление потока продукта задаются при этом геометрией проточного трубопровода.
Продукт должен в виде как можно более плотной завесы проходить мимо измерительного зонда, в частности мимо измерительного окна измерительного зонда. На эффективность измерения, в основном, оказывает воздействие насыпная плотность, так как при изменении насыпной плотности изменяется и степень рассеивания света, а тем самым и интенсивность отраженного света. Насыпная плотность определяется, среди прочего, углом проточного трубопровода относительно горизонтали. В проточной трубе с цилиндрической внутренней стенкой, в частности в проточных трубах мукомольных производств и комбикормовых заводов, насыпная плотность определяется, кроме того, потоком массы продукта и скоростью продукта, причем скорость продукта при его свободном прохождении зависит от параметров входного участка и от угла.
В силу наклона в соответствии с изобретением, образующего с вертикалью угол более 15°, по меньшей мере, на нижней внутренней стенке проточного трубопровода формируется однородный поток продукта лишь за счет того, что продукт контролируемым образом сползает вдоль этой внутренней стенки. Таким образом, продукт не должен подпираться в обратном направлении с привлечением дорогостоящих мероприятий, что является необходимым условием в известном уровне техники. Вследствие этого, устройство конструктивно является более простым и существенно менее чувствительным к помехам.
В зависимости от требований к точности измерений и от соответствующих свойств продукта угол может варьироваться в пределах определенных границ. В процессе измерения муки выявило себя то обстоятельство, что при острых углах в 50° относительно горизонтали уже начиная с потока массы продукта 50 кг/ч получают надежные данные измерений. Минимальный угол определяется степенью текучести продукта. Для муки значение минимального угла лежит в пределах 50° относительно горизонтали. Если труба монтируется более плоско, то повышается опасность того, что продукт останется в трубе, что может вызвать санитарные проблемы или накопление продукта. Таким образом, за счет определенного минимального наклона может быть обеспечено очищение измерительного окна посредством поступающего продукта, так что имеет место процесс самоочищения. Поэтому в предпочтительном варианте проточный трубопровод, в частности, для измерения муки, по меньшей мере, в зоне измерительного зонда наклонен относительно горизонтали вниз на угол, по меньшей мере, 50°.
В противоположность этому опыты с мукой показали, что даже при углах наклона трубы 75° относительно горизонтали все еще могут быть получены надежные данные измерений, если измеряемый поток перемещается со скоростью примерно >200 кг/ч. В некоторых случаях может быть необходимо, чтобы входной участок при массовых потоках в этой зоне был, однако, не более 2 м, так как иначе продукт может быть уже слишком сильно распределен внутри трубы, так что перед измерительным окном уже не образуется однородного слоя.
Качество измерения решающим образом зависит от того, что зависящая от плотности продукта различная толщина слоя продукта непосредственно перед измерительным окном может быть измерена в качестве видимого образца для всего потока продукта. При работе с однородными продуктами, такими как мука, это не является проблемой. Если же должны быть измерены неоднородные продукты, то необходимо гарантировать, что данное требование выполнено.
Из уровня техники известны измерительные зонды, в которых сам измерительный зонд или его части расположены подвижным образом для обеспечения возможности очистки вне потока продукта. Такого рода устройства описаны, к примеру, в WO 2007/088047, WO 2007/009522 или в ЕР 1837643. Подвижное устройство является, однако, конструктивно крайне дорогостоящим и чувствительным к помехам. Эти недостатки устраняются посредством обусловленного предложенным на рассмотрение изобретением процесса самоочищения.
В предпочтительном варианте осуществления очистка измерительного окна обеспечивается, в основном, лишь за счет поступающего продукта, так что имеет место процесс самоочищения. В некоторых вариантах осуществления изобретения очистка может производиться также посредством дополнительных компонентов, к примеру сжатого воздуха, механического стеклоочистителя или высокочастотных вибраций.
Измерительный зонд может быть рассчитан для измерения в диффузном отражении при непосредственном контакте с продуктом или без него, или для измерения светопропускания или прозрачности.
В качестве измерительного зонда может быть использована, в частности, описанная в WO 2009/068022 измерительная головка спектрометра.
В предпочтительном варианте осуществления устройство включает в себя средства запруживания для создания динамического давления в проточном трубопроводе, которые расположены в зоне измерительного окна измерительного зонда. При помощи таких средств запруживания поток продукта может быть собран в зоне измерительного окна, в результате чего, по меньшей мере, локально, для измерения может быть представлено большее и тем самым более видимое количество продукта. В особо предпочтительном варианте осуществления изобретения средства запруживания выполнены статическими, то есть неподвижными относительно проточного трубопровода. Это позволяет осуществить особенно простое и работающее с минимальными отказами конструктивное решение.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения расположение средства запруживания в зоне измерительного окна означает то, что средства запруживания располагаются на расстоянии не более 20 см, предпочтительно не более 10 см, особо предпочтительно не более 5 см от измерительного окна. В особо предпочтительном варианте средства запруживания располагаются против потока от измерительного окна.
Однако возможно также, чтобы средства запруживания были расположены вдоль прохождения потока от измерительного окна. Образующийся вследствие наличия средств запруживания обратный подпор может, таким образом, также локально воздействовать на массу продукта в зоне действия измерительного зонда.
Средства запруживания могут быть выполнены в виде сужения поперечного сечения внутренней стенки проточного трубопровода. При этом речь также идет о простом конструктивном исполнении.
В альтернативном варианте или в качестве дополнения средства запруживания могут быть осуществлены в виде, по меньшей мере, одного расположенного в проточном трубопроводе дефлектора, в частности, в виде подпоры.
Возможно, чтобы средства запруживания, в частности подпора, по меньшей мере, частично были образованы посредством измерительного окна. Это служит также задаче создания простого конструктивного варианта осуществления. Поскольку продукт непосредственно на измерительном окне поворачивается, то улучшается и процесс самоочищения.
В предпочтительном варианте подпора и/или измерительное окно расположены под более пологим углом к направлению потока продукта. В результате имеет место лучшее предъявление продукта, так как продукт прижимается к измерительному окну. За счет этого дополнительного давления улучшается к тому же эффект самоочищения.
Предпочтительное значение угла между подпорой и/или измерительным окном и направлением потока продукта зависит от свойств продукта, а также от конструкции проточного трубопровода. Для многих вариантов применения в качестве благоприятного выявило себя обстоятельство, когда значение этого угла между измерительным окном и потоком продукта лежит в пределах от 0° до 30°, предпочтительно от 5° до 20°, особо предпочтительно от 8° до 15°.
Возможно располагать измерительный зонд и, в частности, измерительное окно, в центре проточного трубопровода. Это приводит, однако, к скоплению продукта в зоне измерительного окна и к зажиму измерительных зондов, так что они должны регулярно очищаться. Вышеуказанные патентные заявки WO 2007/088047, WO 2007/009522 или ЕР 1837643 как раз предлагают соответствующие конструктивные мероприятия для произведения очистки, которые, однако, требуют больших затрат.
Поэтому в предпочтительном варианте измерительное окно располагается заподлицо с внутренней стенкой проточной трубы. Таким образом, предотвращается образование мертвых зон, в которых продукт может скапливаться и вследствие этого повлечь за собой санитарные проблемы.
Большим преимуществом является то, что поверхности, которые ограничивают внутреннее пространство проточного трубопровода, по меньшей мере, в зоне измерительного окна измерительного зонда, в основном, неподвижны. Эти поверхности могут быть образованы внутренними стенками проточного трубопровода или включает их. Наряду с внутренними стенками самого проточного трубопровода поверхности могут включать в себя также еще и поверхности других конструктивных элементов, которые выходят во внутренне пространство, к примеру, поверхности вышеуказанных дефлекторов. То есть для цели данного изобретения не является существенным то обстоятельство, что поток продукта посредством непроизвольного движения подается на измерительный зонд. Отказ от подвижных конструктивных элементов снижает вероятность отказов и затраты на техническое обслуживание.
В некоторых вариантах осуществления изобретения измерительный зонд может располагаться в той зоне проточного трубопровода, в которой направление потока продукта изменяется. Направление потока продукта определяется при этом вариантом осуществления проточного трубопровода и, в частности, формой его внутренней стенки. В силу такого изменения направления потока продукта может быть также получено локальное скопление продукта в зоне измерительного зонда, что опять же упрощает процесс измерения.
Изменение направления потока продукта может быть осуществлено, к примеру, посредством того, что внутренняя стенка проточного трубопровода, по меньшей мере, в зоне измерительного окна измерительного зонда в определенной плоскости сечения непрямолинейна, а, является, в частности, дугообразной и/или имеет изгиб. Эта плоскость сечения располагается при этом таким образом, что, по меньшей мере, локальное направление потока продукта лежит в этой плоскости или параллельно ей.
Проточной трубопровод может, к примеру, иметь изгиб, причем измерительное окно расположено в зоне данного изгиба.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения измерительный зонд расположен таким образом, что поток продукта проходит непосредственно вдоль измерительного окна измерительного зонда. Посредством данного мероприятия может быть предотвращено образование воздушных включений между измерительным окном и потоком продукта, которые могут негативно сказаться на качестве измерения.
Для регулировки процессов, в частности для регулировки процессов на мукомольных производствах и комбикормовых заводах, зачастую уже достаточно информации по кривой изменения различных измеренных значений, чтобы отрегулировать процесс или установки. В этом случае выявило себя то обстоятельство, что посредством сильноупрощенного предъявления продукта можно добиться достаточной для многих вариантов применения точности измерения. В благоприятном варианте проточной трубопровод и измерительный зонд осуществлены и расположены таким образом, что, по меньшей мере, одно свойство свободно проходящего по проточному трубопроводу, в частности протекающего или проскальзывающего, потока продукта может быть измерено посредством измерительного зонда. Свободно протекающий поток продукта перемещается под действие собственной силы тяжести и не должен приводиться в движение посредством принудительного продвижения, к примеру, с применением разгрузочного шнека. В предпочтительном варианте устройство на удалении от потока и на расстоянии 20 см, предпочтительно 50 см, от измерительного зонда не имеет никаких средств для принудительного продвижения потока продукта, к примеру, разгрузочного шнека.
Так как при использовании устройства в соответствии с изобретением нет необходимости в обратном подпоре продукта, то измерение может осуществляться в основном потоке продукта. В соответствии с этим, проточной трубопровод и измерительный зонд могут быть осуществлены и расположены таким образом, что посредством измерительного зонда может быть измерено, по меньшей мере, одно свойство в основном потоке продукта. Отведение байпасного потока продукта не является, таким образом, абсолютно необходимым условием. Естественно, возможно, тем не менее, и это ограничено рамками изобретения, что проточный трубопровод и измерительный зонд осуществлены и расположены таким образом, что посредством измерительного зонда может быть измерено, по меньшей мере, одно свойство в байпасном потоке продукции.
Для гарантии надежного измерения должны быть устранены загрязнения измерительного окна. В зависимости от продукта для режима очистки может являться предпочтительным осуществление измерительного окна с возможностью темперирования. Темперирование может осуществляться, к примеру, по меньшей мере, через одну нить накала или обмотку накала, в непосредственной близости от измерительного окна. Посредством темперирования можно добиться, к примеру, того, что температура измерительного окна будет выше температуры продукта и, таким образом, вода не будет конденсироваться на измерительном окне. Наличие сконденсированной воды приводило бы к загрязнениям и возможным ошибкам измерения, так как смесь воды и продукта налипает на измерительное окно и не может быть удалена или может быть удалена лишь неудовлетворительным образом посредством вновь поступающего продукта.
Для произведения оценки принятых от измерительного зонда измеренных данных устройство может включать в себя, по меньшей мере, одно устройство обработки данных. При этом измерительный зонд и устройство обработки данных могут быть расположены в одном корпусе. В предпочтительном варианте устройство включает в себя, разумеется, несколько измерительных зондов, которые могут быть расположены, в частности, в различных местах потока продукта. К примеру, один измерительный зонд может измерять также одно свойство потока входящего продукта, другой измерительный зонд - свойство потока промежуточного продукта, а еще один следующий измерительный зонд -  свойство потока конечного продукта. В качестве дополнения измерительный зонд может быть расположен также в лабораторной зоне. При этом не все измерительные зонды устройства обязательным образом должны быть расположены в зоне наклоненного проточного трубопровода; в рамках изобретения это должно относиться, по меньшей мере, лишь к одному измерительному зонду.
За счет использования требующих меньших затрат отдельных компонентов, сильно упрощенного предъявления продукта и дополнительного присоединения нескольких, при необходимости, различных измерительных зондов к устройству обработки данных, расходы, из расчета на одно место измерения, по сравнению с используемыми до настоящего времени системами измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии могут быть значительно снижены.
Устройство обработки данных может быть посредством, по меньшей мере, одного волоконно-оптического кабеля соединено или выполнено с возможностью соединения с измерительным зондом или с измерительными зондами. По такому волоконно-оптическому кабелю отраженный от продукта в соответствующих местах измерения свет передается от измерительных зондов на устройство обработки данных. В частности, волоконно-оптический кабель может быть выполнен для передачи световой энергии в зоне инфракрасной спектроскопии (780-2500 нм). Использование волоконно-оптических кабелей позволяет осуществлять также пространственное отделение устройства обработки данных от измерительного зонда или от измерительных зондов.
Устройство может включать в себя также, по меньшей мере, управляющий кабель, посредством которого устройство обработки данных соединено или может быть соединено с измерительным зондом или с измерительными зондами.
Устройство обработки данных может содержать далее, по меньшей мере, один спектрометр, который разлагает переданный, к примеру, по волоконно-оптическому кабелю свет и замеряет его интенсивность. Спектрометром может являться, к примеру, уже известный, по сути, диодно-матричный спектрометр. При этом возможно предназначать различным измерительным зондам различные спектрометры.
К тому же устройство обработки данных может содержать и другие компоненты, к примеру другие оптические элементы. Embedded PC с обслуживающим и служебным программным обеспечением, необходимое электронное оборудование и/или известный, по сути, оптический мультиплексор, в случае наличия нескольких измерительных зондов.
Посредством такой комбинации спектрометра и мультиплексора, как правило, возможно лишь последовательное измерение различных мест измерения, то есть измерительные зонды запрашиваются друг за другом. Устройство, которое делает возможным параллельное считывание отдельных зондов, с учетом расходов, которые требуются обычно в промышленном производстве, до настоящего времени не было известно. Оно может быть реализовано, однако, посредством использования, к примеру, уже известного, по сути, «Pushbroom Imager» в качестве универсального спектрометра. Такой «Pushbroom Imager» считывает зону изображения с помощью двухмерной детекторной матрицы, причем одновременно регистрируется спектральная информация каждой точки линии. Описание других деталей «Pushbroom Imager» можно найти в абзацах 9.4.1 и 9.6.2.3 документа «Prozessanalytik, Strategien und Fallbeispiele aus der industriellen Praxis», издание Rudolf W. Kessler (2006).
На основании зарегистрированных спектрометром спектров внутри устройства обработки данных могут быть определены соответствующие ингредиенты (количественно и/или качественно), качественные параметры и/или другие свойства продукта и выданы в виде данных измерения. Тарирование соответствующих ингредиентов, качественных параметров и/или свойств продукта может быть осуществлено в предпочтительном варианте с использованием обычного программного обеспечения, которое предоставляет в распоряжение хемометрические инструменты и может работать с многовариантными наборами данных. Результатом такой работы по тарировке являются модели, которые вводятся в программу внутренней памяти устройства обработки данных. Служебное программное обеспечение системы измерения методом инфракрасной спектроскопии допускает согласование различных моделей такого рода с отдельными местами измерения.
Устройство обработки данных и/или служебное программное обеспечение для устройства обработки данных могут быть образованы для отфильтровывания неподходящих спектров, с целью исключения этих спектров при определении измеренных значений. Такие неподходящие спектры могут возникать, к примеру, тогда когда измерительное окно непостоянно покрыто продуктом в нужном количестве или когда насыпная плотность настолько мала, что для произведения оценки на измерительный зонд попадает слишком мало отраженного света. Спектры таких состояний в предпочтительном варианте не должны подвергаться оценке, так как они способствовали бы получению ложного результата. Эти состояния можно распознать, к примеру, по более высокой базисной линии в спектре. Посредством соответствующего выбора зависящих от продукта предельных областей и значений неподходящие спектры могут быть, таким образом, автоматически распознаны. В альтернативном варианте спектры могут быть оценены и отфильтрованы и на основании других математических параметров, которые могут быть рассчитаны посредством используемого в настоящее время, широко распространенного хемометрического инструментария программного обеспечения.
Для разработки модели обычно используется справочный банк данных, который содержит спектры и соответствующие справочные значения (к примеру, ингредиенты или качественные параметры). Справочный банк данных в предпочтительном варианте покрывает всю область, которая должна быть измерена. Для измерений в ходе процесса в данном случае следует учитывать, в частности, и различную температуру продукта и в отличие от уровня техники также различную плотность продукта. Тем самым изменения температуры и плотности продукта в процессе работы могут быть соответствующим образом компенсированы, и ошибки интерпретации могут быть предотвращены.
Устройство может включать в себя, кроме того, блок управления или систему управления. На эти устройства могут быть переданы измеренные значения. Блок управления или система управления могут брать на себя в этом случае регулировку вышестоящего по технологической цепочке процесса и/или вышестоящего устройства. Вышестоящим по технологической цепочке процессом может являться, к примеру, процесс помола, при котором поток продукта перерабатывается, а вышестоящим устройством может быть используемая для этого установка для размола.
Предложенное на рассмотрение изобретение относится также к способу измерения, по меньшей мере, одного свойства потока продукта. В частности, речь может идти о способе измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии и, в частности, для inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии. Способ может быть осуществлен посредством устройства в соответствии с изобретением. При осуществлении данного способа, по меньшей мере, одно свойство проведенного в проточном трубопроводе, в частности в проточной трубе, потока продукта измеряется посредством измерительного зонда. В соответствии с изобретением проточной трубопровод, по меньшей мере, в зоне измерительного зонда относительно горизонтали в направлении потока продукта наклонен вниз на угол менее 75°, предпочтительно не более чем на 70°, далее предпочтительно не более чем на 65°, особо предпочтительно не более чем на 60°. При осуществлении способа выявляются преимущества, которые уже были описаны в связи с устройством в соответствии с изобретением.
В предпочтительном варианте посредством, по меньшей мере, одного измерительного зонда воспринимаются спектры в диапазоне ближней инфракрасной спектроскопии.
Также в предпочтительном варианте поток продукта проходит непосредственно вдоль измерительного окна измерительного зонда. Посредством этого может быть предотвращено образование воздушных включений между измерительным окном и потоком продукта, которые могли бы оказать негативное воздействие на процесс измерения.
Далее в предпочтительном варианте измерение производится в свободно протекающем потоке продукта. Требующий больших затрат обратный подпор продукта не является более обязательным условием.
В предпочтительном варианте измерение производится в основном потоке продукта. Однако возможно также и лежит в рамках изобретения осуществление измерения в байпасном потоке продукта.
В некоторых вариантах осуществления изобретения принятые от измерительного зонда данные измерения, в частности спектры в диапазоне ближней инфракрасной спектроскопии, передаются, в частности, на пространственно отделенное от него устройство обработки данных. В предпочтительном варианте устройство обработки данных находится в защищенном месте с постоянной, по возможности, температурой в помещении, к примеру в контрольно-измерительном щите или в контрольно-измерительном шкафу. Посредством этого может быть предотвращено возможное зависящее от температуры отклонение при записи спектров посредством спектрометра устройства обработки данных. В альтернативном варианте корпус устройства обработки данных может быть оснащен элементом терморегулирования. Наряду с этим, за счет расположения устройства обработки данных вне зоны процесса, и другие электронные компоненты (к примеру, Embedded PC) не подвергаются воздействию негативных условий производственного процесса (к примеру, сильному перепаду температур или вибрациям).
Далее возможна передача принятых от измерительного зонда данные измерений, в частности, рассчитанных с помощью модели измеренных значений и/или спектров в диапазоне ближней инфракрасной спектроскопии на систему управления и/или на блок управления и их дальнейшая обработка.
При осуществлении способа, по меньшей мере, два измерительных зонда могут считываться друг за другом.
В данном способе поток продукции может содержать зерна злаков и/или их компоненты, или же состоять из них.
Посредством способа могут быть измерены ингредиенты и/или качественные параметры потока продукта, к примеру нарушение крахмалистости.
Поток продукта может содержать исходные продукты, промежуточные продукты и/или конечные продукты способа изготовления, к примеру способа измельчения, в частности, способа помола.
В предпочтительном варианте измерение производится inline.
В измельчителе разнообразные рецептуры переработки различных сортов зерна или изготовления различных видов муки или же мучных смесей обычно реализуются на одной и той же установке. Так, к примеру, измерительный зонд может располагаться в месте измерения, в котором он, к примеру, производит измерения при работе с рецептурой хлебопекарной муки, а также с рецептурой муки для выпекания бисквитов. В возможных вариантах осуществления предусмотрено поэтому, что с измерительным зондами согласованы или могут быть согласованы различные калибровочные модели. В частности, согласование может осуществляться при этом автоматически, и/или устройство может само осуществлять согласование посредством формирования группы. Вследствие этого возможно использовать при работе с двумя различными видами муки различные модели или при работе с одним видом муки измерять дополнительные параметры. Соответствующие модели могут быть согласованы с рецептурой и затем автоматически использоваться системой. Далее возможен также вариант, чтобы измерительная система автоматически распознавала бы, какой продукт проводится мимо измерительного зонда, а затем автоматически выбирала бы соответствующую модель.
Наконец, следующий аспект изобретения относится к использованию устройства в соответствии с изобретением. Устройство в соответствии с изобретением и способ в соответствии с изобретением позволяют осуществлять, к примеру, измерение ингредиентов и качественных параметров или в целом свойств сыпучих продуктов во время подготовки и переработки продукта с целью контроля за процессом (измерение, мониторинг), а также управления и/или настройки установок и/или процессов.
В частности, изобретение относится к использованию устройства в соответствии с изобретением:
- в частности, в комплексных установках мукомольных заводов;
- в установках для подготовки муки для промышленных пекарен;
- в установках для специализированных мукомольных производств, в частности для лущения и/или измельчения сои, гречихи, ячменя, овса, спельты, пшена/сорго, псевдозерновых и/или бобовых;
- в установках для изготовления кормов для сельскохозяйственного скота и домашних животных;
- в специализированных установках для изготовления кормов для рыб и ракообразных;
- в установках для первичной подготовки и концентрирования смесей биологически активных веществ;
- в установках для экстракции масла из семян масличных культур;
- в установках для обработки шротов после экстрагирования и White Flakes;
- в установках для переработки биомассы и изготовления энергетического гранулированного корма;
- в установках для изготовления этанола;
- в частности, в универсальных установках для производства риса;
- в сортировочных установках для продуктов питания, посевного материала и синтетических материалов;
- в установках для работы со злаками и соей;
- в установках для загрузки и/или разгрузки кораблей, грузовых автомобилей и железнодорожного транспорта от склада до выгрузки зерна, семян масличных культур и их производных;
- в силосных установках для вертикальных стальных и бетонных элеваторов, а также для этажных зернохранилищ;
- в механических и пневматических корабельных разгрузчиках и погрузчиках;
- в промышленных солодовенных установках и дробильных установках;
- в машинах и установках для переработки какао-бобов, орехов и зерен кофе;
- в машинах и установках для изготовления шоколада, а также наполнителей и глазури;
- в машинах и установках для формования изделий из шоколада;
- в установках для изготовления макаронных изделий, в частности длинномерных изделий, короткомерных изделий, гнезд, листов лазаньи, кускуса и специальных видов макаронных изделий;
- в системах и установках для экструдирования (варки и формования) злаков в виде хлопьев для завтрака, ингредиентов еды и фуража, консервов для животных, корма для домашних животных и фармацевтических продуктов;
- в установках для изготовления красок, лаков и дисперсий;
- в машинах и оборудовании для изготовления печатных красок, покрытий и дисперсий для косметической, электронной и химической промышленности;
- в устройствах для термической обработки полимеров (ПЭТ);
- в устройствах для изготовления ПЭТ-бутылок;
- в устройствах изготовления продуктов длительного хранения и кондиционирования для обработки ПЭТ и других полимерных материалов;
- в устройствах переработки бутылок для их повторного использования;
- в устройствах для изготовления готовых к употреблению дисперсий наночастиц;
- в устройствах для выделения и характеристики алейрона из отрубей, в частности из пшеничных отрубей;
- в устройствах для фортификации риса.
Посредством устройства в соответствии с изобретением и способа в соответствии с изобретением, в частности для inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии, могут быть решены многообразные задачи по проведению измерений. На мукомольном производстве стремятся получить, в частности, следующие данные измерений:
- для измерения целого зерна:
- содержание воды;
- содержание белка;
- содержание золы (минеральные вещества);
- для измерения муки или промежуточных продуктов помола:
- содержание воды;
- содержание белка;
- содержание золы (минеральные вещества);
- нарушение крахмалистости;
- для измерения побочных продуктов:
- содержание воды;
- остаточное содержание крахмала.
Эти данные измерения могут быть определены при помощи устройства в соответствии с изобретением и способа в соответствии с изобретением. Измеренные свойства продукта могут предоставлять для эксплуатационника установки весьма ценную информацию о течении процесса, и на следующем этапе могут разнообразным образом использоваться для настройки установок или процессов. Так, к примеру, для определенных использований или рецептур могут составляться цепи автоматического регулирования. Также может анализироваться и, в случае необходимости, дополнительно регулироваться состав машин.
Предпочтительное для проведения inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии устройство выполнено модульным и включает в себя, в основном, по меньшей мере, один измерительный зонд, а также, по меньшей мере, одно устройство обработки данных. Чтобы расходы из расчета на одно место измерения были минимальными, несколько измерительных зондов должно быть соединено с одним устройством обработки данных. В предпочтительном варианте осуществления устройство обработки данных пространственно отделено от измерительных зондов для получения большей независимости от зачастую негативных условий окружающей среды.
Несколько измерительных зондов (локальные зонды с осветительным блоком, оптикой и электроникой) могут располагаться в устройстве следующим образом:
- для измерения входящих / исходных продуктов;
- для измерения промежуточных продуктов;
- для измерения конечных продуктов;
- для измерения отдельных проб в лабораторной зоне при определенных условиях.
Определенные условия включают в себя, к примеру, определенную температуру и/или определенную влажность воздуха, которые, в частности, должны поддерживаться на постоянном уровне.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения измерительные зонды осуществлены таким образом, что они могут быть интегрированы в различные условия, машины или установки и состоят, в частности, из не требующих больших затрат отдельных конструктивных элементов. Далее благоприятным является то, что измерительные зонды позволяют осуществлять непрерывный процесс измерения.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется далее более детально на основании примеров осуществления и чертежей, на которых представлено:
фиг.1 - схематичное изображение устройства в соответствии с изобретением для inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии в основном потоке, на участке запруживания байпасного потока и в лабораторной зоне;
фиг.2 - фрагмент устройства в соответствии с фиг.1 с расположенным в зоне подпоры измерительным зондом;
фиг.3 - следующее устройство в соответствии с изобретением для измерения в изогнутой пневматической трубе.
Осуществление изобретения
Устройство состоит, в основном, по меньшей мере, из одного, в предпочтительном варианте из нескольких измерительных зондов 1 и из устройства 2 обработки данных. При этом конструкция и принцип действия измерительных зондов 1 должны быть приведены в соответствии с измеряемым продуктом 3 и с условиями окружающей среды. Так, в качестве надежного способа при работе с порошкообразными продуктами 3, к примеру с мукой, выявил себя способ измерения в диффузном отражении. При этом продукт 3 может быть измерен контактным способом либо посредством способа в соответствии с изобретением в выполненном в виде самотечной трубы 16 проточном трубопроводе внутри спускного участка 4 или, что обычно имело место до настоящего времени, участка 5 запруживания. Далее он может быть измерен в диффузном отражении и бесконтактным способом, то есть с зазором между измерительным окном и измеряемым продуктом 3. Данное устройство может являться предпочтительным для других вариантов применения, к примеру при измерениях в лабораторной зоне 6 или над транспортерной лентой и т.д. Другие, не представленные на фиг.1 способы измерения, к примеру уже упомянутый выше способ измерения над транспортерной лентой, без прямого контакта с продуктом, или измерения светопропускания или прозрачности малоабсорбирующих сред, с предназначенными для этого измерительными зондами, могут быть интегрированы в любой комбинации в предложенное на рассмотрение устройство и могут быть соединены или соединяются с устройством 2 обработки данных. Во всех способах измерения предпочтительным является далее, если продукт 3 во время измерения постоянно перемещается, так как таким образом могут быть собраны данные о большем объеме продукта.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения измерительные зонды 1 содержат, соответственно, по меньшей мере, один источник 7 света, который освещает измеряемый продукт 3 в интересующей спектральной области посредством малоабсорбирующего в соответствующей спектральной области измерительного окна 8. Для измерения посредством метода ближней инфракрасной спектроскопии (NIR) сапфировое стекло выявило себя в качестве надежного материала измерительного окна в условиях производственного процесса. Для обеспечения надежности процесса источник 7 света может иметь резервную мощность.
Для осуществления процесса управления и энергоподачи измерительные зонды 1 через кабели 9 управления соединены с устройством 2 обработки данных. Это кабельное соединение может быть осуществлено, как показано на фиг.1, по принципу звезды; однако, возможна также и древовидная структура соединения. Измерительные зонды 1 дополнительно посредством волоконно-оптических кабелей 10 соединены с устройством 2 обработки данных. Эти волоконно-оптические кабели 10 передают диффузно отраженный от продукта 3 свет с измерительных зондов 1 на устройство 2 обработки данных. В устройство 2 обработки данных для работы с несколькими измерительными зондами 1 интегрирован оптический мультиплексор 11. Он позволяет осуществлять последовательное пропускание света, передаваемого посредством волоконно-оптических кабелей 10. Количество каналов зависит от конструктивного исполнения мультиплексора 11 и, в принципе, может быть любым. При помощи мультиплексора 11 сигнал от измерительного зонда 1 передается на спектрометр 12, который воспринимает интенсивность света как функцию длины волны. Для использования в мукомольных производствах и на комбикормовых заводах ряд диодов зарекомендовал себя как особо подходящий вариант спектрометра. Записанные спектральные данные анализируются на устройстве Embedded PC 13. В устройство 2 обработки данных интегрировано также необходимое в процессе работы электронное оборудование 14. Управление устройством 2 обработки данных, а также визуализация измеренных значений может быть осуществлена либо непосредственно на устройстве Embedded PC 13 либо через систему 22 управления с соответствующими элементами 15 управления или визуализации. Если измеренные значения передаются на систему 22 управления или на блок 24 управления, к примеру на SPS (программируемый контроллер), то они могут быть относительно просто использованы в задаче управления и регулирования внутри процессов или установок.
На фиг.2 представлено собственно измерительное устройство для измерения сыпучих продуктов 3 в выполненном в виде самотечной трубы 16 проточном трубопроводе. Самотечная труба 16 в мукомольных производствах и на комбикормовых заводах обычно имеет диаметр d от 120 мм до 150 мм. Измеряемый продукт 3 свободно, то есть лишь под действием силы притяжения земли проходит при этом в самотечной трубе 16 непосредственно мимо измерительного окна 8 измерительного зонда 1. Для этого самотечная труба 16 наклонена вниз под углом a относительно горизонтали в направлении R прохождения потока продукта. Угол а в зависимости от продукта 3 и конструктивной ситуации может быть различным. Для измерения муки наиболее благоприятными зарекомендовали себя значения угла a от 50° до 75°. Измерительный зонд 1 с измерительным окном 8 осуществлен и расположен таким образом, что поток продукта 3 может быть измерен посредством измерительного зонда 1. Соприкасающаяся с продуктом часть измерительного зонда 1 имеет диаметр 19 мм. Измерительное окно 8 имеет диаметр 13 мм.
С целью получения достаточного качества измерения слой 18 продукта непосредственно перед измерительным окном 8 должен иметь определенное минимальное значение насыпной плотности, которая, однако, зависит от того, как сильно продукт 3 диффузно отражает инфракрасное излучение. Для увеличения насыпной плотности перед измерительным окном 8 самотечной трубе 16 придается такая форма, что измерительное окно 8 располагается напротив потока продукта 3 под углом β. Измерительное окно 8 образует, таким образом, часть подпоры 17, которая образует средства запруживания для образования динамического давления. При этом следует обращать внимание на то, что не образуется никаких полостей, которые могли бы привести к скоплению продукта и тем самым к санитарным проблемам. Подпора 17 располагается против течения потока на расстоянии b не более чем 5 мм от измерительного окна 8. Чем меньше выбрано это расстояние, тем менее выражен процесс самоочищения на измерительном окне 8 в результате прохождения продукта. Подпора 17 неподвижна относительно самотечной трубы 16 и образует одновременно сужение поперечного сечения внутренней стенки 20 самотечной трубы 16.
Угол β зависит от свойств продукта, а также от конструкции самотечной трубы 16. В процессе измерения муки выявило себя то обстоятельство, что при угле β=10° достигаются хорошие результаты. Поток продукта 3 непосредственно перед измерительным окном 8 поворачивается, что также приводит к дополнительному прижиму к измерительному окну 8. Это обстоятельство оказывается предпочтительным в том плане, что приводит к усилению эффекта очистки измерительного окна.
Фиг.3 демонстрирует следующий вариант осуществления изобретения. При этом проточной трубопровод выполнен в виде пневматического трубопровода 23. Измерительный зонд 1 и измерительное окно 8 расположены в зоне пневматического трубопровода, в которой входящее направление R потока продукта ввиду формы внутренней стенки 20 пневматического трубопровода 23 изменяется на выходящее направление R' потока продукта, а именно в зоне колена трубы. Таким образом, внутренняя стенка 20 в зоне измерительного окна 8 не является прямолинейной, а имеет изгиб в плоскости чертежа, в которой располагаются входящее направление R потока продукта и выходящее направление R' потока продукта. Вследствие этого продукт под действием центробежных сил прижимается к измерительному окну 8. Это усиливает также процесс самоочищения на измерительном окне 8.
Пневматический трубопровод 23 в зоне плоского измерительного окна 8 выпрямляется и образует, таким образом, кроме того, дефлектор, который приводит к образованию дополнительного динамического давления.