СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ВО ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING UNWANTED TEMPERATURE CHANGES DURING PROCESSING OF FOOD PRODUCTS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к технологии пищевых продуктов. В частности, настоящее изобретение относится к системам и способам для уменьшения температурных изменений, которые имеют место во время перехода от циркулирующей воды к пищевому продукту при асептической обработке пищевого продукта.
Уровень техники
Способы асептической обработки пищевых продуктов хорошо известны. Однако эти способы не всегда обеспечивают оптимальные результаты применительно к эффективности производства и/или качеству готового продукта. Например, во время асептической обработки пищевой продукт обычно нагревается водой, которая нагревается паром. Однако перед обработкой пищевого продукта система подвергается химической очистке и промывается водой. Затем вода циркулирует по системе для сохранения стерильности системы. В заданное время, соответствующее введению пищевого продукта в систему, открывается клапан бака с продуктом, и исходная граница вода/пищевой продукт начинает перемещаться по системе. Однако эта граница вызывает резкое падение температуры в системе, что может обуславливать потерю стерильности продукта. В этом отношении существует температурный минимум, который не может быть превышен на границе вода/пищевой продукт или же система подвергается потере стерильности, что может привести к завершению процесса и повторному выполнению процедур стерилизации системы. Соответственно, потеря стерильности может создавать применительно к асептическим процессам проблемы, связанные с временными затратами, недостаточной эффективностью и расходами.
Кроме того, большие изменения температуры (например, понижение или повышение температуры) могут создавать проблемы в отношении управления качеством продукта. Например, если граница вода/пищевой продукт подвергается значительному превышению температуры в любой точке во время обработки, пищевой продукт может «сгореть» или испортиться, и его качество будет неприемлемым. Как и в случае потери стерильности, описанном выше, процесс может быть прекращен с отбраковкой готового продукта. Соответственно, неприемлемое качество продукта применительно к таким процессам также может создавать проблемы, связанные с расходами.
Следовательно, существует необходимость в технологическом процессе, который может обеспечивать уменьшение температурных изменений, которые могут иметь место во время асептической обработки пищевого продукта.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предлагаются системы и способы производства асептических пищевых продуктов. В варианте выполнения предлагаются системы для производства пищевого продукта, которые включают в себя, по меньшей мере, один теплообменник, содержащий нагревательную среду, по меньшей мере, один бак для пищевого продукта, по меньшей мере, один источник пара, имеющий паровой клапан, компьютер, имеющий процессор, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу программного обеспечения, которая запрограммирована, чтобы процессор компьютера автоматически управлял паровым клапаном для его перемещения из первого положения во второе рассчитанное положение с целью поддержания температуры нагрева нагревательной среды, которая является достаточной для поддержания стерильности пищевого продукта во время перехода циркулирующая вода - пищевой продукт в теплообменнике.
В варианте выполнения система включает в себя трубопровод, соединяющий бак для пищевого продукта с теплообменником. В другом варианте выполнения система включает в себя второй теплообменник. Система также может включать в себя трубопровод, соединяющий теплообменник со вторым теплообменником.
В варианте выполнения источник пара соединен с нагревателем нагревательной среды, и источник пара подает пар к нагревателю нагревательной среды для нагрева нагревательной среды.
В варианте выполнения программное обеспечение операционной системы программируется таким образом, чтобы процессор компьютера открывал клапан бака с пищевым продуктом для инициирования управления системой с целью начала технологического процесса для производства пищевого продукта.
p
p
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал продолжительность пребывания границы циркулирующая вода/продукт в заданном месте внутри системы. Продолжительность пребывания может быть рассчитана как RT(c) = (V (галлоны)) ÷ (FI (галлоны/мин)) * 60 с/мин.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы установить переменный параметр управления на ноль, при этом переменный параметр управления выбирается из группы, состоящей из (i) разового измерения температуры нагревательной среды, выходящей из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), (ii) значения, указывающего степень трудности нагрева пищевого продукта («DDV»), (iii) промежуточного значения температуры, которое равно максимальной измеренной температуре нагревательной среды на выходе («ITV»), (iv) значения, указывающего приращение положения парового клапана, необходимого для устранения нарушения температуры, обусловленного разделением на воду/продукт («ISVL») или (v) их комбинаций.
ave
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера непрерывно рассчитывал скользящую среднюю температуру на выходе нагревательной среды из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал первую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера измерял и сохранял температуру нагревательной среды на выходе из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), при этом температура будет сохраняться в оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал быстроту изменения температуры нагревательной среды на выходе из теплообменника, когда пищевой продукт перемещается по теплообменнику («Степень изменения»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал значение промежуточной температуры («ITV») по формуле:
s
(i) ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)), если >0; или
s
(ii) 0, если ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)) <0.
В варианте выполнения первое заданное время является оптимальным временем технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения второе заданное время является оптимальным временем технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения назад в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал степени сложности нагрева пищевого продукта в теплообменнике («DDV»). DDV рассчитывается как DDV = ITV * Настроенная степень перемещения.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал вторую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из первого положения во второе положение.
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал минимальное приращение положения парового клапана, которое необходимо для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт («ISVL»).
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал приращение положения парового клапана («ISVL»), которое рассчитывается как ISVL = (расход продукта через систему ÷ расход продукта при установке постоянных настройки) * ISVL) + DDV.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал второе положение парового клапана («CVP»), которое рассчитывается как CVP = (первое положение парового клапана) + ISVL.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал третью постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал четвертую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в положение стандартного контрольного значения.
В варианте выполнения второе положение парового клапана обеспечивает количество пара для нагревательной среды, которое является достаточным для поддержания стерильности пищевого продукта во время перехода циркулирующая вода - пищевой продукт в теплообменнике.
В варианте выполнения паровой клапан выполнен с возможностью возврата в первое положение из второго положения для предотвращения резкого повышения температуры пищевого продукта, когда пищевой продукт полностью вытесняет циркулирующую воду в теплообменнике.
В другом варианте выполнения предлагаются системы для производства пищевого продукта. Системы включают в себя, по меньшей мере, один теплообменник, содержащий нагревательную среду, по меньшей мере, один бак для пищевого продукта, по меньшей мере, один источник пара, имеющий паровой клапан, компьютер, имеющий процессор, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу программного обеспечения, которая программируется, чтобы процессор компьютера автоматически управлял паровым клапаном для его перемещения из первого рассчитанного положения во второе положение с целью поддержания температуры нагрева нагревательной среды, которая является достаточной для предотвращения перегрева пищевого продукта в теплообменнике в тот момент, когда пищевой продукт полностью вытесняет циркулирующую воду в теплообменнике.
В варианте выполнения система также включает в себя трубопровод, соединяющий бак для пищевого продукта с теплообменником.
В варианте выполнения система также включает в себя второй теплообменник. Система также может включать в себя трубопровод, соединяющий теплообменник со вторым теплообменником.
В варианте выполнения источник пара соединен с нагревателем нагревательной среды, так чтобы источник пара обеспечивал подачу пара к нагревателю нагревательной среды для нагрева нагревательной среды.
В варианте выполнения программное обеспечение операционной системы программируется таким образом, чтобы процессор компьютера открывал клапан бака с пищевым продуктом для инициирования управления системой с целью начала технологического процесса для производства пищевого продукта.
p
p
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал продолжительность пребывания границы циркулирующая вода/продукт в заданном месте внутри системы. Продолжительность пребывания может быть рассчитана как RT(c) = (V (галлоны)) ÷ (FI(галлоны/мин)) * 60 с/мин.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы установить переменный параметр управления на ноль, при этом переменный параметр управления выбирается из группы, состоящей из (i) разового измерения температуры нагревательной среды, выходящей из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), (ii) значения, указывающего степень трудности нагрева пищевого продукта («DDV»), (iii) промежуточного значения температуры, которое равно максимальной измеренной температуре нагревательной среды на выходе («ITV»), (iv) значения, указывающего приращение положения парового клапана, необходимого для устранения нарушения температуры, обусловленного разделением на воду/продукт («ISVL») или (v) их комбинаций.
ave
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера непрерывно рассчитывал скользящую среднюю температуру на выходе нагревательной среды из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал первую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера измерял и сохранял температуру нагревательной среды на выходе из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), при этом температура будет сохраняться в оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал быстроту изменения температуры нагревательной среды на выходе из теплообменника, когда пищевой продукт перемещается по теплообменнику («Степень изменения»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал значение промежуточной температуры («ITV») по формуле:
s
(i) ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)), если >0; или
s
(ii) 0, если ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)) <0.
В варианте выполнения первое заданное время является оптимальным временем технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения второе заданное время является оптимальным временем технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения назад в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал степени сложности нагрева пищевого продукта в теплообменнике («DDV»), при этом DDV рассчитывается как DDV = ITV * Настроенная степень перемещения.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал вторую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из начального положения в первое положение.
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал минимальное приращение положения парового клапана, которое необходимо для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт («ISVL»).
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал приращение положения парового клапана («ISVL»), которое рассчитывается как ISVL = (расход продукта через систему ÷ расход продукта при установке постоянных настройки) * ISVL) + DDV.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал первое положение парового клапана («CVP»), которое рассчитывается как CVP = (начальное положение парового клапана) + ISVL.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал третью постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из первого положения во второе положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал четвертую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в положение стандартного контрольного значения.
В варианте выполнения первое положение парового клапана обеспечивает количество пара для нагревательной среды, которое является достаточным для поддержания стерильности пищевого продукта во время перехода циркулирующая вода - пищевой продукт в теплообменнике.
В варианте выполнения паровой клапан выполнен с возможностью перемещения во второе положение для предотвращения резкого повышения температуры пищевого продукта, когда пищевой продукт полностью вытесняет циркулирующую воду в теплообменнике.
В еще одном варианте выполнения предлагаются способы для производства пищевого продукта. Способы включают в себя обеспечение наличия системы обработки пищи и инициирование автоматического управления парового клапана с помощью процессора компьютера. Система включает в себя, по меньшей мере, один теплообменник, содержащий нагревательную среду, по меньшей мере, один бак для пищевого продукта, по меньшей мере, один источник пара, имеющий паровой клапан, компьютер, имеющий процессор, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу программного обеспечения, которая программируется, чтобы процессор компьютера автоматически перемещал паровой клапан из первого положения во второе положение, при этом второе положение определяется добавлением к первому положению парового клапана приращения положения парового клапана, которое регулирует изменение температуры нагревательной среды, обусловленное разделением на циркулирующую воду/пищевой продукт.
В варианте выполнения первое положение является положением парового клапана, которое сохраняется при времени = 0 во время этапа инициирования.
В варианте выполнения источник пара соединен с нагревателем нагревательной среды, так чтобы источник пара обеспечивал подачу пара к нагревателю нагревательной среды для нагрева нагревательной среды.
В варианте выполнения программное обеспечение операционной системы программируется таким образом, чтобы процессор компьютера открывал клапан бака с пищевым продуктом для инициирования управления системой с целью начала технологического процесса для производства пищевого продукта.
p
p
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал продолжительность пребывания границы циркулирующая вода/продукт в заданном месте внутри системы. Продолжительность пребывания может быть рассчитана как RT(c)=(V (галлоны)) ÷ (FI (галлоны/мин)) * 60 с/мин.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы установить переменный параметр управления на ноль, при этом переменный параметр управления выбирается из группы, состоящей из (i) разового измерения температуры нагревательной среды, выходящей из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), (ii) значения, указывающего степень трудности нагрева пищевого продукта («DDV»), (iii) промежуточного значения температуры, которое равно максимальной измеренной температуре нагревательной среды на выходе («ITV»), (iv) значения, указывающего приращение положения парового клапана, необходимого для устранения нарушения температуры, обусловленного разделением на воду/продукт («ISVL») или (v) их комбинаций.
ave
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера непрерывно рассчитывал скользящую среднюю температуру на выходе нагревательной среды из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал первую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера измерял и сохранял температуру нагревательной среды на выходе из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), при этом температура будет сохраняться в оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал быстроту изменения температуры нагревательной среды на выходе из теплообменника, когда пищевой продукт перемещается по теплообменнику («Степень изменения»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал значение промежуточной температуры («ITV») по формуле:
s
(i) ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)), если >0; или
s
(ii) 0, если ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)) <0.
В варианте выполнения первое заданное время является оптимальным временем технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения второе заданное время является оптимальным временем технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения назад в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал степени сложности нагрева пищевого продукта в теплообменнике («DDV»), при этом DDV рассчитывается как DDV = ITV * Настроенная степень перемещения.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал вторую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из первого положения во второе положение.
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал минимальное приращение положения парового клапана, которое необходимо для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт («ISVL»).
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал приращение положения парового клапана («ISVL»), которое рассчитывается как ISVL = (расход продукта через систему расход продукта при установке постоянных настройки) * ISVL) + DDV.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал первое положение парового клапана («CVP»), которое рассчитывается как CVP = (первое положение парового клапана) + ISVL.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал третью постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал четвертую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в положение стандартного контрольного значения.
В варианте выполнения второе положение парового клапана обеспечивает количество пара для нагревательной среды, которое является достаточным для поддержания стерильности пищевого продукта во время перехода циркулирующая вода - пищевой продукт в теплообменнике.
В варианте выполнения паровой клапан выполнен с возможностью перемещения во второе положение для предотвращения резкого повышения температуры пищевого продукта, когда пищевой продукт полностью вытесняет циркулирующую воду в теплообменнике.
В еще одном варианте выполнения предлагаются способы для производства пищевого продукта. Способы включают в себя обеспечение наличия компьютера, имеющего (i) процессор, и (ii) машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу программного обеспечения, которая программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал продолжительности пребывания пищевого продукта в каждом из множества мест в системе обработки пищи, удерживал паровой клапан в первом положении, которое определяется стандартными контрольными значениями обработки, определял одноразовое измерение температуры нагревательной среды, когда она выходит из теплообменника в системе, рассчитывал степень сложности нагрева пищевого продукта, когда пищевой продукт начинает проходить через теплообменник, и рассчитывал второе положение парового клапана для поддержания температуры нагревательной среды, которая является достаточной для поддержания стерильности пищевого продукта во время перехода циркулирующая вода - пищевой продукт в теплообменнике, при этом второе положение основано на степени сложности. Способы также включают в себя инициирование автоматического управления парового клапана с помощью процессора компьютера для перемещения парового клапана во второе положение.
В варианте выполнения источник пара соединен с нагревателем нагревательной среды, и источник пара подает пар к нагревателю нагревательной среды для нагрева нагревательной среды.
В варианте выполнения программное обеспечение операционной системы программируется таким образом, чтобы процессор компьютера открывал клапан бака с пищевым продуктом для инициирования управления системой с целью начала технологического процесса для производства пищевого продукта.
p
p
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал продолжительность пребывания границы циркулирующая вода/продукт в заданном месте внутри системы. Продолжительность пребывания может быть рассчитана как RT(c)=((V (галлоны)) ÷ (FI (галлоны/мин)) * 60 с/мин.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы установить переменный параметр управления на ноль, при этом переменный параметр управления выбирается из группы, состоящей из (i) разового измерения температуры нагревательной среды, выходящей из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), (ii) значения, указывающего степень трудности нагрева пищевого продукта («DDV»), (iii) промежуточного значения температуры, которое равно максимальной измеренной температуре нагревательной среды на выходе («ITV»), (iv) значения, указывающего приращение положения парового клапана, необходимого для устранения нарушения температуры, обусловленного разделением на воду/продукт («ISVL») или (v) их комбинаций.
ave
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера непрерывно рассчитывал скользящую среднюю температуру на выходе нагревательной среды из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал первую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
s
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера измерял и сохранял температуру нагревательной среды на выходе из теплообменника до того, как граница циркулирующая вода/пищевой продукт достигнет теплообменника («T»), при этом температура будет сохраняться в оптимальное время технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал быстроту изменения температуры нагревательной среды на выходе из теплообменника, когда пищевой продукт перемещается по теплообменнику («Степень изменения»).
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал значение промежуточной температуры («ITV») по формуле:
s
(i) ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)), если >0; или
s
(ii) 0, если ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от первого заданного времени до второго заданного времени) - (T)) <0.
В варианте выполнения первое заданное время является оптимальным временем технологического процесса для расчета степени сложности («DDV») нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
В варианте выполнения второе заданное время является оптимальным временем технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения назад в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал степени сложности нагрева пищевого продукта в теплообменнике («DDV»). DDV рассчитывается как DDV = ITV * Настроенная степень перемещения.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал вторую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из первого положения во второе положение.
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал минимальное приращение положения парового клапана, которое необходимо для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт («ISVL»).
min
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал приращение положения парового клапана («ISVL»), которое рассчитывается как ISVL = (расход продукта через систему расход продукта при установке постоянных настройки) * ISVL) + DDV.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал второе положение парового клапана («CVP»), которое рассчитывается как CVP = (первое положение парового клапана) + ISVL.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал третью постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в первое положение.
В варианте выполнения программа программного обеспечения программируется таким образом, чтобы процессор компьютера рассчитывал четвертую постоянную выбора определенного времени, которая указывает на оптимальное время технологического процесса для перемещения парового клапана из второго положения в положение стандартного контрольного значения.
В варианте выполнения второе положение парового клапана обеспечивает количество пара для нагревательной среды, которое является достаточным для поддержания стерильности пищевого продукта во время перехода циркулирующая вода - пищевой продукт в теплообменнике.
В варианте выполнения паровой клапан выполнен с возможностью возврата в первое положение из второго положения для предотвращения резкого повышения температуры пищевого продукта, когда пищевой продукт полностью вытесняет циркулирующую воду в теплообменнике.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно предлагает усовершенствованные процессы производства пищевых продуктов.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно предлагает усовершенствованные процедуры асептической обработки пищевых продуктов.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно предлагает способы производства пищевого продукта, которые уменьшают температурные изменения во время обработки.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно предлагает способы производства пищевого продукта, которые уменьшают риск потери стерильности во время производства.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно предлагает способы производства асептического пищевого продукта, которые уменьшают риск перегрева пищевого продукта во время производства.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что оно предлагает способы управления линией по производству асептических пищевых продуктов.
Описанные здесь дополнительные отличительные признаки и преимущества станут понятными из приведенного ниже подробного описания со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - результаты (i) стандартного процесса обработки раствора крахмала и воды в типовой асептической системе с использованием стандартных контрольных значений и (ii) управляемого процесса обработки идентичного раствора крахмала и воды в идентичной асептической системе с улучшенными контрольными значениями настоящего изобретения по варианту выполнения настоящего изобретения;
Фиг. 2 - результаты (i) стандартного процесса обработки раствора крахмала и воды в типовой асептической системе с использованием стандартных контрольных значений и (ii) управляемого процесса обработки идентичного раствора крахмала и воды в идентичной асептической системе с улучшенными контрольными значениями настоящего изобретения по варианту выполнения настоящего изобретения.
Подробное описание
В данном контексте термин «примерно»» относится к цифрам в области числовых значений. Кроме того, подразумевается, что все области числовых значений включают в себя числа, целые или дробные, в пределах этой области.
В данном контексте «CVP» означает существующее положение парового клапана источник пара, определенное в конкретное время в процессе обработки пищи.
В данном контексте «DDV» означает значение, указывающее на степень трудности нагрева пищевого продукта в теплообменнике.
c
В данном контексте «FI» означает начальное положение парового клапана, которое вручную настраивается на конкретное положение, когда время = 0. Это положение запоминается при t=0 и поддерживается постоянным до заданного времени. Это положение определяется стандартными параметрами асептической обработки.
p
В данном контексте «FI» означает указание на течение (или расход) продукта, когда он движется по системе обработки пищи.
В данном контексте «ISVL» означает приращение положения парового клапана, которое представляет собой значение, указывающее на приращение положения парового клапана, необходимое для устранения нарушения температуры, вызванного разделением на воду/пищевой продукт во время обработки.
min
min
min
В данном контексте «ISVL» означает постоянную настройки, которая означает минимальное приращение положения парового клапана, необходимое для принятия в расчет разделения на воду/пищевой продукт. ISVL является показателем, характеризующим процентное отношение, т.е. наименьшее перемещение, необходимое для регулирования разделения на воду/пищевой продукт с целью предотвратить существенно излишнюю компенсацию температурных изменений и, тем самым, непроизводительные затраты энергии. Специалисту в этой области техники будет понятно, что любой пищевой продукт, даже пищевой продукт, который легко поддается нагреву, требует минимального приращения положения парового клапана, на которое наиболее сильно влияет размер теплообменника. Эта постоянная настройки пересчитывается для различных расходов продукта через теплообменник посредством умножения на значение (расход продукта во время обработки ÷ расход продукта во время определения постоянных настройки). Соответственно, специалисту в этой области техники должно быть понятно, что более низкий расход требует меньшей SVL и наоборот.
s
В данном контексте «ITV» означает промежуточное значение температуры, которое равно ((наибольшее значение измерения температуры нагревательной среды на выходе из теплообменника, когда граница вода пищевой продукт проходит через теплообменник) минус (T)).
В данном контексте «циркулирующая вода» означает воду, которая циркулирует на участке теплообменника, который будет содержать пищевой продукт во время обработки пищевого продукта. Специалисту в этой области должно быть понятно, что перед обработкой пищевого продукта система подвергается химической очистке и промывается водой, и затем вода циркулирует по системе для сохранения стерильности системы. В заданное время, соответствующее введению пищевого продукта в систему, открывается клапан бака с продуктом, и исходная граница вода/пищевой продукт начинает перемещаться по системе, тем самым, перемещая циркулирующую воду.
В данном контексте «RT» означает продолжительность пребывания продукта в конкретной секции или комбинации секций системы обработки пищи.
В данном контексте «Степень изменения» означает быстроту изменения температуры нагревательной среды на выходе, когда граница циркулирующая вода/ пищевой продукт перемещается по теплообменнику.
В данном контексте «Настроенная степень изменения» представляет собой постоянную настройки, которая означает числовой множитель степени изменения, используемый для принятия в расчет различий в размере оборудования (например, теплообменников, трубных секций, источника пара и т.п.), используемого в системе обработки пищи. Специалисту в этой области должно быть понятно, что постоянная настройки регулирует значение ISVL, и наиболее сильное влияние на нее оказывает производительность нагревателя среды (например, размер и источник пара). Специалисту в этой области должно быть понятно, как рассчитать такую постоянную настройки.
ave
В данном контексте «T» означает измерение скользящей средней температуры на выходе нагревательной среды из теплообменника.
s
ave
В данном контексте «T» означает разовое запоминаемое среднее значение температуры нагревательной среды на выпуске из теплообменника (T), при этом запоминаемое значение считывается незадолго до введения границы вода/пищевой продукт в теплообменник.
В данном контексте «постоянная (постоянные) выбора определенного времени» представляет собой постоянную, характеризующую конкретное время в ходе обработки продукта, определенное как оптимальное время, в которое должно осуществляться действие определенного алгоритма управления. Постоянные выбора определенного времени определяются из повторных пробных испытаний различных типов продуктов в системе обработки пищи. Эти постоянные согласуют теорию с конкретной физической установкой (т.е. системой обработки пищи) с ее фактическими трубными секциями, размерами теплообменника, размерами источника пара и т.д. Постоянные выбора определенного времени также регулируют выбор определенного времени движения парового клапана, так чтобы это движение оказывало влияние на температуру продукта, когда граница вода/продукт достигает определенных точек рядом с теплообменником или в нем. Примеры расчетных постоянных выбора определенного времени настоящего изобретения включают в себя время = 0, 1,17, 1,37, 1,76, 3,13. Эти постоянные выбора определенного времени умножаются на соответствующие значения продолжительности времени для регулирования парового клапана в тот момент, когда граница вода/продукт достигает определенной точки рядом с теплообменником или в нем. Расчеты продолжительности пребывания, в свою очередь, зависят от фактического расхода продукта и, таким образом, обеспечивают гибкую шкалу времени для алгоритма.
В данном контексте «постоянные настройки» означают постоянные, которые определяются из повторных пробных испытаний различных типов продуктов в системе обработки пищи. Эти постоянные согласуют теорию с конкретной физической установкой (т.е. системой обработки пищи) с ее фактическими трубными секциями, размерами теплообменника, размерами источника пара и т.д. Специалисту в этой области должно быть понятно, как рассчитать такие постоянные настройки.
p
В данном контексте «V» означает объем продукта.
Способы асептической обработки пищевых продуктов хорошо известны. Однако эти способы не всегда обеспечивают оптимальные результаты эффективности технологического процесса и/или качество готового продукта. Например, во время асептической обработки пищевой продукт обычно нагревается водой, которая нагревается паром. Однако перед обработкой пищевого продукта система подвергается химической очистке и промывается водой. В заданное время, соответствующее введению пищевого продукта в систему, открывается клапан бака с продуктом, и исходная граница вода/пищевой продукт начинает перемещаться по системе. Однако эта граница вызывает резкое падение температуры в системе. Что может привести к потере стерильности продукта. В этом отношении существует температурный минимум, который не может быть превышен на границе или же система подвергается потере стерильности, что может привести к завершению процесса и повторному выполнению процедур стерилизации системы. Соответственно, потеря стерильности может создавать применительно к асептическим процессам проблемы, связанные с временными затратами, недостаточной эффективностью и расходами.
Кроме того, большие изменения температуры (например, понижение или повышение температуры) могут создавать проблемы в отношении управления качеством продукта. Например, если граница вода/пищевой продукт подвергается значительному превышению температуры в любой точке во время обработки, пищевой продукт может «сгореть» или испортиться, и его качество будет неприемлемым. Как и в случае потери стерильности, описанном выше, процесс может быть прекращен с отбраковкой готового продукта. Соответственно, неприемлемое качество продукта применительно к таким процессам также может создавать проблемы, связанные с расходами.
Ранее предлагались простые решения таких проблем. Например, известно, что во избежание потери стерильности можно уменьшить расход на границе вода/пищевой продукт или увеличить заданную температуру нагревателя. Однако такие решения все же создают риск повреждения пищевого продукта посредством перегрева, что ведет к неприемлемому качеству продукта.
В отличие от известных способов исключения потери стерильности настоящие способы сводят к минимуму риск потери стерильности посредством манипулирования быстротой нагрева продукта в течение конкретного периода времени. Управление быстротой нагрева продукта сводит к минимуму резкое падение переходной температуры, которое может иметь место во время перехода вода - пищевой продукт. Эта манипуляция также продолжается во времени для сведения к минимуму превышения температуры при ее восстановлении применительно к стандартным контрольным значениям, когда пищевой продукт полностью вытесняет воду в теплообменнике. Степень манипуляции определяется сложностью нагрева продукта, которая, в свою очередь, определяется быстротой изменения температуры на выпуске нагревательной среды из теплообменника, используемого в асептической обработке. Как будет описано ниже, степень манипулирования указывается быстротой изменения температуры нагревательной среды, когда граница вода/пищевой продукт перемещается по теплообменнику.
Манипулирование быстротой нагрева продукта управляется паровым клапаном, который регулирует количество пара, используемое для нагрева нагревательной среды (например, воды) в теплообменнике, которая используется для нагрева пищевого продукта. Другими словами, манипулирование паровым клапаном, который управляет количеством тепла, предусматриваемым для нагревательной среды теплообменника, осуществляется в несколько этапов технологического процесса для предотвращения резких повышений или понижений температуры пищевого продукта. По существу, возврат к нормальному рабочему режиму после манипуляции паровым клапаном тщательно рассчитывается по времени во избежание перегрева продукта к концу технологического процесса. Конкретный период времени, в течение которого регулируется паровой клапан, был определен заявителем во время экспериментов, которые проводились до получения оптимальной температурной характеристики, как будет описано ниже.
Соответственно, процессы и способы настоящего изобретения преимущественно противодействуют изменению свойств передачи тепла на границе вода/пищевой продукт во время асептической обработки пищи. Противодействие изменениям свойств передачи тепла осуществляется за счет использования преимущественного действия для регулирования парового клапана в течение нескольких минут после открывания переключателя клапана продукта для введения пищевого продукта в систему. Как результат, настоящие процессы и способы могут свести к минимуму любые отрицательные характеристики переходных температур нагревателей продуктов в асептическом процессе, когда система переходит от воды к пищевому продукту.
Кроме того, процессы и способы настоящего изобретения обеспечивают преимущество автоматического управления для поддержания стерильности системы обработки пищи, что позволяет операторам сосредоточиться на других задачах. В этом отношении оператор должен лишь обеспечить, чтобы контроллер и способы настоящего изобретения действовали автоматически для поддержания стерильности системы. Например, системы настоящего изобретения могут включать в себя компьютер, имеющий процессор и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу программного обеспечения. Программа программного обеспечения может быть запрограммирована таким образом, чтобы процессор компьютера выдавал указание компоненту системы на выполнение конкретного действия. Например, программа программного обеспечения может давать указание процессору компьютера на выполнение ряда расчетов, измерения температуры в конкретное время, перемещение клапанов в конкретные положения, поиск известных значений в справочной таблицы и т.д.
Кроме того, оператор не должен иметь предварительные сведения о свойствах продукта с целью использования настоящих способов, что сводит к минимуму вариативность исходного продукта. Кроме того, способы управления уменьшают влияние на качество продукта посредством уменьшения превышения температуры, что обычно имеет место применительно к стандартным контрольным значениям, когда продукт полностью вытесняет воду в теплообменнике.
Несмотря на то, что настоящее изобретение описывается, как используемое в производстве, например, асептического пищевого продукта с помощью теплообменника, который нагревается нагревательной средой, специалисту в этой области техники будет понятно, что настоящие описываемые способы и процессы не ограничиваются до производства асептического пищевого продукта, и эти способы и процессы могут использоваться с охлаждающей средой в теплообменнике или устройствах похожего типа. Фактически, способы и процессы настоящего изобретения могут применяться в любых других теплообменниках в схожем процессе, например, в охладителях продуктов. Эти способы также могут применяться в нагревателях, изготовленных из множества физических секций, когда измерения температуры продукта в промежуточных точках между секциями могут обеспечивать более точное указание степени трудности нагрева пищевого продукта. Кроме того, несмотря на то, что настоящее изобретение содержит описания обработки пищевого продукта, специалисту в этой области техники будет понятно, что любые продукты, чувствительные к температуре, или требующие определенной температурной стабильности, могут обрабатываться согласно описанным здесь системам и способам.
Способы настоящего изобретения начинают использоваться при значении времени («t»), равном нулю (t=0). Значение «t=0» используется здесь для определения момента, когда клапан бака с продуктом (например, двухседельный клапан) открывается для начала течения пищевого продукта в систему, которая является циркулирующей водой. По существу, t=0, является моментом, когда граница вода/пищевой продукт начинает перемещаться по системе обработки, а также начальным моментом для запуска алгоритма способов настоящего изобретения. Алгоритм настоящих способов подробно описывается ниже.
При времени равном 0
p
p
P
Для начала алгоритма при t=0 значения продолжительности пребывания (или задержки транспортирования) должны быть определены для границы вода/пищевой продукт по отношению к каждому компоненту системы. Для определения продолжительности пребывания («RT») объем продукта делится на расход продукта («FI»). Объем продукта («V»), который может находиться в конкретном участке системы обработки, может быть определен из известных справочных таблиц. FI может быть определен посредством, без ограничения, считывания показаний расходомера, рассчитанных из характеристик продуктового насоса и т.д. Соответственно, расчет RT для компонента (например, трубопровода и т.д.) системы обработки выполняется следующим образом:
p
p
RT(c)=(V (галлон))÷(FI галлон/мин)) * 60 с/мин.
Например, если система обработки пищи включает в себя первый нагреватель, трубопровод между первым нагревателем и вторым нагревателем, и второй нагреватель, разовый расчет значения RT будет выглядеть следующим образом:
c
Кроме того, в этот момент времени процесса паровой клапан настроен для поддержания его текущего положения («FI»), которое было последний раз определено посредством расчетов стандартных конкретных значений, обычно используемых в асептической обработке пищи и известно специалистам в этой области.
ave
s
c
Кроме того, при t=0 несколько переменных параметров управления настроены на 0 для управления по настоящему изобретению. Переменные параметры управления, настроенные на ноль, включают в себя (i) сохраняемое значение средней температуры («T») нагревательной среды на выходе, взятое до того, граница вода/продукт оказывается у теплообменника («T»); (ii) степень изменения температуры («Степень изменения»), указывающая на степень сложности нагрева пищевого продукта («DDV»); (iii) значение промежуточной температуры, равное максимальной измеренной температуре нагревательной среды на выходе («ITV»); и (iv) значение, указывающее на приращение положения парового клапана, необходимое для устранения нарушения температуры, вызванного разделением на воду/продукт, т.е. на приращение местоположения парового клапана («ISVL»). В этот момент положение парового клапана FI также сохраняется для последующих расчетов и поддерживается постоянным вплоть до заданного периода времени, как описано ниже. Далее описывается определение этих переменных параметров управления в другие моменты времени процесса.
Для инициирования начала управления по настоящему изобретению открывается клапан (клапаны) бака с продуктом, и начинается регулировка времени применительно к процессу и управлению. Клапан (клапаны) бака с продуктом настоящего изобретения могут быть, например, двухседельными клапанами, которые известны в области обработки пищи и могут пропускать жидкость от двух разных источников.
При времени равном (1,17) * (RT(c))
c
Постоянная настройки 1,17 является заданной постоянной настройки, которая определяется посредством оценки похожего продукта, проходящего по системе обработки пищи, для определения наилучшей (или необходимой) температурной характеристики. Существуют, по меньшей мере, два критерия, которые специалист в этой области техники может принимать во внимание для определения наилучшей или необходимой температурной характеристики. Первый критерий предназначен для регулирования расчета времени использования ISVL для сведения к минимуму падения температуры, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт. Второй критерий предназначен для регулирования расчета времени устранения ISVL (для возврата к исходному положению парового клапана, FI) с целью сведения к минимуму превышения температуры, которое происходит при возврате от параметров настоящего изобретения к стандартным параметрам. Постоянная настройки зависит от физического размера теплообменника и, фактически, не зависит от остального оборудования системы. Все описанные здесь похожие постоянные настройки (например, 1,37, 1, 76, 3,13, настроенная степень изменения и т.д.) рассчитываются аналогичным образом.
s
ave
s
s
В этот момент процесса считывается сохраняемое значение T скользящего среднего значения температуры на выходе нагревательной среды («T»). T представляет собой исходную температуру нагревательной среды, когда она выходит из теплообменника, с целью расчета степени сложности нагрева («DDV»). T представляет собой фактическое значение, сохраняемое для последующих расчетов.
После выполнения измерений вышеуказанных температур можно определить степень трудности нагрева пищевого продукта, перемещающегося по системе. Как указано выше, настоящие способы сводят к минимуму риск потери стерильности в результате манипулирования быстротой нагрева продукта, используя паровой клапан в течение конкретного периода времени. Степень манипуляции определяется трудностью нагрева продукта, которая, в свою очередь, определяется быстротой изменения температуры на выходе нагревательной среды, когда пищевой продукт движется по теплообменнику («Степень изменения»). Следовательно, расчет степени трудности нагрева пищевого продукта является непрерывным расчетом, который начинается при t=1,17 * RT(c).
Расчет DDV осуществляется следующим образом:
Промежуточное значение температуры («ITV»)=
s
(i) ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от t=1,17 до t=1,76)-(T)), если >0; или
s
(ii) 0, если ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от t=1,17 до t=1,76)-(T)) <0.
DDV = ITV * Настроенная степень изменения
При времени равном (1,37) * (RT(c))
c
min
В этот момент процесса непрерывный расчет DDV прекращается, и паровой клапан настраивается на конкретное положение, которое определяется разовым расчетом. Вплоть до этого места процесса положение парового клапана поддерживалось постоянным, поскольку оно сохраняется при времени = 0 (т.е., FI). Новое положение парового клапана, которое является приращением положения парового клапана («ISVL»), которое предназначено для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт, составляет (ISVL, пересчитываемое умножением на расход, плюс DDV) и рассчитывается следующим образом:
p
min
ISVL= ((FI ÷ расход (продукта), при котором устанавливаются постоянные настройки) * (ISVL)) + DDV.
P
min
Значение (FI ÷ расход, при котором устанавливаются постоянные настройки) пересчитывает значение ISVL с помощью фактического расхода. Значение ISVL указывает на количество пара, необходимое для нагрева продукта в этот момент процесса.
c
Другой расчет парового клапана также определяется в этот момент процесса для перемещения парового клапана в требуемое положение или существующее положение клапана («CVP»). Как указано выше, FI представляет собой положение парового клапана, сохраняемого при t=0 и поддерживаемого постоянным после этого момента времени, и ISVL является приращением положения, необходимым для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/продукт. Таким образом, CVP определяется следующим образом:
c
CVP=FI+ISVL.
CVP достигается с помощью контроллера расхода пара, который нормально рассчитывает положение парового клапана. Контрольное значение (т.е. выходной сигнал на паровой клапан, обычно 0-100%, где 100% соответствуют полностью открытому клапану) указывает контроллеру расхода пара положение, в которое должен быть перемещен паровой клапан.
Все расчеты с начала алгоритма до этой точки процесса используются для устранения проблем падения температуры, которое происходит, когда граница вода/пищевой продукт перемещается по системе обработки. По существу, расчеты используются для определения наилучшего положения парового клапана для предотвращения резкого падения температуры, которое может привести к отсутствию стерильности пищевого продукта, проходящего по системе. Остальные части алгоритма/параметров, описанные ниже, рассчитываются для устранения превышения температуры к концу обработки пищи, когда контрольные значения системы возвращаются к стандартным контрольным значениям.
При времени равном (1,76) * (RT(c))
c
c
После достижения заданного положения паровой клапан остается в положении CVP до того момента процесса, когда паровой клапан возвращается в положение, где он находился при t=0 (т.е., FI). Паровой клапан перемещается в это положение, поскольку он обеспечивает устойчивое положение, в котором удерживается паровой клапан до тех пор, пока система не восстанавливает стандартные контрольные значения. Стандартные контрольные значения или стандартный рабочий режим означают контрольные значения и расчеты для параметров типовой асептической обработки пищи. Специалисту в этой области будет понятно, какие стандартные контрольные значения для обработки пищи (включая сюда, например, асептическую обработку пищи) будут использоваться. На этой стадии процесса сохраняемое положение парового клапана FI записывается как параметр контроллера.
При времени равном (3,13) * (RT(c))
c
В этот момент процесса паровой клапан движется из положения, в котором он был при t=0 (т.е., FI), в положение, соответствующее стандартному режиму управления.
На фиг. 1 и 2 показаны преимущества использования описанных здесь способов управления. Например, на фиг. 1 показаны сравнительные результаты (i) типовой асептической обработки пищи применительно к раствору воды и крахмала и (ii) асептической обработки пищи применительно к идентичному составу раствора воды и крахмала с улучшенными параметрами по настоящему изобретению. Как показано на фиг. 1, температурный минимум был улучшен примерно на 32%, и превышение температуры к концу процесса было улучшено примерно на 46%.
Аналогично, на фиг. 2 показаны сравнительные результаты (i) типовой асептической обработки пищи применительно к раствору воды и крахмала и (ii) асептической обработки пищи применительно к идентичному составу раствора воды и крахмала с улучшенными параметрами по настоящему изобретению. Как показано на фиг. 2, температурный минимум был улучшен примерно на 60%, и превышение температуры к концу процесса было улучшено примерно на 45%.
Используя системы и способы настоящего изобретения, заявитель смог уменьшить нежелательные изменения температуры во время асептической обработки пищи. В этом отношении заявитель смог предотвратить резкие падения температуры в системе, которые могут вызывать потерю стерильности продукта, и также смог предотвратить большие изменения температуры (или повышения или понижения температуры), которые могут вызывать проблемы с управлением качеством продукта. Вышесказанное может стать более понятно посредством ссылки на следующий пример, который представлен в пояснительных целях и не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения.
Пример
В этом примере приводятся числовые данные, полученные из пробной обработки асептического пищевого продукта в системе типовой асептической обработки пищи. Пробная обработка была выполнена с использованием раствора крахмала и воды, и система включала в себя насос, трубопровод и один теплообменник.
При времени равном 0
p
Для начала алгоритма при t=0 значения продолжительности пребывания (или задержки транспортирования) должны быть определены для границы вода/пищевой продукт применительно к каждому компоненту системы. Для определения продолжительности пребывания («RT») объем продукта делится на расход продукта («FI»), который в этом примере равен 4,0 галлонам/мин. Продолжительности пребывания рассчитываются следующим образом:
p
p
RT(c) = (V (галлоны)) ÷ (FI (галлоны/мин)) * 60 с/мин.
Кроме того, в этот момент выполняются измерения температуры, или непрерывно или на разовой основе. В частности, температура на выходе нагревательной среды (т.е. когда нагревательная среда выходит из теплообменника) должна измеряться непрерывно и измеряется в течение всего периода времени обработки пиши. Выполняется разовое измерение, которое в этом примере равно 240,4°F.
В этот момент также начинается расчет непрерывной средней температуры на выходе нагревательной среды, который продолжается в течение всего периода времени обработки пищи. Выполняется разовое измерение температуры, которое в этом примере равно 238,9°F.
c
Паровой клапан настроен на удерживание его существующего положения («FI» = «CVP»), которое последний раз было определено посредством расчетов контрольных значений и в этом примере равно 42,6%.
ave
s
c
Кроме того, несколько переменных параметров управления настроены на ноль для начала управления по настоящему изобретению. Переменные параметры управления, настроенные на ноль, включают в себя (i) сохраняемое значение средней температуры («T») нагревательной среды на выходе, взятое до того, граница вода/продукт оказывается у теплообменника («T»); (ii) степень изменения температуры («Степень изменения»), указывающая на степень сложности нагрева пищевого продукта («DDV»); (iii) значение промежуточной температуры, равное максимальной измеренной температуре нагревательной среды на выходе («ITV»); и (iv) значение, указывающее на приращение положения парового клапана, необходимое для устранения нарушения температуры, вызванного разделением на воду/продукт, т.е. на приращение местоположения парового клапана («ISVL»). В этот момент положение парового клапана FI (т.е. 42,6%) также сохраняется для последующих расчетов и поддерживается постоянным вплоть до заданного периода времени, как описано ниже.
Для инициирования начала управления по настоящему изобретению открывается клапан (клапаны) бака с продуктом, и начинается регулировка времени применительно к процессу и управлению. Клапан (клапаны) бака с продуктом настоящего изобретения могут быть, например, двухседельными клапанами, которые известны в области обработки пищи и могут пропускать жидкость от двух разных источников.
При времени равном (1,17) * (RT(c))
c
Постоянная настройки 1,17 в этом примере является заданной постоянной настройки, которая была определена посредством оценки, которая определяется посредством оценки похожего продукта, проходящего по системе обработки пищи, для определения наилучшей (или необходимой) температурной характеристики. Существуют, по меньшей мере, два критерия, которые специалист в этой области техники может принимать во внимание для определения наилучшей или необходимой температурной характеристики. Первый критерий предназначен для регулирования расчета времени использования ISVL для сведения к минимуму падения температуры, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт. Второй критерий предназначен для регулирования расчета времени устранения ISVL (для возврата к исходному положению парового клапана, FI) с целью сведения к минимуму превышения температуры, которое происходит при возврате от контрольных значений настоящего изобретения к стандартным контрольным значениям. Постоянная настройки зависит от физического размера теплообменника и, фактически, не зависит от остального оборудования системы.
Кроме того, в этот момент продолжаются измерения температуры на выходе нагревательной среды (т.е. когда нагревательная среда выходит из теплообменника). Выполняется одноразовое измерение температуры, которое в этот момент составляет 240,5°F.
s
s
Также продолжаются вычисления непрерывной средней температуры на выходе нагревательной среды. Выполняется одноразовое измерение средней температуры, которое в этот момент составляет 239,1°F. Это значение сохраняется для последующих расчетов в качестве T и одерживается при этой температуре для остальной части обработки. T представляет собой исходную температуру исходной среды, когда она выходит из теплообменника, для расчета DDV.
c
Паровой клапан все еще настроен на поддержание его существующего положения («FI» = «CVP»), которое равно 42,6%.
После выполнения измерений вышеуказанных температур можно определить степень трудности нагрева пищевого продукта, перемещающегося по системе. Расчет является непрерывным расчетом, который начинается в этот момент, и расчет для DDV выполняется следующим образом:
Промежуточное значение температуры («ITV»)=
s
(i) ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от t=1,17 до t=1,76)-(T)), если >0; или
s
(ii) 0, если ((наибольшее значение температуры на выходе среды, когда граница продукта проходит по теплообменнику от t=1,17 до t=1,76)-(T)) <0.
DDV = ITV * Настроенная степень изменения.
s
В этом примере наибольшее значение температуры среды на выходе, когда граница продукта проходит через теплообменник при t=1,17, равно 240,5°F, в то время как T равно 239,1°F.
Таким образом, ITV = (240,5°F-239,1°F)=1,4.
Как описано выше, значение настроенной степени изменения представляет собой постоянную настройки, которая означает числовой множитель степени изменения, используемый для принятия в расчет различий в размере оборудования (например, теплообменников, трубных секций, источников пара и т.п.), используемого в системе обработки пищи. Специалисту в этой области должно быть понятно, что постоянная настройки регулирует значение ISVL, и наиболее сильное влияние на нее оказывает производительность нагревателя среды (например, размер и источник пара). В настоящем примере значение настроенной степени изменения равно 4.
DDV=1,4*4=5,6.
При времени равном (1,37) * (RT(c))
c
Постоянная настройки 1,37 в этом примере является заданной постоянной настройки, которая определяется посредством оценки похожего продукта, проходящего по системе обработки пищи, для определения наилучшей (или необходимой) температурной характеристики. Существуют, по меньшей мере, два критерия, которые специалист в этой области техники может принимать во внимание для определения наилучшей или необходимой температурной характеристики. Первый критерий предназначен для регулирования расчета времени использования ISVL для сведения к минимуму падения температуры, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт. Второй критерий предназначен для регулирования расчета времени устранения ISVL (для возврата к исходному положению парового клапана, FI) с целью сведения к минимуму превышения температуры, которое происходит при возврате от контрольных значений настоящего изобретения к стандартным контрольным значениям. Постоянная настройки зависит от физического размера теплообменника и, фактически, не зависит от остального оборудования системы.
В этот момент процесса продолжается измерение температуры на выходе нагревательной среды (т.е. нагревательной среды, выходящей из теплообменника). Выполняется разовое измерение температуры, которое в этот момент равно 241,7°F.
s
Непрерывная средняя температура на выходе нагревательной среды больше не рассчитывается, поскольку ранее было выполнено разовое измерение средней температуры, которое сохраняется как T, равное 239,1°F.
Таким образом, ITV=(241,7°F-239,1°F)=2,6.
Как описано выше, значение настроенной степени изменения представляет собой постоянную настройки, которая означает числовой множитель изменения, используемый для принятия в расчет различий в размере оборудования (например, теплообменников, трубных секций, источников пара и т.п.), используемого в системе обработки пищи. Специалисту в этой области должно быть понятно, что постоянная настройки регулирует значение ISVL, и наиболее сильное влияние на нее оказывает производительность нагревателя среды (например, размер и источник пара). В настоящем примере значение настроенной степени изменения равно 4.
DDV=2,6*4=10,4.
c
В этот момент процесса непрерывный расчет DDV прекращается, и паровой клапан настраивается на конкретное положение, которое определяется разовым расчетом. Вплоть до этого места процесса положение парового клапана поддерживалось постоянным, поскольку оно сохраняется при времени = 0 (т.е., FI=42,6%). Новое положение парового клапана, которое является приращением положения парового клапана («ISVL»), которое предназначено для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт, рассчитывается следующим образом:
p
min
ISVL = ((FI ÷ расход продукта, при котором устанавливаются постоянные настройки) * (ISVL)) + DDV.
p
min
p
p
Значение (FI ÷ расход, при котором устанавливаются постоянные настройки) пересчитывает значение ISVL на фактический расход. В этом примере и как указано выше, FI составляет 4,0 галлона/мин, и расход продукта, при котором устанавливаются постоянные настройки, равен 4,0 галлона/мин. Таким образом, FI/расход продукта, при котором устанавливаются постоянные настройки, равно = 1. Значение ISVL указывает на количество пара, необходимое для нагрева продукта в этот момент процесса.
min
min
min
Как описано выше, «ISVL» означает постоянную настройки, которая означает минимальное приращение положения парового клапана, необходимое для принятия в расчет разделения на воду/пищевой продукт. ISVL является показателем, характеризующим процентное отношение, т.е. наименьшее перемещение, необходимое для регулирования разделения на воду/пищевой продукт с целью предотвратить существенно излишнюю компенсацию температурных изменений и, тем самым, непроизводительные затраты энергии. Эта постоянная настройки пересчитывается для различных расходов продукта через теплообменник посредством умножения на значение (расход продукта во время обработки ÷ расход продукта во время определения постоянных настройки). ISVL определяемое из повторных испытаний в конкретной системе обработки пищи с различными продуктами, в этом примере равно 20.
Следовательно, ISVL=((1)*(20))+10,4=30,4.
c
Другой расчет парового клапана также определяется в этот момент процесса для перемещения парового клапана в требуемое положение или существующее положение клапана («CVP»). Как указано выше, FI представляет собой положение парового клапана, сохраняемого при t=0 и поддерживаемого постоянным после этого момента времени и равным 42,6, и ISVL является приращением положения, необходимым для устранения нарушения, обусловленного разделением на воду/продукт и равным 30,4 в этом примере. Таким образом, CVP определяется следующим образом:
c
CVP = FI + ISVL
CVP=42,6+30,4=73
CVP достигается с помощью контроллера расхода пара, который нормально рассчитывает положение парового клапана. Контрольное значение (т.е. выходной сигнал на паровой клапан, обычно 0-100%, где 100% соответствуют полностью открытому клапану) указывает контроллеру расхода пара положение, в которое должен быть перемещен паровой клапан.
Все расчеты с начала алгоритма до этой точки процесса используются для устранения проблем падения температуры, которое происходит, когда граница вода/пищевой продукт перемещается по системе обработки. По существу, расчеты используются для определения наилучшего положения парового клапана для предотвращения резкого падения температуры, которое может привести к отсутствию стерильности пищевого продукта, проходящего по системе. Остальные части алгоритма/параметров, описанные ниже, рассчитываются для устранения превышения температуры к концу обработки пищи.
При времени равном (1,76) * (RT(c))
c
Постоянная настройки 1,76 в этом примере является заданной постоянной настройки, которая определяется посредством оценки похожего продукта, проходящего по системе обработки пищи, для определения наилучшей (или необходимой) температурной характеристики. Существуют, по меньшей мере, два критерия, которые специалист в этой области техники может принимать во внимание для определения наилучшей или необходимой температурной характеристики. Первый критерий предназначен для регулирования расчета времени использования ISVL для сведения к минимуму падения температуры, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт. Второй критерий предназначен для регулирования расчета времени устранения ISVL (для возврата к исходному положению парового клапана, FI) с целью сведения к минимуму превышения температуры, которое происходит при возврате от контрольных значений настоящего изобретения к стандартным контрольным значениям. Постоянная настройки зависит от физического размера теплообменника и, фактически, не зависит от остального оборудования системы.
c
c
После достижения заданного положения паровой клапан остается в положении CVP (т.е. 73%) до того момента процесса, когда паровой клапан возвращается в положение, где он находился при t=0 (т.е., FI=42,6%). Паровой клапан перемещается в это положение, поскольку он обеспечивает устойчивое положение, в котором удерживается паровой клапан до тех пор, пока система не восстанавливает стандартные контрольные значения. Стандартные контрольные значения или стандартный рабочий режим означают контрольные значения и расчеты для параметров типовой асептической обработки пищи. На этой стадии процесса сохраняемое положение парового клапана FI записывается как параметр контроллера.
Кроме того, в этот момент продолжаются измерения температуры на выходе нагревательной среды (т.е. когда нагревательная среда выходит из теплообменника). Выполняется одноразовое измерение температуры, которое в этот момент составляет 243,5°F.
s
Непрерывная средняя температура на выходе нагревательной среды больше не рассчитывается, поскольку ранее было выполнено разовое измерение средней температуры, которое сохраняется как T, равное 239,1°F. Кроме того, поскольку паровой клапан уже переместился в положение CVP, равное 73%, для устранения проблем с падением температуры, когда граница вода/пищевой продукт перемещается по системе обработки, расчеты ITV, DDV и ISVL больше являются необходимыми и не рассчитываются в этот момент процесса.
При времени равном (3,13) * (RT(c))
c
Постоянная настройки 3,13 в этом примере является заданной постоянной настройки, которая определяется посредством оценки похожего продукта, проходящего по системе обработки пищи, для определения наилучшей (или необходимой) температурной характеристики. Существуют, по меньшей мере, два критерия, которые специалист в этой области техники может принимать во внимание для определения наилучшей или необходимой температурной характеристики. Первый критерий предназначен для регулирования расчета времени использования ISVL для сведения к минимуму падения температуры, обусловленного разделением на воду/пищевой продукт. Второй критерий предназначен для регулирования расчета времени устранения ISVL (для возврата к исходному положению парового клапана, FI) с целью сведения к минимуму превышения температуры, которое происходит при возврате от контрольных значений настоящего изобретения к стандартным контрольным значениям. Постоянная настройки зависит от физического размера теплообменника и, фактически, не зависит от остального оборудования системы.
c
В этот момент процесса паровой клапан движется о того места, где он был при t=0 (т.е. Fl=42,6%), в положение, которое он занимает в стандартном режиме управления.
Кроме того, в этот момент продолжаются измерения температуры на выходе нагревательной среды (т.е. когда нагревательная среда выходит из теплообменника). Выполняется одноразовое измерение температуры, которое в этот момент составляет 251,8°F.
s
Непрерывная средняя температура на выходе нагревательной среды больше не рассчитывается, поскольку ранее было выполнено разовое измерение средней температуры, которое сохраняется как T, равное 239,1°F.
Подразумевается, что специалисту в этой области техники будут понятны различные изменения и модификации описанных здесь предпочтительных вариантов выполнения. Такие изменения и модификации могут быть выполнены без отклонения от сущности и объема настоящего предмета изобретения и без уменьшения его предусмотренных преимуществ. Следовательно, предусматривается, что на такие изменения и модификации распространяется действие приложенной формулы изобретения.