СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ ВЫПАРИВАНИЕМ ИЗ ФОСФОЛИПИДНОЙ ЭМУЛЬСИИ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА В РОТАЦИОННО-ПЛЕНОЧНОМ АППАРАТЕ
METHOD OF CONTROLLING REMOVAL OF MOISTURE BY EVAPORATION FROM PHOSPHOLIPIDS EMULSION OF SUNFLOWER-SEED OIL IN ROTARY FILM APPARATUS

Изобретение относится к способам и системам управления процессом влагоудаления из фосфолипидных эмульсий подсолнечных масел и может быть использовано в масложировой и других отраслях промышленности.
Известен способ управления процессом производства фосфатидных концентратов [Ключкин В.В. Технология производства жиров и др. Под ред. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1993. - 320 с.], включающий их обработку при температуре 90…96°С, укупорку в тару и хранение.
Недостатком известного способа управления процессом производства фосфатидных концентратов являются:
- отсутствие коррекции технологических режимов в условиях случайных возмущений на всех стадиях процесса производства фосфатидных концентратов;
- невысокое качество готовой продукции, значительные материальные и энергетические затраты из-за продолжительной тепловой обработки продукта;
- не реализованы принципы энергосбережения, так как не предусмотрено многократное использование пара с организацией замкнутого контура его рециркуляции;
- отсутствие программно-логического алгоритма функционирования многоканальной системы управления процессом получения фосфатидных концентратов при ограничениях на управляемые параметры, обусловленных качеством готовой продукции и экономической целесообразностью.
Известен способ управления процессом производства пюреобразных концентратов [Патент РФ №2337553, кл. А23В 7/00 (2006.01), A23L 1/212 (2006.01), A23L 3/00 (2006.01) 26.06.2007], предусматривающий удаление влаги из продукта в вакуум-выпарном аппарате при непрерывном перемешивании мешалкой, измерение режимных параметров процесса и их корректировка.
Недостатком способа управления являются высокие потери энергии с удаляемыми парами, а также трудность его применения для концентрирования фосфолипидной эмульсии подсолнечных масел путем выпаривания из тонкой пленки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ управления и стабилизации параметров выпаривания в ротационно-пленочном аппарате [А.с. СССР №1722516, кл. В01D 3/30, 30.03.92. Бюл. №12], предусматривающий удаление влаги из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате, обогреваемом через греющую рубашку паром, и поддержание режимных параметров.
Недостатком способа выпаривания в ротационно-пленочном аппарате является невысокая точность управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате, что ведет к неэффективному использованию энергозатрат и снижению качества готовой продукции.
Технической задачей изобретения является повышение точности управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате, что позволяет повысить энергетическую эффективность проведения процесса выпаривания и качество готовой продукции.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате, предусматривающем удаление влаги из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате, обогреваемом через греющую рубашку паром, получаемым в парогенераторе с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном, новым является то, что образующуюся в ротационно-пленочном аппарате парогазофосфолипидную смесь удаляют из него и разделяют с помощью фильтра на жидкую фосфолипидную фракцию и парогазовую смесь посредством вакуум-насоса с возвратом в режиме замкнутого цикла жидкой фосфолипидной фракции на предварительный подогрев в емкость для подогрева влажной исходной фосфолипидной эмульсии для увеличения ее текучести, отводят из аппарата обезвоженный фосфолипидный концентрат подсолнечного масла в виде готового продукта с последующим подогревом в емкости для увеличения его текучести, используют холодильную машину, состоящую из компрессора, конденсатора, испарителя и терморегулирующего вентиля, причем предварительный подогрев влажной исходной фосфолипидной эмульсии и последующий подогрев обезвоженного фосфолипидного концентрата подсолнечного масла осуществляют водой, подогреваемой в конденсаторе холодильной машины, а парогазовую смесь после фильтра сначала конденсируют в испарителе холодильной машины с отводом конденсата, вместе с конденсатом, образовавшимся в греющей рубашке ротационно-пленочного аппарата, в сборник конденсата, а затем из сборника конденсата посредством насоса высокого давления подают в парогенератор с образованием замкнутого цикла, измеряют расход влажной исходной фосфолипидной эмульсии и жидкой фосфолипидной фракции в линии возврата, уровень фосфолипидной эмульсии и фосфатидного концентрата в емкостях подогрева, расход пара, подаваемого в греющую рубашку ротационно-пленочного аппарата, перепад давления на фильтре, температуру и расход греющей воды для нагрева влажной исходной фосфолипидной эмульсии и готового фосфатидного концентрата, температуру хладагента в конденсаторе и испарителе холодильной машины, давление и уровень конденсата в парогенераторе, причем по температуре и расходу смеси влажной исходной фосфолипидной эмульсии с жидкой фосфолипидной фракцией устанавливают расход и температуру греющей воды, подаваемой в емкости для подогрева влажной исходной фосфолипидной эмульсии и обезвоженного фосфатидного концентрата, регулируют температуру греющей воды в конденсаторе холодильной машины за счет изменений теплоты конденсации хладагента в конденсаторе путем рекуперативного теплообмена между хладагентом и греющей водой воздействием на мощность привода компрессора холодильной машины, стабилизируют температуру в рабочем объеме ротационно-пленочного аппарата за счет регулирования расхода и температуры пара в греющей рубашке ротационно-пленочного аппарата путем изменения производительности парагенератора воздействием на мощность электронагревательных элементов, по расходу парогазофосфолипидной смеси из ротационно-пленочного аппарата устанавливают перепад давления на фильтре воздействием на мощность привода вакуум-насоса, причем при увеличении давления пара в парогенераторе выше предельно допустимого значения осуществляют сброс давления через предохранительный клапан, а при уменьшении уровня жидкости в парогенераторе осуществляют подпитку из сборника конденсата с помощью насоса высокого давления.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате, что позволяет повысить энергетическую эффективность проведения процесса выпаривания и качество готовой продукции.
На фиг.1 представлена схема, реализующая способ управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате.
Схема содержит ротационно-пленочный аппарат 1, имеющий греющую рубашку 2 и патрубки 3, 4 соответственно для ввода исходного продукта, вывода готового продукта, расположенные в верхней и нижней частях корпуса, а также патрубок 5 для присоединения к вакуумной системе. Рубашка 2 снабжена патрубками для подвода пара 6 и отвода конденсата 7.
Внутри корпуса ротационно-пленочного аппарата 1 размещен с возможностью вращения от электродвигателя 8 цилиндрический перфорированный ротор 9 с жесткозакрепленными лопастями 10.
Схема также включает теплообменники 11 и 12, фильтр для разделения парофосфолипидной смеси 13, холодильную машины, состоящую из испарителя 14, компрессора 15, конденсатора 16 и терморегулирующего вентиля 17, сборник конденсата 18, парогенератор 19 с регулятором мощности 20 его электронагревательных элементов, вакуум-насос 21, питательные насосы 22-26, вентили 27-35, линии подачи в непрерывно действующий ротационно-пленочный сушильный аппарат 1 исходной фосфолипидной эмульсии растительных масел 36, удаления готовой фосфолипидной эмульсии 37, подвода в греющую рубашку 2 из парогенератора 19 пара 38, удаления из греющей рубашки 2 конденсата 39, отвода из аппарата 1 парофосфолипидной смеси 40, возврата в линию 36 отделенной в фильтре 13 фосфолипидной фракции 41, отвода из фильтра 13 в испаритель 14 холодильной машины пара 42, рецеркуляции теплоносителя для подогрева в линии 36 исходной фосфолипидной эмульсии растительных масел 43, рециркуляции теплоносителя в линии 37 готовой фосфолипидной эмульсии 44, удаления из испарителя 14 конденсата 45, подачи в парогенератор 19 конденсата 46, подпитки сборника конденсата 18 свежей водой 47, стравливания из парогенератора 19 пара 48, датчики: расхода 49-57, начальной влажности 58 исходного сырья и влажности 59 фосфолипидного концентрата, частоты вращения 60 вала ротора с лопастями в вакуум-выпарном аппарате, давления 61-65, температуры 66-70, уровня жидкости 71-75, мощности электронагревательных элементов парогенератора 76, мощности электроприводов 77-84, микропроцессор 85 (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н, О, П, Р, С, Т, У,Ф, X, Ц, Ч, Ш, Щ, Э, Ю, Я, Ә, Ө, F, Ұ, h, Y, K - входные каналы управления, а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к, л, м, н, о, п, р, с, т, у - выходные каналы управления), исполнительные механизмы 86-104.
Вторичные приборы, цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи на схеме не показаны
Способ управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате осуществляют следующим образом.
Исходная предварительно подогретая в теплообменнике 11 фосфолипидная эмульсия поступает через вентиль 35, через патрубок 3 во внутреннее пространство корпуса ротационно-пленочного аппарата 1, где попадает на лопасти 10 вращающегося ротора 9 и под действием центробежных сил наносится на внутреннюю поверхность корпуса ротационно-пленочного аппарата 1, обогреваемого через греющую рубашку 2 паром, подаваемым через вентиль 34, патрубок 6 по линии 38.
Одновременно измеряют расход влажной исходной фосфолипидной эмульсии в линии 36 и жидкой фосфолипидной фракции в линии возврата 41, уровень фосфолипидной эмульсии и фосфатидного концентрата в емкостях подогрева 11 и 12, расход пара, подаваемого в греющую рубашку 2 ротационно-пленочного аппарата 1, перепад давления на фильтре 13, температуру и расход греющей воды для нагрева влажной исходной фосфолипидной эмульсии и готового фосфолипидного концентрата, температуру хладагента в конденсаторе 16 и испарителе 14 холодильной машины, давление и уровень конденсата в парогенераторе 19 с помощью датчиков 49-84.
При этом оперативное управление технологическими параметрами с учетом накладываемых на них двухсторонних ограничений, обусловленных как получением готового продукта высокого качества, так и экономической целесообразностью, осуществляют по программно-логическому алгоритму, заложенному в микропроцессор 85, в который передается информация о ходе процесса удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате от датчиков 49-84.
По текущей информации датчиков 52 и 58 соответственно по расходу в линии 36 и влажности исходного сырья микропроцессор 85 устанавливает частоту вращения ротора 9, значение которой измеряется датчиком 60, воздействием на мощность регулируемого привода 8 посредством исполнительного механизма 89.
Из условия материального и теплового балансов микропроцессор 85 устанавливает задание на температуру удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии в ротационно-пленочном аппарате 1, текущее значение которой измеряется датчиком 67, воздействием на расход пара в линии 38 с помощью вентиля 34 и исполнительного механизма 34, а также величину давления в аппарате 1, измеряемую датчиком 61, воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса 21 посредством исполнительного механизма 94.
Обрабатываемая фосфолипидная эмульсия подсолнечных масел в виде тонкой пленки поступательно перемещается вместе с выпаренными из нее парами влаги вдоль корпуса ротационно-пленочного аппарата 1 и выводится из него через патрубок 4 сначала в теплообменник 12, в котором поддерживается необходимая для обеспечения реологических свойств фосфолипидной эмульсии температура, значение которой измеряется датчиком 68, а затем после заполнения теплообменника обезвоженный концентрат фосфолипидной эмульсии, значение уровня которого измеряется датчиком 75, передается в микропроцессор 85, удаляется по линии 37 через вентиль 32 посредством исполнительного механизма 104 на последующие технологические цели (другие стадии его обработки).
По информации с датчика 59 об отклонении фактического значения влажности фосфолипидной эмульсии от заданного на выходе из аппарата 1 микропроцессор 85 осуществляет следующее: при отклонении текущей влажности фосфолипидной эмульсии в сторону увеличения сначала уменьшают частоту вращения вала ротора 9 с помощью исполнительного механизма 89 до достижения предельно минимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в аппарате 1 путем корректирующего воздействия с микропроцессора 85 на снижение частоты вращения вала вакуум-насоса 21 с помощью исполнительного механизма 94 и далее корректируют температуру фосфолипидной эмульсии воздействием на расход пара с помощью исполнительного механизма 88 вентиля 34 до достижения влажности обезвоженной концентрированной фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла заданного значения, а при отклонении текущей влажности концентрированной фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в сторону уменьшения сначала увеличивают частоту вращения вала ротора 9 с помощью исполнительного механизма 89 до достижения предельно максимального значения, затем осуществляют коррекцию величины давления в ротационно-пленочном аппарате до достижения предельно максимального значения воздействием на частоту вращения вала вакуум-насоса 21 с помощью исполнительного механизма 94 и далее корректируют температуру выпаривания фосфолипидной фракции воздействием на расход пара с помощью исполнительного механизма 88 вентиля 34 до достижения влажности фосфолипидной эмульсии заданного значения.
Образовавшаяся в результате выпаривания парогазофосфолипидная смесь из корпуса ротационно-пленочного аппарата 1 отсасывается вакуумной системой через отверстия перфорированного ротора 9 и через патрубок 5 в линию 40. Удаленная парогазофосфолипидная смесь поступает в фильтр 13, где от нее отделяется жидкая фракция (фаза) фосфолипидной эмульсии подсолнечных масел, в результате поддержания перепада давления до и после разделяющей поверхности фильтра 13 воздействием на мощность, измеряемую датчиком 82, привода вакуум-насоса 21 посредством исполнительного механизма 94, а также путем своевременного удаления из фильтра 13 фосфолипидной фракции при превышении предельно допустимого уровня, измеряемого датчиком 74 по линии 41 в линию 36 посредством исполнительного механизма 96 вентиля 28, исполнительного механизма 95 привода питающего насоса 23 и трехходового вентиля 27.
Трехходовой вентиль 27 обеспечивает необходимый расход фосфолипидной эмульсии в линии 36 в зависимости от измерения датчиками 49 и 51 расходов, поступающей в него исходной фосфолипидной эмульсии и фосфолипидной фракции из линии 41 путем передачи корректирующего сигнала с микропроцессора 85 исполнительному механизму 86.
Причем по температуре, измеряемой датчиком 66, и расходу, измеряемому датчиком 50 смеси влажной исходной фосфолипидной эмульсии с жидкой фосфолипидной фракцией, устанавливают с помощью исполнительного механизма 97 насоса 22 расход, измеряемый датчиком 56, и с помощью холодильной машины температуру, измеряемую датчиком 69, греющей воды, подаваемой в емкости для подогрева влажной исходной фосфолипидной эмульсии 11 и обезвоженного фосфолипидного концентрата 12.
Температуру греющей воды регулируют в конденсаторе 16 холодильной машины за счет изменений теплоты конденсации хладагента в конденсаторе 16 путем рекуперативного теплообмена между хладагентом и греющей водой воздействием на исполнительный механизм 101 изменения мощности, измеряемой датчиком 81, привода компрессора 15 холодильной машины.
Парогазовая фаза, прошедшая через фильтр 13, по линии 42 попадает в испаритель 14 холодильной машины, где из нее при давлении конденсации, измеряемой датчиком 63, конденсируется жидкая водяная фаза на поверхности змеевика, охлаждаемого в результате испарительного охлаждения дросселируемого во внутреннюю полость трубок змеевика через терморегулирующий вентиль 17 хладагента, а воздух и неконденсирующиеся газы при этом удаляются вакуум-насосом 21. Количество хладагента, впрыскиваемого во внутреннюю полость трубок змеевика испарителя 14, обеспечатся исполнительным устройством 100 терморегулирующего вентиля 17 в зависимости от изменения мощности привода компрессора.
В холодильной машине в результате осуществления работы сжатия хладагента в компрессоре 15 выделяется теплота, которая затем в конденсаторе 16 передается промежуточному теплоносителю, за счет чего происходит конденсация хладагента во внутренней полости трубок конденсатора 16.
После конденсатора 16 через вентиль 29 с помощью исполнительного устройства 98 одну часть промежуточного теплоносителя направляют для подогрева подаваемой в аппарат 1 по линии 36 исходной фосфолипидной эмульсии подсолнечных масел, а другую часть промежуточного теплоносителя подают для подогрева удаляемого по линии 37 из аппарата 1 полученного концентрата готовой фосфолипидной эмульсии подсолнечных масел.
Образовавшийся водяной конденсат из испарителя 14 холодильной машины отводят по линии 45 в сборник конденсата 18, куда также направляют по линии 39 и конденсат из греющей рубашки 2 аппарата 1.
При недостаточном уровне, измеряемом датчиком 73, конденсата в сборнике 18 по линии 47 через вентиль 31 с помощью исполнительного механизма 93 его подпитывают свежей специально подготовленной (обессоленной) водой.
Из сборника 18 конденсат по линии 46 посредством питательного насоса 26 направляют в парогенератор 19, где из него осуществляют образование пара с требуемыми параметрами. По информации датчика 62 микропроцессор 85 осуществляет непрерывную стабилизацию давления пара в парогенераторе 19 воздействием на мощность, измеряемую датчиком 76, электронагревательных элементов посредством исполнительного механизма 91 регулятора мощности 20. При этом достигается заданная производительность парогенератора 19, контроль за которой обеспечивается датчиком расхода пара 53 в линии 38. При достижении давления пара в парогенераторе 19 верхнего предельного значения для предотвращения аварийной ситуации осуществляют сброс давления пара путем его стравливания в линии 48 через предохранительный вентиль (клапан) 33 с применением исполнительного механизма 90.
Информация о текущем значении уровня конденсата в парогенераторе 19 с помощью датчика 72 передается в микропроцессор 85. При изменении уровня конденсата, измеряемого датчиком 72, в парогенераторе 19 микропроцессор 85 осуществляет двухпозиционное регулирование привода питающего насоса 26 с помощью исполнительного механизма 92, который осуществляет подачу конденсата из сборника конденсата 18 в парогенератор 19: включает питающий насос 26 при достижении уровня конденсата в парогенераторе 19 нижнего заданного значения и отключает его при достижении верхнего заданного значения.
Предложенный способ управления процессом удаления влаги выпариванием из фосфолипидной эмульсии подсолнечного масла в ротационно-пленочном аппарате позволяет:
- повысить качество готового продукта за счет оптимизации баротермического режима вследствие стабилизации температуры и давления высушиваемого продукта в вакуум-выпарном аппарате;
- обеспечить более высокую точность поддержания технологических параметров и надежность системы автоматического регулирования процессом сушки фосфатидных концентратов, что ведет к повышению энергетической эффективности проведения процесса выпаривания