Диссертация (1152206), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Выбраны контролируемые и регулируемые параметры как показателиконтролякачества:промежуточныйкоординат(уровень),плотность,коэффициент истечения, скорость дозатора и скорость привода питателя.Рассмотрены и проанализированы методы и средства автоматическогоконтроля в потоке этих показателей.7. Интенсивный рост объемов мирового производства молотого кофепривело к появлению в пищевой промышленности роторных системавтоматического дозирования, которые учитывает влияние транспортноговращения системы на характер движения молотого кофе в питателе и влияниескорости вращения привода дозатора, как следствие, на производительностьстаканчикового дозатора, что требует проведения комплекса аналитических иэкспериментальных исследований.8.
В задаче управления процессом дозирования молотого кофе на базесовременных промышленных контроллеров позволяет реализовать высокийинновационный потенциал систем управления, который отражается: ввозможности формирования трендов переменных состояния бункера на основеполучения измерительной информации об уровне молотого кофе по всемупространству бункера объемного дозатора.9. Современное программное обеспечение верхнего уровня для работы сприборами рассматриваемого класса не позволяет представлять процессдвижения среды в бункере за исключением отображения на мониторемнемосхемы с имитацией заполнения бункера СД. Была поставлена задачасоздания математическая модель процесса ДМК с использованием микро–ЭВМи регулятора, позволяющие компенсировать влияние внешних возмущающихвоздействий, такие как параметры технологического режима скорости подачи искорости СД. Вести дозирование по заданной программе, удобно представлятьинформацию оператору и передавать результаты дозирования (например,общий объем прошедшего молотого кофе) на следующий уровень управления.55ГЛАВА 2.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ,МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПАРАМЕТРИЧЕСКИХМОДЕЛЕЙ ОПИСАНИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯДОЗИРОВАНИЕМ МК2.1. Экспериментальное исследование дисперсного состава МКРеальные дисперсные системы состоят, как правило, из частиц разногоразмера, поэтому при анализе процесса с полидисперсным молотым кофедолжнобытьизвестнораспределениечастицпоразмерам,т.е.гранулометрический или зерновой состав МК.
Определяется методамиситового, седиментационного, микроскопического и другими методами анализа[172]. Прямое измерение размеров частиц используют для определениягранулометрического состава в основном кускового, крупнозернистого,мелкозернистого и порошкообразного материалов. При этом методе частицыизмеряют с помощью соответствующего измерительного инструмента, амелкозернистые материалы с помощью инструментального микроскопа.Перед измерением с помощью микроскопа порошкообразные материалыразмешивают в глицерине, затем смесь переносят на предметное стекло инаносят его тонким слоем.
Достоверные результаты определения размеровчастиц молотого кофе могут быть достигнуты только путем измерениябольшого их количества. Если частицы имеют разную форму и размеры, точислоизмеренийдолжнобытьнеменее2000,поэтомуметоднепосредственного измерения считается трудоемким [113].Традиционныеметодыисследованияповерхности,такиекакрентгеновская дифракция, дифракция медленных электронов, и электроннаяспектроскопия, позволяют получать усредненную по поверхности образцаинформацию о расположении атомов.56Растроваяэлектроннаямикроскопияпозволяетразрешатьдеталинанометрового масштаба, но не дает непосредственно информацию о высотеповерхностных деталей. Все эти методы работают только в вакууме.Новые возможности открылись после изобретения Г.
Биннигом и Х.Рорером (1981 г.) сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), позволившейэкспериментальнополучитьизображениямиповерхностисатомнымразрешением, и атомного силового микроскопа (АСМ, Г. Бинниг и др., 1986г.),с помощью которого стало возможным изучать рельефнее только проводящих,ноидиэлектрическихматериалов.Врисунке2.1,представленмикрофотографии элемента частиц молотого кофе с помощью зондовоймикроскопий.Рисунок 2.1. Способы графического представления частицмолотого кофе, а. 2D изображение частиц МК, б.
Рельефповерхности частиц, в. 3D изображение частиц МК57Для проведения исследования формы частиц молотого кофе, былиспользован сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) для учебных целей(NanoEducator).СЗМ NanoEducator позволяет реализовать различные методы измеренийтуннельной и «полуконтактной» атомно-силовой микроскопий и можетиспользоваться в научных целях при исследованиях в области физики итехнологии микро и наноструктур, материаловедения, катализа, физики ихимии полимеров, трибологии, цитологии и т.
п.В сканирующей зондовой микроскопии вместо зондирующих частицприменяется острый зонд, игла.На рисунке 2.2 можно представить изображение разных частиц молотогокофе. Качество изображения по методам СЗМ определяется радиусом кривизныкончика зонда, что при неправильном выборе зонда или его поврежденииприводит к появлению артефактов на получаемом изображении. На рисунках2.3, 2.4 показаны результаты измерения размер частиц тонкого и среднегопомола молотого обжаренного кофе.Рисунок 2.2.
Электронные микрофото разных частиц МК пометодике СЗМРезультат эксперимента на зондовой микроскопии показал, что размерчастиц тонкого молотого кофе имеет предел в диапазоне 0.200 μм на рисунке582.4. Для измерения среднего диаметра частиц обжаренного молотого кофе пометодике зондовой микроскопии был использован 0.2 до 0.5 граммобжаренного молотого кофе. На рисунке 2.5 представляется размер частиц впроцентах дисперсии среднего помола молотого кофе.Рисунок 2.3. Плотности распределения состава фракций МКРисунок 2.4.
Размер частиц в процентах дисперсии среднегопомола молотого кофе592.1.1. Определение статистических характеристик размера частицмолотого кофеОпределение размеров частиц (гранулометрического состава) молотогокофе обычно осуществляется в широком спектре отраслей и зачастую этотпараметр является критичным при производстве большого количествапродуктов молотого кофе [114, 133, 167].Розин и Раммлер, статистически анализируя гранулометрический составизмельченных продуктов, определили, что распределение масс частицразличныхклассовкрупностиописываетсяраспределениемВейбулла.Выражения для плотности распределения (мк ) и функции распределения(мк ) имеют вид [7, 72].(мк ) = −1 −мк ;(2.1)(час ) = 1 − −мк ; > 0, > 0, мк > 0При = 1, распределении Вейбулла обращается в экспоненциальное, при = 2, этораспределение называютраспределениеРелея,при → ∞,распределение стремится к нормальном. Усредненной характеристикойраспределения вероятностей непрерывной случайной величины х являетсяматематическое ожидание [73].∞() = ∫ ()(2.2)−∞Применительно к молотому кофе, х является диаметром частиц мк иизменяется от 0 до ∞ мм.
При этом (мк ) равно эквивалентному диаметру э.Для распределения Вейбулла математическое ожидание, характеризующеесредневзвешенный эквивалентный диаметр, определяют уравнением (2.4) [74].э = (мк ) = 1− Г (11+ ) ; > 0, > 0,где Г() − гамма-функция;∞Г() = ∫0 −1 − (интеграл Эйлера); > 0(2.3)60Аналитической зависимости соответствует дискретная формула.э = ∑ мк. , мм, ; ∑ = 1,(2.4)=1мк. − диаметр − той фракции частиц молотого кофе, мм; − содержание частиц − той фракции молотого кофе, д.ед.; − количество фракций.Более применимым показателем для оценки распределения фракцийразличных диаметров относительно э является коэффициент вариации.2 = √ , мм/мм(2.5)эЧем больше значение , тем относительно больший разброс и меньшаявыравненность исследуемых значений диаметров частиц молотого кофе.Определение характерного размера частиц молотого кофе (неправильнойформы) затруднительно. Поэтому введено понятие эквивалентного диаметра,соответствующего: диаметру круга, площадь которого эквивалентна проекциичастиц (например, при измерениях под микроскопом): диаметру шара равногообъема (например, определенного как граничный размер при рассеве);диаметру, рассчитанному по предельной скорости движения частицы молотогокофе в различных силовых полях.В соответствии со статистическими данными число измеряемых частицмолотогокофедолжносоставлять,покрайнеймере,300—500.Представительность пробы можно повысить, если увеличить число частицпримерно до 3000.
Измерение под микроскопом частиц дает надежные иточные значения. Основным размером частицы молотого кофе неправильнойформы принято считать эквивалентный диаметр.э =6(2.6)Где, - удельная поверхность частицы молотого кофе (отношение ееповерхностикобъему).Значение обычноспециального прибора для порции молотого кофе.определяютспомощью61э - это обычно средний диаметр частиц исследуемой порции молотогокофе. Чаще всего в качестве среднего диаметра частиц порции молотого кофеиспользуют среднемассовый диаметр.мк∑=0 э =, где,∑=0 (2.7)= 5-12 - число фракций (классов), на которые рассеивается порциямолотого кофе,э − эквивалентный диаметр и масса частиц i-й фракции.Выбираем микрофотографии, где можно смотреть границы гранулымолотого кофе достаточно ясно.
Затем, надо найти микрофотографию помасштабу модели микроскопа, с тем же увеличении микроскопа измеряетсяразмер частиц. Допустим, измеряем размер частица кофе в микрографии по50х, т.е, масштаб – 50х. Очевидно, что в интервале от 0 до 10см линейки есть 35деление шкалы. Каждые из этих делений равняется 0,1мм. Таким образом,калибрируем линейку, создаем переменные со своими значениями и получаемуравнения. = Откуда =(2.8) , = − постоянная калибрация и его абсолютнаяошибка будет:∆ ∆ ∆ ∆=++ ,(2.9)Ширина шкалы ½ делений ∆np = 0,5 и тогда получим.∆ 0,5=k=∆k =0,535351000.01мм = 0,0035 мм,0.0035мм = 5 ∗ 10−3 мм, т.е k = (3.50 ± 0.05)μмммЛюбая структура (зерно, частиц и т.д.), имеющие длину L (миллиметров)в микрофотографии, его правильный размер будет L*k микронов.
На62выбранной микрофотографии построятся (N) равные отрезки, все с одинаковойдлиной (L), в десяти разных местах. Допустим, длина 15см, на каждой отрезке,считаем число (n) пересечений межу частицами. Если один конец отрезканаходится в пределах зерна, учитывается как половина пересечения. Нарисунке 2.5., можно представить границы МК полученные от микрофотографиис помощью СЗМ в результате чего, была получена средний диаметр частицобжаренного МК (таблица 2.1).Рисунок 2.5. Границы и диаметр частиц МКТаблица 2.1.Средний диаметр частиц обжаренного молотого кофе№мк№мк№мк10,39960,400 11 0,477 16 0,464 210,462260,47520,23370,337 12 0,591 17 0,637 220,658270,39330,25380,535 13 0,405 18 0,650 230,623280,38440,35690,329 14 0,484 19 0,354 240,351290,51750,17810 1,088 15 0,574 20 0,489 250,499300,765мк№мк№мк№На основании проведенных исследования и расчетов размер частиц МКполучены результаты диаметр частиц всех видов помола молотого обжаренногокофе в таблице 2.2.63Таблица 2.2.Помол МКДиаметр частиц мк [мм]Очень тонкийМенее 0,43ТонкийБольше либо равно 0,43и менее 0,72СреднийБольше либо равно 0,72 и менее 1,70БольшойБольше либо равно 1,702.1.2.
Определение насыпной плотности молотого кофеОценка закона и параметров распределения насыпной плотностимолотого кофе в бункере объемного дозатора при производстве кофе среднейстепени молотого кофе сорта «Арабика» в рыхлонасыпном состояниипроводилась с использованием статистических методов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
