Диссертация (1152216), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

После заполнения автоклава водой до нижнегоуровня по команде оператора производится подогрев воды до заданнойтемпературы. После загрузки оператором сеток с консервами в автоклав егокрышку герметично закрывают. Оператор запускает основной режим работы.Система автоматически набирает воду в автоклав до срабатывания верхнегодатчика уровня10 (датчик срабатывает при контакте с водой), проверяетгерметичность автоклава и начинает основную фазу процесса стерилизации.Для организации человеко-машинного интерфейса используется панельоператора, предназначенная для ввода формулы стерилизации, мониторинга иредактирования значений параметров технологического процесса. На экранепанели отображается ход выполнения технологического процесса и выполняетсяредактирование значений параметров функционирования системы.Устройство и программа архивации данных предназначены для сбора,хранения на карте памяти или персональном компьютере (ПК) данных,полученных от ПЛК.Все обозначенные в схеме 1.6 устройства являются серийно выпускаемымиотечественной промышленностью, что делает систему доступной в реализации.37Вотличиеотсхемы,микропроцессорногоразработаннойуправления,ВыскубовымпредложеннаясхемаЕ.В.,набазеавтоматизациитехнологического процесса на основе ПЛК обеспечит [46]:автоматическое заполнение автоклава водой и еѐ предварительныйнагрев во время подготовительного режима;автоматическое регулирование параметров процесса стерилизации сприменением двухконтурного четырѐхканального программного регулятора, чтопозволит добиться высоких показателей качества процесса регулирования;создание автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора,реализованного на основе цифровой панели оператора и ПК, что позволитосуществлять ввод формул стерилизации, наблюдать за ходом технологическогопроцесса в режиме реального времени, отражать предаварийные и аварийныеситуации;архивацию данных о технологическом процессе (регистрациюдавления и температуры по времени) с целью их централизованного сбора, чтопозволит формировать архив по каждой процедуре стерилизации консервов свозможностью просмотра и распечатки графиков на принтере.Все это позволяет добиться [47]:выпускапродукциитребуемогокачестваблагодаряточномусоблюдению технологического режима;экономииэнергоресурсовзасчѐтточногорегулированиятехнологических параметров и соблюдения алгоритмов работы;безопасногофункционированияавтоклавазасчетналичиянеобходимых защит, блокировок и системы аварийных оповещений;снижения трудоѐмкости в обслуживании автоклава и его системыавтоматического управления;увеличения ресурса автоклава путем точного соблюдения еготехнологического режима работы;сокращения расходов на ремонт системы управления.38Выводы по первой главе1.

В ходе исследования выделены особенности процесса стерилизацииконсервов в вертикальных автоклавах периодического действия. К ним относится:стадийность технологического процесса, управление двумя взаимосвязаннымипараметрами (температурой и давлением) и использование для регулированияобозначенных параметров четырѐх взаимосвязанных каналов управления.2. Установлено, что кроме типовых возмущений, связанных с изменениемначальной температуры стерилизуемой продукции и различной степеньюзагрузки аппарата, процесс стерилизации подвержен главному возмущению,связанному с нестабильностью параметров в подающих трубопроводах.3. Обоснована целесообразность разработки программно-аппаратногокомплекса управления технологическим процессом стерилизации консервов,реализуемого на базе программируемого логического контроллера.39ГЛАВА 2.

СОЗДАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ ВПРОМЫШЛЕННОМ АВТОКЛАВЕ2.1 Математическое описание изменения технологических параметров впромышленном автоклавеАвтоклав является объектом, в котором протекает два взаимосвязанныхпроцесса: процесс изменения температуры и процесс изменения давления.

Вотличие от простых теплообменных аппаратов, предназначенных только дляпередачи тепла от тепло – (холодо-) носителя к продукту, тепловой процесс вавтоклаве сопровождается технологически необходимым избыточным давлением.Сэтойточкизренияавтоклавкакобъектавтоматизацииимеетдвевзаимосвязанные регулируемые величины.Наиболее полные исследования автоклава как объекта автоматизациипроведены Б.Е. Щѐкиным [86].При стерилизации консервов в стеклянной таре основной аккумулирующейтеплоѐмкостью является вода, а тепловой ѐмкостью паровоздушной среды можнопренебречь.В соответствии с этим с точки зрения теплообмена (по учѐту тепловыхемкостей) автоклав можно рассмотреть в трѐх вариантах [8]:учитывается только тепловая ѐмкость воды и продукта в банках, атепловой ѐмкостью корпуса пренебрегаем (рисунок 2.1 а);учитывается тепловая ѐмкость воды, продукта и корпуса автоклава,причѐм температура корпуса принимается равной температуре воды в автоклаве(рисунок 2.1 б);учитывается тепловая ѐмкость воды, продукта и корпуса автоклава,причѐм температура корпуса отлична от температуры воды (рисунок 2.1 в).40QПРQВводабанкиQБа)QПРвода и корпусQВбанкиQБб)QПРводабанкиQБкорпусQКQВв)Q ПР – количество передаваемого тепла в автоклав;Q В – количество теплапередаваемого теплоносителю (воде) в автоклаве; Q Б – количество теплапередаваемого продукту в банках; Q К – количество тепла передаваемого корпусу(стенкам) автоклава.Рисунок 2.1 - Схема теплообмена в автоклаве в зависимости от видаучитываемых тепловых емкостейХотя многие исследователи подтвердили [8,34,86], что рассмотрениеавтоклава как объекта с сосредоточенными параметрами (рисунок 2.1б) вполнедопустимо и позволяет получить достоверные результаты при относительнойпростоте математического описания, всѐ же, по мнению автора, последнийвариант (рисунок 2.1в) наибольшим образом соответствует физической природепротекающих в автоклаве теплообменных процессов [43].В остальном, что касается тепловых процессов внутри консервных банок,допустимо считать автоклав объектом с сосредоточенными параметрами (рисунок2.2) и не рассматривать тепловые процессы внутри самих банок, что доказано вработах [89, 39, 92,94].41z2z4gСЛgХВВодаz3СбросcВ,mВ,QВgВОЗВоздухcK,mK,QKz1gПАРcБ,mБ,QБПарQ В – количество тепла, передаваемого теплоносителю (воде) в автоклаве; Q Б –количество тепла, передаваемого продукту в банках; Q K – количество тепла,передаваемого корпусу автоклава; mВ – масса воды в автоклаве;mБ – массапродукта в банках; mK – масса корпуса автоклава; cВ – удельная теплоѐмкостьводы; сБ – удельная теплоѐмкость продукта в банках; сK – удельная теплоѐмкостьстали корпуса автоклава; z - ход плунжера соответствующего регулирующегоклапана (исполнительного механизма); g ХВ – массовый расход холодной воды;g ПАР – массовый расход пара; gСЛ – массовый расход паровоздушной смеси черезсливной клапан; g ВОЗ – массовый расход воздуха.Рисунок 2.2 - Расчѐтная схема вертикального автоклава при стерилизации паромс противодавлением консервов в стеклянной тареСтруктурная схема имитационной модели процесса стерилизации консервовв воде, подогреваемой паром, представлена на рисунке 2.3.Буквенныеобозначения на структурной схеме (рисунок 2.3): PПАР – давление в паровоймагистрали, МПа; PХВ – давление в магистрали холодной воды, МПа; PСЛ –давление в магистрали слива паровоздушной смеси, МПа; PВОЗ – давление в42магистрали подачи воздуха, МПа; МИМ – мембранный исполнительный механизм(регулирующий клапан); X – сигнал управления исполнительным механизмом;g ПАР – массовый расход пара, кг/c; g ХВ – массовый расход холодной воды, кг/c;gСЛ – массовый расход паровоздушной смеси через сливной клапан, кг/c; g ВОЗ –массовый расход воздуха, кг/c; PПВС – давление паровоздушной смеси в автоклаве,Па;  В – температура воды в автоклаве, oC;  Б – температура банок, oC;  К –температура корпуса автоклава, oC; ОС – температура окружающей среды, oC;PАВТ – полное давление в автоклаве, Па;  АВТ – температура в автоклаве, oC.XПАРPПАРМИМ1gПАР++ Паровоздушное PПВС+ пространство -МИМ2gХВ-МИМ4gСЛМИМ3+-XВОЗPВОЗΘВГреющая средаXСЛPСЛPАВТΘАВТДатчиктемпературыXХВPХВДатчикдавленияБанкиКорпус-ΘБΘКΘОСgВОЗРисунок 2.3 - Структурная схема модели технологического процессастерилизации консервов в автоклаве2.1.1 Математическое описание процесса изменения температуры вавтоклавеУравнение баланса тепловой энергии в автоклавепри стерилизацииконсервов в воде, подогреваемой паром, для бесконечно малого промежуткавремени dt, имеет вид [8]:43g ПАР r  g ХВ сВ  В   ХВ   gСЛ В сВ  qПОТ  qБ  qК  mВ сВгдеd В,dt(2.1)g ПАР – массовый расход пара через регулирующий клапан, кг/с;g ХВ – массовый расход холодной воды через регулирующий клапан,кг/с;gСЛ– массовый расход паровоздушной смеси через сливнойрегулирующий клапан, кг/с;qБ – тепловой поток к стерилизуемым банкам, Дж/с;qК – тепловой поток к корпусу автоклава, Дж/с;qПОТ – тепловые потери корпуса автоклава, Дж/с;о В – температура воды в автоклаве, С;о ХВ – температура холодной воды, С;d В – приращение температуры греющей среды за время dt;r – удельная теплота парообразования, Дж/кг;оcВ – удельная теплоѐмкость воды, Дж/(кг С);mВ – масса воды в автоклаве, кг.Тепловой поток, направленный к банкам [86]:qБ   ВБ FБ  В  Б  ,где(2.2)о ВБ – коэффициент теплоотдачи вода-банка, Дж/(м с С);22FБ – площадь внешних поверхностей всех банок, м ;о Б – температура банок, С.Тепловой поток, направленный к корпусу автоклава:44qК   ВС FК (В  К ),где(2.3)о ВС – коэффициент теплоотдачи вода-сталь, Дж/(м с С);22FК – площадь поверхности корпуса автоклава, м ;о К – температура корпуса автоклава, С.Тепловой поток, направленный в окружающую среду:qПОТ  СВ FК  К  ОС  ,где(2.4)о СВ – коэффициент теплоотдачи сталь-воздух, Дж/(м с С);2оОС – температура окружающей среды, С.Приращение температуры банок [19]:d Б гдеqБdt ,mБ сБ(2.5)оd Б – приращение температуры банок, С;mБ – масса банок, кг;осБ – удельная теплоѐмкость банок, Дж/(кг С).Приращение температуры корпуса автоклава:d К гдеqК  qПОТdt ,mК сК(2.6)оd К – приращение температуры корпуса автоклава, С;mК – масса корпуса автоклава, кг;45осК – удельная теплоѐмкость стали корпуса автоклава, Дж/(кг С).С учетом представленных выше допущений, на основании уравнения (2.1)баланса тепловой энергии в автоклавепри стерилизации консервов в воде,разработана структурная схема канала регулирования температуры (рисунок 2.4).Числовые значения констант, входящих в структурную схему, сведены втаблицу 2.1.Таблица 2.1 – Числовые значения констант в структурной схемеНазвание константыБуквенноеобозначениеТемператураводывавтоклавеначальнаяТемпература холодной водыТемпература банок начальнаяТемпература окружающей средыТемпературакорпусаавтоклаваначальнаяПлощадь внешних поверхностей всехбанокПлощадьповерхностикорпусаавтоклаваМасса воды в автоклавеМасса банокМасса корпуса автоклаваУдельная теплоѐмкость водыУдельная теплоѐмкость банок спродуктомУдельная теплоѐмкость стали корпусаавтоклаваКоэффициент теплоотдачи вода-банкаВ0 ХВБ 0ЕдиницыизмеренияоСоЗначение75К 0ССоСоС20702525FБм238,7FКм28,4mВmБmКcВкгкгкгДж/(кг оС)сБДж/(кг оС)1160461,1121041903680сКДж/(кг оС)480 ВБДж/(м2с оС)1450Коэффициент теплоотдачи вода-сталь ВСДж/(м2с оС)200КоэффициенттеплоотдачистальвоздухУдельная теплота парообразования СВДж/(м2с оС)10,79rДж/кг2260000ОСо46Канал набора температурыg ПАРr1+В ++mВ сВ pqБmБ сБ pqК+mК сК pqПОТ_Б++ ВС FК1 АВТ+ ВБ FБ1В0Б 0+К ++К 0+ СВ FК_ОС_ ХВ+g ХВg СЛсВсВКанал охлажденияКанал сброса давленияРисунок 2.4 – Структурная схема канала регулирования температуры в автоклаве472.1.2 Математическое описание процесса изменения давления в автоклавеДавление в автоклаве определяется тремя слагаемыми: парциальнымдавлением насыщенного водяного пара, парциальным давлениемвоздуха идавления столба воды.

Характеристики

Список файлов диссертации