Способ автоматического управления экструдером

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к автоматизации процессов переработки пищевых концентратов, и может быть использовано в устройствах для производства экструдированных продуктов, а также в других производствах, использующих экструзию. Способ включает измерение расхода и влажности исходного сырья и экструдата, температуры продукта в предматричной зоне экструдера и частоты вращения регулируемого привода экструдера. Исходное сырье подают по двум линиям параллельно: твердую фракцию - через предкондиционер в экструдер, а жидкую фракцию - через подогреватель в полый вал шнека и из него - в зону загрузки рабочей камеры экструдера. В подогревателе осуществляют бесконтактный нагрев жидкой фракции паром, который затем поступает в предкондиционер экструдера, где смешивается с твердой фракцией. Дополнительно измеряют расход и температуру жидкой фракции, а также расход пара, поступающего в предкондиционер. Коррекцию расхода жидкой фракции производят по текущему значению расхода твердой фракции, коррекцию температуры в предматричной зоне экструдера - путем регулирования температуры нагрева пара в калорифере, а коррекцию влажности готового продукта - по расходу пара, поступающего в предкондиционер. По расходу и влажности экструдата осуществляют коррекцию пара, поступающего на подпитку. Изобретение позволяет повысить качество готового продукта за счет усовершенствования схемы автоматического контроля и регулирования процесса экструзии многокомпонентных смесей. 1 ил.

 

Изобретение относиться к пищевой промышленности, а именно к автоматизации процессов переработки пищевых концентратов. Оно может быть использовано в устройствах для производства экструдированных продуктов, а также и в других производствах, использующих экструзию.

Известен способ автоматического управления экструдером, предусматривающий измерение расхода и влажности исходного сырья и экструдата, температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоты вращения регулируемого привода экструдера [Патент РФ №2130831, МПК⁶ В 29 С 47/92, Заявл. 15.12.1997, Опубл. 27.05.99., Бюл. №15].

Недостатками известного способа является невозможность контроля и регулирования процесса экструзии многокомпонентных смесей с параллельной схемой загрузки и, как следствие, невозможность получения полифункциональных экструдатов высокого качества.

Технической задачей изобретения является повышение качества готового продукта за счет усовершенствования схемы автоматического контроля и регулирования процесса экструзии многокомпонентных смесей.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления экструдером, предусматривающем измерение расхода и влажности исходного сырья и экструдата, температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоты вращения регулируемого привода экструдера, новым является то, что экструдер дополнительно снабжен подогревателем жидкой фракции и предкондиционером, а исходное сырье подается по двум линиям параллельно: твердая фракция - через предкондиционер в экструдер, а жидкая фракция - через подогреватель в полый вал шнека и из него - в зону загрузки рабочей камеры экструдера, при этом в подогревателе осуществляется бесконтактный нагрев жидкой фракции паром, который затем поступает в предкондиционер экструдера, где смешивается с твердой фракцией, дополнительно измеряют расход и температуру жидкой фракции, расход пара, поступающего в предкондиционер, коррекцию расхода жидкой фракции производят по текущему значению расхода твердой фракции, а коррекцию температуры в предматричной зоне экструдера путем регулирования температуры нагрева пара в калорифере, коррекцию влажности готового продукта - по расходу пара, поступающего в предкондиционер, а по расходу и влажности экструдата осуществляют коррекцию пара, поступающего на подпитку.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа.

Схема содержит экструдер с предкондиционером 1, загрузочным бункером 2, шнеком 3 с полым валом 4, матрицей 5, регулируемый привод 6 экструдера, регулируемый привод предкондиционера 7, вентилятор 8, электрокалорифер 9, подогреватель 10; линии: 0.2.1 подвода твердой фракции исходного сырья, 0.2.2 подвода жидкой фракции исходного сырья, 0.2.3 отвода экструдата, 0.1.1 подвода пара в подогреватель 10, 0.1.2 подвода пара в предкондиционер, 0.1.3 отвода пара в линию подпитки; датчики 11 и 13 расхода исходного сырья (жидкой и твердой фракции), датчики 12 и 14 влажности исходной жидкой и твердой фракции, датчик расхода греющего пара 15, датчик температуры греющего пара 16, датчик 17 влажности экструдата, датчик 18 расхода экструдата, датчик 19 температуры в предматричной зоне экструдера, датчик 20 потребляемой мощности регулируемого привода экструдера, датчик 21 потребляемой мощности электрокалорифера, датчик 22 потребляемой мощности регулируемого привода предкондиционера, исполнительные механизмы 23-31, двухпозиционные переключатели 32-35, трехпозиционный переключатель 36, микропроцессор 37 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и - входные каналы управления, к, л, м, н, о, п, р, с, т, у, ф, х - выходные каналы управления).

Способ осуществляется следующим образом.

Исходное сырье подается параллельно по двум линиям: твердая фракция через предкондиционер 1, регулируемая исполнительным механизмом 31, а жидкая через подогреватель 10, регулируемая исполнительным механизмом 24. По измеренным текущим значениям расхода твердой фракции исходного сырья датчиком 13, влажности твердой фракции исходного сырья датчиком 14, установленных в линии 0.2.1, и влажности жидкой фракции исходного сырья датчиком 12, установленным в линии 0.2.2, микропроцессор 37 устанавливает заданный расход жидкой фракции исходного сырья, контролируемый датчиком расхода жидкой фракции 11, установленным в линии 0.2.2, и с помощью исполнительного механизма 29 устанавливает заданную мощность регулируемого привода 6 экструдера.

При этом устанавливают и постоянно поддерживают заданный тепловой режим в предматричной зоне экструдера при помощи датчика температуры 19, установленного в линии 0.2.3, изменяя температуру жидкой фракции исходного сырья, датчика температуры греющего пара 16 и датчика расхода 15 пара, установленных в линии 0.1.2, и исполнительных механизмов 25, 26, 27 и 28.

По текущим значениям температуры в предматричной зоне, измеренным датчиком 19, и температуры греющего пара, измеренным датчиком 16, микропроцессор 37 вычисляет наиболее оптимальную температуру жидкой фракции исходного сырья и с помощью исполнительных механизмов 25, 26, 27 и 28 устанавливает рациональный расход и температуру рециркулируемого пара, необходимые для поддержания наиболее оптимальной температуры в предматричной зоне экструдера.

По текущим значениям расхода и влажности твердой фракции исходного сырья, измеряемым соответственно датчиками 13 и 14, и влажности жидкой фракции исходного сырья, измеряемой датчиком 12, микропроцессор 37 вычисляет расход пара, подаваемого в предкондиционер из линии 0.1.1 с помощью исполнительного механизма 26, вычисляет тепловой поток с твердой и жидкой фракцией исходного сырья и в соответствии с ним устанавливает расход пара с помощью исполнительных механизмов 25 и 27, установленных в линиях 0.1.2 и 0.1.1 соответственно.

По текущим значениям расхода экструдата, измеряемым датчиком 18, микропроцессор 37 непрерывно корректирует расход твердой и жидкой фракций исходного сырья с помощью соответственно исполнительных механизмов 23 и 24, с целью предотвращения переполнения каналов подачи сырья.

По текущим значениям расхода и влажности экструдата, измеренным соответственно датчиками 18 и 17, осуществляют коррекцию расхода пара, поступающего на подпитку по линии 0.1.1 с помощью исполнительного механизма 27.

Рассмотрим способ автоматического управления процессом экструзии на примере работы экструдера Р3-КЭД, оборудованного регулируемым приводом, используемого для производства сладких кукурузных палочек с различными пищевыми добавками.

Процесс осуществляется со следующими техническими характеристиками:

производительность по экструдату, кг/ч	310...330
установленная мощность, кВт	80
влажность твердой фракции исходного сырья, %	10...12
влажность жидкой фракции исходного сырья, %	35...40
частота вращения шнеков, с-1	11,5...14,75
температура пара на входе в рубашку, °С	110...120
расход пара, м3/ч	0...5,4
давление в зоне прессования, МПа	15
температура в зоне прессования, °С	170

Исходное сырье подается параллельно по двум линиям: твердая фракция в количестве 310 кг/ч, а жидкая в количестве 10,8 кг/ч. После выхода экструдера на рабочий режим значение расхода готовой смеси составляет 320,8 кг/ч, а влажность 16%, по этим значениям устанавливают соотношение твердой и жидкой фракции исходного сырья 1:10, а также количество подаваемого пара, например 0,5 м³/ч, и частоту вращения шнеков 12,5 с^-1. Конечная влажность экструдата составляет 5...6%. Также устанавливают расход пара в линии подвода пара рубашку 0.1.2, например 1,5 м³/ч, для поддержания температуры 170°С.

После выхода экструдера на рабочий режим в предматричной зоне устанавливается заданное давление 15 МПа. При отклонении текущего значения давления от требуемого на 0,5 МПа в соответствии с измеренным расходом твердой и жидкой фракций исходного сырья осуществляется грубая регулировка давления за счет изменения частоты вращения шнека на 2 с^-1 соответственно датчиками 13 и 11 с помощью исполнительного механизма 29, а при выходе значений за границы допустимого диапазона точная регулировка за счет изменения расхода пара в линии подвода пара рубашку на 0,5 м³/ч и его температуры на 10°С, вызывающего стабилизацию температурного режима в предматричной зоне экструдера с помощью исполнительных механизмов 25, 27 и 28.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления экструдером по сравнению с базовым имеет следующие преимущества:

- позволяет производить переработку многокомпонентных смесей различного фракционного состава;

- обеспечивает стабилизацию температурного режима в предматричной зоне экструдера;

- позволяет получить готовый продукт высокого качества за счет оптимизации температурного режима вследствие стабилизации температуры готового продукта в предматричной зоне;

- обеспечить более высокую точность поддержания технологических параметров и большую надежность системы автоматического регулирования процессом экструзии.

Способ автоматического управления экструдером, предусматривающий измерение расхода и влажности исходного сырья и экструдата, температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоты вращения регулируемого привода экструдера, отличающийся тем, что экструдер дополнительно снабжен подогревателем жидкой фракции и предкондиционером, а исходное сырье подается по двум линиям параллельно: твердая фракция - через предкондиционер в экструдер, а жидкая фракция - через подогреватель в полый вал шнека и из него в зону загрузки рабочей камеры экструдера, при этом в подогревателе осуществляется бесконтактный нагрев жидкой фракции паром, который затем поступает в предкондиционер экструдера, где смешивается с твердой фракцией, дополнительно измеряют расход и температуру жидкой фракции, расход пара, поступающего в предкондиционер, коррекцию расхода жидкой фракции производят по текущему значению расхода твердой фракции, а коррекцию температуры в предматричной зоне экструдера - путем регулирования температуры нагрева пара в калорифере, коррекцию влажности готового продукта - по расходу пара, поступающего в предкондиционер, а по расходу и влажности экструдата осуществляют коррекцию пара, поступающего на подпитку.