CC BY
46
Таблица 2
Показатель Вид сока
Диффузионный Преддефекованный Сок II сатурации
Чистота, % 85,26/86,76 87,28/89,27 90,45/92,94
Растворимый белок, г 0,445/0,792 0,307/0,250 0,036/0,017
Коллоиды, % к массе сока 0,414/0,274 0,249/0,194 0,152/0,137
Пектиновые вещества • 102, % 2,178/1,649 - -
Цветность, усл. ед. - - 12,05/11,10
Соли кальция, % СаО - - 0,025/0,025
Примечание: числитель - традиционная схема, знаменатель - с ЭХА воды.
коллоидной дисперсности (ВКД), так как и адсорбируются на дисперсных частицах, и хорошо растворяются в соке. Адсорбция индивидуальных молекул ВМС в большинстве случаев носит необратимый характер, что обусловлено относительно большим числом контактов макромолекулы с поверхностью. С повышением растворимости белка большее число его молекул будет находиться на поверхности мицелл и определять стабилизацию системы (стабилизационный эффект Бригель - Мюллера). В случае стабилизации ВКД высокомолекулярными соединениями пептизации коллоидов на основной дефекации почти не происходит, так как они хорошо скоагулированы. Таким образом, чистота очищенного сока, полученного по схеме с ЭХА водой, будет выше, поскольку в диффузионном соке, выработанном по традиционной схеме, содержание белка в 1,8 раз меньше.
Таким образом, использование в качестве экстрагента на диффузии ЭХА воды приводит к повышению чистоты сока II сатурации на 2,49%, снижению цветности на 0,95 усл ед., содержания коллоидов на 0,015% к массе сока
По результатам проведенных исследований разработан способ получения диффузионного сока с ис-
пользованием ЭХА растворов на диффузии [8], который рекомендуется к практическому использованию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. -М.: Колос, 1998. - 495 с.
2. Новые способы интенсификации технологических про -цессов свеклосахарного производства / М.П. Купчик, В.В. Манк, А.Б. Матвиенко и др. - М.: АгроНИИТЭИПП, 1988. - Вып. 5. - 44 с.
3. Романюк А.Я., Липец А.АОлейник И.А. Очистка пи -тательной воды для диффузионных установок методом электрокоагуляции // Сахарная пром-сть. - 1976. - № 2. - С. 11-14.
4. Степанова Е.Г., Кошевой Е.П. Технологические эф -фекты процесса экстрагирования сахара с применением ЭАЖС // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1992. - № 3^. - С. 55-57.
5. Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. - Л.: Химия, 1975. - 48 с.
6. Олянская С.П., Загородняя Л.И., Архипович Н.А. Исследование влияния основных факторов на переход несахаров из свекловичной стружки на диффузии // Сахарная пром-сть. - 1986. -№ 5. - С. 21-5.
7. Лосева В.А. Разработка новых и совершенствование существующих способов очистки сахарсодержащих растворов: Авто -реф. дис. ... д-ра техн. наук. - М., 1998. - 52 с.
8. Пат. 2231555 РФ. Способ получения диффузионного со -ка / В.А. Лосева, И.В. Квитко, А.А. Ефремов и др. // БИПМ. - 2004. -№ 18.
Кафедра технологии сахаристых веществ
Поступила 28.06.05 г.
621.315.67(06)
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ПРОДУКТА ПО ТРУБОПРОВОДУ
А.В. БАРИНОВ
Московский государственный университет пищевых производств
В процессе производства возникают ситуации, когда при требуемых показаниях контрольных приборов происходит изменение технологических параметров. Это ведет к нарушениям в технологическом процессе и требует немедленного исправления. Но эти нарушения не так просто обнаружить, поскольку они не диагностируемы прямыми измерениями, а приборы показывают заданные значения. Так, при перекачивании шоколада по трубопроводу из одной емкости в другую задается и контролируется давление подающего насоса и температура обогревающей жидкости, использующей-
ся для контроля состояния продукта. Результирующим же параметром является расход продукта, перекачанного по трубопроводу. При изменении вязкости продукта (например, при затруднении обогрева и, как следствие, падения температуры обогрева на некотором участке трубопровода) изменяется расход продукта, тогда как давление и температура подаваемой для обогрева жидкости остаются постоянными (заданными). Таким образом, наблюдается отклонение технологического параметра расхода при требуемых значениях задаваемых параметров давления и температуры обогрева. Если искать причину отклонения и исправлять ее после остановки процесса перекачивания про-
дукта, то это приведет к экономическим потерям из-за простоя.
Требуется разработать метод, который позволил бы не прерывая технологический процесс восстановить технологические параметры. Необходимо выстроить последовательность изменений значений регулирующих параметров в зависимости от их текущих значений и технологических ограничений, которая позволит вернуть результирующие технологические параметры к заданным значениям или определить, что это не представляется возможным, т. е. требуется остановить процесс.
Рассмотрим задачу поддержания заданного расхода 2? при перекачивании шоколада по трубопроводу из одной емкости в другую. Для перекачивания продукта используем насос, создающий давление в трубопроводе, а поскольку температура плавления продукта близка к комнатной температуре, используем подогрев трубопровода горячей водой, регулируемый температурным регулятором, что позволит контролировать состояние продукта. Таким образом, получим два регулирующих элемента: регулятор давления насоса и регулятор температуры подогрева трубопровода.
Диапазон возможного регулирования давления насоса находится в пределах от Рт1П, при котором жидкость при любой возможной вязкости не движется, до Ртах, определяемого надежностью системы. Шаг регулирования АР.
Диапазон возможного регулирования температуры лежит в пределах от Тт1П, равной температуре плавления продукта, до Ттах, равной максимально допустимой по технологии температуре нагрева продукта. Температура регулируется с шагом АТ.
При возникновении неисправности в управляющих или исполняющих элементах системы (выход из строя насоса или выход из строя регулятора температуры) и отклонении значения расхода из-за данных неисправностей они диагностируемы и устранимы в рабочем порядке. При возникновении механических повреждений, не приводящих к полному выходу из строя системы, например, частичном повреждении системы обогрева или частичном засорении трубопровода, такие неисправности не диагностируются прямыми измерениями и не позволяют быстро найти и устранить их. Рассмотрим подобную неисправность (частичное повреждение обогрева) на математической модели вязкой жидкости с температурой плавления близкой к температуре плавления шоколада и попробуем ком-
пенсировать отклонение значения расхода при ее возникновении не допуская остановки процесса. Для анализа данных применим алгоритм с использованием метода анализа иерархий [1].
Представим модель процесса перекачивания жидкости по трубопроводу с подогревом как показано на рис. 1 (X - длина трубопровода; Ь1 и Ь2 - расстояния до точки повреждения; Р - давление жидкости, регулируемое насосом (Рвх - Рвых); Т - температура жидкости; Тп = пТ0 - температура горячей воды при значении регулятора п; 2^) - расход жидкости).
Допущения и переменные, используемые в модели: пР„
о = •р
•р о4
8уі
И - расход через трубопровод [2], где
у(Т) - кинематическая вязкость жидкости и пусть у(Т) = 1/^Т — ТтП ; ^вЬ = Ь/игв - время изменения темпе -ратуры горячей воды для расстояния Ь;
2т п
Р
■ - скорость течения горячей воды;
Тпр0 - начальная температура продукта; Тпрь - температура жидкости на расстоянии Ь; прогрев мгновенный по сечению трубы;
Т^рі Тр0
1-т ЛТ_т (()
і, где 5 - толщина внутрен-
-•рР •р ^
ней стенки; 1 - теплопроводность трубы; р - плотность жидкости; спр - теплоемкость жидкости; А Щ) - значение изменения температуры горячей воды; t = Ь/ ипр -время нахождения жидкости в зоне прогрева длиной Ь; скорость жидкости одинакова по сечению трубы; Т = ПЬ1 То + То(пи - пЬ2)Ц- ^)/(Ь 1/игв), где Т2 - температура до повреждения обогрева в точке Ь1, пЬ1 - регулятор температуры на входе; пЬ2 - регулятор температуры, соответствующий величине повреждения на расстоянии Ь1 от начала; ^ - время наступления повреждения. После точки повреждения температура определяется как Т0(пЬ1 - пЬ2) без дополнительного перетока тепла.
Границы возможных значений параметров представлены в табл. 1.
Таблица 1
р . < р < р
Ттіп = ПтіпТо = 20°С; Ттах = ПтиТо = 70°С; => => 4 < п < 14, Дп = 1
Ртіп = 0 Ьаг;
Ртіп = 10 Ьаг; =>
=> 0 < Р < 10, ДР = 1
Рис. 1
Примем, что заданный расход 2? обеспечивается при температуре Т? и давлении Р?.
Требуется создать алгоритм регулирования давле -ния и температуры для обеспечения постоянства расхода на уровне 2? ± й2 при возникновении неисправностей, не диагностируемых прямыми измерениями.
Для составления схемы регулирования по методу анализа иерархий составим иерархию управления процессом [3]. Для этого требуется определить цель регулирования, критерии регулирования и возможные варианты регулирования (альтернативы) [1].
Изменение Изменение Изменение Изменение
давления в давления в температуры температуры
сторону сторону в сторону в сторону
увеличения уменьшения увеличения уменьшения
РТ РІ тТ
Рис. 2
Цель регулирования - поддержание заданного значения расхода продукта. Регулировать значение расхода можно изменяя регулирующие параметры - давление или температуру. Значения данных параметров можно менять в сторону увеличения или уменьшения. Таким образом, определены варианты регулирования. Выбор варианта регулирования определяется эффективностью регулирования (как можно быстрее вернуть значение расхода к заданному значению) и желательностью изменения того или иного параметра в зависимости от его текущего значения, т. е. тем, чтобы изменение параметра не привело к аварийной ситуации (критические значения параметров). Схема управления представлена на рис. 2 (уровни: 1 - цель регулирования; 2 - критерии, параметры, влияющие на величину изменения расхода; 3 - альтернативы, возможные варианты изменения параметров).
Это позволяет разбить процесс регулирования на последовательность экспертных оценок для определения значимости элементов одного уровня для каждого элемента следующего уровня.
Далее требуется заполнить матрицы попарных сравнений и вычислить вектора относительных весов для критериев и альтернатив.
По мнению психологов, человек, сравнивая два объекта, оперирует пятью мерами: равный, слабое превосходство, сильное превосходство, очень сильное превосходство, абсолютное превосходство, а также средними между ними. Поэтому используется шкала от 1 до 9 или идеальный случай сравнения, когда веса имеют точно измеренные значения. В этом случае мы имеет согласованную матрицу сравнений [1].
Если мы сравниваем одно свойство двух систем, то между свойствами этих систем должна быть разница, заметная тому, кто оценивает. Другими словами, должна быть значимая разница, которая имеет значение, достаточное для того, чтобы можно было сказать, что одно отличается от другого.
В том случае, если мы можем оценить свойство системы числом, то для того чтобы оценить разницу между значениями и представить ее в виде шкалы сравнений, необходимо ввести величину значимого изменения, при отклонении на которую мы можем сказать, что значение элемента изменилось. Обозначим это величину А. Если отклонение элемента меньше ве-
личины значимого изменения, то считаем, что значение элемента не изменилось.
Изменим значение элемента w-[ на w\. Если изменение w\ такое, что величина отклонения |wl' - Wl| < А, то считаем w1 ° w1'. Если изменение w1' такое, что величина отклонения |wl' - Wl| > А, то считаем Wl Ф Wl'.
Перейдем к непосредственному решению задачи регулирования расхода жидкости при выходе системы из равновесия, т. е. изменении расхода с на 2.
Критерии выбора регулирования - желательность и эффективность изменения параметров, влияющих на величину изменения расхода.
Для оценки желательности следует определить, изменение какого параметра является более возможным с точки зрения безаварийности. Оценить данный критерий можно с точки зрения близости значения параметров к граничным условиям. Чем ближе значение какого-либо параметра к границе разрешенного интервала, тем более актуальным становиться данный критерий при выборе параметра регулирования.
Для оценки величины критерия возьмем отношение величины разрешенного интервала к разности между текущим значением и граничным условием для каждого варианта регулирования. Чем ближе значение параметра приближается к границе разрешенного интервала, тем больше это отношение:
для РТ : Ьрт = (Р тах - Р)/{(Ртах - Р тш)/9};
для Р1 : Ьр1 = (Р - Ртш)/{(Р тах - Ртт)/9}; для ТТ : ЬтТ = (Ттах - 7)/{(7тах - Тт1п)/9}; для Т1 : Ьт1 = (Т - Ттш)/{(Ттах - Ттт)/9}.
Максимальное значение из полученных величин и будет значением критерия желательности: Бж = тах (ЬрТ, Ьр1, ЬтТ, Ьт\).
Для оценки эффективности определим, изменение какого параметра приведет к значению расхода, наиболее близкому к расчетному значению. Оценить данный критерий можно с позиции разницы текущего и заданного значения расхода, деленного на величину значимого изменения: Бэ = \2 - бг|/^^. Чем больше это значение, тем большую актуальность имеет эффективность регулирования. Заполним матрицу критериев (табл. 2).
Таблица 2
Критерий
Ж
Ж
Э
1
BJBx
B-JB?
1
Вычислив собственный вектор матрицы
b с b,
(1)
получим относительный вес каждого критерия для восстановления расхода.
Далее требуется заполнить матрицы альтернатив. Рассмотрим влияние альтернатив АРТ, АТТ, АРІ и АТІ на критерий желательности (табл. 3).
Э
Чем ближе значение параметра приближается к границе разрешенного интервала, тем менее желательно его изменять. Относительные значения:
для изменения давления на одно деление в сторону увеличения аРт = (Ртах - Р)/РА;
для изменения давления на одно деление в сторону уменьшения ар1 = (Р - Рт1г)/Ра;
для изменения температуры на одно деление в сторону увеличения атг = (Ттах - Т)/ТА;
для изменения температуры на одно деление в сторону уменьшения аТ1 = (Т - Тт1П)/ТА.
Таблица 3
Ж АРТ АРІ АТТ АТІ
арТ 1 apt/api ap^arr apт/aтi
АРІ api/apt 1 apjarr api/aтi
АТТ art/apt aтT/api 1 arт/aтi
АТІ aтi/apt aтi/api arJ an 1
Вычислив собственный вектор матрицы
*cP т
4cP І
cT т
cT І
(2)
Э арТ АРІ АТТ АТІ
арТ 1 apT/api apT/aтt apT/aтi
АРІ api/apT 1 ap^an api/aтi
АТТ aтT/apT aтt/api 1 aтt/aтi
АТІ aтi/apT aтi/api aтi/ a-тТ 1
Рис. З
Вычислив собственный вектор матрицы
(a,
ЛэPT
эPl
,T т
4,T І
(З)
получим относительный вес каждой альтернативы для критерия желательности.
Рассмотрим влияние альтернатив АРТ, АТТ, АРІ и АТ І на критерий эффективности (табл. 4), для чего определим, изменение какого параметра приведет к изменению значения расхода, наиболее близкого к заданному:
для изменения давления на одно деление в сторону увеличения apt = |QZ - Qp + ар)|;
для изменения давления на одно деление в сторону уменьшения api = |QZ - Q(р _ ар)|;
для изменения температуры на одно деление в сторону увеличения aTt = |Qz _ Q(t+аг)|;
для изменения температуры на одно деление в уменьшения a^ = |QZ _ Q(t _ ат)|.
Таблица 4
получим относительный вес каждой альтернативы для критерия эффективности.
После заполнения матриц попарных сравнений и вычисления собственных векторов получили два вектора (2) и (3) относительных весов для значений альтернатив и вектор (1) относительных весов для критериев. Умножив этот вектор справа на матрицу, составленную из двух вышеуказанных векторов, получим результирующий вектор.
(4)
'с с cAP^ эAPT QAPT
с с cAPl эAPl [b c QAPl
с с cAT т ^ ,AT т b , . QAT т
с с ^ cAT l ^ ,AT І) QAT l
Степень влияния того или иного параметра на расход будет разной при разных значениях параметров. Зависимость расхода от температуры и давления представлена на рис. 3.
Как видно из графиков, изменение расхода при изменении параметров на величину А зависит от точки и направления изменения. Поэтому значения относительных весов будут меняться в зависимости от состояния системы.
Данный вектор показывает относительный вес каждой альтернативы регулирования.
Элемент с наибольшим значением указывает на оптимальность соответствующего ему регулирования с точки зрения эффективности и безопасности.
Если разница между полученным значением расхо -да и заданным значением меньше, чем разница между предыдущим значением расхода и заданным значением, то происходит очередной цикл выбора регулирующего параметра.
Если разница между полученным значением расхода и заданным значением больше, чем разница между предыдущим значением расхода и заданным значением, то это означает невозможность компенсировать неполадки в системе и возвращение расхода к расчетному значению расхода. В этом случае выдается сообщение об отключении системы.
Если полученное значение расхода совпадает с заданным значением с точностью до й?2, то задача считается выполненной и регулирование завершается.
Схема динамического регулирования представлена на рис. 4.
В качестве примера приведем работу системы с автоматическими регуляторами давления и температуры, смоделированную на компьютере, и исследуем принципиальную возможность регулирования параметров данным методом с точностью регулирования
Рис. 4
расхода = 5. Внесем неисправность (объемное уменьшение обогрева) в точке.
В табл. 5 приведены значения расхода, давления, температуры, а также производимые регулирования, рекомендованные системой регулирования. Они свидетельствуют о принципиальной возможности использования метода для задачи регулирования расхода при перекачке жидкости по трубопроводу.
Таблица 5
Этап Р п а Вид регулирования
0 4 12 123,22 Внесение неисправности
1 4 12 61,03 рТ
2 5 12 76,29 рТ
3 6 12 91,55 рТ
4 7 12 106,81 рТ
5 8 12 122,03 Регулирование закончено
Для решения задачи регулирования процесса перекачивания жидкости из одной емкости в другую предложен алгоритм, использующий метод анализа иерархий. Он позволяет найти значения параметров регулирования и вернуть требуемое значение расхода без остановки процесса. Применение метода дает возможность решать реальные задачи регулирования процессов в технологических линиях шоколадного производства.
Был рассмотрен частный случай регулирования, в котором один регулируемый параметр и два регули-
рующих. Приведен один из возможных вариантов оценки критериев и альтернатив. В общем случае системы могут быть намного сложнее. Задача регулирования параметров без устранения причин возникновения отклонения возникает на многих технологических линиях, и устранение отклонения значения определенных параметров может предотвратить остановку всего производства и не допустить простоя оборудования. Предложенный метод позволяет решать задачи разного уровня, поскольку для нахождения решения следует учитывать лишь влияние элементов одного уровня на элементы предыдущего уровня с учетом связи их между собой и не требуется просчитывать всю систему в целом, что позволяет рассматривать различные системы с взаимосвязанными блоками различных направлений, свойств и характеристик.
ЛИТЕРАТУРА
1. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. - М.: Радио и связь, 1993.
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика. - М.: ФизМатЛит, 2003.
3. Баринов А.В. Применение «Метода анализа иерархий» (МАИ) для контроля параметров технологических линий предпри -ятий // Сб. докл. молодых ученых МГУПП. III юбил. Междунар. вы -ставка-конф. «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». Ч. II. - М.: Издат. комплекс МГУПП, 2005. - С. 140-143.
Поступила 25.04.06 г.
665.343.117.034
ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ НАГРЕТОГО ИСХОДНОГО МАСЛИЧНОГО МАТЕРИАЛА В ЭКСТРАКТОРЕ ОРОШЕНИЯ
В.В. ВАСИЛЕНКО, Е.П. КОШЕВОЙ, В.С. КОСАЧЕВ
Кубанский государственный технологический университет
Из опыта эксплуатации многоступенчатых проти-воточных экстракторов орошения, в частности, экстрактора Краун на Лабинском МЭЗ, выявлено снижение эффективности при переработке подготовленного
лепестка из жмыховой фракции исходного масличного материала с повышенной температурой. В этом случае подаваемая противоточно на горячий пористый лепесток мисцелла (раствор масла в бензине) заполняет поры, при этом происходит частичное испарение растворителя из мисцеллы, что приводит к дополнительному
