Ім'я файлу: 254308.docx
Розширення: docx
Розмір: 63кб.
Дата: 20.05.2021
скачати


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра автоматизації та комп’ютерно-інтегрованих технологій

КУРСОВА РОБОТА

на тему:

“Схема автоматичної пастеризації молока в пластинчастому пастеризаторі”
Зміст


1.1 Поєднання температури і часу 5

1.3 Пастеризація 6

2.3 Контроль тиску 10

Розділ 7. Опис схеми автоматизації 19

Вступ
Протягом останніх десяти років в харчовій промисловості, фактично, відбулася революція. З одного боку, при виробництві традиційних харчових продуктів всі виробники прагнуть понизити собівартість, а з іншого боку, споживачі вимагають нових якісних, дешевих продуктів харчування. У зв'язку з тим, що підвищилися вимоги до якості вироблюваних продуктів харчування, економії енергоресурсів, харчова промисловість потребує значної кількості і різноманітності засобів вимірювання, що забезпечують вироблення сигналів вимірювальної інформації у формі, яка є зручною для дистанційної передачі, накопичення, подальшого перетворення, обробки та відображення.

Всього за декілька років в харчовій промисловості відбулися істотні зміни, які поставили перед виробниками засобів вимірювання і контролю нові завдання, зв'язані наприклад, із забезпеченням захисту засобів вимірювання від теплового удару, вологи. Також, якщо при розробці датчиків не враховуються гігієнічні вимоги, то на якість харчових продуктів впливатимуть самі датчики. У перших конструкціях датчиків часто були області (наприклад, канавки і різьби), в яких застрявали частинки харчових продуктів. Ці датчики було неможливо очистити або забезпечити їх стерилізацію. В даний час при розробці конструкції датчиків для харчової промисловості враховуються і гігієнічні вимоги. Велика увага приділяється не тільки гігієнічним вимогам, а і процесам переробки харчових продуктів в цілому. Адже молоко є ідеальним середовищем для розмноження різних мікроорганізмів, питання їх знищення є надзвичайно важливим. До впровадження теплової обробки молоко було постійним джерелом інфекцій, оскільки воно є ідеальним середовищем для розвитку мікроорганізмів. Через молоко часто розповсюджувалися такі хвороби, як туберкульоз і черевний тиф. У терміні "пастеризація" відображено ім'я Луї Пастера, який у середині XIX століття провів фундаментальні дослідження дії тепла на мікроорганізми, що приводить до їх загибелі, і можливості застосування температурної обробки для консервації харчових продуктів. Друге призначення теплової обробки набувало все більшого значення у міру укрупнення молочних заводів і скорочення їх кількості. Інтервали часу між мікроорганізми мають більше часу для розмноження і утворення ферментів. Щоб уникнути цих проблем, молоко повинне піддаватися тепловій обробці відразу ж після надходження на молокозавод і охолоджуватися до температури 4⁰С, що дозволяє зберігати його до 24 годин перед подачею на ділянку виробництва твердих сирів.

Дана розрахункова робота включає в собі розробку схеми автоматичного контролю та сигналізації пастеризаційної установки з нормалізацією молока у потоці та розробку вимірювального комплекту для контролю витрати молока, що дасть змогу полегшити контроль процесу пастеризації та нормалізації молока, контролювати зміни температурі молока та води, тиску граючої парі, витраті молока та вершків, рівень молока та інші технологічні параметрі.
Розділ 1. Коротка характеристика об’єкта автоматизації з параметричним аналізом



1.1 Поєднання температури і часу



Поєднання ступеня нагріву та її тривалості - дуже важливий фактор, що визначає інтенсивність теплової обробки. На рис.1.1 графічно показано, за яких поєднаннях цих двох характеристик гинуть бактерії групи кишкової палички, збудники черевного тифу і туберкульозу. Відповідно до цих графіків групи кишкових паличок гинуть при витримуванні упродовж 1 секунди при температурі 70 ° С. При температурі 65 ° С для знищення цих бактерій молоко треба витримувати протягом десяти секунд. Ці комбінації -70 ° С / 1с і 65 ° С/10с - надають однакову летальну дію на бактерії.

Збудник туберкульозу більш стійкий до теплової обробки, і для його гарантованого знищення потрібна витримка в 15 секунд при 72°С або близько двох хвилин при 65°С. У молоці також можуть перебувати теплотривкі мікрококи. Як правило, вони абсолютно нешкідливі.


Риc.1.1 Летальний вплив температури на мікроорганізми.

1.2 Обмеження при тепловій обробці
Інтенсивна теплова обробка молока необхідна для боротьби з мікроорганізмами. Але така обробка передбачає ризик негативного впливу на зовнішній вигляд, смак та поживну цінність молока. При високих температурах білки в молоці денатурують. Це означає, що інтенсивна теплова обробка істотно погіршує придатність молока для виготовлення сиру. Сильний нагрів приводить до зміни смаку: спочатку виникає присмак кип'яченого, а далі - пригорілого молока. Таким чином, слід підбирати оптимальний режим теплової обробки, при якому гарантовано знищувалися б хвороботворні мікроорганізми і не погіршувалися б якісні показники.

У зв'язку з тим, що теплова обробка стала найважливішою складовою молочного виробництва та її значення отримало загальне визнання, були розроблені різні види теплової обробки, що наведені у таблиці 1.1
Таблиця 1.1 - Основні види теплової обробки, які використовуються в молочному виробництві

Назва процесу

Температура

Тривалість

Пастеризація

70-72°С

15 сек

Низькотемпературна довготривала пастеризація молока

63° С

30 хв

Високотемпературна малотривала пастеризація молока

73-75° С

15-20 сек

Високотемпературна малотривала

пастеризація вершків

>80°С

1-5 сек

Ультрапастеризація

125-138° С

2-4 сек

Високотемпературна обробка (ВТО)







Стерилизація в потоці

135-140° С

декілька хвилин

Стерилизація в тарі

115-120°С

20-30 хв



1.3 Пастеризація



На багатьох великих молокозаводах немає можливості піддати пастеризації та переробці все молоко відразу після його надходження.

Частина молока доводиться зберігати в танках протягом декількох годин або днів. У таких умовах навіть глибоке охолодження не є достатнім для запобігання серйозного погіршення якості молока.

Тому на багатьох молокозаводах молоко підлягає попередньому нагріванню до температур нижче, ніж при пастеризації, з метою придушення мікрофлори, що знаходиться в молоці. Цей процес називається "пастеризація" - молоко витримують при температурі 70-72 ° С протягом 15 секунд.

Для того щоб не допустити розмноження аеробних спороутворюючих бактерій після пастеризація, молоко слід швидко остудити і не допускати його змішування з необробленим молоком. До пастеризація слід вдаватися тільки у виняткових випадках, якщо неможливо піддати пастеризації все молоко протягом 24 годин після його надходження на обробку.
Розділ 2. Вибір та короткий опис принципу дії первинних перетворювачів для вимірювання основних технологічних параметрів
Для підвищення якості вихідного продукту всі контрольовані параметри знаходяться у взаємозв'язку і до датчиків пред'являються особливі вимоги: гігієнічні, IP захист (вологозахист, віброзахист), стійкість до агресивних середовищ. Так як відповідно до санітарних норм проводиться часта промивка обладнання водою під високим тиском, кислотами і лугами, що може привести до поломки датчика, і внаслідок чого, до зупинки всього виробництва.

До основних контрольованим параметрів належать:

- Температура;

- Тиск;

- Рівень;

- Витрати;


2.1 Контроль температури
Температура є найважливішим параметром, що характеризує буквально всі стадії технологічних процесів. По суті справи, вимір, контроль і регулювання значень температури дозволяють забезпечити збереження продукції протягом тривалого часу і виявити навіть незначні зміни якості, що гарантує суворе дотримання всіх етапів технологічного процесу. Сучасне виробництво висуває підвищені вимоги до точності вимірювання всіх основних технологічних параметрів і, особливо, температури: її незначні коливання на будь-якому етапі виробництва можуть призвести до отримання некондиційної продукції. Таким чином, очевидно, що вимірювання температури повинно здійснюватися за допомогою високоточних засобів вимірювання.

Для вимірювання температури використовується термочутливий елемент Pt 100, принцип дії якого базується на зміні електричного опору платинового дроту при зміні температури від -200 до +750 ° С. Залежність опору і класу допуску для Pt 100 строго контролюються і, таким чином, для різних стадій технологічного процесу можна легко підібрати відповідний прилад.
2.2 Контроль витрат молока

пастеризація молоко автоматизація тепловий

Одне із провідних місць серед технологій вимірювання витрат рідини займають електромагнітні витратоміри і лічильники ( ЕМВЛ). Переваги ЕМВЛ забезпечили їм широке розповсюдження в світовій практиці вимірювання витрат різноманітних рідин.

Принцип дії ЕМВЛ ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: при русі провідника в магнітному полі в ньому індукується електрорушійна сила ЕРС, пропорційна магнітній індукції та швидкості провідника, яка діє в напрямі, перпендикулярному до руху рідини і магнітного поля.

Первинні перетворювачі електромагнітних витратомірів не мають частин, які виступають всередину трубопроводу, звужень або змін профілю. Завдяки цьому гідравлічні втрати на приладі мінімальні. Крім того, перетворювач витратоміру і технологічний трубопровід можна очистити і стерилізувати без демонтажу. Тому такі витратоміри використовують в біохімічній та харчовій промисловості, де домінуючими є вимоги до стерильності вимірювань середовища.

Вимірювальні канали сучасних ЕМВЛ мають в основному фторопластове футерування, яке є важливим елементом конструкції первинних перетворювачів.

Погіршення вимірювання ЕМВЛ в основному знаходяться в межах 0,5% від вимірюваної величини. Важливою перевагою ЕМВЛ є визначення витрат на основі результатів вимірювання середньої швидкості потоку в поперечному перетині трубопроводу, яка не залежить від змін щільності і в’язкості рідини під впливом температури.

Універсальність електромагнітного методу вимірювання обумовлено також і широкими функціональними можливостями, які дозволять створити без інерційного витратоміра з лінійною градуйованою характеристикою, характер якої не залежить від фізико-хімічних властивостей вимірюваного середовища.

Електромагнітний метод вимірювання витрати дозволяє створювати вимірювальні прилади з високими метрологічними і експлуатаційними характеристиками. Для контролю витрат молока я використала електромагнітний втратомір Promag 50H фірми Endress+Hauser.



2.3 Контроль тиску



Мікропроцесорний датчик Сафір М-5520 використовується для вимірювання гідростатичного тиску в танку, а також переходу вимірюваної величини в уніфікований електричний сигнал постійної напруги. Вимірювання тиску стовпця рідини( молока) залежить тільки від висоти та від густини рідини.

Принцип дії датчика ґрунтується на пружній деформації чутливого елемента,на якому нанесені напівпровідникові тензорезистори, які включені по схемі мосту. Вимірювання тиску проводиться через штуцер в робочу ділянку датчика та викликає деформацію діафрагми. Це призводить до зміни геометрії резисторів, які знаходяться з діафрагмою в тісному механічному зв’язку, та зміною їх протидії. Відбувається перетворення існуючого тиску до зміни протидії ( електричний вихід).
Розділ 3. Вибір та короткий опис принципу дії вторинних приладів
Пристрій МТМ-РЕ-160 призначений для накопичення (архівування) в енергонезалежній пам’яті, зберігання та відображення інформації про стан технологічного параметру( витрати, рівня та температури) заданими сигналами постійної напруги 4-20мА по незалежним, гальванічними каналами, а також для заміни самозаписуючих пристроїв, де використовуються паперові носії (КСП, КСМ та ін.). Ці пристрої не потребують регулярного обслуговування.
Розділ 4. Розробка та опис структурної схеми систем автоматичного регулювання основних технологічних параметрів
В даний час процес пастеризації молока давно відпрацьований і виконується при певній температурі певний час. Структурна схема процесу пастеризації молока представлена на рис.1.2


Рис.1.1 Структурна схема процесу пастеризації молока
У процесі пастеризації сире молоко подається в накопичувальний резервуар (танк ємністю 500 л). Після цього за допомогою відцентрового насоса 1 молоко надходить у паяний пластинчастий теплообмінник 1, де відбувається обмін тепла між холодним і вже підігрітим молоком, що пов'язано з економією енергоресурсів.

Надалі в якості нагрівають середовищ можуть використовуватися гаряча вода або насичений пар при атмосферному тиску. Проте гарячий пар не застосовується для цієї мети з-за великої різниці в температурах. Отже молоко підігрівається до температури термізаціі 72оС гарячою водою (75оС) у теплообміннику 2. Причому вода нагрівається в теплообміннику 3 за допомогою пари, яка подається з бойлера молочного заводу під тиском 600-700 кПа (6-7 бар).

Таблиця 1.3 - Точки, які контролюються змінами параметрів пастеризатора

Параметр

Найменування контролю

Процес контролю

Величина

К-ть датчиків

Температура

Сире молоко на вході в пастеризатор

Сигнализація, контроль, регулювання

4 °С

1

Температура

Нагріта вода

Сигнализація, контроль, регулювання

75 °С

1

Температура

Підігріте молоко до та після зміївика

Сигнализація, контроль, управління

72 °С

2

Температура

Готовий продукт на виході з пастеризатора

Сигнализація, контроль, регулювання

32 °С

1

Тиск

Вода в нагрівальній системі

Контроль, регулирование

1,5 кгс/см2

1

Рівень

Сире молоко в танку

Контроль, управління

1,5 м

1

Витрати

Сире молоко на вході в теплообмінник

Контроль, регулювання

15 м3/год

1


Після теплообмінника 2 молоко подається в змійовик для вторинної пастеризації, де відбувається витримка за часом 15 с. Після чого в теплообміннику 1 проводиться його охолодження до 320С за рахунок обміну тепла з холодним молоком, що подається на установку пастеризації.

У разі витримки температури пастеризації молоко надходить на подальшу переробку, інакше воно подається у танк і проходить весь цикл підігріву заново.
Розділ 5. Розробка та опис схеми автоматизації заданого об’єкта
В процесі пастеризації охолоджене сире молоко через клапан, який розташований в приймальному відділенні подається в танк. Контроль температури здійснюється з допомогою датчика температури 2а. Контроль рівня молока в танку контролюється датчиком гідростатичного тиску . Далі молоко за допомогою відцентрового насосу М1 надходить в пластинчастий теплообмінник 1( витрати молока контролюються втратоміром ), де відбувається обмін теплоти між холодним та вже підігрітим молоком, що пов’язано із економією енергоресурсів. Після цього молоко підігрівається до температури пастеризації 720С ( контроль температури здійснюється датчиком ) гарячою водою 750С в теплообміннику 2.

Вода із свердловини ( контроль тиску води проводиться за допомогою манометра 7) подається в теплообмінник 3, який використовують для нагрівання холодної води паром. Для нагріву води використовують пар з котельні( контроль пару здійснюється за допомогою манометра 15 та датчика температури ). Конденсат, який утворився в теплообміннику 3 відводиться в конденсатовідвідник. Циркуляційний насос М2 використовують для циркуляції гарячої води.

Після теплообмінника 2 молоко подається в змієвик для повторної пастеризації, де відбувається витримка по часу 15с. Контроль температури після змієвика здійснюється за допомогою датчика температури та скляного термометра 10. Далі молоко надходить в теплообмінник 1, де відбувається його охолодження до 320С за рахунок обміну теплоти з холодним молоком. Контроль температури здійснюється за допомогою скляного термометра 11 та датчика температури .

Якщо температура молока відповідає 32С, то пристрій подає електричний сигнал на перетворювач опору, який перетворює електричний сигнал в пневматичний. Так як у нас стоять на трубопроводі різні клапани: NC – нормально-закритий та NO – нормально-відкритий, то пневматичний сигнал відкриває клапан NC, а клапан NO закривається.

Якщо температура не відповідає 32С, тоді пристрій не видає сигнал і перетворювач не спрацьовує і клапан NC – не відкривається, а клапан NO – залишається відкритим, і молоко надходить в танк; весь цикл повторюється, за умови, що датчик верхнього рівня LSH не спрацьовує, тобто ємність не повністю заповнена і клапани та відкриті.
Розділ 6. Вибір засобів автоматизації та складання специфікації на прилади та засоби автоматизації
Специфікація на прилади та засоби автоматичного контролю і сигналізації наведена у таблиці 1.4

Таблиця 1.4 - Специфікація на прилади та засоби автоматичного контролю і сигналізації

Позиція

Параметр

Оптимальне значення параметра

Місце встановлення

Найменування та коротка технічна характеристика

Тип, модель

Кількість

Завод виготовлювач

1

2

3

4

5

6

7

8



Витрати молока

20м3/год

трубопровід

Електромагнітний витратомір. Діапазон вимірювання 0…40м3/год. Вихідний сигнал, мА-4…20. Клас точності0,5.Ду=50мм. Напруга живлення 24В.

Promag 50H

1

Endress+Hauser, Німеччина



Рівень молока

1500мм

бак

Датчик гідростатичного тиску мікропроцесорний. Діапазон вимірювання, кПА -0…16. Клас точності-0,5. Вихідний сигнал, мА-4…20. ТУ У2 427 3859.003-2000

Сафір М-5520-УХЛЗ. 1-0,5-16кПа-1,6МП-42-50

1

ВАТ”Манометр”, м.Харків



Витрати молока

20м3/год

На щиті

Регістратор електронний. Цвітний ЖКІ-графічний індикатор. Кількість каналів перетворювання та архівації-2. Вхідні сигнали,мА -4…20. похибка цифрових показів -0,25%. Сигналізація уставок двох рівнів. ПІД-регулювання. Напруга живлення -220В. ТУ У 33.2-19081403-012-2002

МТМ РЕ-160-Міні

1

НВП”Мікротерм”, м.Сіверодонецьк













10а

Температура молока

720С

720С

40С


трубопровід

Термоперетворювач опору. HCXPt 100. Діапазон вимірювання-50…+2000С. клас допуску-А. Довжина монтажної частини-40мм. Матеріал захисної арматури – сталь 316S. Кількість чутливих елементів – один. ТУ У 33.2-14242882-001:2006

ТСП 1-2-Pt 100-А-4-40-6-Ф-/-50…200/

5

АТЗТ “ТЄРА”, м.Чернігів









10в

Температура молока

720С

40С

320С

На щиті

Регістратор електронний. Цвітний ЖКІ-графічний індикатор. Кількість каналів перетворювання та архівації-2. Вхідні сигнали – Pt100. Похибка цифрових показів -0,25%. Сигналізація уставок двох рівнів. ПІД-регулювання. Напруга живлення -220В. ТУ У 33.2-19081403-012-2002

МТМ-РЕ-160-Mini

3

НВП”Мікротерм”, м.Сіверодонецьк





Температура

Рівень




За місцем

Розподілювач трьохлінійний двопозиційний( 3/2), нормально закритий з котушкою управління 24В постійного струму, потужність 5W.

Розподілювач 3/2

2

“CAMOZZI”, Італія






Тиск




За місцем


Дифманометр з електричним входом: 0-5мА; 0-20мА. Верхня межа вимірювання: 0.1; 0.16; 0.25; 0.4; 0.63; 1кПа та 1; 1.6; 2.5; 4; 6.3МПа. Клас точності відповідно 0,25 та 1,0.

ДМ-Э1

2

ВАТ “Стеклоприбор”, Полтавская обл., м.Червонозаводське

КМ1

КМ2







За місцем

Пускач магнітний. Напруга живлення 220В, частота 50Гц

ПМЕ-111

2

Електротехнічний завод “Ельком”, м.Черепівець

SA1

SA2







На щиті

Перемикач на 2 положенні з подовженим ричагом. Монтажний діаметр 22мм

020STA LANW

2

“LOCANO”, Італія

SB1

SB3







За місцем

Пост кнопковий

8LP2TB 7112

2

“LOCANO”, Італія

SB2

SB4







На щиті

Пост кнопковий

8LP2TB 7112

2

“LOCANO”, Італія

HA







На щиті

Електричний дзвін. Сила звуку 103Дб. Напруга живлення 24В

ЗД-47

1

Електротехнічний завод “Ельком”, м.Черепівець

HL1…HL9







На щиті

Арматура світло шкальна. Колір червоний. Потужність 0,5Вт. Напруга живлення 24В

ЛС-47

8

Електротехнічний завод “Ельком”, м.Черепівець


Розділ 7. Опис схеми автоматизації



Перший контур – контур витрати молока та вимірювання рівня молока.

Позначення – витратомір електромагнітний Promag 50H, який перетворює витрату молока в діапазоні 0…30м3/год в уніфікований струмовий сигнал 4…20мА.

Позначення – датчик гідростатичного тиску мікропроцесорний Сафір М-5520-УХЛЗ. 1-0,5-16кПа-1,6МПа-42-50.

Позначення – вторинний прилад, двоканальний регістратор МТМ-160 Mini із сигналізацією, за допомогою ламп НL1, HL2 та дзвінка НА, уставок двох рівнів, вхідних сигналів 4…20мА, діапазон показів: 1канал – 0…30 м3/год , 2 канал – 0…2000мм.

Другий контур – контур вимірювання температури. Первинними приладами є: позначення , – термоперетворювач опору типу ТСП 1-2-Pt100-А-4-40-6-/-500…+200/.

Вторинним приладом (позначення ) є двоканальний електронний регістратор МТМ-160 Mini із сигналізацією за допомогою ламп HL2, HL4 та дзвінка НА, уставок двох рівнів, вхідні сигнали Pt100 4…20мА, діапазон показів: 1канал – 0…1000С, 2 канал – 0…1000С.

Третій контур – контур вимірювання температури. Первинними приладами є: позначення , – термоперетворювач опору типу ТСП 1-2-Pt100-А-4-40-6-/ -500…+200/.

Вторинним приладом ( позначення ) є двоканальний електронний регістратор МТМ-160 Mini із сигналізацією за допомогою ламп HL5, HL6 та дзвінка НА, уставок двох рівнів, вхідні сигнали Pt100 4…20мА, діапазон показів: 1канал – 0…1000С, 2 канал – 0…1000С.

Четвертий контур - контур вимірювання температури. Первинними приладами є: позначення 6б, 9б, 10б, – термоперетворювач опору типу ТСП 1-2-Pt100-

А-4-40-6-/ -500…+200/.
Вторинним приладом є двоканальний електронний регістратор МТМ-160 Mini із сигналізацією за допомогою лампи HL7 та дзвінка НА

П’ятий контур – контур управління насосом молока. Перемикачем SA1 вибирають режим керування: “По місцю” за допомогою кнопочного посту SB1 чи дистанційно за допомогою посту SB2. Лампа HL8 сигналізує про роботу насосу.

Шостий контур – контур управління циркуляційним насосом. Перемикачем SA2 вибирають режим керування: “По місцю” за допомогою посту SB3, чи дистанційно за допомогою посту SB4. Лампа HL9 сигналізує про роботу насосу.

Сьомий контур – контур верхнього рівня молока. Первинними приладами є: позначення – датчик рівня вібраційний FTL-20H.

скачати

© Усі права захищені
написати до нас