Способ автоматического управления экструдером - RU2184653C1

Описание

Изобретение относится 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, расхода теплоносителя, давления и температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоту вращения рабочего органа с коррекцией давления продукта в предматричной зоне [патент РФ 2130831, В 29 С 47/92, 27.05.99., Бюл. 15].

Недостатками известного способа является невозможность регулирования и поддержания требуемого давления в заданных пределах в предматричной зоне экструдера и, как следствие, сложность получения экструдатов высокого качества.

Технической задачей изобретения является повышение качества готового продукта за счет стабилизации и "автоматического" поддержания оптимального давления в предматричной зоне экструдера.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе автоматического управления экструдером, предусматривающем измерение расхода и влажности исходного сырья, расхода теплоносителя, давления и температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоты вращения рабочего органа с коррекцией давления продукта в предматричной зоне, новым является то, что подачу комбинированной смазочной жидкости осуществляют через отверстия в валу шнека в зону гомогенизации, при этом дополнительно измеряют расход подаваемой комбинированной смазочной жидкости, величину давления в зонах сжатия и гомогенизации и проводят непрерывную коррекцию расхода комбинированной смазочной жидкости в зависимости от давления в предматричной зоне экструдера и коррекцию расхода исходного сырья - по текущему значению расхода комбинированной смазочной жидкости и влажности исходного сырья.

На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа.

Схема содержит экструдер 1 с матрицей 2 и рубашкой, состоящей из секций 3, 4, 5, шнек с отверстиями 6, регулируемый привод экструдера 7, линии: 0.2.1 подвода исходного сырья, 0.2.2 отвода экструдата, 4,2 линии расхода комбинированной смазочной смеси, 4,6 подвода теплоносителя в секционную рубашку, 4,7 отвода отработанного теплоносителя; датчик 8 расхода исходного сырья, датчик 9 влажности исходного сырья, датчик 10 расхода комбинированной смазочной смеси, датчики 11, 12 давления материала в зонах гомогенизации и сжатия соответственно, датчики 13, 14 расхода теплоносителя в зонах гомогенизации и сжатия соответственно, датчик 15 давления в предматричной зоне экструдера, датчик 16 температуры в предматричной зоне экструдера, датчик 17 потребляемой мощности регулируемого привода экструдера, исполнительные механизмы 18-23, двухпозиционные переключатели 24-27 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к - входные каналы управления, л, м, н, о, п, р - выходные каналы управления), микропроцессор 28.

Способ осуществляется следующим образом.

По измеренным текущим значениям расхода датчиком 8 и влажности исходного сырья датчиком 9, установленным в линии 0.2.1, микропроцессор 28 вычисляет расход исходного сырья, подаваемого на экструзию, и с помощью исполнительного механизма 23 устанавливает заданную мощность регулируемого привода 7 экструдера 1. При этом устанавливают и постоянно поддерживают заданный тепловой режим в предматричной зоне при помощи датчика температуры 16 и датчика давления 15. По текущим значениям давления в предматричной зоне, измеренным датчиком 15, давления в зонах гомогенизации и сжатия, измеренным датчиками 11, 12 соответственно, микропроцессор 28 вычисляет соотношение давления в зонах гомогенизации и сжатия, и с помощью исполнительных механизмов 20, 21, 22 устанавливает необходимый расход охлаждающей жидкости в соответствующие зоны для поддержания требуемого давления в предматричной зоне.

По измеренным текущим значениям давления в предматричной зоне, измеряемым датчиком 15, микропроцессор 28 непрерывно корректирует подачу комбинированной смазочной смеси в зону гомогенизации через отверстия в валу шнека с помощью исполнительного механизма 19. Комбинированная смазочная жидкость, попадая через отверстия в вале шнека в зону гомогенизации экструдера, уменьшает величину трения между продуктом и поверхностями элементов конструкции экструдера (вала и корпуса), и тем самым сокращает тепловыделения. При уменьшении тепловыделений уменьшается и величина давления продукта. Необходимость подачи комбинированной смазочной жидкости в зону гомогенизации обусловлена тем, что тепловыделения за счет сил трения между продуктом и поверхностью рабочих органов экструдера начинают происходить с зоны гомогенизации и далее до предматричной зоны включительно.

По текущим значениям расхода и влажности подаваемого продукта, измеряемым датчиками 8 и 9, а также расхода комбинированной смазочной смеси датчиком 10 микропроцессор 28 непрерывно корректирует расход исходного сырья с помощью исполнительного механизма 18 для стабилизации влажности расплава и предотвращения переполнения каналов подачи материала.

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

Процесс осуществляется со следующими техническими характеристиками:
Производительность по экструдату, кг/ч - 310-330
Установленная мощность, кВт - 80
Влажность исходного сырья, % - 13,5-17
Частота вращения шнеков, с^-1 - 0,11-4,75
Температура теплоносителя на входе в охлаждающую рубашку экструдера,^oС - 80
Расход теплоносителя, м³/ч - 0-4,8
Давление в зоне прессования, МПа - 10-15
Температура в зоне прессования,^oС - 170
После выхода экструдера на рабочий режим значение расхода исходного сырья составляет 318,7 кг/ч, а - влажность 15%, по этим значениям устанавливают частоту вращения шнеков 3,1 с^-1. Конечная влажность экструдата составляет 5-6%. Также устанавливают расход теплоносителя в линиях подвода теплоносителя в секционную рубашку 4.6:
- 0,9 м³/ч в зоне гомогенизации для поддержания температуры 170^oС;
- 0,7 м³/ч в зоне сжатия для поддержания температуры 130^oС;
- 0,3 м³ /ч в зоне смешивания для поддержания 90^oС.

После выхода экструдера на рабочий режим в предматричной зоне устанавливается заданное давление 14 МПа. При отклонении текущего значения давления от требуемого на 0,7 МПа в соответствии с измеренным давлением продукта в зонах гомогенизации и сжатия датчиками 11, 12 соответственно, и предматричной зоне датчиком 15 осуществляется грубая регулировка за счет изменения расхода теплоносителя в линиях подвода теплоносителя в секционную рубашку 4.6, с помощью исполнительных механизмов 20, 21, 22.

За счет подвода комбинированной смазочной жидкости в зону гомогенизации в количестве 0,01-0,03 м³/ч осуществляется точная регулировка, снижается трение продукта о шнек, и как следствие изменяется температурный режим в данной зоне. При этом снижается давление в зоне гомогенизации и уменьшается расход теплоносителя на 0,3 м³ /ч в зоне гомогенизации и 0,1 м³/ч в зоне сжатия.

В состав комбинированной смазочной жидкости могут входить водно-жировая эмульсия, витамины и другие компоненты, необходимые для получения сбалансированных по пищевой ценности экструдатов.

Таким образом, предлагаемый способ автоматического управления экструдером по сравнению с базовым имеет следующие преимущества:
- стабилизация температурного режима в предматричной зоне экструдера за счет подвода комбинированной смазочной жидкости в зону гомогенизации;
- более высокая точность поддержания технологических параметров и большая надежность системы автоматического регулирования процесса экструзии;
- получение готового продукта высокого качества за счет оптимизации температурного режима вследствие стабилизации давления в предматричной зоне.

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к автоматизации процессов переработки пищевых концентратов. Оно может быть использовано в устройствах для производства экструдированных продуктов, а также в других производствах, использующих экструзию. Способ автоматического управления экструдером включает измерение расхода и влажности исходного сырья, расхода теплоносителя, давления и температуры продукта в предматричной зоне экструдера, частоты вращения рабочего органа с коррекцией давления продукта в предматричной зоне. Осуществляют подачу комбинированной смазочной жидкости в зону гомогенизации через отверстия в валу шнека. Дополнительно измеряют расход смазочной жидкости и величину давления в зонах сжатия и гомогенизации. Проводят непрерывную коррекцию расхода смазочной жидкости в зависимости от давления в предматричной зоне экструдера и коррекцию расхода исходного сырья по текущему значению расхода смазочной жидкости и влажности исходного сырья. Изобретение обеспечивает стабилизацию и автоматическое поддержание оптимального давления в предматричной зоне экструдера. 1 ил.

Формула