Спосіб очистки твердої фази суспензії

Спосіб очистки твердої фази суспензії, що включає попередній розгін ротора центрифуги, подачу суспензії в ротор центрифуги до заповнення його робочого об'єму, холостий хід, відділення рідкої фази суспензії під дією поля відцентрових сил в процесі основного розгону при максимальній частоті обертання ротора, ущільнення осаду, подачу дози промивної води, промивку й вивантаження осаду, який відрізняється тим, що в ньому одночасно вимірюється енергія споживання двигуном центрифуги і вимірюється часова залежність частоти обертання вала двигуна окремо на стадіях попереднього розгону, завантаження, холостого ходу і основного розгону, по результатах вимірювання визначають оптимальну дозу промивної води для кожного циклу очистки Запропонований винахід відноситься до засобів вимірювальної техніки, і може бути використаний для автоматизації технологічних режимів центрифугування, оптимізованих для певної суспензії, в харчовій промисловості, і, зокрема, патоковій (цукровій), масложировій та інших, продуктами яких є тверда фаза суспензії Відомий спосіб очистки твердої фази суспензії за допомогою центрифуги типу НОГШ, який полягає у тому, що у ротор центрифуги неперервно подається суспензія, де вона, під дією поля відцентрових сил, розділяється на рідку і тверду фазу, причому рідка фаза суспензії направляється до зливних вікон, переливається через зливний борт і викидається із ротора центрифуги в один приймач, а шар твердої вази (осад) транспортується шнеком до вікон і видаляється із ротора у другий приймач, а далі подається вода і центрифуга промивається (див кн Дригалев А Й , Зайчик Ц Р , Коломиец В Ф и др Устройство и эксплуатация оборудования предприятий пищевой промышленности Под редакцией А И Дригалева 2-е изд переработка и дополнение М ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1988, стр 274 - 276, рис X 12) мышленности Под редакцией А И Дригалева 2-е изд перераб и дополн М ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1988, стр 278 - 280, рис X 13) Недоліком цього способу є невисока ступінь зневоднювання осаду і неможливість його ефективної промивки Найбільш близьким до запропонованого способу за технічною суттю і досягнутому ефекту є спосіб очистки твердої фази суспензії у центрифузі ФПН - 1251Л-2, який використовується в цукровому виробництві (див кн Дригалев А Й , Зайчик Ц Р , Коломиец В Ф и др Устройство и эксплуатация оборудования предприятии пищевой про ВІДПОВІДНО ДО ВІДОМОГО способу, для очистки твердої фази суспензії, включають електродвигун центрифуги і при досягненні частоти обертання його ротора 230хв (попередній розгін), відкривають вхідну шиберну заслінку і по лотку направляють суспензію у ротор центрифуги (завантаження центрифуги) По мірі завантаження ротора центрифуги до заданого об'єму, за сигналами датчика завантаження суспензії вхідна шиберна заслінка закривається, а контакти живлення електродвигуна центрифуги перемикають в положення, що забезпечує його валу максимальну частоту обертання (основний розгін), на якій відбувається процес відділення рідкої фази суспензії (процес фугування) Тривалість процесу фугування рідкої фази регулюється за строго фіксованими сигналами реле часу, яке визначає загальну тривалість фугування, встановлену в ході налагоджування технологічного режиму Після закінчення процесу фугування через деякий, наперед визначений при налагоджуванні, проміжок часу включається електромагнітний клапан подачі дози промивної води, яка поступає в пристрій для промивки цукру При цьому доза промивної води встановлюється при налагоджуванні технологічного процесу для фугування певної суспензії і далі під час роботи центрифуги не змінюється Одночасно з пуском води вихідний сегрегатор переключають на ВІДВІД білої патоки Після промивки і пропарки цукру електродвигун перемикають на меншу частоту обертання і ю ю 55912 центрифуга починає гальмуватися При досягненні 1 частоти обертання 50хв електродвигун вимикають і вмикають механічне гальмо Після зупинки ротора електродвигун перемикають на зворотне обертання ротора По мірі досягнення ним асинх1 ронної частоти обертання 70 - ЮОхв піднімають запірний конус і до шару цукру за допомогою пневмоциліндру підводять ніж і вивантажують тверду фазу суспензії Після вивантаження механізм зрізу відводять у початкове положення, запірний конус опускають, сито промивають водою і починають наступний цикл роботи Однак, недоліком відомого способу є подача неоптимізованої дози промивної води в кожному циклі очистки, яка є постійною і незмінною величиною, визначеною при налагодженні процесу центрифугування лише для одної певної маси і в'язкості суспензії Оскільки В кожному циклі при періодичному завантаженні у центрифугу суспензії маса і в'язкість її змінюються в значних межах, то подача надлишкової води приводить до її перевитрати, до зменшення виходу твердої фази в результаті вимивання, а нестача води - до не вимивання В результаті виникає необхідність здійснення повторного процесу, пов'язаного із затратою додаткової енергії, часу, води, стисненого повітря і використання обладнання, що в загальному зменшує продуктивність центрифуги і збільшує вартість одиниці продукції Отже, відомий спосіб очистки твердої фази суспензії, який здійснюється подачею дози промивної води без врахування маси і в'язкості суспензії, має низьку продуктивність, великі енерговитрати і вартість одиниці продукції Тому в основному винаходу поставлено задачу підвищення продуктивності центрифуги, зменшення енерговитрат і вартості одиниці продукції шляхом удосконалення відомого способу очистки твердої фази суспензії, суттєві ознаки якого полягають в подачі на промивку осаду оптимальної дози води, з врахуванням постійно змінюваних маси і в'язкості суспензії в роторі центрифуги Поставлена задача вирішується шляхом вимірювання енергії споживання електродвигуном центрифуги впродовж кожної технологічної стадії, а саме, в процесі и попереднього розгону, холостого ходу, завантаження, основного розгону, а також одночасного вимірювання часової залежності частоти обертання вала електродвигуна центрифуги в процесі її роботи За визначеними значеннями енергії споживання електродвигуном центрифуги впродовж кожної з наведених технологічних стадій та часової залежності частоти обертання вала електродвигуна центрифуги в процесі и роботи визначають оптимальну дозу промивної води, що використовується для очистки (відбілювання) твердої фази суспензії, ще до початку процесу промивки твердої фази суспензії ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "новизна" запропонованому способу забезпечує вимірювання енергії споживання електродвигуном центрифуги впродовж кожної технологічної стадії, а саме, в процесі и попереднього розгону, холостого ходу, завантаження і основного розгону, а також одночасного вимірювання часової залежності частоти обертання вала двигуна центрифуги в процесі її роботи, що дає можливість, ще до початку процесу промивки твердої фази суспензії, визначити оптимальну дозу необхідної для цього промивної води ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "позитивний ефект" забезпечує нова сукупність дій, які складають даний спосіб і приводять до можливого визначення величини оптимальної дози промивної води і в результаті до збільшення продуктивності центрифугування та зменшення як енергетичних, так і часових затрат, необхідних для отримання здешевленої умовної одиниці маси кінцевого продукту В кожному з розглянутих аналогів запропонованого способу не зустрічається операції вимірювання енергії споживання електродвигуном центрифуги в продовж кожної технологічної стадії, а саме, в процесі и попереднього розгону, холостого ходу, завантаження, основного розгону, а також одночасного вимірювання часової залежності частоти обертання вала електродвигуна центрифуги в процесі її роботи, за якими визначають оптимальну дозу промивної води Вказані чинники забезпечують запропонованому способу ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ" Розглянемо основні теоретичні викладки способу, шляхом опису його основних технологічних стадій процесу центрифугування попереднього розгону центрифуги, завантаження суспензії в центрифугу, холостого ходу, основного розгону Попередній розгін центрифуги розглядається в інтервалі часу ти = t-i - to, який задається моментами досягнення частот обертання вала со о (to) та oo-i(t) згідно даних датчика частоти (в момент to = 0 частота обертання вала с = coo > 0, в момент ti о частота обертання вала центрифуги со = сої < соі т а х - максимальна частота обертання вала центрифуги при завантаженні суспензії В заданому інтервалі часу вимірюється енергія споживання двигуном центрифуги Wo(xi) та частоти обертання вала центрифуги со о (to) і coi(ti) Дана енергія витрачається на збільшення кінетичної енергії ДЕк центрифуги сумісно з ротором електродвигуна, а також на покриття витрат Кінетична енергія обертового руху визначається співвідношенням (1) W P = Рр • и КГ' i2 i_2.(w0-wp; (2) (3) де, Іо - момент терцій ротора і центрифуги, W p енергія втрат, що пов'язана з подоланням сил тертя, активного опору обмоток електродвигуна та інш , визначається за допомогою вимірювання енергій споживання електродвигуном при ПОСТІЙНІЙ швидкості обертання центрифуги на протязі часу т., Рр - характеризує частину потужності електродвигуна, яка йде на подолання втрат і визначається впродовж попереднього циклу, або при технологічному налагоджуванні процесу центрифугування При неповному вивантажені продукту і центрифуги значення Іо міняється в по 55912 рівнянні з аналогічним значенням, отриманим в попередньому циклі, що може служити ознакою даного На другій стадії в момент завантаження суспензії відсутня кінетична енергія її обертового руху, тому спожита електродвигуном енергія W i f e ) витрачається на надання суспензії масою тоти «мтах, та на покриття енергетичних втрат Через те кінетична енергія обертового руху шару суспензії обчислюється за формулою (4) де Х2 - час завантаження суспензії, гЄф - ефективний радіус шару суспензії в центрифузі, значення ЯКОГО ЗаДОВОЛЬНЯЄ НеріВНОСТІ Гтщ < Геф 'еф 1тах яка реально знаходиться в центрифузі Третя технологічна стадія холостого ходу реалізується в часовому проміжку після завершення технологічної стадії завантаження та початком технологічної стадії основного розгону Значення енергії \Л/р(гз) дає можливість визначити потужність втрат Р Р ^ (7, а також проводити її поточний контроль, шляхом порівняння з аналогічним значенням, отриманим в попередньому циклі Велике (величина допуску відхилення встановлюється експериментально для заданого типу центрифуг) відхилення свідчить про наявність неполадок у центрифузі На четвертій основній стадії розглядається Процес рОЗГОНу Центрифуги ВІД СОїтах ДО C = СОроб O робочої частоти процесу центрифугування, коли частково проходить процес виділення рідкої фази, причому КІЛЬКІСТЬ відокремленої рідкої фази залежить від її в'язкості Д Л Я визначення в'язкості суспензії вимірюється енергія споживання під час розгону центрифуги від частоти с = coi max до кутоо вої частоти со2 < соРоб Якщо б на даному інтервалі частот не виділялась рідка фаза, тоді енергія, затрачена на розгін визначалася б співвідношенням .,, . . W3(x4) = 2 еф 2 2. 2 і max (о) де Х - інтервал часу розгону центрифуги від куто4 вої ЧаСТОТИ C = C i a ДО КуТОВОІ ЧЭСТОТИ С 2 < СОроб, O O x m 0 який вимірюється в процесі розгону Виміряне, реальне значення енергії \Л/г(т4) дещо менше \Л/з(х4) оскільки не вся маса то завантаженої суспензії прискорюється від кутової частоти - «Літах ДО КуТОВОІ ЧЭСТОТИ С02 2 обчислення то - маси суспензії завантаженої згідно формули (6), блок Вз визначення Рр - потужності втрат згідно формули (7) та аналізу його зміни для отримання ознаки неполадок в центрифузі, блок В4 визначення ц-в'язкості рідкої фази суспензії згідно формули (11) і її ефективної кількості Ш ф згідно формули (10), блок пае м'яті ВР для збереження даних Іо і Рр , визначених в попередньому циклі центрифугування, блок Вб визначення m v і Vv - оптимальної маси і об'єму дози промивної води згідно формул (12) та (13) Елементи блок-схеми зв'язують ВХІДНІ координати Ко,К|,Км - ПОСТІЙНІ величини, ВИХІДНІ координати Si і S2 - неповного вивантаження і аварійного сигналу Блок-схема запропонованого способу працює наступним чином На електродвигун центрифуги подається живлення для її попереднього розгону Датчик D4 формує сигнал значення частоти обертання ротора центрифуги, даний сигнал аналізується індикаторами частоти h - Із При досягненні частоти обертання вала ротора центрифуги с = соо індикатор h о формує сигнал обнуління і пуску таймера Т-і, та сигнал обнуління і пуску лічильника І_і При досягненні частоти обертання вала ротора центрифуги со = сої починається процес завантаження суспензії в ротор центрифуги і індикатор Ь формує сигнал зупинки таймера Ті та зупинки лічильника І_і а також сигнал обнуління і пуску таймера Тг та сигнал обнуління і пуску лічильника І_2 Сигнал х-\ таймера Ті та сигнал Wo (ти) лічильника І_і сумісно з сигналами Рр та Іо, отриманими з блоку пам'яті ВР, подається на арифметичний блок Ві, де формується сигнал Іо - значення моменту інерції обертових частин пустої центрифуги та сигнал неповного вивантаження Si, який формується тільки у випадку значного зростання сигналу Іо в порівняні з його значеннями в попередньому циклі Допустиме відхилення Іо встановлюється експериментально в процесі налагоджування режимів роботи конкретної центрифуги При заповнені робочого об'єму центрифуги суспензією датчик D2 формує сигнал завершення завантаження Даний сигнал зупиняє таймер Тг та лічильник І_2 і обнулює та запускає таймер Тз і лічильник І_з В даний момент центрифуга знаходиться в стадії холостого ходу Сигнал Х2таймера Тг та сигнал Wife) лічильника І_2 сумісно з сигналами Рр та Іо отриманими з блоку пам'яті ВР, подається на арифметичний блок Вг, який формує сигнал значення маси суспензії то, яка завантажена в ротор центрифуги в даному циклі Далі, ВІДПОВІДНО до існуючої технології роботи центрифуги, починають основний розгін її ротора та процес відділення рідкої фази суспензії При цьому сигнал датчика D3 зупиняє таймер Тз та лічильник І_з і обнулює та запускає таймер Т4 і лічильник І_4 8 Сигнал тз таймера Тз та сигнал W p лічильника І_з сумісно з сигналами Р р та Іо, отриманими з блоку пам'яті ВР, подаються на арифметичний блок Вз, який формує сигнал значення Рр, який в подальшому зберігається в блоці пам'яті ВР для використання в наступному циклі, та аварійний сигнал S2, який формується тільки у випадку значного зростання сигналу Рр в порівнянні з його значеннями в попередньому циклі центрифугування і свідчить про виникнення несправностей При досягненні частоти обертання вала ротора центрифуги с = юг індикатор Із формує сигнал о зупинки таймера Т4 та лічильника І_4 В даний момент центрифуга знаходиться в стадії робочого режиму центрифугування Сигнал Х4 таймера Т4 та сигнал У\І2Ім) лічильника І_4 сумісно з сигналами гпо.Іо.Рр, подаються на арифметичний блок В4, який формує дані цта тЄф, що сумісно з сигналом то аналізуються арифметичним блоком Вб Блок Вб формує дані про оптимальну дозу маси та об'єму промивної води для твердої фази суспензії, що знаходиться в роторі центрифуги Вказані дані формуються на початку стадії промивки (відбілювання) продукту центрифугування, що забезпечує можливість їх використання в даному циклі роботи центрифуги Слід ВІДМІТИТИ, ЩО таймери Ті - Т4, лічильники І_і - І_4 та арифметичні блоки В1-В5 можуть бути реалізовані на базі одного персонального комп'ютера з ВІДПОВІДНИМ програмним забезпеченням Використання запропонованого способу, у порівнянні з уже відомими, дасть можливість підвищити циклову продуктивність технологічного обладнання по виходу твердої фази суспензії і тим самим зменшити загальну КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ, необхідну для переробки планової продукції, зекономити технологічні енергоносії (воду, стиснене повітря), а також електроенергію за рахунок зменшення КІЛЬКОСТІ планових циклів, знизити собівартість продукції і покращити її якість, створити певні зручності в роботі обслуговуючому персоналу і покращити їм умови праці, розширити область застосування запропонованого технічного рішення, запобігти можливі аварії і експлуатацію технологічного обладнання, завдяки забезпеченню поточної діагностики його технічного стану, уникнути значних матеріальних збитків, спричинених можливими аваріями технологічного обладнання, пов'язаних з його простоями і затратами на відновлення, автоматизувати технологічні операції очистки твердої фази суспензії, а також поточну оцінку процента виходу сухої фази суспензії, підвищити надійність і ДОВГОВІЧНІСТЬ технологічного обладнання за рахунок поточної діагностики його технічного стану, а також спростити процедуру розробки планово-попереджувальної системи обслуговування та ремонту, підвищити загальну ефективність запропонованого способу очистки твердої фази суспензії, що дасть народному господарству певний економічний ефект 10 55912 Да ГиК ыерщ П Таймф Т. К ЦЬптрифугд —п Д сіадн осиооною ро^гон> Індикатор часгогн - Р. •••I Таймер Т 2 W, ..р. п -.рг П К Індикатор Блок падал ВР: Ifl "" к Датчик Датчик -Вх К Індикатор частоти w, П К w г ,2 Таймер Т ч ПК Фіг. Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24 Wl