автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Стабилизация влажности в технологическом процессе производства сливочного масла способом преобразования высокожирных сливок

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ 1ШСТ!ПУГ ХОЛОДИЛЬНОЙ ПРОШЛЕННОСГИ

Тс 04

С 4Ц На правах рукописи

ГРИГОРЬЯН Распил Григорьевич

уда 637.231

СТАБИЛИЗАЦИЯ влажности в технологическом процессе производства слточного масла способом преобразования внсокожиршх сливок

05.18.12 - процессы, машины и агрегаты пищевой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертапии на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском технологическом институте холодильной промышленности

Научный руководитель: кандидат технических наук, доиент

Балгбаш Виктор Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

аасл.деятель науки и техники РФ Николаев Лев Константинович -

кандидат технических наук Бегунов Александр Андреевич

Ведущее предприятие: Санкт-Петербургское АО "СПбмясомолмшп"

Защита диссертации состоится " " е^-.&О** у? 1994 г, в -/У ча . на заседании специализированного Совета Д 063.02.02 при Санкт-Петербургском технологичрском институте холодильной промышленности

Вал отзыв (в двух экземплярах), заверенный печатью, просим напрвлять в адрес института: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета / 1 у.____

кандидат технических наук Ю.Г.Стегаличев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Объем производства сливочного масла, вырабатываемого способом преобразования высокожирных сливок /ПВС/ составляет около 48 % от общего объема выработки масла в стране.

Основным параметром, определяющим качество готового продукта и степень использования исходного сырья при оптимальном уровне производитель-, ности оборудования и энергозатрат в процессе производства, является содер-яание влаги в сливочном масле.

Управление параметром влажности сливочного масла на основе лабораторного анализа приводит к отклонениям от нормированного значения, которое составляют + 1,5 влаги для крестьянского и + 3,0 % влаги для бутербродного масла. С учетом проб продукта на анализ это обусловливает потери исходного сырья и приводит к производству продукции нестандартной по компонентному составу. Отмеченное обуславливает необходимость экспрессного определения влажности с целью оперативного управления технологическим процессом по стабилизации параметра влажности.

Отсутствие рсиенир по данному вопросу определяется тем, что имевшиеся попытки стабилизации параметра влажности готового продукта только по отклонениям влажности высокожирных сливок /ВНС/ на стадии сепарирования не получили промин" -¡того подтверждения. Это обусловлено с одной стороны тем, что создание технических средств экспрессного контроля влажности ВЖС пока не может быть обеспечено существующими электрическими методами, а с другой стороны особенностями формирования влажности в технологическом процессе. Отклонения параметра влажности готового продукта могут происходить в результате совокупного влияния факторов, определяемых аппаратурным несовершенством технологического процесса на стадии нормализации и особенностями процесса г. формированию влажности на стадии маслообразования.

Использование традиционного способа стабилизации влажности по отклонению содержания влаги в готово« продукте требует разработки новых влагомет-рических систем, так как особенности технологии производства масла способом ПВС не позволяют использовать имеющиеся репения для сливочного масла, вырабатываемого способом непрерывного сбивания.

Общая цель и основные задачи исследований. Целью настоящей работы является решение задачи получения сливочного масла с заданным содержанием влаги в непрерывном процессе маслообразования.

Поставленная цель определила решение следующих задач:

1. Исследование и анализ аггпаратурно-технологических факторов, формирующих и определяющих параметр влажности в технологическом процессе производства сливочного масла способом ПВС.

2. Комплексные исследования включающие анализ физико-химических свойств сливочного масла, его влажностннх характеристик с пельв разработки

- л -

технических средств стабилизации влажности готового продукта.

Методы исследования. При решении поставленных задач были проведены теоретические и экспериментальные исследования. Задача изучений условий формирования параметра влажности готового продукта решалась на основа представления процесса производства масла способом ПВС как совокупности действия технологических операторов сепарирования, нормализации и масло-образования. Для исследования влажностных характеристик использовали известные методы, а также разработали и применили специальные экспериментальные установки и методики. При обработке результатов экспериментальных исследований применялись известные статистические методы регрессионного анализа.

Научная новизна. Установлены основные аппаратурно-технологические факторы, определяющие параметр влажности готового продукта на стадиях нормализации и маслообразования, в технологическом процессе производства масла способом ПВС и определен уровень их влияния с учетом перераспределения 00Ш и жира в высокожирных сливках на входе в маслообразователь и появлении связанной влаги на стадии маслообразования. Установлена кинетика содержания влаги в продукте на стадии маслообразования по ходу маслообра-зователя на основании которой обоснована необходимость контроля параметра влажности на выхода готового продукта кз маслообразователп.

Экспериментально установлены влажностные характеристики сливочного масла, математическое обобщение которых позволило определить зависимость диэлектрической проницаемости масла от содержания влаги, йодного числе, и температуры. Предложена методика и количественно оценены уровни влияния йодного числа и температуры на диэлектрическую проницаемость /ДП/ масла. Установлено и оценено влияние'на ДП сливочного масла изменения агрегатного состояния молочного жира с учетом дифференцирования уровня влияния йодного числа и температуры.

Предложена и обоснована методика определения момента окончания выпаривания влаги, позволяющая повысить точность существующего метода определения влажности в сливочном масле.

Предложена структура стабилизации влажности готового продукта, включающая комплекснуп стабилизацию с применением аппаратурно-технкческих решений к систем автоматического регулирования. Обоснованы технологические зоны и температурные режимы инасенля нормалгаутагда компонентов в структуре маслообрр-эователл для стабилизации сложности готового продукта.

. Практическая ценность работы. Продлоконо шнтратурно-техническое решение обеспэчивакдее сшсженис уровня воэыущеххцнх по влажности воздействий на стадия нормализации. Предложены и разработаны технические решения обеспечивающие стабилизацию платности готового продукта как в автоматическом, .ток к в операторном режимах управления. Определено влияние на

СКО при стабилизации содержания влаги периода опроса применяемых технических средств, Отраслевой лабораторий при Санкт-Петербургском технологическом институте холодильной промышленности совместно с научно-технической фирмой "Политехмшп" /г.Москва/ с использованием результатов работы и при непосредственном участии автора работы разработана влагометрическая система BACH-OI. Предложен лабораторный метод определения содержания влага в сливочном масле.

Экономический эффект от внедрения влагомера ВАСМ-01 на производстве составляет 2,02 руб на I тонну масла в ценах до 1989 года.

Апробация работа. Основные положения диссертационной работе докладывались на научно-техшгоеских конференциях в СПбТИХП / 1989-1994 гг./, на Республиканской конференции "Математическое моделирование и проблемы автоматизации" /г.Фрунзе, 1990г./, на Республиканской научно-технической конференции "Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую отрасль АПК" /Киев, 1991 г./, на научных семинарах "Микропроцессорные системы управления технологическими процессами пищевой промышленности'' /Киев, • 1991,1992 гг/.

' Разработанная влагометрическая система ВАСМ-01 удостоиИа Диплома Всесоюзной выставки научно-технических и производственных предприятий / Ленинград, 1990г./.

Публикации. По материалам диссертапии имеется 8 публикаций и получены 2 положительных рег?ния о выдаче патента.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы из III наименований и 4 приложений. Основная Часть содержит HS стр.машинописного текста, 22 таблицы, U5 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Формирование параметра влажности в технологическом пропессе производства сливочного масла способом ПВС.

Для решения зада»/, связанных со стабилизацией влажности готового продукта на выходе из маслообразователя, необходимо в технологическом процессе установить факторы и условия, определяющие формирование параметра влажности. Выявленные таким образом основные технологические зоны и условия формирования параметра влаяности, а также уровень влияния ытпаратурно-техно-логических факторов позволит разработать комплекс решений, обеспечивающих эффективную стабилизацию влажности. В комплексе этих решений могут быть использованы как аппаратурно-технические структуры стабилизации влажности по ходу технологического процесса, так и системы автоматического /принудительного/ управления содержанием влаги в готовом продукте.

На основании проведенного анализа установлено, что формирование параметра влажности происходит по всей иепочке технологического процесса , включая стадии сепарирования, нормализации и мослообразования. С учетом этого параметрическая схема процесса / рис Л / включает указанные стадии.

Ж«.

1£'- \*<

ч

-----■=$!

М.

{

Уч»

М(а

Рис.1 Параметрическая схема процесса производства масла способом преобразования высокожирных сливок : И{СА -содержание жира в сливках,бел -количество сливок, подаваемых в сепаратор, <?л -расход пахты, -производительность сепаратора по ВЖС, -комплекс параметров, характеризующий физико-химические свойства сливок, 1|/«*с -содержание влаги в ВЖС, и факторы определяющие конструктивные особешюсти сепаратора и нормализа-ционной ванны, -время выдержки ВЖС в ванне, ¿еже -температура ШКС, V//* -содержание влаги в нормализующем компоненте, &нк -количество нормализующего компонента, ^¡-с*-содержание влаги ь нормализованных ВИС, прирост влаги в мас;.о, л [//'¿У -фактор неоднородности готового продукта по влаге, -содержание влаги в масле.

Выявлено, что для управления параметром влажности на стадии сепарирования могут быть использованы апларатурш'Л фактор и технологические факторы С„ .и (?вЖ£. . При этом факторы Жел, В ^ и /?^ относятся к числу возмущаюпигх факторов. На стадии нормализации предусматривается осуществление технологических корректировок по влажности путем использования нормализующих компонентов. Однако это не обеспечивает на выходе нормализационной ваши однородного по влаге потока выеокожирннх сливок в течение всей выработки масла, что проявляется в появлении дестабилизирующего по влажности фактора расслоения ВЖС - 4 IV/1.

Нормально, единственном фактором, определяющим содержание влаги в готовом продукте на стадии маслообразования, является' содержание влаги в ВЖС, поступающих на вход маслообразователя. При отсм в маслообразователе конструктивно не предусмотрена технологическая операция формирования влажности сливочного масла. Однако, в результате термомеханической обработки Вл'.С в иаслообраэователе в свободное состояние переходит часть влаги связанной виоокожиртши сливками. В связи с этим фактор ¿Ыщ относится к числу аппа-ратурно-технологичоских факторов, участвующих в формировании параметра влсаности на стадии иаслообразования. Содержание влаги в готовом продукте определяется такке фдктором неоднородности масла по влаге, обусловленного расслоением ВЕС на стадии нормализации.

С учетом представления технологического процесса производства масла способом ПВС в виде разомкнутой системы с последовательной технологической связью между стадиями, предложена модель формирования влажности ели- . вочного масла, учитывающая действие дестабилизирующих факторов расслоения ВЖС по влаге и С01.Ю и появления связанной влаги:

íl/см= Чхс* W„K*iWp*лЫа / г /

Для определения уровня влияния на параметр влажности готового продукта возмущающих факторов проведены экспериментальные исследования, которые показали следующее:

1. Подтверждено, что в рзалышх условиях производства, несмотря на ос-нещение норлолнзацяонных ванн перемешивающими устройствами периодического действия, имеет место факт расслоения ВЖС действие которого проявляется

в перераспределении жира и COMO высокожирных сливок по высоте вами. Величина фактора расслоения по влаге за время технологического останова сешалкн составила для конкретного случая + 0,35 % влаги относительно содержания влаги в средней пробе ВЖС.

2. Содержание COMO в различных слоях ВЖС после технологической ввдерж-ке их без перемешивания оказалось приктически одинаковым, что определило расслоение ВЖС по COMO находящемуся в плазме и различие BSC по содержанию С0!.Ю, образуемого белковыми оболочками жировых шариков. Последнее определяет различие BSC в содержат,., связанной влаги.- Перераспределение качест-венио различных COMO высокожирных сливок по высоте нормализационной ванны, параду с расслоении... ВЖС по влаге, следует отнести к факторам влияющим на параметр влажности.

3. Фактор неоднородности масла по влаге в течение отдельной выработки оказался пс величине несколько меньше ожидаемой величины изменения влвж- . ности от фактора altfó, что определяется проявлением действия на параметр влажности готового продукта перераспределения качественно различных СОЮ ВЖС по высоте ванны я процессе их расслоения.

4. Кинетика перехода связанной ВЖС влаги в свободное состояние /рис.2/ происходит во всех технологических зонах маслообразователя. При одинаковом характере изменения фактора связанной влаги по хеду маслообразователя, величина прироста влаги в масле весенне-летней выратки оказалась выше,

чем для мае;.а осенне-зимней выработки, что определяет наличие корреляции между содержанием связанной влаги и содержанием COMO в MJ-еле.

Уровень влияния фактора прироста влаги в масле может быть рассчитан по формуле:

" /2/

где - коэффициент, характеризующий способность оболочечного вещества I'% жира неразрушенной жировой эмульсии связывать воду, % свя-

ванной влаги/ % жира в ВЖС; J0n -степень предварительной дестабилизации, %,

во 60 Чо го

Ч'

о,«

Ofi °.<t o.l

л]/ч% Рис.2. Характер изменения фактора 4 в весенне-летний/3/ и о ее нне-эим-ний /4/ периоды года, температура /I/ и степени дестабилизации /2/ по ходу процесса маслообра-эования в установке Я5-ОМС при выработке бу-

_____ тербродного масла.

о So JOO 450 toó t51%e

Таким образом, исследования условий формирования влажности по ходу технологического процесса показали, что отклонения параметра влажности готового продукта на выходе из маслообразователя происходят вследствие суммарного воздействия факторов расслоения ВЖС по влаге и COMO и связанной влаги, имеющих место уже после предусмотренных штатных технологических корректировок по стабилизации влажности на стадии нормализации. Это требует дальнейшей стабилизации параметра влажности и определяет необходимость контроля влажности fia выходе готового продукта из маслообразователя.

Исследованиями по определению предельных интервалов получения информации о влажности готового продукта на выходе из маслообразователя установлено /рис.3/, что при 30 мин связь между измерениями практически

Рис.3. Зависимость C3Í0 содержания

ЛГУ со». Ч'. i». ■1,0

о,а <?б

O.S.

—-f

//

ю

но

влаги от периода опроса средств контроля при производстве крестьянского /I/ и бутербродного /2/ масла на установке Я5-0МС.

ЗО £>»*

отсутствует и СКО содержания влаги принимает значение, которым характеризуется качество управления процессом без применения средств контроля влажности в масле. По этой причине скорость получения информации о влажности масла лабораторным методом приводит к значительно превышающим допустимое технологическими требованиями отклонение влажности и не позволяет аффективно осуществлять стабилизацию влажности. Это обосновывает необходимость вкслрессного определения содержания влаги в готовом продукте.

Для решения задачи экспрессного контроля влажности масла, с учетом особенностей состояния и форм связи влаги в масле, агрегатного состог..шя жировой фазы, физико-химических свойств продукта выбран емкостной /диэль-кометрический/ метод измерения влажности. Приборная реализация данного метода требует знания поведения сливочного масла в электрическом поле первичного преобразователя с учетом содержания влаги в масле и знания уровня влияния мешающих факторов на диэлектрические свойства исследуемого продукта, что и предопределило проведение экспериментальных исследований влажностных характеристик сливочного масла.

2. Исследование влажностных характеристик сливочного масла

Выбор технических средств, структура и программа исследований предусматривали возможность сравнительной количественной оценки влияния параметра влажности, йодного числа -7 и температуры t на величину ДЦ масла Интервалы варьирования факторов составили по влажности от 21,6 до 37,1$, по йодному числу от 30,2 до 37,1 ед., по температуре от 5 до 30 °С. Исследования проводились в диапазоне варьирования частоты .электрического поля от 0,5 до 15,0 МГц.

Исследования влажностных характеристик показали независимость диэлектрических характеристик масла в диапазоне частот 0,5...8,0 МГц; линейный характер зависимости ДП масла от влажности с одинаковым 'наклоном к оси абсцисс для различных значений йодного числа и температуры; увеличение потарь от проводимости для масла с содержанием влаги более 28$. Но результатам экспериментальных исследований получены обобщенные зависимости £м = Р (IV, <7, I) в виде:

¿м = А0 + Ад- V + А2 3 + А3 £ /3/

для различных периодов года и температурных диапазонов. .

На основе предложенной методики количественно оценены уровни влияния мешающих '{акторов 'эквивалентных по приросту ДД масла от изменения содержания влаги в масле на 1% влаги (табл. I).

Таблица I

Изменение значений йодного числа и температуры эквивалентные

по приросту ДП масла' изменению влажности на 1% елэги

- Эквивалентное изменение теше натуры. С Эквивалентное изменение йолного числя, ел

Для диапазона Ь =15-20 С

Осень-зима Зесна-лето 0,21 0,21 16,1 9,5 10,0 11,7 4,3 4,0 4,0 4.3

Величина изменения ДП масла от сезонных колебаний йодного числа соизмерима с изменением влажности тела на величину, превышающую I % влаги. Влияние температуры, с учетом реально возможных диапазонов ее изменения в процессе маслообразования, незначительно и мажет не учитываться при проектировании влагометричоской системы.

Установлен факт роста ДП масла при увеличении температуры проб масла начиная с 5 °С, с максимальным изменением ДП в зонах интенсивного плавления глицеридов молочного.жира. Аномальное изменение ДП масла в области фазовйх превращении макет бить объяснено изменением агрегатного состояния молочного жира. Это, вероятно связано с тем, что жидкая фаза молочного жира обладает более высокой ДП относительно кристаллического жира. Экспериментальные данные увеличения ДП млела с возрастанием йодного числа, показателя косвенно характеризующего содержание жидкого жира, подтверждают наличие зависимости между содержанием жидкого /кристаллического/ жира и изменением ДП сливочного масла.

В области фазовых превращений молочного жира допустимо влияние 'на величину ДП масла двух основных механизмов: перехода молочного жира из одного агрегатного состояния в другое с различными значениями ДП и изменения плотности молочного жира, приводящее к изменению величины ДП масла.

Учет влияния данных механизмов на ДП сливочного масла, требует представления каждого из факторов У и С в обобщенном выражении /3/ в виде двух составляющих. Введение показателя Ота - содержание твердого жира в масле, позволило представить выражение /3/ в виде:

£м = а'0 + V + А21 л - А31 г - А4 Оп /4/

где, А££ - коэффициент, учитывающий влияние йодного числа как показателя жирнокислотного состава молочного жира;

А3£ - коэффициент, учитывающий влияние изменения плотности масла от изменения температуры на величину ДП масла.

На основами линейного характера зависимости 3, £ ) для выб-

ранных диапазонов изменения температуры и йодного числа и с учетом предложенной методики расчета коэффициента, определяющего влияние йодного-числа как показателя содержания кристаллического жира в масле, позволило получить зависимость вида:

¿„-Ао+А^+А^Э +А22а -к31Ь + А32* /5/

где А22, Ад2 - коэффициенты, учитывающие влияние 3 и £ , как показателей содержания кристаллического молочного жира в'масле, позволяющая дифференцировать влияние йодного числа и температуры на величину ДП масла с учетом изменения фазового состояния молочного жира.

Значения коэффициентов представлены в тайл. 2.

Таблица 2

Численные значения коэффициентов влияния влажности, йодного числа, температуры и содержания твердого жира на величину ДП масла для различных периодов года и температурных диапазонов

Искомые коэффициенты в выражениях /3/-/5/

Осень-зима

¿=Ю...15°С £ =15...20°С

Весна-лето

С =Ю...15°С ¿=15...20°С

"21 ^22 Л31 ^32

1,59 0,21 0,037 0,012 0,002 0,015 0,004

1,37 0,21 0,037 0,015 0,002 0,023 0,003

1,44 0,21 0,037 0,014 0,004 0,026 0,008

1,60 0,21 0,037 0,011 0,004 0,022 0,009

Практической реализацией исследований аппаратурно-технологических факторов и влажностных характеристик сливочного масла явилось создашю вла-гометрической системы ВАСМ-01 для непрерывного контроля влажности готового продукта на выходо из маслообразоштеля. В основу измерительной схем! влагомера положена система /" -мэтра с одни,? генератором, что позволило устранить погрешности измерения от нестабильности элементов контура. С учетом возрастания потерь от проводимости для масла с влажностью более 28% измерительный генератор выполнен на лямбда-диоде, что обеспечивает ' компенсацию влияния активных потерь измеряемого продукта. Для учета влия- • пия на ДП масла сезонных колебаний йодного числа, электронной схемой влагомера предусмотрена корректировка шкалы.

Геометрия пластин электродов первичного преобразователя /ПИ/ л их размещение выполнены с учетом гидродинамического режима процесса и исключает образование 'застойных зон в рабочем объеме ПЛ.

Предложено техническое решение по организации потока продукта, обеспечивающее прохождение ма'сла'через рабочий объем ¡III с равномерной скоростью, что позволяет исключить погрешности измерения влажности емкостным методом из-за деформации частиц водной фазы.

Опытно-промышленная эксплуатация образцов влагометрической системы ЕАСМ-01 показала наличие цикличности колебаний влаги в масле, длительность которых соответствует времени выработки В):С из одной ванны.

Для аттестации готовой продукции и градуировки влагомотричвекой системы предложен лабораторный метод определения содержания влаги в сливочном масло, обеспечивающий более высокую точность за счет введения объективней оценки определения момента окончания выпаривания влаги. В качестве физического параметра, по значению которого при нагревании фиксируется окоя-

чание выпаривания воды, выбрана температура масла.

Внедрение-влагомера BACM-GI на производстве позволяет уменьшить число проводимых анализов на влажность и тем самым сократить на 50$ потери сырья и жира на проведение анализа. При этом экономический эффект составляет 2,02 руб на I тонну масла в ценах до 1989 г.

Создание влагометрической системы позволило перейти к разработке систем стабилизации содержания влаги в готовом продукте.

3. Стабилизация влажности в технологическом процессе производства сливочного масла способом 1ШС

Для стабилизации параметр.! влажности предложена структура управления, реаллзующая принцип регулирования по отклонению параметра влажности, готового продукта от заданного значения, как результата интегральной оценки влияния возмущающих воздействий в процессе производства масла.

Для снижения уровня возмущающих воздействий по влажности на стадии нормализации ВИС предложено аппаратурно-техническое решение, предусматривающее организацию в течение каждой отдельной выработки более однородного по влажности потока ВЖС, подаваемых в .маслообразователь. Для этого одновременно с подачей из нижней зоны ванны основного потока BSC предлагается осуществлять подачу дополнительного потока ВЖС из верхней зоны вашш в маслообразователь через смеситель. При этом подачу высокожирных сливок из нижней и верхней зон ванны в смеситель предложено вести дозиро-ванно.

В связи с тем, что териомеханические режимы маслообраэователя подбирг ются с учетом определенного содержания жира в Ш;С, то любые колебания данного показателя в течение выработки могут явиться причиной возникновения пороков консистенции готового продукта. Поэтому, решая задачу обеспечения однородного по влажности, а следовательно и по жирности, потока BSC во времени, обеспечивается решение технологической задачи по качест-' ву сливочного масла. '

Наиболее приемлемыми объектами для управления параметром влажности являются сепаратор и маслообразователь. При этом предпочтительнее использовать в качестве объекта управления именно маслообразователь, так как он в технологической цепочке является конечным аппаратом, формирующим структуру масла, В связи с тем, что в аппаратурной структуре маслообраэователя не предусмотрено штатных каналов воздействия на параметр влажности готового продукта, предложено дополнить маслообразователь узлом.нормализации! выполняющим функции канала душ внесения управляющих воздействий в виде нормализующих компонентов /НК/.

Разработаны два варианта систем автоматического управления процессом стабилизации одиночного масла по влажности.

Схема по первому варианту управления разработана для технологических

схем, использующих нормализациошше ваанц /рис.4/ и предусматривает внесение управляющих воздействий на стадии маслообразования. Подача норы газующего компонента с повышенным или пониженным содержанием влаги осуществляется насосом-дозатором в зависимости от величины и знака рассогласования текущего значения влажности шсла.

ВЖС

/П

НК1

нкт

ю

// I

■=8*1

НК2

/а

ГГ

7)

/5

НК2

П

И

Сливочное масло

=Р

в

Рис. 4. Структурная схема стабилизации влажности в технологическом процессе производства сливочного масла способом ПВО.

Подключение соответствующего потока НК осуществляется посредством управляющих клапанов 9 и 10 ключом управления 8 по сигналу со вторичного преобразователя 5, функционально связанного с согласующим преобразователем влажности 3. Сигнал ключа управления одновременно поступает и на управляемые клапаны'и на управление переключателем потоков II, что определяет ;эсто внесения ПК с требуемой влажностью. Подача необходимого количества НК обеспечивается насосом-дозатором 7, управляемого регулирующим блоком 4 по сигналу со вторичного преобразователя влажности 3.

При организации технологического процесса с использованием саморазгружающегося сепаратора разработан вариант двухканалькой структуры управления, обеспечивающий внесение управляющих воздействий па стадиях сепарирования и маслообразования. Данная схема управления предусматривает подачу НК в поток ВКС на входе в маслообразовагель в зависимости от величины отклонения влажности масла от заданного значения на выходе, а гарантиро-тнноо допредельное отклонение влажности ВЕС поддорииваотся изменением «жима работы сепаратора но величине расхода НК.

При выборе технологических зон ваасения НК учитывались особенности провеса преобразования высокожирных сливок а масло на стадии маслообрэзо-

Баная. Так, в зоне охлаждения ВЖС до температуры начала кристаллизации" основной массы глицеридов молочного жира не происходят качественные изменения продукта и BSC остаются свойственной им жировой эмульсией. Поэтому введение ПК с повышенным содержанием влаги в конце зоны охлаждения ВЖС не приведет к качественным изменениям свойств продукта, обеспечивая врабатывание НК в массу продукта с высокой степенью диспергирования влаги. ПК с пониженным содержанием влаги является одновременно и частью исходного сырья дош производства масла, что определило зону внесения его в поток продукта на входе в маслообразователь до начала термомеханической обработки высокожирных сливок.

В разработанных системах автоматической стабилизации предусматривается также выполнения требования к температурным режимам внесения нормализующих компонентов, которое сводится к обеспечению неизменности температуры продукта в зонах внесения НК. Это обеспечивает устойчивость процесса преобразования высокожирных сливок в масло, не ухудшая качественных показателей готового продукта.

Использование систем принудительной стабилизации параметра влажности готового продукта в сочетании с аппарагурно-техническими решениями обеспечивает наиболее эффективное управление процессом стабилизации влажности сливочного масла.

Исследование предложенных схем с использованием моделирования на аналоговой вычислительной машине позволило получить переходные процессы определяющие, что время регулирования не превышает 365 с, а максимальное динамическое отклонение влажности масла находится в пределах не более ± 0,5 % содержания влаги.

ВЫВОДЫ

1. Основными факторами, определяющими отклонения параметра влажности готового продукта, являются фактор, обусловленный расслоением ВЕС по влаге z COMO на стадии нормализации и фактор прироста влаги в процессе преобразования ВЕС в масло на стадии маслообразования.

2. С учетом особенностей процесса, обуславливающих изменение влажности продукта после технологически предусмотренных корректировок,обоснована " необходимость контроля параметра влажности продукта на выходе маслообразователя. При этом исследованиями установлена необходимость нэарерывного ведения контроля.

3. На основе анализа физико-химических свойств масла, распределения и форм связи влаги, агрегатного состояния жировой фазы, компонентного и химического состава подтверждена предпочтительность применения емкостного метода для задач экспрессной оценки параметра влажности сливочного масла.

4. Получена обобщенная зависимость диэлектрической проницаемости млела от содержания влаги, йодного числа и температуры продукта в диапазоне их практических изменений. Предложена методика и определены уровни влияния мешающих факторов на диэлектрическую проницаемость масла.

о. Установлено и количественно оценено влияние изменения агрегатного состояния молочного жира на диэлектрическую проницаемость масла в области фазовых превращений. Предложена методика расчета и получены зависимости, позволяющие дифференцировать влияния йодного числа и температуры на величину диэлектрической проницаемости масла с учетом изменения агрегатного состояния жировой фазы.

6. Разработана влагометрическая система ВАСМ-01 для непрерывного контроля содержания влаги в масло на выходо маслообразователя, структура которой, конструкция первичного преобразователя и схемные решения выполнены

на основе единого целевого комплекса исследований аппаратурно-технедоги-ческих факторов, физико-химических свойств, влажностных характеристик продукта, особенностей состояния и (Тори связи влаги.

7. Предложен метод лабораторного определения содержания влаги в сливочном масле, который макет быть использован в качестве стандартного метода, обеспечивающий более высокую точность за счет физически обоснованного определения момента окончания 'выпаривания влаги.

8. Предложено аппаратурно-техничаское решение, обеспечивающее организацию более однородного по влажности потока высокожирннх сливок, подаваемых в маслообразователь, и тем самым снижающее колебания влажности готового продукта на выходе.

9. Обоснована необходимость введения в аппаратурную структуру маслообразователя узла нормализации, выполняющего функции канала внесения управляющих воздействий в виде нормализующих кс. лонентов.

10. Предложен и обоснован способ дифференцированного'внесения нормализующих компонентов по температура и технологическим зонам маслообразователя.

ТТ. Предложены структурные схемы систем автоматической стабилизации влажности, предусматривающие при отклонении влажности масла на выходе маслообразователя внесение' регулирующих воздействий или только по каналу узла нормализации, или с одновременным использованием регулирующих каналов сепаратора. Моделированием предложенных схем подтверждено, что основные показатели качества регулирования отвечают установленным технологическим требованиям. ~

12. По результатам опытно-промышленной эксплуатации влагомстрнческсй системы ВАСМ-01 на молочных предприятиях ожидаемый экономический эффект от использования влагомера составил 2,02 руб на I тонну масла (по ценам 1989 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Балюбаш В.А., Сабадаш Н.С., Григорьян Р.Г. Автоматический контроль и стабилизация влажности в технологическом процессе производства сливочного масла способом преобразования высокожирных сливок.- Л.:ЛТИХП, 1989.-Деп. в АгроШГШПП, 11.08.89, № 2088.

2. Балюбаш В.А., Григорьян Р.Г. Технические средства для исследования электрофизических характеристик пищевых продуктов.- Л.:ЛТИХП, 1990,-Деп. в АгроНИИТЭИПП, 19.12.90, № 2348.

3. Григорьян Р.Г., Балюбаш В.А. Условия формирования параметра влажности в технологическом процессе производства сливочного масла способом преобразования высокожирных сливок.- Л.:ЛТИХП, Т99Т.-Деп. в АгроНИИТЭИПП, 12.09.91, № 2460.

4. Балюбаш В.А., Пилипенко Н.И., Григорьян Р.Г. Система управления аппара-турно-технологическим комплексом производстга сливочного месля//Микропро-пессорные системы управления технологическими процессами пищевой промышленности: Тез.докл.Респ.науч.конф.- Киев, I99I.-C.32.

5. Балюбаш В.А., Григорьян Р.Г. Аппаратурно-технологическяя структура процесса и системы его управления // Разработка и внедрение новых технологий, оборудования и пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающие отрасли АПК: Тез.докл.Респ.науч.конф.- Киев, 1991.-0.255-256.

6. Балюбаш В.А., Григорьян Р.Г. Анализ объектов управления в технологических процессах производства сливочного масла// Микропроцессорные системы управления технологическими процессами пищевой промышленности.-Тез. ' докл.науч.семинара.- Киев, 1992.-С. 17-18.

7. Григорьян Р.Г., Балюбаш В.А. Исследование электрофизических характеристик сливочного масла в области фазовых превращений молочного жира.-СПб.:СПбТИХП, 1993.-Деп. в АгроНИИТЭИПП, 22.07.93, * 803-ММ93.

Подписано к печати 04.05.94. Формат 60x84 1/16. Бум. газетная. Печать офсетная. Печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 274.

Малое предприятие "ТеплоКон" Санкт-Петербургского технологического института холодильной промышленности. 191002, Санкт-Петербург, ул.Ломоносова,9