Молочная промышленность

Контрольно-измерительные приборы и автоматика выпарного аппарата

Для работы выпарного аппарата абсолютно необходимо, чтобы контрольно-измерительные приборы работали правильно, и чтобы на них отображались все существенные параметры, иначе оператор не сможет обеспечивать нормальную работу установки.

Важнейшие измеряемые параметры:

  • Расход сырого молока
  • Температура сырого молока
  • Температура подогрева
  • Температура пастеризации
  • Температуры нагрева и кипения в каждом корпусе
  • Давление пара на входе
  • Давление пара в термокомпрессоре
  • Температура охлаждающей воды
  • Температура теплой воды
  • Вакуум
  • Проводимость конденсата
  • Плотность (содержание сухих веществ)

Эти показания должны отображаться на центральной панели управления, желательно, в диспетчерской, чтобы облегчить управление установкой.

В отношении автоматики и степени автоматизации существуют различные мнения. Однако для обеспечения устойчивой работы установки рекомендуются контуры регулирования для следующих параметров:

  • расход исходного продукта
  • температура пастеризации
  • температура пара в термокомпрессоре
  • содержание сухих веществ
  • вакуум и температура кипения в последнем корпусе

Расход исходного продукта

Расход исходного продукта, т.е. молока, регулируется автоматически по сигналам расходомера – традиционного типа, а лучше – магнитного.

Температура пастеризации

Для того чтобы быть уверенным, что готовый продукт пропастеризован при нужной температуре, в большинстве случаев используют автоматическое регулирование температуры пастеризации. Это простая и хорошо известная система: температура молока определяется давлением греющего пара, которое регулируется простым редукционным клапаном.

Давление пара в термокомпрессоре

Давление пара необходимо поддерживать постоянным. Изменение давления пара на входе в термокомпрессор приведет к изменению количества и давления (температуры) смешанного пара. Соответственно изменится скорость испарения в первом корпусе и, следовательно, во всем выпарном аппарате.

Содержание сухих веществ

Для производства первоклассного продукта необходимо поддерживать стабильный уровень сухих веществ. Кроме того, это позволяет избежать чрезмерного концентрирования, которое увеличивает вязкость, создавая опасность пригара и даже полного засорения труб.

Содержание сухих веществ можно регулировать различными способами, но, прежде всего, его требуется определить. Это можно сделать, измерив показатель преломления или плотность.

Показатель преломления концентрата молока зависит от удельной рефракции лактозы, минералов, жира и даже белка и концентраций этих веществ. Однако это значит, что измеренная сумма меняется при сезонных изменениях состава молока. Следовательно, пересчетный коэффициент (показатель преломления х коэффициент = % с.в.) не является константой, и его необходимо часто корректировать по измерению сухого остатка в муфельной печи в лаборатории. Показатель преломления преобразуется в электрический или пневматический сигнал и подается на контроллер.

Другой способ состоит в измерении плотности жидкости, которая пропорциональна содержанию сухого вещества. Плотность измеряется с помощью вибрирующей U-образной трубки, через которую проходит поток упаренного продукта. Частота колебаний уменьшается пропорционально массе продукта в трубке. Сигнал такого прибора можно использовать для управления контроллером.

Теперь можно обсудить, что делать с выходным сигналом контроллера, т.е. какой параметр требуется изменить, чтобы поддерживать постоянное содержание сухих веществ.

Расход молока

Изменение расхода молока означает изменение расхода упаренного продукта. При высоких коэффициентах концентрирования (например, в случае сыворотки) небольшое изменение расхода приведет к огромному изменению содержания сухих веществ и количества упаренного продукта, см. рисунок 1. Этот способ, при всей его простоте, не рекомендуется использовать, так как изменение коэффициента покрытия легко может привести к образованию пригара.

Рисунок 1 - Регулирование плотности изменением расхода сырья
Рисунок 1 — Регулирование плотности изменением расхода сырья


Давление пара в термокомпрессоре

Поэтому чаще используется давление острого пара в термокомпрессоре, см. рисунок 2. Однако, поскольку общее время обработки в выпарном аппарате составляет 8-20 минут, отклик системы на такое изменение требует длительного времени. Поэтому в больших выпарных аппаратах часто после второго или третьего корпуса устанавливают дополнительный контур регулирования.

Рисунок 2 - Регулирование плотности изменением давления или расхода пара.
Рисунок 2 — Регулирование плотности
изменением давления или расхода пара.

Подмешивание пастеризованного молока к упаренному продукту

Третий вариант решения состоит в том, чтобы поддерживать в предпоследнем корпусе уровень сухого вещества чуть выше необходимого (на 1-2 %) и разбавлять концентрат пастеризованным молоком на входе в последний корпус. Этот способ предотвращает колебания уровня сухого вещества и избыточное концентрирование в последнем корпусе, поскольку скорость отклика велика, см. рисунок 3.

Рисунок 3 - Регулирование плотности подмешиванием пастеризованного молока или конденсата
Рисунок 3 — Регулирование плотности подмешиванием пастеризованного
молока или конденсата

Вакуум и температура кипения в последнем корпусе

Вакуум в конденсаторе и, следовательно, в последнем корпусе регулируется расходом охлаждающей воды, а в некоторых случаях посредством так называемой «продувной системы», которая подает через клапан некоторое количество воздуха в конденсатор, так что система потребляет избыток воды. Эти две системы представлены на рисунок 4 и 5.

Рисунок 4 - Регулирование вакуума изменением расхода охлаждающей воды в смешивающем конденсаторе
Рисунок 4 — Регулирование вакуума изменением расхода охлаждающей воды в смешивающем конденсаторе

 

Рисунок 5 - Регулирование вакуума посредством “системы напуска” в смешивающем конденсаторе
Рисунок 5 — Регулирование вакуума посредством “системы напуска” в смешивающем конденсаторе