Патент на изобретение №2328857

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СТАБИЛИЗАЦИИ ФЕРМЕНТАТИВНОЙ АКТИВНОСТИ МАСЛИЧНЫХ ПРОДУКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов в масложировой промышленности. Способ предусматривает очистку исходного продукта от металломагнитных примесей, его нагрев и последующую стабилизацию ферментативной активности путем смешивания исходного продукта со стабилизатором, охлаждение, подготовку воздуха в теплонасосной установке для нагревания и охлаждения продукта с последующей подачей вентилятором в замкнутый цикл его рециркуляции. Воздух в замкнутом цикле рециркуляции после нагревания продукта сначала направляют в циклон для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, затем охлаждают в теплообменнике-рекуператоре и направляют на конденсацию в двухсекционный испаритель теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают соответственно в режимах конденсации и регенерации. Далее воздух подают на охлаждение продукта и осуществляют его подогрев с последующей подачей в камеру нагрева, при этом измеряют расход, температуру и влажность продукта, расход стабилизатора, влагосодержание воздуха, расход и температуру воздуха и хладагента. Изобретение позволяет обеспечить точность и надежность управления процессом стабилизации ферментативной активности масличных продуктов растительного происхождения и создать условия для реализации безотходной технологии, в частности стабилизировать активность ферментов при минимальных и энергетических затратах. 3 табл., 1 ил._свV,

где х_вх, Х_вых – влагосодержание воздуха на входе и выходе из камеры нагрева, кг/кг; _св – плотность сухого воздуха, кг/м³; V – объемный расход воздуха, м³/ч, в соответствии с которым устанавливает расход хладагента в рабочую секцию 10 испарителя воздействием на мощность привода компрессора 8 теплонасосной установки посредством исполнительного механизма 55.

Процесс охлаждения отработанного воздуха в рабочей секции испарителя 10 теплонасосной установки сопровождается конденсацией влаги из воздуха в «снеговую шубу» на поверхности ее охлаждающего элемента. Это приводит к снижению коэффициента теплопередачи от хладагента к воздуху через стенку охлаждающего элемента. Нарастающая во времени толщина «снеговой шубы» снижает интенсивность охлаждения и осушения воздуха.

По информации датчиков 30, 36, 37, 38 микропроцессор непрерывно вычисляет текущее значение коэффициента теплопередачи по формуле:

где Q=Vc(t₁-t₂) – количество теплоты, подаваемой отработанным воздухом в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки, кДж/ч; с, – средние значения теплоемкости, кДж/(кг·К) и плотности, кг/м³, воздуха; V – объемный расход воздуха, м³/ч; F – площадь поверхности охлаждающего элемента испарителя, м²; t_cp=(t₁-t₂)/ln[(t₁-t₃)/(t₁-t₃)] среднелогарифмический температурный напор, °С; t₁, t₂ – температура воздуха соответственно на входе и выходе из рабочей секции испарителя, °С; t₃ – температура хладагента на входе в рабочую секцию испарителя, °С, и вырабатывает сигнал отклонения текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного интервала значений, по которому воздействует на соотношение расходов «воздух-хладагент» путем изменения расхода хладагента в линии рециркуляции 21 воздействием на мощность привода компрессора 8 с помощью исполнительного механизма 55. При отклонении текущего значения коэффициента теплопередачи от заданного в сторону уменьшения микропроцессор увеличивает хладопроизводительность теплонасосной установки.

Если увеличение хладопроизводительности (расхода хладагента в линии 21) не позволяет вывести текущее значение коэффициента теплопередачи на заданный интервал значений, то микропроцессор отключает рабочую секцию испарителя 10 из линии рециркуляции хладагента 21 теплонасосной установки и подключает резервную секцию 11 посредством исполнительных механизмов 49, 53.

Одновременно микропроцессор 45 осуществляет переключение направления движения потока воздуха с помощью исполнительных механизмов 51 в резервную секцию 11 испарителя теплонасосной установки, которая из режима регенерации переключается на рабочий режим конденсации (охлаждения воздуха). Работа исполнительных механизмов 49, 50, 51, 52, 53, 54.

Способ управления процессом стабилизации ферментативной активности масличных продуктов растительного происхождения реализован в линиях разной производительности в зависимости от вида исходного сырья.

В соответствии с технической характеристикой оборудования для подготовки масличных продуктов растительного происхождения к хранению удельный расход воздуха в камеру нагрева, подогретого в конденсаторе теплового насоса до температуры 70…75°С, составляет 7,0 м³/кг. Следовательно, количество влаги, испарившейся из продукта в процессе его нагрева и унесенной отработанным воздухом из камеры нагрева в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки, определяется следующим образом:

U=(x_вых-x_вх)_свG,

здесь G – производительность поточной линии по исходному продукту, т/ч; – расход охлаждающего воздуха на единицу массы продукции, м³/кг; x_вх, x_вых – влагосодержание на входе и выходе из камеры нагрева, кг/кг.

Полученное количество влаги необходимо сконденсировать на поверхности охлаждающего элемента рабочей секции испарителя в виде «снеговой шубы», предельно допустимая толщина которой не должна превышать 15 мм, что соответствует интервалу значений коэффициента теплопередачи от хладагента к воздуху через стенку охлаждающего элемента, 3,8…5,0 Вт/(м²·К). В процессе конденсации влаги отработанный воздух осушается и охлаждается до температуры, например, 5…7°С. При снижении коэффициента теплопередачи ниже заданного интервала значений, например ниже 3,8 Вт/м²·К, микропроцессор переключает рабочую секцию испарителя с режима конденсации на режим регенерации, а резервную секцию с режима регенерации на режим конденсации.

Воздух после рабочей секции испарителя теплонасосной установки с влагосодержанием, например, 0,005 кг/кг подается на охлаждение продукта в камеру 6, в результате чего он нагревается до температуры, например, 20…25°С и далее направляется в теплообменник-рекуператор 12 и конденсатор 9 теплонасосной установки, где его температура доводится, например, до 70…75°С, с которой он подается на нагревание продукта. За счет насыщения воздуха испарившейся из продукта влагой его влагосодержание на выходе из камеры нагрева увеличивается и составляет, например, 0,015…0,020 кг/кг. Отработанный воздух направляется в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки и термодинамический цикл повторяется.

В установившемся технологическом режиме микропроцессор поддерживает расход стабилизатора в соотношении 5…7% к общей массе продукта, что составляет 6…7 кг/ч, при этом мощность привода смесителя поддерживается постоянной, например, 2,0 кВт.

Полученный стабилизированный продукт охлаждают до температуры, например, 10…12°С. При отклонении температуры от заданной микропроцессор корректирует хладопроизводительность теплонасосной установки, воздействуя на интенсивность осушения и охлаждения воздуха, подаваемого в камеру охлаждения продукта.

За счет управления процессом стабилизации ферментативной активности на основе различного сырья по предлагаемому способу снижалась активность ферментов: липазы, липоксигеназы, каталазы (активизирующих окисление ненасыщенных жирных кислот с образованием гидроперекисей, придающих горький вкус), микробиологическая обсемененность и кислотное число, существенно сокращался интервал отклонения значений активности ферментов, что в результате обеспечивало увеличение сроков хранения продукта.

Способ управления процессом стабилизации ферментативной активности масличных продуктов растительного происхождения поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Стабилизация ферментативной активности пшеничных зародышей осуществляется на поточной линии производительностью по готовому продукту 800 кг/ч, состоящей из оперативного бункера, магнитного сепаратора У1-БМЗ, камеры нагрева, вентилятора ВЦ-3, смесителя 2СМ-1 (МСН) и камеры охлаждения.

Для повышения энергетической эффективности в схеме управления процессом стабилизации ферментативной активности масличных продуктов растительного происхождения использовался компрессорно-конденсаторный агрегат, работающий в режиме теплового насоса, со следующими характеристиками:

Удельный расход воздуха в камеру нагрева, подогретого в конденсаторе теплового насоса до температуры 70°С, составляет 7,0 м³/кг. Следовательно, количество влаги, испарившейся из продукта в процессе его нагрева и унесенной отработанным воздухом из камеры нагрева в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки, определяется следующим образом:

U=(x_вых-x_вх)_свG=(0,015-0,005)·1,0·800·7,0=56 кг/ч,

здесь G – производительность поточной линии по исходному продукту, т/ч; – расход охлаждающего воздуха на единицу массы пшеничных зародышей, м³/кг; х_вх, х_вых – влагосодержание на входе и выходе из камеры нагрева, кг/кг.

В процессе конденсации влаги из отработанного воздуха в “снеговую шубу” на поверхности охлаждающего элемента рабочей секции испарителя он охлаждается до температуры 7°С и осушается до влагосодержания 0,005 кг/кг. При снижении коэффициента теплопередачи ниже заданного значения 3,8 Вт/м²·К микропроцессор переключает рабочую секцию испарителя с режима конденсации на режим регенерации, а резервную секцию с режима регенерации на режим конденсации.

Воздух после рабочей секции испарителя теплонасосной установки с влагосодержанием 0,005 кг/кг подается на охлаждение продукта в камеру 6, в результате чего воздух нагревается до температуры 25°С и направляется сначала в теплообменник-рекуператор 12, затем в конденсатор 9 теплонасосной установки, где его температура доводится до 70°С, с которой он подается на нагревание продукта.

За счет насыщения воздуха испарившейся из продукта влагой его влагосодержание на выходе из камеры нагрева увеличивается до 0,015 кг/кг. Отработанный воздух направляется в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки и термодинамический цикл повторяется.

В установившемся технологическом режиме микропроцессор поддерживает расход стабилизатора в соотношении 5% к общей массе продукта, что составляет 6 кг/ч, при этом мощность привода смесителя поддерживается постоянной, например, 2,0 кВт.

Полученный стабилизированный продукт охлаждают до температуры 12°С. При отклонении температуры от заданной микропроцессор корректирует хладопроизводительность теплонасосной установки, воздействуя на интенсивность осушения и охлаждения воздуха, подаваемого в камеру охлаждения продукта.

За счет управления процессом стабилизации ферментативной активности пшеничных зародышей по предлагаемому способу снижалась активность ферментов: липазы, липоксигеназы, каталазы (активизирующих окисление ненасыщенных жирных кислот с образованием гидроперекисей, придающих горький вкус) и микробиологическая обсемененность (табл.1), существенно сокращался интервал отклонения значений активности ферментов, что в результате обеспечивало увеличение сроков хранения продукта.

Таким образом, при стабилизации пшеничных зародышей комбинированным способом (нагрев, смешивание со стабилизатором, охлаждение) обеспечивается сохранность биохимического состава продукта, что приводит к увеличению срока хранения продукта и улучшению начальных значений показателей качества.

Пример 2.

Стабилизация ферментативной активности семян подсолнечника осуществляется на поточной линии производительностью по готовому продукту 16 т/ч, состоящей из оперативного бункера, магнитного сепаратора У1-БМЗ, камеры нагрева, двух вентиляторов ВЦ-5, смесителя У21-ДСП и камеры охлаждения.

При производительности линии по готовому продукту 16 т/ч удельный расход воздуха в камеру нагрева, подогретого в конденсаторе теплового насоса до температуры 75°С, составляет 1500 м³/кг. Следовательно, количество влаги, испарившейся из продукта в процессе его нагрева и унесенной отработанным воздухом из камеры нагрева в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки, будет следующим:

U=(x_вых-x_вх)_свG=(0,016-0,007)·1,0·16000·1,5=216 кг/ч.

При таком количестве испарившейся из семян подсолнечника влаги в камере нагрева для стабилизации их ферментативной активности по аналогии с примером 1 необходимо поддерживать следующие значения технологических параметров: влагосодержание отработанного воздуха на выходе из камеры нагрева 0,014 кг/кг, температура и влагосодержание воздуха после рабочей секции испарителя соответственно 4°С и 0,007 кг/кг, расход стабилизатора 7,5%, температура охлаждения стабилизированного продукта 13°С.

В табл.2 приводятся результаты сравнения показателей качества по известному и предлагаемому способу.

Из табл.2 следует, что предлагаемый способ стабилизации ферментативной активности семян подсолнечника имеет преимущества по сравнению с традиционной технологией стабилизации. Если в известном способе за время хранения подсолнечника в течение пяти месяцев общая обсемененность увеличилась на 14,9·10³ КОЕ/г, то в предлагаемом способе она уменьшилась на 4,3·10³ КОЕ/г; если в известном способе кислотное число увеличилось на 5,27 мг КОН на 1 г масла, то в предлагаемом способе это увеличение составило 3,61 мг КОН на 1 г масла. В результате увеличены сроки хранения продукта за счет улучшения и стабилизации показателей его качества перед закладкой на хранение.

Пример 3.

Стабилизация ферментативной активности семян льна осуществляется на поточной линии производительностью по готовому продукту 6 т/ч, состоящей из оперативного бункера, магнитного сепаратора У1-БМЗ, камеры нагрева, вентилятора ВЦ-П3, смесителя У21-ДСП и камеры охлаждения.

По аналогии с осуществлением способа приводятся оптимальные значения изменений технологических параметров для стабилизации ферментативной активности семян льна: отработанный воздух осушается и охлаждается до температуры 5°С, влагосодержание воздуха на входе камеры нагрева 0,005 кг/кг, влагосодержание воздуха на выходе из камеры нагрева 0,017 кг/кг, расход стабилизатора 6,5%, температура охлаждения стабилизированного продукта 12°С.

Удельный расход воздуха в камеру нагрева, подогретого в конденсаторе теплового насоса до температуры 72°С, составляет 1,2 м³/кг. Следовательно, количество влаги, испарившейся из продукта в процессе его нагрева и унесенной отработанным воздухом из камеры нагрева в рабочую секцию испарителя теплонасосной установки при производительности линии, например, 6 т/ч, определяется следующим образом:

U=(x_вых-x_вх)_свG=(0,017-0,007)·1,0·600·1,2=72 кг/ч.

Преимущества предлагаемого способа следуют из полученных результатов (табл.3). Уменьшение общей обсемененности в предлагаемом способе на 4,0·10³ КОЕ/г и незначительное увеличение кислотного числа в предлагаемом способе на 2,31 мг КОН на 1 г масла позволили увеличить сроки хранения семян льна.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет не только обеспечить точность и надежность управления процессом стабилизации ферментативной активности масличных продуктов растительного происхождения, но и создать условия для реализации безотходной технологии, в частности стабилизировать активность ферментов при минимальных материальных и энергетических затратах.

Дополнительные технологические приемы позволяют реализовать предлагаемый способ как энергосберегающую и экологически безопасную технологию, в частности обеспечить охлаждение воздуха с применением теплонасосной установки в замкнутом контуре его рециркуляции и снизить при этом окисление продукта кислородом воздуха (чисто технологическая задача), устранить выброс пылевидной фракции с отработанным воздухом в атмосферу (экологическая задача), использовать рекуперацию теплоты конденсации хладагента в конденсаторе теплонасосной установки для нагрева продукта (задача энергосбережения). В предлагаемом способе решается комплексная задача рационального энергоснабжения новых технологических операций, посредством которых осуществляется воздействие на продукт, что приобретает особую актуальность применения способа на комбикормовых заводах.

Формула изобретения

Способ управления процессом стабилизации ферментативной активности масличных продуктов растительного происхождения, предусматривающий очистку исходного продукта от металломагнитных примесей, его нагрев в камере нагрева и последующую стабилизацию ферментативной активности путем смешивания в смесителе исходного продукта со стабилизатором, охлаждение в камере охлаждения, подготовку воздуха в теплонасосной установке для нагревания и охлаждения продукта, с последующей подачей вентилятором в замкнутый цикл его рециркуляции, отличающийся тем, что воздух в замкнутом цикле рециркуляции после нагревания продукта в камере нагрева сначала направляют в циклон для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, затем его охлаждают в теплообменнике-рекуператоре и направляют на конденсацию в двухсекционный испаритель теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают соответственно в режимах конденсации и регенерации, после чего воздух подают на охлаждение продукта в камеру охлаждения, и далее осуществляют его подогрев в теплообменнике-рекуператоре и конденсаторе теплонасосной установки с последующей подачей в камеру нагрева продукта, при этом измеряют расход, температуру и влажность продукта на входе в камеру нагрева, влажность и расход продукта на входе в смеситель, температуру и расход продукта на выходе из камеры охлаждения, расход стабилизатора на входе в смеситель, влагосодержание воздуха до и после камеры нагрева, расход и температуру воздуха на входе в камеру нагрева, расход воздуха, температуру воздуха и хладагента на входе в рабочую секцию испарителя, по разности влагосодержания воздуха до и после камеры нагрева и расходу воздуха на входе в рабочую секцию испарителя определяют количество водяных паров в отработанном воздухе, по которому устанавливают расход хладагента воздействием на мощность привода компрессора теплонасосной установки; по температуре воздуха до и после рабочей секции испарителя и температуры хладагента на входе в рабочую секцию испарителя определяют текущее значение коэффициента теплопередачи от водяных паров к хладагенту через охлаждающую поверхность рабочей секции испарителя и при достижении предельно минимального значения коэффициента теплопередачи производят переключение рабочей секции испарителя с режима конденсации на режим регенерации с одновременным включением на режим конденсации секции, работавшей в режиме регенерации; по влажности продукта на выходе из камеры нагрева устанавливают расход воздуха на входе в камеру нагрева воздействием на мощность привода вентилятора, по расходу продукта на входе в смеситель устанавливают расход стабилизатора и мощность привода смесителя, а по температуре охлажденного продукта корректируют производительность теплонасосной установки воздействием на мощность привода компрессора.

РИСУНКИ