Автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

 

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ПРОИЗВОДСТВА ХЛЕБНОГО КВАСА

 

 

 

 

Курсовой проект

по дисциплине «Метрология, технологические измерения отрасли

 и сертификация приборов»

 

Специальность 1-53 01 01 Автоматизация технологических процессов

и производств

Специализация 1-53 01 01 06 Автоматизация технологических процессов

и производств (пищевая промышленность)

 

 

 

 

Руководитель проекта    Выполнила

профессор, д. т. н.    студентка группы АТПП-091

          В.Ф. Пелевин       Л.С. Галанова

«__»_____________2012 г.   «__»___________________2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Могилев 2012

 

Содержание

 

Введение              3

1 Описание технологического  процесса         4

2 Описание функциональной  схемы автоматизации       5

3 Выбор и обоснование  средств измерений         7

3.1 Средства измерения  уровня           7

3.2 Средства измерения  расхода и количества        8

3.3 Средства измерения  температуры        14

3.4 Средства измерения  концентрации       17

3.5 Средства измерения  давления        19

Заключение            22

Список использованных источников        22

Спецификация приборов          23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Схемой автоматизации предусматривается автоматизация основных технологических процессов. При производстве кваса требуется автоматическое дозирование компонентов, регулирование и сигнализация уровней в сборниках ККС, сахарного сиропа, закваски, в настойном и бродильно-купажном аппаратах, измерение расхода ККС, измерение и регулирование температуры воды, поступающей в аппараты, квасного сусла в бродильно-купажном аппарате и кваса после теплообменника, измерение количества сахарного сиропа, квасного сусла и закваски, поступающей в бродильно-купажный аппарат, измерение давления воздуха в бродильно-купажном аппарате, плотности и кислотности кваса, количества приготовленного кваса, направляемого на розлив, давления жидкости в трубопроводе. Также требуется местное и дистанционное управление электродвигателями насосов, вентилями и исполнительными механизмами.

Целью курсового проекта является автоматизация технологического процесса производства хлебного кваса. Задачей курсового проекта является выбор средств автоматического контроля параметров и средств автоматизации технологического процесса производства хлебного кваса.

Автоматизация технологического процесса производства кваса обеспечивает повышение производительности труда, снижение производственных потерь, улучшает условие труда обслуживающего персонала.

 

1 Описание технологического  процесса

 

Технологический процесс производства хлебного кваса состоит из операций приготовления квасного сусла, сахарного сиропа и колера, разводки чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий, сбраживания квасного сусла, купажирования сброженного сусла с сахарным сиропом и другими составляющими.

Концентрат квасного сусла или хлебный экстракт в жидком виде из специализированных цистерн насосом направляется в мерник, затем перекачивается в сборник для хранения. В мернике и сборнике уровень концентрата квасного сусла не должен превышать 1,5±0,005 м.

Приготовление квасного сусла производится в настойном аппарате. В него поступает расчетное количество концентрата квасного сусла или экстракта, которое контролируется расходомером на уровне 20±0,135 м3/ч, и теплая вода из теплообменника температурой 36±3,5 оС. Затем включают мешалку. Содержимое в аппарате растворяется за 10-15 минут. Уровень квасного сусла в настойном, бродильно-купажном аппарате и в сборнике закваски не должен превышать 80±2,5%. Концентрация квасного сусла после настойного аппарата должна быть равна 4±2%

Сахарный песок из склада подается транспортером, затем элеватором в бункер и потом в дозатор. Из дозатора сахар направляется в смеситель-растворитель, куда одновременно подается подогретая вода и лимонная кислота. Содержимое перемешивается мешалкой и нагревается до кипячения. Варка продолжается 30 минут. Готовый сахарный сироп фильтруется, перекачивается насосом через теплообменник в сборник для хранения. Уровень сахарного сиропа в сборнике не должен превышать 1,5±0,005 м.

Чистые культуры дрожжей и молочнокислых бактерий разводят на специальных установках Ганзена или Грейнера или в системе сборников.

Процесс сбраживания квасного сусла и купажирование совмещают и производят в бродильно-купажном аппарате. В аппарат подается насосом квасное сусло, вода, сахарный сироп и комбинированная закваска (смесь чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий). Количество сахарного сиропа, закваски и квасного сусла, подаваемых в бродильно-купажный аппарат должно равняться 40±2 м3/час. Содержимое перемешивают. Сусло оставляют бродить при температуре 27±3,5 оС на восемь часов. После окончания процесса брожения сусло охлаждают до температуры 7±3,5 оС. При этом основная масса дрожжей оседает и после окончания процесса брожения в аппарате удаляется в сборник кормовых дрожжей. Далее производится купажирование. Оно заключается в смешивании сусла с сахарным сиропом до плотности. Скупажированный квас выдерживают в течение 30-60 минут. Затем его окончательно охлаждают до температуры 7±3,5 оС в теплообменнике и направляют на розлив. Количество кваса, подаваемого на разлив должно быть равным    20±0,135 м3/ч Количество сахарного сиропа, закваски и квасного сусла, подаваемых в бродильно-купажный аппарат должно равняться 40±2 м3/час.

Давления жидкостей в трубопроводах, а также давления, создаваемые насосами, должно быть равным 0,3±0,0025МПа.

 

2 Описание функциональной  схемы автоматизации

 

Автоматическая сигнализация и регулирование уровня в мернике производится регулятором-сигнализатором уровня ЭРСУ-3М (позиция 2б), электродный датчик которого установлен в сборнике. При достижении верхнего предельного уровня концентрата квасного сусла подается сигнал в электрическую схему управления, которая посредством магнитного пускателя КМ1 выключает электродвигатель насоса АИР56В4 (позиция 2в). Работа насоса на месте контролируется по показаниям манометра МТП-100/1 (позиция1а). При этом загорается сигнальная лампочка HL1 на щите. Для переключения схемы управления с автоматического режима на ручной служит переключатель HS (позиция SA1). Управление электродвигателем насоса АИР56В4 (позиция 2в) осуществляется кнопочной станцией SB1.

Автоматическая сигнализация и регулирование уровня в сборнике производится регулятором-сигнализатором уровня ЭРСУ-3М (позиция 4б), электродный датчик которого установлен в сборнике. При достижении верхнего предельного уровня концентрата квасного сусла подается сигнал в электрическую схему управления, которая посредством магнитного пускателя КМ2 выключает электродвигатель насоса АИР56В4 (позиция 4в). Работа насоса на месте контролируется по показаниям манометра МТП-100/1 (позиция3а). При этом загорается сигнальная лампочка HL2 на щите. Для переключения схемы управления с автоматического режима на ручной служит переключатель HS (позиция SA2). Управление электродвигателем насоса АИР56В4 (позиция 4в) осуществляется кнопочной станцией SB2.

Автоматическая сигнализация и регулирование уровня в сборнике производится регулятором-сигнализатором уровня ЭРСУ-3М (позиция 9б), электродный датчик которого установлен в сборнике. При достижении верхнего предельного уровня сахарного сиропа подается сигнал в электрическую схему управления, которая посредством магнитного пускателя КМ3 выключает электродвигатель насоса АИР56В4 (позиция 9в). Работа насоса на месте контролируется по показаниям манометра МТП-100/1 (позиция 8а). При этом загорается сигнальная лампочка HL5 на щите. Для переключения схемы управления с автоматического режима на ручной служит переключатель HS (позиция SA3). Управление электродвигателем насоса АИР56В4 (позиция 9в) осуществляется кнопочной станцией SB3.

Индикатор уровня РИС101 (позиция 5б), стержневой датчик ПП-025 (позиция 5а) которого укреплен в сборнике закваски, сигнализирует лампочкой HL3 о достижении предельного уровня в сборнике.

Индикатор уровня РИС101 (позиция 6б), стержневой датчик ПП-025 (позиция 6а) которого укреплен в настойном аппарате, сигнализирует лампочкой HL4 о достижении предельного уровня в аппарате.

Индикатор уровня РИС101 (позиция 11б), стержневой датчик ПП-025(позиция 11а) которого укреплен в бродильно-купажном аппарате, сигнализирует лампочкой HL6 о достижении предельного уровня в аппарате.

Измерение расхода концентрата квасного сусла, направляемого в настойный аппарат, производится комплектом индукционного расходомера Rosemount8700 в состав которого входит датчик расхода 8721 (позиция 16а), установленный на трубопроводе. На месте установлен показывающий прибор (позиция 16б) с электрической дистанционной передачей. На щите управления электропневматический преобразователь 8712E (позиция 16в) и показывающий вторичный прибор ПВ10.1Э (позиция 16г).

Измерение расхода концентрата квасного сусла, направляемого на розлив, производится комплектом индукционного расходомера Rosemount8700 в состав которого входит датчик расхода 8721 (позиция 17а), установленный на трубопроводе. На месте установлен показывающий прибор (позиция 17б) с электрической дистанционной передачей. На щите управления электропневматический преобразователь 8712E (позиция 17в) и показывающий вторичный прибор ПВ10.1Э (позиция 17г).

Измерение температуры воды, поступающий в настойный аппарат, осуществляется автоматической системой из термопреобразователя сопротивления ТСМ-0879 (позиция 10а), установленного на трубопроводе подачи воды в сборник, логометра ЛР-64И (позиция 10б).

Измерение температуры квасного сусла в бродильно-купажном аппарате осуществляется автоматической системой из термопреобразователя сопротивления ТСМ-0879 (позиция 13а), установленного на трубопроводе подачи квасного сусла, логометра      ЛР-64И (позиция 13б).

Измерение температуры кваса после теплообменника осуществляется автоматической системой из термопреобразователя сопротивления ТСМ-0879 (позиция 18а), установленного на трубопроводе, логометра ЛР-64И (позиция 18б).

Измерение концентрации квасного сусла после настойного аппарата производится бесконтактным кондуктометрическим анализатором КС-1М-3 (позиция 20б), первичный преобразователь индукционного типа проточного исполнения (позиция 20а) которого установлен на трубопроводе.

Количество сахарного сиропа, закваски и квасного сусла, подаваемых в бродильно-купажный аппарат, контролируется счетчиками ВТ-Г (позиции соответственно 12а-12б, 14а-14б, 21а-21б).

Контроль давления жидкостей в трубопроводах осуществляется манометрами МТП-100/1-ВУ (позиция 7а, 15а, 19а).

Управление электродвигателями насосов, вентилями и исполнительными механизмами производится по месту кнопочными станциями SB1…SB4, SB6…SB10, SB16…SB17, SB20 и со щита управления кнопочными станциями SB5, SB11…SB15, SB18, SB19, SB21. Сигнальные лампочки H1…HL16 сигнализируют о работе электродвигателей.

 

3 Выбор и обоснование  средств измерений

 

3.1 Средства измерения  уровня

3.1.1 Электронный кондуктометрический регулятор – сигнализатор ЭРСУ-3М

Принцип действия прибора основан на преобразовании изменения электрического сопротивления между электродом датчика и стенкой резервуара в электрический релейный сигнал.

При погружении электрода датчика в контролируемую среду сопротивление уменьшается, срабатывает реле и загорается светодиод соответствующего канала. При отсутствии среды сопротивление увеличивается, происходит отпускание реле и гаснет светодиод.

Прибор имеет три независимых канала, позволяющих контролировать 3 уровня жидкости в одном или разных резервуарах.

На рисунке 1а представлено устройство первичного преобразователя сигнализатора уровня типа ЭРСУ. Он состоит из изолированного электрода 8 постоянной длины и неизолированного электрода 5, длину которого можно изменять. Штуцер 9 служит для установки датчика в стенке резервуара, а пластмассовый колпачок 3 фиксатором датчиков внутри корпуса. Электроды 5 и 8 соединены наконечником 7 и гайкой 6. Усадка фторопластового изолятора электрода 8 компенсируется пружиной 4. Соединительный провод подключается к электроду гайками 2, которые изолируются резиновым колпачком. Провод от корпуса резервуара подсоединяется к лепестку 10 [3].

На рисунке 1 представлена схема контроля уровня трехканальным сигнализатором. К электронному блоку прибора ЭБ подсоединены три датчика 2 нижнего уровня(ДНУ), среднего(ДСУ) и верхнего(ДВУ).

 

а - конструкция датчика; б – схема контроля уровней

 

Рисунок 1 – Схема прибора ЭРСУ

 

Датчики установлены в стенке резервуара 1 через изолирующие прокладки 3. Каждый из датчиков подключен к усилительному релейному блоку (УРБ) УРБ1... УРБЗ. На выходе УРБ установлены электромагнитные реле KV1 ...KV3. При достижении уровня жидкости соответствующего датчика, через нее замыкается цепь входного напряжения Uвх на соответствующий УРБ, что вызывает срабатывание выходного реле KV и замыкание и размыкание его контактов (на схеме не показаны).

Метрологические характеристики: температура контролируемой среды не выше 200 оС; погрешность  ±5 мм.

Технические характеристики: выходной сигнал - переключающие контакты реле; нагрузка на контакты выходного реле:ток 0,5-2,5 А, частота 50, 60 Гц, напряжение      12-250 В, допустимое увеличение тока на время не более 0,1 с. не более 5А; верхнее значение сопротивления срабатывания 5000 Ом; длина линии связи между датчиками и передающим преобразователем при сопротивлении каждой жилы до 20 Ом 1000 м; параметры питания (номинальное значение): напряжение переменного тока 220,240,380 В, частота 50, 60 Гц, потребляемая мощность не более 7,0 Вт; полный средний срок службы 12 лет.