Автоматизация процесса получения осветленного яблочного сока
Введение
САПР (система
автоматизированного
Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий.
Во-первых, автоматизация проектирования — синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции, есть примеры применения мейнфреймов. Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 2000/XP, языках программирования С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.
Во-вторых, знание
основ автоматизации
Появление первых
программ для автоматизации
К настоящему времени
создано большое число
Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах.
Увеличение производительности
труда разработчиков новых
1
Технологическая
часть
1.2 Характеристика продукции, сырья и полуфабрикатов.
Яблочный сок является в нашей стране одним из самых популярных: он не только очень вкусен и полезен, но и всегда доступен. Ведь яблоки – это фрукты, которые на территории России растут почти повсеместно, и их сортов выведено множество. Например, очень популярен и всем известен такой сорт, как антоновка: в этих яблоках, после того, как их сняли с дерева, очень долго сохраняется всё полезное – несколько месяцев.
Яблоко – это фрукт, который считается самым лучшим и полезным у многих народов мира, и сегодня трудно найти страну, в которой не росли бы яблоки. Вкус яблок, а значит, и сока, зависит от сорта яблок, условий их произрастания, ухода, сбора, хранения и других факторов. Вообще вкус плодам придают органические кислоты, сахара и дубильные вещества, а аромат разных сортов яблок отличается в зависимости от содержания в них эфирных масел.
Каждый сорт дикорастущих и культивируемых яблок имеет свои характерные особенности и различный химический состав. Все зависит от происхождения, условий произрастания, степени зрелости плодов. Все это определяет пищевые достоинства, вкус и использование. Химический состав яблок весьма разнообразен и богат. В 100 граммах съедобной части свежих яблок содержится 11% углеводов, 0.4% - белков, до 86% - воды, 0.6% - клетчатки и 0.7% органических кислот, среди которых яблочная и лимонная. Кроме того, в яблоке обнаружены жирные летучие кислоты: уксусная, масляная, изомасляная, капроновая, пропионовая, валериановая, изовалериановая. Имеет яблоко дубильные вещества и фитоциды, являющиеся бактерицидными веществами. Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обусловливается пищевая ценность продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. В крахмале находятся две фракции полисахаридов — амилоза и амилопектин. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре. Крахмал превращается в глюкозу последовательно, через ряд промежуточных образований. В организме содержится в виде гликогена. Как следует из табл. 1, наиболее полезными свойствами обладают яблоки и капуста. Яблоки содержат в 2 раза больше фруктозы, чем глюкозы. Они показаны при заболевании печени, сахарным диабетом и ряде других заболеваний.
Технические требования „Яблоки свежие поздних сроков созревания” по ГОСТ 21122-75
| Наименование показателей | Характеристика и нормы для сортов | |
| Высшего | Первого | |
| Внешний вид | Отборные плоды, типичные по форме и окраске для данного помологического сорта, без повреждений вредителями и болезнями, с плодоножкой или без нее, но без повреждения кожицы плода. | Плоды типичные по форме и окраске для данного помологического сорта, без повреждения вредителями и болезнями, но без повреждения кожицы плода. |
| Размер
по наибольшему поперечному плоды круглой формы; плоды овальной формы; |
65 60 |
60 50 |
| Зрелость |
Плоды однородные по степени
зрелости, но не зеленые и не перезревшие |
Плоды однородные по степени зрелости, но не зеленые и не перезревшие |
| Механические повреждения | Легкие нажимы общей площадью не более 2 см2 | Не более двух градобоин, легкие нажимы и потертости общей площадью не более 4 см2 |
| Повреждения вредителями и болезнями | Допускаются плоды
с одним двумя засохщими |
Заживщие повреждения кожицы общей площадью не более 2 см2 Допускаются плоды с одним двумя засохщими повреждениями плодожоркой не более 2% от массы партии |
| Побурение кожицы(загар) | Не допускаются | Слабое побурение кожицы на площади не более1/8от поверхности плода |
| Подкожная пятнистость | Не допускаются | Не допускаются |
| Увядание | Не допускаются | Слабое увядание без признаков морщинистости |
| Побурение мякоти | Не допускаются | Не допускаются |
1.3 Особенности производства и потребления готового продукта.
Cвeжeoтпpeccoвaнный
или пoлyчeнный дpyгим мeтoдoм
coк coдepжит вo взвeшeннoм
Ho
пocлe тaкoгo пpoцeживaния в
Пpимeняют мнoгo paзличныx мeтoдoв ocвeтлeния coкoв.
Oклeивaниe.
Taк нaзывaют oбpaбoткy coкa тaнинoм и жeлaтинoм. Пpи дoбaвлeнии к coкy 1%-нoгo pacтвopa жeлaтинa или cмecи eгo c тaнинoм взвeшeнныe чacтицы мyти, cocтoящиe из paзличныx кoллoидныx вeщecтв, oб-paзyют бoлee кpyпныe aгpeгaты (кaк бы cклeивaютcя), пocлe чeгo иx мoжнo лeгкo oтфильтpoвaть или coбpaть в ocaдкe. Этoт cпocoб тpeбyeт пpeдвapитeльнoй лaбopaтopнoй пpoвepки и ycтaнoвлeния тoчныx дoзиpoвoк тaнинa и жeлaтинa. Kaк пpи нeдocтaткe, тaк и пpи избыткe тaнинa и жeлaтинa пpoиcxoдит нeдocтaтoчнo пoлнoe ocвeтлeниe coкa.
Ocвeтлeниe фepмeнтными пpeпapaтaми.
Te жe фepмeнтныe пpeпapaты, кoтopыe дoбaвляют к мeзгe для пoвышeния выxoдa coкa в пpoцecce пpeccoвaния, мoгyт быть иcпoльзoвaны и для ocвeтлeния coкoв. Этoт мeтoд дaeт xopoшиe peзyльтaты пpи oбpaбoткe coкoв из плoдoв, coдepжaщиx мнoгo пeктинoвыx вeщecтв, нaпpимep яблoчнoгo. Ha 1 т нeocвeтлeннoгo coкa, нaгpeтoгo дo 40—45° (oптимaльнoй тeмпepaтypы для дeйcтвия фepмeнтa), дoбaвляют 2—4 кr пopoшкa фepмeнтa. Зaтeм coк выдepживaют 3—6 ч. Зa этo вpeмя oбpaзoвaвшиecя кpyпныe чacтицы мyти выпaдaют в ocaдoк. Зaтeм coк cливaют (дeкaнтиpyют) c ocaдкa и фильтpyют.
Ocвeтлeниe бeнтoнитaми.
Бeнтoнитaми нaзывaют нeкoтopыe copтa глин. Oбpaбaтывaют coк бeнтoнитaмн oднoвpeмeннo c иx фильтpaциeй. Ha фильтpyющиe пoвepxнocш пoвepx ткaни нaнocят cлoй тoнкoизмeльчeннoй бeнтoнитoвoй глины: глинy cмeшивaют c coкoм и пpoпycкaют эту cмecь чepeз фильтp, coк пpoxoдит, ocтaвляя нa ткaни, кoтopoй oбтягивaют плacтины фильтpa, cлoй глины, cлyжaщий зaтeм для ocвeтлeния cлeдyющиx пapтий coкa.
Ocвeтлeниe нaгpeвaниeм.
Coк
(глaвным oбpaзoм яблoчный) быcтpo нaгpeвaют
дo 80—90°, выдepживaют пpи этoй
тeмпepaтype 2—3 мин и быcтpo oxлaждaют.
Пpи тaкиx peзкиx тeмпepaтypныx пepeпaдax
кoлoидныe взвeшeнныe чacтицы
Фильтpoвaниe.
Ocвeтлeнныe paзличными cпocoбaми coки пoдвepгaют фильтpoвaнию, чтoбы oтдeлить взвeшeнныe чacтицы и дpyгиe пpимecн. Для фильтpoвaния пpимeняют paзличныe фильтpы.
В coбpaннoм видe плиты плoтнo пpилeгaют дpyг к дpyгy и мeждy ними oбpaзyютcя кaнaлы для пpoxoждeния coкa. Meждy плитaми зaклaдывaют плacтины из фильтpyющeгo кapтoнa или acбecтoцeллюлoзныe плиты.
Koгдa
фильтp нaxoдитcя в paбoчeм
Чacтицы мyти oceдaют нa чётнoй cтopoнe и зacopяют пopы фильтpyющeгo кapтoнa или плacтин, в peзyльтaтe чeгo cкopocть фильтpaции cиижaeтcя. Пoэтoмy чepeз кaждыe 2—4 ч paбoты фильтpa в зaвиcимocти oт cтeпeни мyтнocти coкa и кoличecтвa coкa, пpoшeдшeгo зa этo вpeмя, фильтp нeoбxoдимo пepeзapяжaть, т. e. пpeкpaтить paбoтy, paзoбpaть eгo и зaмeнить плacтины. Пpoизвoдитeльнocть фильтp-пpeccoв 5 т/ч.
Для ocвeтлeния coкoв пpимeняют тaкжe ceпapaтopы.
1.4 Стадии технологического процесса.
- Транспортировка плодов;
- Отделение плодов от воды;
- Очистка отделенной воды и промывка плодов этой водой;
- Приемка промытых плодов;
- Дробление яблок;
- Прессование;
- Пастеризация;
- Депектинизация;
- Ультрафильтрация;
- Концентрирование.
1.5 Характеристика комплексов оборудования.
Выполнение начальных стадий технологического процесса осуществляется при помощи комплекса оборудования для первичной обработки плодов. Этот комплекс оборудования включает в себя:
- Бетонные ванны, гидротранспортер, шнековый отделитель, элеватор, моечная машина и насос.
Для процесса
транспортировки сырья после
первичной стадии обработки
- элеватор, приемный сборник.
Для стадии последующей обработки сырья используются:
- дробилка, насос, пресс, пастеризатор и емкость депектинизации.
В заключительной стадии процесса осветления сока и получения готовой продукции используются: ультрафильтр и вакуум выпарная колонна для концентрирования.
Рис 1.1. Машинно-аппаратурная схема линии производства осветленного сока
1.6 Устройство и принцип действия линии.
Линия по выработке осветленного яблочного сока производительностью 3 т/ч по сырью.
Поступившие на
переработку плоды засыпают в
бетонные ванны, откуда гидротранспортером
по подземным каналам они
Промытые плоды инспектируют 5, удаляя
негодные для переработки плоды, и элеватором
6 поднимают к приемному сборнику 7, ополаскивая
плоды струей чистой воды. Яблоки из сборника
в необходимом количестве (в зависимости
от производительности пресса) подают
на дробилку 8. Измельченная плодовая масса
немедленно направляется насосом 9 на
прессование 10.
Полученный сок в установке для прессования
очищают от возможных крупных частиц и
после пастеризации и охлаждения 11 направляют
в одну из емкостей для депектинизации.
Выжимки от прессования измельчают на
мешалке при возможной добавке воды и
направляют в емкости для брожения.
Сок после пастеризации и охлаждения (45
— 50 °С) сначала направляют в промежуточный
сборник 22, откуда дозировочным насосом
24 он засасывается в емкости для депектинизации.
По пути в трубопровод вводят пектолитический
препарат 23 при его перемешивании с помощью
трубного статического смесителя 21.
Процессы депектинизации и осветления
протекают в зависимости от вида применяемого
препарата.
Если препарат для осветления требует
охлаждения сока, то его после депектинизации
через охладитель 20 перекачивают в емкости
для осветления 19 и добавляют препарат
вручную. Если охлаждения не требуется,
сок в этом случае не перекачивают, а препарат
для осветления вводят в емкость для депектинизации.
По окончании депектинизации и осветления
образовавшийся на дне емкости осадок
перекачивают в сборник для приемки осадка
18, откуда его направляют насосом 1 7 на
фильтр 16.
Полученный таким образом сок с помощью
насоса перекачивают в сборник 19, куда
добавляют сок, полученный от фильтрации
осадка. Смесь соков еще раз фильтруют
14 для получения полностью осветленного
сока, готового к розливу в бутылки. Этот
сок собирают в приемном сборнике 13, а
потом направляют на линию розлива в бутылки,
где он предварительно деаэрируется и
пастеризуется.
Розлив сока в бутылки происходит при
80 "С с последующей дополнительной пастеризацией
и охлаждением в туннельном пастеризаторе-охладителе.
Техническая
характеристика линии
по выработке осветленного
яблочного сока
Производительность
линии по сырью, т/ч - 3
Общая установленная мощность, кВт -106,85
Финишная стадия
Ультрафильтрация
Ультрафильтр состоит из отдельных фильтровальных модулей, которые оснащены фирменной табличкой с указанием номера, серии, тип, номера изделия и даты изготовления.
Ультрафильтрация относится к области мембранной техники и представляет собой сетчатую фильтрацию в мембранной области. Растворенные низкомолекулярные соединения (кислоты, сахар, ароматические вещества и др.) содержащиеся в неосветленном соке, проходят через мембраны.
Высокомолекулярные соединения (крахмал, протеины, пектин и др.) и взвешенные частицы задерживаются и концентрируются во время прохождения сока через мембраны. В ультрафильтрационном модуле под действием постоянного давления необработанный сок посредством трубчатых мембран разделяется на две части: пермеат и ретентат.
Пермеат – это часть потока протекаемой очищеной жидкости, которая в качестве в прозрачного сока проходит через мембраны.
Ретентант – это часть потока жидкости, которая задерживается и не проходит через мембраны.
Часть
высокомолекулярных соединений скапливается
на верхней поверхности мембран
и действует как „вторичные мембраны”,
то есть через них
Концентрирование
Вакуум
выпарная станция Unipectin, состоит из
4-х корпусов. Каждый корпус состоит
из трубчатого подогревателя и сепаратора.
Станция снабжена устройством для
улавливания ароматических веществ, барометрическим
конденсатором и холодильной установкой
для охлаждения готового продукта. Свежий
сок поступает через пластинчатый теплообменник,
где нагревается. Вторичный пар 1 корпуса
подается на обогрев 2 корпуса. Из 2 корпуса
вторичный пар падается на обогрев 3 корпуса.
Вторичный пар 4 корпуса подается на барометрический
конденсатор.
Важные факторы осветления
-Температура
-Вязкость
-Величина рН
- Качество средств для осветления
-Подготовка средств для осветления
-Последовательность добавки средств для обработки
-Дозировка средств для осветления
-Выбор размеров емкости для осветления
-Определение параметров мешалок
-Продолжительность перемешивания
Для оптимальной
обработки сока необходима правильная
предварительная обработка бентонита,
желатина.
- Автоматизация технологического процесса
- Описание структуры автоматизации
Измеряемые параметры с полевых датчиков в виде цифрового сигнала HART или в виде унифицированного токового сигнала поступают на терминальные панели и на барьеры обеспечивающие искробезопасные цепи питания полевых датчиков и прием входного сигнала.
С барьеров входной сигнал поступает на процессора модуля ввода/вывода, которые связывают датчики и исполнительные механизмы технологического объекта (процесса) с управляющим процессором. Модули подключены к управляющему процессору на котором работает программное обеспечение системы Foxboro. Модули устанавливаются вместе с управляющим процессором.
Аналоговые модули (модули ввода/вывода аналоговых сигналов) имеют по восемь каналов на модуль, дискретные модули (модули ввода/вывода дискретных сигналов) имеют по 16 каналов, а при расширении - по 32 канала на модуль. Дискретные модули могут выполнять множество функций, таких, как контроль последовательности событий, ступенчатое логическое управление и счет импульсов. Другой тип модулей осуществляет связь с интеллектуальными датчиками системы Foxboro и другими датчиками поддерживающих протокол HART.
Аналоговые входы имеют конфигурируемую разрешающую способность. Все выходы поддерживают выбираемое пользователем состояние в случае отказа управляющего процессора, магистрали связи или датчика.
Управляющий процессор - это станция, которая предназначена для выполнения:
- регулирования, логического, временного и последовательного управления;
- сбора данных, обнаружения аварийных ситуаций и извещения.
Управляющий процессор контролирует переменные управляемого технологического процесса, используя алгоритмы, содержащиеся в функциональных блоках управления.
Алгоритмы - это способы математических вычислений для определенных функций. Пользователь конфигурирует блоки управления для реализации требуемых стратегий управления.
Для увеличения
надежности можно применять
Инженерная станция (прикладной процессор) - это станция, которая соединяется с управляющим процессором для выполнения: - функций с интенсивными вычислениями, функциями обслуживания файлов.
В качестве устройства обслуживания файлов он обрабатывает файловые запросы от собственных задач или от других станций. Устройства памяти большого объема, используемые с прикладным процессором, включают накопители на жестком, оптическом и электронном диске.
Прикладной процессор работает совместно с другими станциями системы (например, связным процессором, процессором рабочей станции и управляющим процессором), которые обеспечивают средства для ввода/вывода данных и для связи с оператором.
Прикладной процессор конфигурируется программным обеспечением для выполнения таких системных функций, как:
- управление оборудованием системы,
- управление базами данных,
- сбор архивных данных (истории процесса),
- поддержка графического отображения,
- управление производством,
- конфигурация программных функций,
- разработка прикладных программ.
Для увеличения надежности можно использовать отказоустойчивую конфигурацию прикладного процессора. Эта конфигурация состоит из двух работающих параллельно модулей, каждый из которых имеет отдельные соединения с магистралями управляющего процессора.
Рабочая станция (процессор рабочей станции) вместе с подключенными к нему периферийными устройствами соединяется с концентратором для обеспечения связи между пользователем и всеми системными функциями. Он принимает графическую и текстовую информацию от прикладных процессоров и других станций системы и генерирует видеосигналы для отображения информации на видеомониторе.
Кроме
видеомонитора к процессору рабочего
места могут подключаться сенсорный
экран, "мышь" или трекбол (трековый
шар), алфавитно-цифровая клавиатура и
до двух модульных клавиатур. Эти дополнительные
устройства обеспечивают средства для
ввода команд и данных, выбора вариантов
отображения и управления средствами
сигнализации.
2.2 Описание функциональной схемы
Поступившие на
переработку плоды засыпают в
бетонные ванны, откуда гидротранспортером
по подземным каналам они
Промытые плоды инспектируют 5, удаляя
негодные для переработки плоды, и элеватором
6 поднимают к приемному сборнику 7, ополаскивая
плоды струей чистой воды. Яблоки из сборника,
контролируется поз. 2-1,в необходимом количестве
в зависимости от производительности
пресса (производительность пресса регулируется
клапаном расхода 2-3, который регулирует
производительность пресса в зависимости
от расхода) подают на дробилку 8. Измельченная
плодовая масса немедленно направляется
насосом 9 на прессование 10. Температура
сока после прессования контролируется
поз. 3-1.
Полученный сок в установке для прессования
очищают от возможных крупных частиц и
после пастеризации и охлаждения 11 направляют
в одну из емкостей для депектинизации.
Выжимки от прессования измельчают на
мешалке при возможной добавке воды и
направляют в емкости для брожения.
Сок после пастеризации и охлаждения (45
— 50 °С), контролирующийся поз. 4-1, сначала
направляют в промежуточный сборник 22,
откуда дозировочным насосом 24 он засасывается
в емкости для депектинизации. По пути
в трубопровод вводят пектолитический
препарат 23 при его перемешивании с помощью
трубного статического смесителя 21.
Процессы депектинизации и осветления
протекают в зависимости от вида применяемого
препарата.
Если препарат для осветления требует
охлаждения сока, то его после депектинизации
через охладитель 20 перекачивают в емкости
для осветления 19 и добавляют препарат
вручную. Если охлаждения не требуется,
сок в этом случае не перекачивают, а препарат
для осветления вводят в емкость для депектинизации.
По окончании депектинизации и осветления
образовавшийся на дне емкости осадок
перекачивают в сборник для приемки осадка
18, откуда его направляют насосом 1 7 на
фильтр 16.
Полученный таким образом сок с помощью
насоса перекачивают в сборник 19, куда
добавляют сок, полученный от фильтрации
осадка. Смесь соков еще раз фильтруют
14 для получения полностью осветленного
сока, готового к розливу в бутылки. Этот
сок собирают в приемном сборнике 13. Вязкость
в сборнике контролируется поз. 5-1. Сок
потом направляют на линию розлива в бутылки,
где он предварительно деаэрируется и
пастеризуется в пастеризаторе 12. После
пастеризации сок проходит ультрафильтрацию
в ультрафильтре 24 где под давлением, которое
контролируется поз. 6-1, сок разделяется.
После ультрафильтрации сок поступает
в вакуум-выпарную станцию 25, в которой
сок подогревается благодаря пару, поступающему
в аппарат. Давление пара контролируется
поз. 7-1. После выпарной станции контролируется
концентрация сока поз. 8-1.
Розлив сока в бутылки происходит при
80 ОС, температура контролируется
поз. 9-1.

- Автоматизация процесса помола клинкера при производстве цемента
- Автоматизация процесса производства безалкогольных напитков
- Автоматизация процесса производства йогурта
- Автоматизация процесса производства кефира
- Автоматизация процесса производства клинкера
- Автоматизация процесса производства муки
- Автоматизация процесса производства отливных глазированных конфет
- Автоматизация процесса контроля качества реза установки дисковой прецизионной резки
- Автоматизация процесса непрерывного литья заготовок в условиях ККЦ ОАО «ММК»
- Автоматизация процесса обмена служебной документации в органах местного самоуправления и государственной власти
- Автоматизация процесса очистки метанола
- Автоматизация процесса очистки метанола
- Автоматизация процесса переработки ядерных отходов
- Автоматизация процесса подогрева воды на участке гашения извести цеха №38 АВИСМА филиал ОАО «Корпорации ВСМПО-АВИСМА»