Технология смешивание жидкостей в потоке

Совершенство метода смешивания в потоке при получении многокомпонентных смесей, но в основном речь пойдет о установке типа «УСБ» (установка смешивающая быстродействующая) и получении на ней многокомпонентных смесевых компаундированных топлив

Метод смешивания жидкостей в потоке имеет множество преимуществ перед методом периодического смешивания, особенно, если он проходит непосредственно перед стадией розлива.

Сочетание высокоточных измерительных устройств, цифровых контрольных приборов, устройств, контролирующих качество продукции, позволяет методу смешивания в потоке быть идеальным способом изготовления многокомпонентных продуктов до тех пор, пока размер партии достаточен для непрерывного производства в течение, по меньшей мере, 2-х часов. С тех пор, как анализ продукции с розлива проводится на основе произвольного отбора проб, стал необходим постоянный автоматический контроль технологического процесса производства. Таким образом, необходимо обеспечить максимум надежности, особенно там, где к продукту предъявляются самые высокие требования по качеству или где производятся продукты сегмента Premium

В системе поточного смешивания, жидкости перемешиваются в «Трубе Вентури» в заданных пропорциях, даже когда общая производительность установки непостоянна. Это позволяет осуществлять точное смешивание практически неограниченного количества ингредиентов. Единственные ограничения – по желаемой степени сложности (комплектности) и стоимости. Объемные составляющие, такие как, вода, сахарный сироп или сиропная основа в производстве напитков, как правило, подаются к станции смешивания внешними насосами.

Для того чтобы снизить потери продуктов до минимума, особенно в случае применения дорогих концентратов и базовых ингредиентов, емкости должны располагаться как можно ближе к установке. В этом случае ингредиенты подаются к установке самотеком, перед поступлением на смешивание они деаэрируются и перекачиваются центробежными или встроенными в систему насосами.

Функции деаэрационных камер

Если в каких-либо из применяемых в производстве ингредиентов возможно содержание воздуха, то продукт необходимо подвергнуть деаэрации.

Деаэрационные камеры имеют следующие функции:

  • Удаление воздуха, поступающего вместе с ингредиентом
  • Автоматический переход дозирования с опустошенной емкости с ингредиентом на следующую стадию.
  • Подача предупредительного сигнала и остановка работы системы в случае дефекта продукта.
  • Постоянная автоматическая проверка работы расходомера на участке дозировки концентрата/основы

Правильный выбор расходомера

Все данные по объему проходящей жидкости постоянно контролируются расходомерами и передаются к управляющей и регулирующей системе установки. Эти параметры измеряются импульсным датчиком расходомера и выводятся на экран в цифровом виде. Преимущество такой формы передачи данных по сравнению с аналоговыми предшественниками заключается в том, что цифровая информация может быть более точно откалибрована и тщательно проверена.
Управляющее системное устройство сравнивает измеренные величины с пропорциями смешивания отдельных ингредиентов, внесенных в рецепт, и регулирует работу клапанов таким образом, чтобы требования, заложенные в рецепте, неукоснительно соблюдались.

Если произведен правильный подбор расходомеров, то возможно использование наиболее разнообразных пропорций задачи составляющих компонентов. В производстве напитков для задачи каждого из ингредиентов могут использоваться скорости потока от 2 до 120000 литров в час, так что пропорции при задаче компонентов могут достигать величины 1:60000.

Преимущества метода смешивания в потоке

Смешивание в потоке имеет следующие значительные преимущества:

Непосредственное использование в технологическом процессе необработанного сырья, в результате

  • Быстрый процесс приготовления продукта
  • Небольшое количество продукта, находящегося в установке
  • Нет необходимости в наличии объемных буферных танков, что приводит к:
  • Размещению системы в ограниченном пространстве
  • Экономии рабочих площадей
  • Возможности оперативно реагировать на изменения в планировании производства

Капиталовложения, требуемые для внедрения такой системы обычно оказываются выше, чем для периодической системы смешивания, но если принять к рассмотрению все вышеупомянутые пункты, то ситуация в корне меняется.

Когда система спроектирована, особое внимание следует уделить нижеописанным составляющим:

Расходомеры, в т.ч. электромагнитные расходомеры, массовые расходомеры. Регулирующие устройства, такие как регулирующие клапаны и насосы с регуляторами частоты

  • Управляющее и регулирующее оборудование
  • Проверяющие и анализирующие системы

Компоненты

Наиболее важное условие в процессе проведения высокоточного смешивания на установках УСБ – использование надежных и точных расходомеров «Siemens», «KROHNE», «FloTrak», «Uniflux», «Deltaflux». Допустимое отклонение в измерениях расходомера напрямую отражается на результатах смешивания. Там, где дело касается производства качественной продукции, не должно быть риска. При применении точных и качественных расходомеров, возможно достичь допустимого отклонения от 0.1% до 0.25% от измеряемой величины в диапазоне потока от 10 до 100%. От характеристик продукта и скорости потока зависит подбор типа оборудования для Вашего производства. Кроме того, выбор в пользу объемных или массовых расходомеров зависит от технологии производства (т.е. если рецепты основаны на массе или объеме) и в некоторых случаях от потребности в дополнительном назначении (например, измерении плотности).

Если продукт перемещается под давлением или центробежными насосами в рабочий резервуар, применяют регулирующие клапаны. Клапаны снабжаются пневмоприводом и интегрально- пропорциональными позиционерами. Скорость потока устанавливается на необходимом значении посредством изменения переменного поперечного сечения управляющего клапана. Если необходимо произвести особенно бережную перекачку продуктов с повышенной вязкостью или содержащих фруктовые наполнители, используются специальные насосы с регуляторами частоты. Так как при использовании данного типа насосов не допускается дросселирование потока, для достижения необходимых пропорций при смешивании применяется управляющее устройство и преобразователь частоты насоса. Во всех элементах гарантируется невозможность возникновения противотока.
На некотором расстоянии после смесительной установки устанавливают динамические смесители для гомогенного перемешивания продуктов с сильно различающейся или очень высокой вязкостью.

Динамический смеситель – это мешалка с электроприводом, установленная на расширенном участке трубопровода. Если используются продукты с низкой вязкостью, то применяется статический смеситель, в котором создается высокий уровень турбулентности жидкостей за счет расположенных под углом пластин. Если после системы смешивания по технологической цепочке есть какое-либо оборудование (насос, теплообменник) или длинный трубопровод, что обеспечивает хорошее перемешивание продукта, то не требуется наличие дополнительного смесителя. Чтобы существенно облегчить установку оборудования целесообразно иметь систему, полностью установленную на единую раму. Шкаф управления с наиболее важными системами измерений и управляющими устройствами должен быть заранее установлен и подсоединен.

В дополнение к регулирующим и управляющим функциям, система управления установкой по необходимости может выполнять следующие задачи:

Проверка регулирования отклонений: Отклонения в работе системы могут быть скорректированы в течение кратчайшего промежутка времени. Если это по какой- либо причине сделать невозможно (неисправность регулирующего клапана или насоса, избыточное давление воды и т.д.) приводится в действие сигнализация.

Точная работа расходомеров: Для прохождения каждого ингредиента, в рецепт заложены пограничные значения. В случае возникновения неисправностей (выход из строя расходомера, неоткрытие или частичное открытие регулирующего клапана) работа системы останавливается.
Проверка качества исходного сырья: Измерение проводимости или плотности основных ингредиентов или концентратов позволяет проверить, не произошло ли случайной замены одного ингредиента другим и/или соответствие состава смеси заложенной спецификации. Это измерение необходимо при последовательном смешивании различных продуктов или при подсоединении контейнеров с ингредиентами.

При производстве продукции особенное внимание должно уделяться высокому уровню безопасности производства. Рекомендуются следующие меры:

Проверка работы установки

Эталонный резервуар: Точность работы расходомеров проверяется через определенные промежутки времени. Это производится посредством сравнения объема эталонного резервуара и известной степени деаэрации с количеством продукта, прошедшего через расходомер. Если отклонение в работе расходомера превышает допустимые нормы, подается сигнализация.

В дополнение к регулирующим и управляющим функциям, система управления установкой по необходимости может выполнять следующие задачи:

Пункты, описанные выше, являются существенными факторами для решения по установке цифрового автоматического регулирования, особенно, когда требуется достичь высокой степени стабильности качества или на стадии смешивания дорогих ингредиентов. Сейчас мы даже не говорим, что рецепты сохраняются в памяти управляющего устройства. Этого недостаточно. Дело в том, что информация по рецепту должна содержать не только пропорции смешивания исходных продуктов, но также и основные величины для проведения анализа, пороговые величины – для проверки качества, а где необходимо и регламентные параметры (где пропорции смешивания сильно варьируются), для того, чтобы иметь возможность быстро и гибко реагировать на все изменения в технологическом процессе. Ввод данных по количеству вещества и ингредиентов «на единицу» продукта в память рецепта, упрощает управление и последующую поверку рецептов. Из этих данных впоследствии управляющая система автоматически рассчитывает пропорции смешивания.
Вход сигналов, соответствующих объему продукта, позволяет выполнять импульсное регулирование без дополнительных ошибок, возникающих из-за преобразования сигнала

Допустимая погрешность в работе установки снижена на 2 коэффициента по сравнению с системами аналогичного образца

Состояние ошибки устраняется автоматическим регулированием; т. е. сдвиг в положительном направлении, вызванный, например, внезапным ростом давления в отдельно взятом узле, будет компенсирован в течение короткого отрезка времени коррекцией в противоположном направлении
Другое, не менее важное условие для производства высококачественного продукта – высокоточное управляющее устройство. Цифровое управляющее устройство специально разработано для систем смешивания в потоке и имеет следующие преимущества:

Управление и регулирование

Все это экономит время, необходимое для установки и снижает риск потерь продукта, так как работа всех функций была протестирована и неоднократно использовалась на производстве.
Автоматическое изменение пропорций на стадии смешивания, как, например, при взаимодействии сахарного сиропа и воды, в случае колеблющегося значение показателя Брикса в сахарном сиропе

Непрерывные коррекционные расчеты, например, для выравнивания температуры при смешивании ингредиентов с высоким коэффициентом расширения

  • Расчет пропорций смешивания исходя из характеристик продуктов
  • Проверка работы установки
  • Запись и анализ технологических данных
  • Предотвращение неправомочного вмешательства в работу системы, регулирования параметров и установок
  • Контроль за входом и выходом продукта из установки с наименьшими возможными потерями, а также полная или частичная мойка системы
  • Превышение пороговых значений: Контролируемые значения и установленные пропорции должны находиться внутри заранее установленных лимитов.

Проверка работы мешалок в танках для ингредиентов и контейнерах, в случае, если продукты склонны к осаждению. Мешалки должны быть включены за некоторое время до начала технологического процесса смешивания. Продукты в деаэрационных емкостях должны быть перемешаны еще перед началом технологического процесса для того, чтобы в случае дли тельного простоя не нарушилась гомогенность смеси.

Функциональная проверка работы клапанов и насосов. Контролирующие и анализирующие устройства.

Для целей контроля качества необходимо проводить анализ готового продукта. Он может проводиться в трубопроводе или в буферном танке после смесительной установки и к моменту его проведения продукт должен быть хорошо перемешан. В зависимости от продукции, можно проводить следующие измерения:

Измерение показателя Брикса: В случае приготовления сахаросодержащих напитков анализы проводятся посредством измерения плотномером или рефрактометром. Могут выявляться даже незначительные отклонения при дозировании сахарного сиропа и воды, а ошибки при дозировке высоко плотных концентратов могут привести к неточностям при замерах.

Измерение концентрации: Для анализа диетических напитков могут применяться оба принципа измерения, описанные выше. Так как ни плотность, ни индекс рефракции существенно не зависят от состава воды, необходимо настраивать устройство непосредственно для каждого напитка и сохранять настройки в рецепте. Отклонения от заданных значений более чем на 1.5-2% вызывают подачу сигнализации.

Измерение проводимости: Таким способом проверяется степень кислотности продукта.
Другие физические параметры, такие как значение рН, вязкость, мутность и цветность также используются для проверки готовой продукции. В случае, если значения отклонений слишком высокие, полученные значения измерений используются либо для активирования сигнализации, либо для остановки работы системы. Эти данные также применяются для корректировки пропорций смешивания.

Резюме Усовершенствованная технология измерений и повышенная надежность, особенно анализирующих устройств, делает технологию смешивания в потоке наиболее подходящей для решения комплексных задач, так как она обеспечивает точные и надежные результаты, также принимая в расчет все возможности системы по поддержке функций безопасности. С финансовой точки зрения, оборудование для смешивания в потоке представляет собой очень выгодное предложение, так как при установке альтернативных систем необходимо принимать в расче т з атра ты на сооружения и танки. Быстрое приготовление продукта и возможность оперативно реагировать на изменения в планировании производства – это важные дополнительные критерии в пользу выбора такой технологии смешивания на Вашем производстве.