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如何正確選擇食品和飲料應用行業(yè)的閥門(mén)

來(lái)源:上海自動(dòng)化儀表有限公司作者:發(fā)表時(shí)間:2019-07-23 09:18:08


      溫度控制是食品和飲料行業(yè)中極為重要的變量。如果控制不好,最好的結果將是效率損失,最壞的情況是完全無(wú)法使用的一批產(chǎn)品。由于如此高的賭注,生產(chǎn)者往往會(huì )謹慎行事。雖然以這種方式生產(chǎn)產(chǎn)品可確保一致性,但它也限制了工藝的最大潛力。但是當保持臨界溫度接近設定點(diǎn)的高可信度時(shí),接近安全閾值的能力可以導致產(chǎn)量增加,同時(shí)減少水和蒸汽的使用。
 

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      圖2顯示了通常用于食品和飲料過(guò)程的搪玻璃間歇式反應器的通用控制系統??刂苹芈繁仨毐3炙璧淖o套入口溫度,同時(shí)保護襯里。加熱/冷卻供應可以具有各種分程配置,例如熱/冷集管的控制閥,蒸汽和冷凍水熱交換器的控制閥,或冷卻流體上的控制閥以及可變電加熱。
      許多溫度控制問(wèn)題的根本原因是夾套回路中的非線(xiàn)性,因為在分程策略中選擇不合適的控制閥,不正確的調整和過(guò)多的死區。當需要加熱和冷卻時(shí),分程控制可用于維持反應器溫度。當溫度低于所需設定值時(shí),冷卻閥關(guān)閉,加熱閥打開(kāi)。當溫度高于設定值時(shí),加熱閥關(guān)閉,冷卻閥打開(kāi)。
      需要擴展可調范圍的過(guò)程可以使用兩個(gè)或更多個(gè)控制閥。一個(gè)閥門(mén)控制通過(guò)較低的工作范圍,第二個(gè)閥門(mén)控制通過(guò)較高的工作范圍。一個(gè)例子是蒸餾操作,這將在后面解釋。
 

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調整問(wèn)題解決了:
      有時(shí)問(wèn)題是由閥門(mén)和控制回路調節不當引起的。例如,在一個(gè)工廠(chǎng),八個(gè)間歇反應器的溫度是振蕩的。由于反應器設定點(diǎn)最初為30°C,緩慢振蕩導致夾套連續交替消耗大量蒸汽和冷凍水。之后,在反應堆內部發(fā)生放熱反應后,夾套控制器輸出開(kāi)始幾乎全部上下擺動(dòng)。平均能耗遠遠大于理論上維持反應器溫度所需的能耗。夾套環(huán)的更小,更快的振蕩也發(fā)生了。確定的主要問(wèn)題是:
      1.反應器溫度控制器調整不良
      2.夾套溫度控制器調整不良
      3.夾克分裂范圍邏輯中的死區過(guò)多
      4.控制閥設置問(wèn)題
      工廠(chǎng)人員尚未接受現代環(huán)路調整方法的培訓,該方法以所需的速度提供非振蕩響應。系統調整所需的測試還揭示了分程邏輯和控制閥的非線(xiàn)性。在對三個(gè)反應堆進(jìn)行修正后,僅在不到三個(gè)月的時(shí)間內就為該項目節省了蒸汽。
      在該示例和其他應用中,不將控制器設置與閥特性匹配會(huì )導致若干問(wèn)題。例如,另一個(gè)批次反應器中的響應太慢,需要兩個(gè)多小時(shí)才能達到新的設定值。由于響應緩慢,操作員傾向于頻繁地手動(dòng)調整夾套設定點(diǎn),直到達到正確的反應器溫度。這干擾了運營(yíng)商的主要職責,例如質(zhì)量控制抽樣。
      測試發(fā)現夾克響應存在一些限制。冷卻反應比加熱快得多。夾克的手動(dòng)步驟測試還顯示夾套控制器安裝了不合適的衍生物和過(guò)濾值。最后,理想的冷卻響應需要冷卻閥中不同的固有流動(dòng)特性。 一旦做出這些改變,操作就會(huì )得到改善。
 

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蒸餾操作:
      蒸餾器是用于加熱罐子,罐子或罐子的容器,用于烹飪和消毒食品。精確的溫度控制非常重要,因此蒸餾器中的容器不會(huì )破裂,需要對容器進(jìn)行徹底加熱以確保沒(méi)有細菌存活。有時(shí)在該應用中使用兩個(gè)閥門(mén)。一個(gè)例子是系統需要快速啟動(dòng),然后進(jìn)行嚴格的溫度控制。閥門(mén)使用分離范圍來(lái)擴展應用的可調范圍。第一個(gè)閥門(mén)將具有更好的低行程終點(diǎn)控制范圍,最大流量系數(Cv)與第二個(gè)閥門(mén)的下行程控制范圍重疊。第二個(gè)閥與最大Cv重疊,但在低Cv值時(shí)不需要精確控制。雖然食品和飲料反應器和過(guò)程中的許多溫度控制問(wèn)題是由于調節不良引起的,但選擇正確的控制閥很重要,因為如果控制閥操作不當,則無(wú)需調節量就足夠了。
閥門(mén)選擇的重要性:
      控制閥的選擇對于確保高水平的正常運行時(shí)間和質(zhì)量非常重要。與溫度控制相關(guān)的控制閥必須能夠快速達到設定值,在批量循環(huán)期間保持高精度而不振蕩,并快速響應批量設定值的結束。具有高可調范性是優(yōu)選的,但必須與響應平衡。一度的溫度變化會(huì )影響質(zhì)量嗎?如果是這樣,應考慮具有高度準確響應的控制閥解決方案。蝶閥可提供高可調范圍,但與分段球閥或截止閥相比,其控制范圍要窄得多。
      在批量操作中,批次之間的時(shí)間對工廠(chǎng)的盈利能力具有重大影響,因此快速充電時(shí)間是重要的,這可能需要高容量閥門(mén),具有相應的較低響應。如果只需要快速填充時(shí)間,則可以使用蝶形或全口球閥。如果需要改進(jìn)節流控制,分段球閥或截止閥是更好的選擇。 如果閥門(mén)尺寸過(guò)大,可能無(wú)法達到所需的精度水平,因為閥桿運動(dòng)的微小變化會(huì )導致流量發(fā)生很大變化。如果尺寸過(guò)小,準確性可能是可以接受的,但是如果存在更大的錯誤空間,則充電時(shí)間將增加,而沒(méi)有太大的回報。 分段球閥是兩種應用的理想選擇,因為它具有高容量和寬控制范圍。
      在連續操作中,例如蒸餾,必須進(jìn)行類(lèi)似的考慮,但操作范圍通常不是問(wèn)題?;亓骰蛟俜衅鏖y必須對負載擾動(dòng)提供穩定的響應,例如進(jìn)料質(zhì)量的變化。超大尺寸的閥門(mén)將提供緩慢的性能并導致高回流率和不必要的能量成本以滿(mǎn)足純度目標。相反,尺寸過(guò)小的閥門(mén)可能無(wú)法正確響應干擾,從而導致產(chǎn)品質(zhì)量的大幅波動(dòng)。無(wú)論控制閥是連續式還是批量應用,了解所需的控制水平對于工廠(chǎng)性能至關(guān)重要。
閥門(mén)規格:
      食品和飲料行業(yè)中使用的閥門(mén)分為兩大類(lèi):與食品材料直接接觸的閥門(mén),以及控制蒸汽和水等公用設施的閥門(mén)。 在食品接觸方面,必須考慮各種法規,例如3A衛生標準,FDA 21CFR第177部分和生物加工設備的ASME BPE。例如,閥門(mén)的內部必須足夠光滑,以避免捕獲食物顆?;蚴辜毦e聚。這通常轉化為15至20微英寸算術(shù)平均粗糙度(Ra)的表面光潔度。閥門(mén)材料是另一個(gè)考慮因素。將裝飾部件升級到更高合金可以延長(cháng)使用壽命并減少所需的維護。對于直接蒸汽應用,316SST是標準配置。對于間接蒸汽,使用合金6的硬面飾板可以延長(cháng)使用壽命。
      閥門(mén)診斷可用于確保閥門(mén)性能不會(huì )隨時(shí)間發(fā)生顯著(zhù)變化。通過(guò)盡早發(fā)現問(wèn)題,可以制定維護計劃,并配備正確的零件和備件。這消除了不必要的工作和故障排 診斷可以在連續操作中在線(xiàn)運行,也可以在批次之間脫機運行。
最后的考慮:
為確保為應用選擇正確的控制閥,必須考慮所有屬性:
      1.是否需要特定的認證?
      2.需要適應多大范圍的設定點(diǎn)?閥門(mén)僅在一個(gè)設定點(diǎn)或多個(gè)設定點(diǎn)運行嗎?
      3.需要多么嚴格的控制?準確度是2%到3%還是小于1%?
      4.什么類(lèi)型的響應將促進(jìn)高質(zhì)量和吞吐量?
      5.超調可以接受嗎?如果沒(méi)有,驅動(dòng)和附件必須緊密匹配并根據應用進(jìn)行調整。
      6.什么是可接受的閥門(mén)材料?用于直接接觸食品的不銹鋼是行業(yè)要求,但間接接觸閥又如何呢?
      7.閥門(mén)是否對操作至關(guān)重要,應盡早利用診斷來(lái)檢測潛在問(wèn)題?
 

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