一种用于滤汁快速沉降澄清的均衡控制系统的制作方法

1.本实用新型属于甘蔗制糖的滤汁澄清工艺控制技术领域。


背景技术：

2.随着制糖工业新技术、新装备的快速发展，为了减轻生产和环保压力，减少洗滤布水的污染，达到节能减排的目的，糖厂广泛使用无滤布真空吸滤机处理沉降器出来的泥汁，真空吸滤机所产生的滤汁再经快沉工艺进行澄清处理。
3.传统无滤布滤汁快沉工艺处理主要是将滤汁加热至85-95℃后流入散汽箱，再进入快速沉降器进行沉降，在散汽箱和快速沉降器中间管道加入絮凝剂，捕集各种悬浮微粒，得到较为清亮的滤清汁。
4.有些糖厂为了得到更好的滤清汁质量，在传统的滤汁快沉工艺处理基础上添加了磷酸，利用磷酸钙脱色吸附作用对滤汁中的胶体物质和色素进一步吸附沉淀除去，虽然得到较为清澈的滤清汁，但由于滤汁中残留的钙离子不足，可形成的磷酸钙沉降物不多，滤清汁色值及浊度仍然不理想。
5.根据滤汁快沉工艺要求，有些糖厂为了实现工艺的稳定控制，对滤汁流量及添加辅料（絮凝剂、磷酸）实施均衡稳定控制，配置电磁流量计、电动调节阀、液位计等，实现滤汁量进入快速沉降器相对稳定平缓，添加辅料相对稳定，从而减少人工控制带来的工艺过程控制不稳定问题。
6.滤汁输送不均衡将导致杂质沉降效果不理想，滤汁贮箱一旦被抽空，空气进入离心泵被旋转的离心泵泵叶粉碎成很微细的气泡，附着在沉淀颗粒物的表面，容易使沉淀物浮起形成浮渣，影响滤清汁质量及生产的均衡稳定性，滤汁流量的合理控制是滤汁快沉系统的关键。
7.滤汁温度的有效控制直接影响到滤汁的澄清效果，温度控制在最佳时滤汁絮凝效果好，沉淀物沉降速度快，滤清汁清净度高，因此温度的稳定控制对滤汁澄清效果有着重要的作用。
8.传统滤汁澄清处理工艺只添加絮凝剂和磷酸等辅料，且滤汁澄清工艺辅料的添加只能实现单个辅料的稳定控制，当滤汁ph值偏低时，能够添加磷酸量极其微小或不添加，因此，可形成的磷酸钙盐沉降很少，滤汁澄清效果不理想。
9.近几年国内专利数据库公开了一些类似的蔗汁澄清工艺控制系统技术报道：【申请号】cn201620376163.4，【名称】一种用于制糖厂滤汁快速沉降器均衡控制装置，【公告号】cn205710774u，公开了一种用于制糖厂滤汁快速沉降器均衡控制装置，该装置包括缓冲箱、散气箱、混合箱和滤汁快速沉降器，缓冲箱通过流量计和调节阀与散汽箱连接，并在缓冲箱的出口和散汽箱的入口之间设置截止阀，缓冲箱的上部设有溢流管与散气箱连接；散气箱与混合箱连接后，再滤汁快速沉降器连接。但由于该装置只能解决滤汁稳定入料和磷酸、絮凝剂稳定入料问题，当滤汁流量设定值有改变时，辅料的添加量需要人工干预重新给定参数后才能实现工艺上的联动控制，未能解决滤汁流量变化后辅料恒比添加问题。


技术实现要素：

10.本实用新型提供一种产品质量高、节能降耗、降低生产成本的用于滤汁快速沉降澄清的均衡控制系统，解决目前的滤汁澄清过程滤汁输送不均衡导致杂质沉降效果不理想，只能实现单个辅料的稳定控制等技术问题。
11.本实用新型提供一种用于滤汁快速沉降澄清的均衡控制系统，包括滤汁贮箱、加热器、散汽箱、缓冲箱、滤汁快速沉降器，还包括用于整个滤汁沉降澄清工艺的控制的plc控制系统，plc控制系统主要由pc组态操作面板、plc主控模块、滤汁流量均衡控制单元、滤汁加热控制单元、辅料添加恒比控制单元组成。
12.所述的滤汁流量均衡控制单元包括滤汁贮箱、液位计、滤汁泵、滤汁流量计以及管道，所述滤汁贮箱内设有液位计，滤汁贮箱下端由管道连接滤汁泵，泵出口有管道连接到加热器，在管道上安装滤汁流量计。
13.所述的滤汁加热控制单元包括加热器、蒸汽电动调节阀以及管道，加热器上端接有蒸汽管道，蒸汽管道上安装蒸汽电动调节阀。
14.所述的辅料添加恒比控制单元包括磷酸贮箱、磷酸泵、磷酸流量计、石灰乳贮箱、石灰乳泵、石灰乳流量计、絮凝剂贮箱、絮凝剂泵、絮凝剂流量计以及管道，磷酸贮箱下端由管道连接至磷酸泵，泵出口有管道连接到缓冲箱管道入口处，在管道上安装磷酸流量计，石灰乳贮箱下端由管道连接至石灰乳泵，泵出口有管道连接到缓冲箱内，在管道上安装石灰乳流量计，絮凝剂贮箱下端由管道连接至絮凝剂泵，泵出口有管道连接到滤汁快速沉降器管道入口处，在管道上安装絮凝剂流量计。
15.所述的pc组态操作面板控制系统通过电脑组态，由plc主控模块对各种模拟量数据进行运算，电脑与plc之间进行数据传输、储存、显示；滤汁流量均衡控制单元采用分级均衡控制方法，plc主控模块根据滤汁流量要求、滤汁贮箱的液位高度来自动调节滤汁流量的给定值；滤汁加热控制单元采用模糊控制将检测到的滤汁温度与设定温度值按偏差和偏差率进行模糊化处理，辅料添加恒比控制单元通过恒比计算得出所需要的辅料添加量。
16.本实用新型利用流量分级均衡控制方法，控制流量的同时液位参与保护控制，根据滤汁贮箱的液位高低来调节滤汁流量的给定值，不同液位对应不同流量给定值，均匀增加或减少流量给定值，防止流量突然增大或减少造成的波动，同时避免空箱或滤汁溢出，系统plc根据滤汁流量反馈值以及给定值，经pid运算后输出控制信号至滤汁泵变频器，调整滤汁泵电机的转速，达到调整流量目的，流量计的流量全流量范围内精度为0.3级。
17.滤汁温度的有效控制直接影响到滤汁的澄清效果，温度控制在最佳时滤汁絮凝效果好，沉淀物沉降速度快，滤清汁清净度高，因此温度的稳定控制对滤汁澄清效果有着重要的作用。由于系统比较复杂，变量太多，本实用新型采用模糊控制方法，将检测到的滤汁温度与温度设定值按偏差和偏差率进行模糊化，并根据适用于滤汁加热过程控制的模糊规划进行推理，将得到的模糊输出量转化为实际的控制信号，通过变频电机的微调功能和阀门开度的反馈量、检测到的温度信号进行闭环控制的方式，微调蒸汽阀门开度，使滤汁温度控制在要求范围内。
18.本实用新型采用恒比控制系统，即三种辅料参数能够自动维持一定的比值关系进行控制，系统中采用计量泵冲程调节与频率调节相结合的方式控制辅料的输送，实现三种辅料添加量能随滤汁流量的变化而变化的恒比例添加方式，保证工艺效果的稳定，有效避
免了辅料添加不当造成成本控制难和工艺效果波动大等问题。
19.传统滤汁澄清处理工艺只添加絮凝剂和磷酸等辅料，当滤汁ph值偏低时，能够添加磷酸量极其微小或不添加，因此，可形成的磷酸钙盐沉降很少，滤汁澄清效果不理想；本实用新型最大优势是增加了石灰乳辅料，为蔗汁提供更多的钙离子，生成的磷酸钙沉淀物更多，在磷酸钙沉淀生成过程中能吸附与网络蔗汁中不少非糖分、有色物质与胶体并且一起经沉降除去，使滤汁质量更优；当遇到滤汁质量更差情况下，还可以通过恒比调整磷酸与石灰乳添加量，使磷酸与钙离子反应更充分，同时利用磷酸钙的脱色作用，大大提高滤汁澄清效果。
20.本实用新型优化了滤汁澄清工艺方案，使滤汁快速沉降澄清工艺处理过程滤汁流量均衡控制、滤汁温度稳定控制、辅料添加恒比控制收到良好效果，促进产品质量提升，对节能降耗也产生较好作用；改造后，辅料添加更加稳定、恒定；本实用新型对不同时期、物料变化时，生产选择最佳工艺方案指导作用更明显，解决了目前的滤汁快速沉降除杂效果差，滤清汁色值高、混浊度高等技术问题，具有产品质量高、节能降耗、降低生产成本的优点。
附图说明
21.图1是本实用新型的系统结构示意图。
22.其中：101—pc组态操作面板、102—plc主控模块、103—滤汁流量均衡控制单元、104—滤汁加热控制单元、105—辅料添加恒比控制单元、1—滤汁贮箱、2—液位计、3—滤汁泵、4—滤汁流量计、5—加热器、6—蒸汽电动调节阀、7—散汽箱、8—缓冲箱、9—滤汁快速沉降器、10—磷酸贮箱、11—磷酸泵、12—磷酸流量计、13—石灰乳贮箱、14—石灰乳泵、15—石灰流量计、16—絮凝剂贮箱、17—絮凝剂泵、18—絮凝剂流量计。
具体实施方式
23.下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
24.如图1所示，包括滤汁贮箱1、加热器5、散汽箱7、缓冲箱8、滤汁快速沉降器9，还包括用于整个滤汁沉降澄清工艺的控制的plc控制系统，plc控制系统主要由pc组态操作面板101、plc主控模块102、滤汁流量均衡控制单元103、滤汁加热控制单元104、辅料添加恒比控制单元105组成。
25.滤汁流量均衡控制单元103包括滤汁贮箱1、液位计2、滤汁泵3、滤汁流量计4以及管道，滤汁贮箱1内设有液位计2，滤汁贮箱1下端由管道连接滤汁泵3，泵出口有管道连接到加热器5，在管道上安装滤汁流量计4。
26.滤汁加热控制单元104包括加热器5、蒸汽电动调节阀6以及管道，加热器上端接有蒸汽管道，蒸汽管道上安装蒸汽电动调节阀6。
27.辅料添加恒比控制单元105包括磷酸贮箱10、磷酸泵11、磷酸流量计12、石灰乳贮箱13、石灰乳泵14、石灰乳流量计15、絮凝剂贮箱16、絮凝剂泵17、絮凝剂流量计18以及管道，磷酸贮箱10下端由管道连接至磷酸泵11，泵出口有管道连接到缓冲箱8管道入口处，在管道上安装磷酸流量计12，石灰乳贮箱13下端由管道连接至石灰乳泵14，泵出口有管道连接到缓冲箱8内，在管道上安装石灰乳流量计15，絮凝剂贮箱16下端由管道连接至絮凝剂泵17，泵出口有管道连接到滤汁快速沉降器9管道入口处，在管道上安装絮凝剂流量计18。
28.pc组态操作面板101控制系统通过电脑组态，可实现操作员在电脑端操作、监视，滤汁实际流量值、辅料添加目标值、实际添加值等、各辅料泵的手动自动切换给定控制；可监视控制现场设备的启动、停止操作；各辅料控制值的修改操作。可以记录滤汁流量、滤汁贮箱液位、磷酸、石灰乳、絮凝剂电机运行电流、频率，各泵的启动、停止时间、运行时间等工艺、设备参数，可实现查询、追溯。
29.plc主控模块102对各种模拟量数据进行运算，与电脑之间进行数据传输，接收外部信号，输出相应的控制和显示信号以及设备运行监视、故障报警等；实现滤汁流量均衡控制、滤汁加热温度稳定控制、各种辅料添加恒比控制。
30.滤汁流量均衡控制单元103采用分级均衡控制方法，plc主控模块102根据滤汁流量通过滤汁贮箱1的液位高度来调节滤汁流量的给定值，不同液位段对应不同的流量给定值，cpu根据滤汁流量反馈值以及给定值，经pid运算后输出控制信号传送到变频器，通过变频器调整滤汁泵3的转速，达到调整流量的目的。
31.滤汁加热控制单元104采用模糊控制将检测到的滤汁温度与设定温度值按偏差和偏差率进行模糊化处理，将得到的模糊输出量转化为实际控制信号反馈给变频电动调节阀调整蒸汽电动调节阀6开度，检测到的温度信号进行闭环控制，使滤汁温度稳定控制在工艺要求范围内，控制温度与目标温度差控制在
±
1摄氏度以内。
32.辅料添加恒比控制单元105通过恒比计算得出所需要的辅料添加量，经plc程序转换成控制信号传送到变频器，通过变频器调整磷酸泵11、石灰乳泵14、絮凝剂泵17的转速从而调整辅料（磷酸、石灰乳、絮凝剂）的流量，辅料添加精度高于0.5%。本实用新型实施效果如下表：
33.表1滤汁澄清工艺改进前后数据对比表
[0034][0035]
从表1可见，榨季生产检验结果显示，使用本实用新型技术进行工艺改进后，滤汁色值下降约12%，滤汁混浊度下降达90%。
[0036]
表2滤汁沉降工艺改进前后白砂糖产品质量对比表
[0037][0038]
从表2可见，滤汁沉降工艺改进后，白砂糖色值略有下降，白砂糖混浊度下降15%。