變性淀粉脫水及氣流干燥系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化.pdf

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1、第4期邱煒等．變性淀粉脫水及氣流干燥系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化439變性淀粉脫水及氣流干燥系統(tǒng)的控制策略優(yōu)化邱煒1’2王豪1袁蔡斌3徐文艷4(1．上海交通大學(xué)自動化系，上海200240；2．國民淀粉工業(yè)(上海)有限公司上海201600；3．中國海誠工程科技股份有限公司，上海200031；4．上海師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，上海200234)摘要根據(jù)工作原理將變性淀粉脫水及氣流干燥的工藝分成兩部分來研究。通過在線預(yù)估得到淀粉壓濾脫水環(huán)節(jié)的生產(chǎn)速率，將該速率進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換以確定下游氣流干燥環(huán)節(jié)的干燥速度，并對氣流干燥環(huán)節(jié)的最終成品水分和相關(guān)的尾氣溫度做一定程度的控制優(yōu)

2、化，使得整條生產(chǎn)線在優(yōu)化產(chǎn)能的同時(shí)。提高成品含水率的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。對比試驗(yàn)證明了該系統(tǒng)相對于原系統(tǒng)的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞優(yōu)化控制PID控制變性淀粉脫水干燥中圖分類號TH862文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1000-3932(2013)04-0439434為了改善淀粉的性能、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，在天然淀粉的基礎(chǔ)上利用物理、化學(xué)或酶法處理，在淀粉分子上引入新的官能團(tuán)或改變淀粉分子大小和顆粒性質(zhì)改變其天然特性，得到變性淀粉。將改性后的淀粉添加到食品或者工業(yè)制品中，能使最終產(chǎn)品有更好的性能?。變性淀粉的種類有很多，應(yīng)用也不盡相同。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：食品工業(yè)、造紙工業(yè)、紡織工業(yè)以

3、及醫(yī)藥等。目前，全世界變性淀粉年產(chǎn)量500萬t左右，主要集中在北美和歐洲悼。。我國變性淀粉的開發(fā)和生產(chǎn)起步相比發(fā)達(dá)國家較晚”。。因此，研究變性淀粉及相關(guān)的干燥技術(shù)意義重大。1淀粉氣流干燥工藝簡介變性淀粉的干燥工藝非常復(fù)雜，不同種類和特性的淀粉，有多種不同的干燥方式，如氣流干燥法、噴霧干燥法及滾筒干燥法等。筆者主要研究氣流干燥系統(tǒng)，氣流干燥法主要用于干燥處于潮濕狀態(tài)但仍能在氣體中自由流動的顆粒物料Ho。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：干燥速度快、效率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，適用于大量生產(chǎn)，缺點(diǎn)是能量消耗比較多‘引。圖1為變性淀粉氣流干燥工藝流程圖。其工作原理是首先將淀粉漿料

4、通過泵注入板框壓濾機(jī)中進(jìn)行壓濾脫水，通過板框壓濾機(jī)將淀粉漿料脫水至餅狀，并卸料至混料箱中，混料箱的主要作用是作為濕餅淀粉的暫存箱，同時(shí)將濕餅打碎，以便于后端的干燥。打碎后的淀粉經(jīng)過螺旋輸送器送至拋料器，再由拋料器送入氣流干燥系統(tǒng)的直立管中。而空氣由送風(fēng)機(jī)經(jīng)過加熱吹入干燥直立管，濕淀粉在直管內(nèi)加速上升的過程中被熱空氣干燥，然后干燥的物料通過末端的旋風(fēng)分離器收集，廢氣通過洗滌塔由排氣管的上端排出。圖1變性淀粉氣流干燥工藝流程該過程中板框式壓濾脫水是批次型的工藝，而氣流干燥是連續(xù)型的工藝，它們之間通過混料箱來實(shí)現(xiàn)連接和緩沖?，F(xiàn)有的工藝情況是：板框壓濾機(jī)的壓濾速度

5、主要取決于上游淀粉漿料的性質(zhì)和壓濾機(jī)自身的參數(shù)設(shè)定，而氣流干燥的生產(chǎn)速度主要由人工控制，操作人員依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)定一個(gè)干燥拋料速度，即螺旋輸送器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度(干燥速度設(shè)定過大會使壓濾脫水速度跟不上干燥速度，造成干燥速度的被迫再調(diào)整降低，引起干燥系統(tǒng)和成品淀粉水分含量波動，影響產(chǎn)品質(zhì)量；收稿日期：2013-02-20(修改稿)化工自動化及儀表第40卷而干燥速度設(shè)定的太低又會浪費(fèi)生產(chǎn)線產(chǎn)能)。因此，在獲取合理的壓濾脫水段生產(chǎn)速率，并據(jù)此自動設(shè)定氣流干燥環(huán)節(jié)的干燥速度，控制干燥階段的成品水分，從而實(shí)現(xiàn)在保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的前提下使生產(chǎn)線產(chǎn)能最大化是目前亟待解決的問題。2

6、壓濾及干燥系統(tǒng)分析2．1壓濾脫水環(huán)節(jié)的速率測算筆者通過測算壓濾脫水環(huán)節(jié)的生產(chǎn)速率，建立板框壓濾速率與氣流干燥速率的關(guān)聯(lián)模型來優(yōu)化氣流干燥環(huán)節(jié)的速率控制。具體的方法是利用混料箱內(nèi)的料位變化(圖2)來估算壓濾速率和氣流干燥速率?；炝舷湎虏堪惭b了一個(gè)臺秤，可將混料箱內(nèi)的物料重量實(shí)時(shí)傳送給控制系統(tǒng)。堡6800遼40宴200lll2l3l4l5l617l時(shí)間／min圖2混料箱內(nèi)的料位變化曲線由于壓濾機(jī)按批次方式工作，氣流干燥為連續(xù)過程，因此，需要計(jì)算的量包括壓濾機(jī)平均每批的運(yùn)行時(shí)間t，和氣流干燥的干燥速率(即螺旋輸送器的給料速率)V。已知量包括壓濾機(jī)實(shí)際每批的運(yùn)行時(shí)

7、間E(包括壓濾時(shí)間和卸料時(shí)間)，混料箱內(nèi)的料位為Q(t)。設(shè)最近一次壓濾機(jī)運(yùn)行時(shí)間為瓦，為了考慮時(shí)間的權(quán)重，設(shè)定的公式為：t，=0．66Tj，+0．34Tl(I)相當(dāng)于在壓濾機(jī)每壓濾完一個(gè)批次就重新測算一下壓濾機(jī)每批次平均運(yùn)行時(shí)間。而氣流干燥的干燥速率為：V=[Q(t)一Q(f+At)]／At(2)該干燥速率是隨著干燥系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)計(jì)算的。定義一個(gè)混料箱的料位Q。，且令Q(o)=Q，。當(dāng)Q(0)=Q。時(shí)，壓濾機(jī)開始往混料箱卸料，卸料時(shí)間相對于壓濾機(jī)每個(gè)批次的運(yùn)行時(shí)間來說極短，卸完料后混料箱的料位增長至Q：。而與此同時(shí)，干燥過程也在運(yùn)行。那么，當(dāng)壓濾機(jī)下一次

8、卸料的時(shí)候，混料箱的料位重新回到Q，，則可以認(rèn)為干燥的速率匹配了上