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如何正确选择食品和饮料应用行业的阀门

来源:上海自动化仪表有限企业编辑:发表时间:2019-07-23 09:18:08


      温度控制是食品和饮料行业中极为重要的变量。如果控制不好,最好的结果将是效率损失,最坏的情况是完全无法使用的一批产品。由于如此高的赌注,生产者往往会谨慎行事。虽然以这种方式生产产品可确保一致性,但它也限制了工艺的最大潜力。但是当保持临界温度接近设定点的高可信度时,接近安全阈值的能力可以导致产量增加,同时减少水和蒸汽的使用。
 

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      图2显示了通常用于食品和饮料过程的搪玻璃间歇式反应器的通用控制系统。控制回路必须保持所需的护套入口温度,同时保护衬里。加热/冷却供应可以具有各种分程配置,例如热/冷集管的控制阀,蒸汽和冷冻水热交换器的控制阀,或冷却流体上的控制阀以及可变电加热。
      许多温度控制问题的根本原因是夹套回路中的非线性,因为在分程策略中选择不合适的控制阀,不正确的调整和过多的死区。当需要加热和冷却时,分程控制可用于维持反应器温度。当温度低于所需设定值时,冷却阀关闭,加热阀打开。当温度高于设定值时,加热阀关闭,冷却阀打开。
      需要扩展可调范围的过程可以使用两个或更多个控制阀。一个阀门控制通过较低的工作范围,第二个阀门控制通过较高的工作范围。一个例子是蒸馏操作,这将在后面说明。
 

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调整问题解决了:
      有时问题是由阀门和控制回路调节不当引起的。例如,在一个工厂,八个间歇反应器的温度是振荡的。由于反应器设定点最初为30°C,缓慢振荡导致夹套连续交替消耗大量蒸汽和冷冻水。之后,在反应堆内部发生放热反应后,夹套控制器输出开始几乎全部上下摆动。平均能耗远远大于理论上维持反应器温度所需的能耗。夹套环的更小,更快的振荡也发生了。确定的主要问题是:
      1.反应器温度控制器调整不良
      2.夹套温度控制器调整不良
      3.夹克分裂范围逻辑中的死区过多
      4.控制阀设置问题
      工厂人员尚未接受现代环路调整方法的培训,该方法以所需的速度提供非振荡响应。系统调整所需的测试还揭示了分程逻辑和控制阀的非线性。在对三个反应堆进行修正后,仅在不到三个月的时间内就为该项目节省了蒸汽。
      在该示例和其他应用中,不将控制器设置与阀特性匹配会导致若干问题。例如,另一个批次反应器中的响应太慢,需要两个多小时才能达到新的设定值。由于响应缓慢,操作员倾向于频繁地手动调整夹套设定点,直到达到正确的反应器温度。这干扰了运营商的主要职责,例如质量控制抽样。
      测试发现夹克响应存在一些限制。冷却反应比加热快得多。夹克的手动步骤测试还显示夹套控制器安装了不合适的衍生物和过滤值。最后,理想的冷却响应需要冷却阀中不同的固有流动特性。 一旦做出这些改变,操作就会得到改善。
 

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蒸馏操作:
      蒸馏器是用于加热罐子,罐子或罐子的容器,用于烹饪和消毒食品。精确的温度控制非常重要,因此蒸馏器中的容器不会破裂,需要对容器进行彻底加热以确保没有细菌存活。有时在该应用中使用两个阀门。一个例子是系统需要快速启动,然后进行严格的温度控制。阀门使用分离范围来扩展应用的可调范围。第一个阀门将具有更好的低行程终点控制范围,最大流量系数(Cv)与第二个阀门的下行程控制范围重叠。第二个阀与最大Cv重叠,但在低Cv值时不需要精确控制。虽然食品和饮料反应器和过程中的许多温度控制问题是由于调节不良引起的,但选择正确的控制阀很重要,因为如果控制阀操作不当,则无需调节量就足够了。
阀门选择的重要性:
      控制阀的选择对于确保高水平的正常运行时间和质量非常重要。与温度控制相关的控制阀必须能够快速达到设定值,在批量循环期间保持高精度而不振荡,并快速响应批量设定值的结束。具有高可调范性是优选的,但必须与响应平衡。一度的温度变化会影响质量吗?如果是这样,应考虑具有高度准确响应的控制阀解决方案。蝶阀可提供高可调范围,但与分段球阀或截止阀相比,其控制范围要窄得多。
      在批量操作中,批次之间的时间对工厂的盈利能力具有重大影响,因此快速充电时间是重要的,这可能需要高容量阀门,具有相应的较低响应。如果只需要快速填充时间,则可以使用蝶形或全口球阀。如果需要改进节流控制,分段球阀或截止阀是更好的选择。 如果阀门尺寸过大,可能无法达到所需的精度水平,因为阀杆运动的微小变化会导致流量发生很大变化。如果尺寸过小,准确性可能是可以接受的,但是如果存在更大的错误空间,则充电时间将增加,而没有太大的回报。 分段球阀是两种应用的理想选择,因为它具有高容量和宽控制范围。
      在连续操作中,例如蒸馏,必须进行类似的考虑,但操作范围通常不是问题。回流或再沸器阀必须对负载扰动提供稳定的响应,例如进料质量的变化。超大尺寸的阀门将提供缓慢的性能并导致高回流率和不必要的能量成本以满足纯度目标。相反,尺寸过小的阀门可能无法正确响应干扰,从而导致产品质量的大幅波动。无论控制阀是连续式还是批量应用,了解所需的控制水平对于工厂性能至关重要。
阀门规格:
      食品和饮料行业中使用的阀门分为两大类:与食品材料直接接触的阀门,以及控制蒸汽和水等公用设施的阀门。 在食品接触方面,必须考虑各种法规,例如3A卫生标准,FDA 21CFR第177部分和生物加工设备的ASME BPE。例如,阀门的内部必须足够光滑,以避免捕获食物颗粒或使细菌积聚。这通常转化为15至20微英寸算术平均粗糙度(Ra)的表面光洁度。阀门材料是另一个考虑因素。将装饰部件升级到更高合金可以延长使用寿命并减少所需的维护。对于直接蒸汽应用,316SST是标准配置。对于间接蒸汽,使用合金6的硬面饰板可以延长使用寿命。
      阀门诊断可用于确保阀门性能不会随时间发生显着变化。通过尽早发现问题,可以制定维护计划,并配备正确的零件和备件。这消除了不必要的工作和故障排 诊断可以在连续操作中在线运行,也可以在批次之间脱机运行。
最后的考虑:
为确保为应用选择正确的控制阀,必须考虑所有属性:
      1.是否需要特定的认证?
      2.需要适应多大范围的设定点?阀门仅在一个设定点或多个设定点运行吗?
      3.需要多么严格的控制?准确度是2%到3%还是小于1%?
      4.什么类型的响应将促进高质量和吞吐量?
      5.超调可以接受吗?如果没有,驱动和附件必须紧密匹配并根据应用进行调整。
      6.什么是可接受的阀门材料?用于直接接触食品的不锈钢是行业要求,但间接接触阀又如何呢?
      7.阀门是否对操作至关重要,应尽早利用诊断来检测潜在问题?
 

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