Автоматизированная система управления процессом экстракции растительного масла

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 6
1.1 Теоретические аспекты процесса экстракции растительных масел 6
1.2 Технологические и технические особенности экстракции растительных масел 13
1.3 Анализ текущего уровня автоматизации на производстве 36
1.4 Обзор научной литературы и результатов патентного поиска 38
1.5 Обоснование выбора современных средств автоматизации 40
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 42
2.1 Характеристика и анализ объекта автоматизации 42
2.2 Формулировка требований к проектируемой системе управления 57
3. АНАЛИЗ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 60
3.1 Расчёт основных параметров системы управления 60
3.2 Составление проектной документации для автоматизированной системы управления 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 80
ПРИЛОЖЕНИЕ А 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 85
ПРИЛОЖЕНИЕ В 86
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 87
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 88

Весь текст будет доступен после покупки

Процесс экстракции растительных масел является одним из ключевых этапов в производстве пищевых и технических жиров, определяющим не только выход конечного продукта, но и его качество, энергоэффективность технологической линии и экологическую безопасность производства. В условиях роста конкуренции на рынке масложировой продукции, ужесточения требований к ресурсосбережению и цифровизации промышленных предприятий возрастает необходимость внедрения современных автоматизированных систем управления (АСУ), способных обеспечивать стабильность технологического режима, минимизировать потери сырья и повысить общую эффективность производства. Традиционные ручные или полуавтоматические методы управления экстракционным процессом зачастую не обеспечивают необходимой точности поддержания параметров (температуры, давления, концентрации растворителя, времени контакта), что приводит к снижению выхода масла, увеличению расхода растворителя и риску возникновения аварийных ситуаций.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы «Автоматизированная система управления процессом экстракции» обусловлена необходимостью повышения технологической дисциплины, энерго- и ресурсоэффективности, а также соответствия современным стандартам промышленной автоматизации в масложировой отрасли.
Целью данной работы является разработка проекта автоматизированной системы управления процессом экстракции растительных масел, обеспечивающей стабильное поддержание оптимальных технологических параметров, повышение выхода продукта и безопасную эксплуатацию оборудования.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– изучить теоретические основы и технологические особенности процесса экстракции растительных масел;
– провести анализ текущего уровня автоматизации на действующих предприятиях и выявить недостатки существующих решений;
– выполнить обзор научной литературы и патентных разработок в области автоматизации экстракционных установок;
– обосновать выбор современных программно-технических средств автоматизации;
– сформулировать техническое задание на проектирование АСУ с учётом требований надёжности, безопасности и функциональности;
– рассчитать основные параметры системы управления и разработать комплект проектной документации, включая функциональные и принципиальные схемы.
Предметом исследования выступает технологический процесс экстракции растительных масел, а субъектом – автоматизированная система управления этим процессом, включающая аппаратные, программные и алгоритмические компоненты.
В работе применялись следующие методы: анализ научно-технической и патентной литературы, системный подход к проектированию АСУ, методы технико-экономического обоснования, инженерные расчёты параметров управления, а также методы разработки проектной документации в соответствии с отраслевыми стандартами.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности использования разработанной АСУ на предприятиях масложировой промышленности для модернизации или создания новых экстракционных линий. Внедрение предложенной системы позволит повысить выход масла, снизить расход растворителя, обеспечить стабильность качества продукции, уменьшить эксплуатационные затраты и повысить уровень промышленной безопасности.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Теоретические аспекты процесса экстракции растительных масел
Экстрагирование растительных масел из маслосодержащего сырья представляет собой диффузионный процесс, реализуемый посредством молекулярного и конвективного переноса вещества.
Молекулярная диффузия заключается в перемещении отдельных молекул вещества. Поскольку межмолекулярные взаимодействия в растворителе и в масле сопоставимы по силе, граница раздела фаз между ними нестабильна. Уже при первичном контакте начинается взаимное проникновение компонентов: молекулы растворителя диффундируют в масляную фазу, а молекулы масла – в растворитель.
Движущим фактором диффузионного переноса выступает градиент концентрации диффундирующего компонента, вследствие чего процесс продолжается до достижения равновесного распределения концентраций по всему объёму системы.
Скорость молекулярной диффузии возрастает при повышении температуры, снижении вязкости растворителя и уменьшении размеров диффундирующих молекул, поскольку эти условия способствуют усилению теплового движения частиц. Отрицательный знак в диффузионном уравнении отражает направленность потока вещества из зоны с высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией.
Конвективная диффузия предполагает перенос вещества в составе макроскопических объёмов раствора. Интенсивность данного процесса прямо пропорциональна как величине переносимых объёмов, так и их количеству, проходящему через единицу площади за единицу времени.
На скорость конвективной диффузии влияют концентрационный градиент, площадь поверхности контакта фаз и продолжительность процесса. В отличие от коэффициента молекулярной диффузии, характеризующего интенсивность хаотического теплового движения молекул, коэффициент конвективной диффузии отражает действие гидродинамических факторов, определяющих объём и частоту переноса макрочастиц среды. Если молекулярная диффузия обусловлена внутренней кинетической энергией частиц, то конвективный перенос обеспечивается внешними энергетическими воздействиями, например, давлением, создаваемым циркуляционным насосом.
Механизм экстракции растительных масел
Состояние масла в сырье перед экстрагированием зависит от способа его предварительной подготовки и может быть представлено в двух формах:
– частично свободное масло, локализованное на внешних и внутренних поверхностях частиц, в порах и капиллярных структурах;
– масло, заключённое внутри сохранившихся деформированных клеток и вторичных структур, сформированных в результате термообработки или прессования.
Первую форму условно обозначают как свободное масло, вторую – как связанное.
Различия в состоянии масла обуславливают двухстадийный характер процесса экстракции.
На первой стадии преимущественно извлекается свободное масло, располагающееся на поверхностях частиц и в сквозных порах. Данная фракция масла характеризуется минимальным диффузионным сопротивлением и наибольшей доступностью для растворителя.
Вторая стадия связана с извлечением масла из труднодоступных зон: неповреждённых клеток, деформированных тканей и вторичных структур, обладающих повышенным диффузионным сопротивлением.
Применительно к отдельной частице сырья процесс экстракции включает следующие последовательные этапы:

Весь текст будет доступен после покупки

1) Ваншин В.В. Технология получения растительных масел методом экстракции: учебное пособие / В.В. Ваншин. – 2-е изд., стер. – Оренбург: ОГУ, 2024. – 117 с. – ISBN 978-5-7410-2456-8.
2) Мхитарьянц Л.А., Корнена Е.П., Мартовщук Е.В., Мустафаев С.К. Технология отрасли (производство растительных масел): учебник / под ред. Л.А. Мхитарьянц. – СПб.: ГИОРД, 2022. – 416 с. – ISBN 978-5-9729-1587-3.
3) Прахова М.Ю., Шаловников Э.А., Краснов А.Н., Хорошавина Е.А. Системы автоматизации в газовой промышленности: учебное пособие / под ред. М.Ю. Праховой. – М.: Недра, 2022. – 328 с. – ISBN 978-5-247-02456-3.
4) Рачков М.Ю. Технические средства автоматизации: учебник / М.Ю. Рачков. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Академия, 2023. – 448 с. – ISBN 978-5-7695-4321-9.
5) Стариков А.В., Петров С.Н. Метрология и измерительные системы в АСУ ТП: учебник / А.В. Стариков, С.Н. Петров. – СПб.: Лань, 2021. – 368 с. – ISBN 978-5-8114-5678-3.
6) Михайлов В.В., Семёнов А.П. Промышленные системы автоматизации: от датчиков до АСУ ТП / В.В. Михайлов, А.П. Семёнов. – М.: ДМК Пресс, 2024. – 512 с. – ISBN 978-5-97060-987-5.
7) Нормативные документы (действующие)
8) ГОСТ Р 59793–2021. Информационные технологии. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания. – Введ. 2022-07-01. – М.: Стандартинформ, 2022. – 48 с.
9) ГОСТ 21.208–2013. Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Условные обозначения приборов и средств автоматизации в схемах. – Введ. 2015-11-01. – М.: Стандартинформ, 2014. – 33 с.

Весь текст будет доступен после покупки