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如何正確選擇食品和飲料應用行業的閥門

來源:上海丝瓜色版app儀表有限公司作者:發表時間:2019-07-23 09:18:08


      溫度控製是食品和飲料行業中極為重要的變量。如果控製不好,最好的結果將是效率損失,最壞的情況是完全無法使用的一批產品。由於如此高的賭注,生產者往往會謹慎行事。雖然以這種方式生產產品可確保一致性,但它也限製了工藝的最大潛力。但是當保持臨界溫度接近設定點的高可信度時,接近安全閾值的能力可以導致產量增加,同時減少水和蒸汽的使用。
 

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      圖2顯示了通常用於食品和飲料過程的搪玻璃間歇式反應器的通用控製係統。控製回路必須保持所需的護套入口溫度,同時保護襯裏。加熱/冷卻供應可以具有各種分程配置,例如熱/冷集管的控製閥,蒸汽和冷凍水熱交換器的控製閥,或冷卻流體上的控製閥以及可變電加熱。
      許多溫度控製問題的根本原因是夾套回路中的非線性,因為在分程策略中選擇不合適的控製閥,不正確的調整和過多的死區。當需要加熱和冷卻時,分程控製可用於維持反應器溫度。當溫度低於所需設定值時,冷卻閥關閉,加熱閥打開。當溫度高於設定值時,加熱閥關閉,冷卻閥打開。
      需要擴展可調範圍的過程可以使用兩個或更多個控製閥。一個閥門控製通過較低的工作範圍,第二個閥門控製通過較高的工作範圍。一個例子是蒸餾操作,這將在後麵解釋。
 

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調整問題解決了:
      有時問題是由閥門和控製回路調節不當引起的。例如,在一個工廠,八個間歇反應器的溫度是振蕩的。由於反應器設定點最初為30°C,緩慢振蕩導致夾套連續交替消耗大量蒸汽和冷凍水。之後,在反應堆內部發生放熱反應後,夾套控製器輸出開始幾乎全部上下擺動。平均能耗遠遠大於理論上維持反應器溫度所需的能耗。夾套環的更小,更快的振蕩也發生了。確定的主要問題是:
      1.反應器溫度控製器調整不良
      2.夾套溫度控製器調整不良
      3.夾克分裂範圍邏輯中的死區過多
      4.控製閥設置問題
      工廠人員尚未接受現代環路調整方法的培訓,該方法以所需的速度提供非振蕩響應。係統調整所需的測試還揭示了分程邏輯和控製閥的非線性。在對三個反應堆進行修正後,僅在不到三個月的時間內就為該項目節省了蒸汽。
      在該示例和其他應用中,不將控製器設置與閥特性匹配會導致若幹問題。例如,另一個批次反應器中的響應太慢,需要兩個多小時才能達到新的設定值。由於響應緩慢,操作員傾向於頻繁地手動調整夾套設定點,直到達到正確的反應器溫度。這幹擾了運營商的主要職責,例如質量控製抽樣。
      測試發現夾克響應存在一些限製。冷卻反應比加熱快得多。夾克的手動步驟測試還顯示夾套控製器安裝了不合適的衍生物和過濾值。最後,理想的冷卻響應需要冷卻閥中不同的固有流動特性。 一旦做出這些改變,操作就會得到改善。
 

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蒸餾操作:
      蒸餾器是用於加熱罐子,罐子或罐子的容器,用於烹飪和消毒食品。精確的溫度控製非常重要,因此蒸餾器中的容器不會破裂,需要對容器進行徹底加熱以確保沒有細菌存活。有時在該應用中使用兩個閥門。一個例子是係統需要快速啟動,然後進行嚴格的溫度控製。閥門使用分離範圍來擴展應用的可調範圍。第一個閥門將具有更好的低行程終點控製範圍,最大流量係數(Cv)與第二個閥門的下行程控製範圍重疊。第二個閥與最大Cv重疊,但在低Cv值時不需要精確控製。雖然食品和飲料反應器和過程中的許多溫度控製問題是由於調節不良引起的,但選擇正確的控製閥很重要,因為如果控製閥操作不當,則無需調節量就足夠了。
閥門選擇的重要性:
      控製閥的選擇對於確保高水平的正常運行時間和質量非常重要。與溫度控製相關的控製閥必須能夠快速達到設定值,在批量循環期間保持高精度而不振蕩,並快速響應批量設定值的結束。具有高可調範性是優選的,但必須與響應平衡。一度的溫度變化會影響質量嗎?如果是這樣,應考慮具有高度準確響應的控製閥解決方案。蝶閥可提供高可調範圍,但與分段球閥或截止閥相比,其控製範圍要窄得多。
      在批量操作中,批次之間的時間對工廠的盈利能力具有重大影響,因此快速充電時間是重要的,這可能需要高容量閥門,具有相應的較低響應。如果隻需要快速填充時間,則可以使用蝶形或全口球閥。如果需要改進節流控製,分段球閥或截止閥是更好的選擇。 如果閥門尺寸過大,可能無法達到所需的精度水平,因為閥杆運動的微小變化會導致流量發生很大變化。如果尺寸過小,準確性可能是可以接受的,但是如果存在更大的錯誤空間,則充電時間將增加,而沒有太大的回報。 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製範圍。
      在連續操作中,例如蒸餾,必須進行類似的考慮,但操作範圍通常不是問題。回流或再沸器閥必須對負載擾動提供穩定的響應,例如進料質量的變化。超大尺寸的閥門將提供緩慢的性能並導致高回流率和不必要的能量成本以滿足純度目標。相反,尺寸過小的閥門可能無法正確響應幹擾,從而導致產品質量的大幅波動。無論控製閥是連續式還是批量應用,了解所需的控製水平對於工廠性能至關重要。
閥門規格:
      食品和飲料行業中使用的閥門分為兩大類:與食品材料直接接觸的閥門,以及控製蒸汽和水等公用設施的閥門。 在食品接觸方麵,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,閥門的內部必須足夠光滑,以避免捕獲食物顆粒或使細菌積聚。這通常轉化為15至20微英寸算術平均粗糙度(Ra)的表麵光潔度。閥門材料是另一個考慮因素。將裝飾部件升級到更高合金可以延長使用壽命並減少所需的維護。對於直接蒸汽應用,316SST是標準配置。對於間接蒸汽,使用合金6的硬麵飾板可以延長使用壽命。
      閥門診斷可用於確保閥門性能不會隨時間發生顯著變化。通過盡早發現問題,可以製定維護計劃,並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運行,也可以在批次之間脫機運行。
最後的考慮:
為確保為應用選擇正確的控製閥,必須考慮所有屬性:
      1.是否需要特定的認證?
      2.需要適應多大範圍的設定點?閥門僅在一個設定點或多個設定點運行嗎?
      3.需要多麽嚴格的控製?準確度是2%到3%還是小於1%?
      4.什麽類型的響應將促進高質量和吞吐量?
      5.超調可以接受嗎?如果沒有,驅動和附件必須緊密匹配並根據應用進行調整。
      6.什麽是可接受的閥門材料?用於直接接觸食品的不鏽鋼是行業要求,但間接接觸閥又如何呢?
      7.閥門是否對操作至關重要,應盡早利用診斷來檢測潛在問題?