Система автоматизації горизонтального стерилізатора твердих поживних середовищ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний авіаційний університет

Інститут Екологічної безпеки

Кафедра біотехнології

Домашня робота

з дисципліни «Автоматизація та управління біотехнологічними виробництвами»

за темою: «Система автоматизації горизонтального стерилізатора твердих поживних середовищ»

Виконала:

студентка ІЕБ 306

Бровко О.О.

Прийняв:

Горупа В.В.

Київ 2012

Загальна характеристика горизонтального стерилізатора твердих поживних середовищ

У мікробіологічній промисловості для стерилізації сипучих поживних середовищ паром широко застосовуються циліндричні стерилізатори горизонтального типу, забезпечені пароводяної сорочкою. Усередині стерилізатора конструкції (рис.1) розташовані два вала із закріпленими на них лопатями, кут повороту яких по відношенню до валу легко регулюється. Це дозволяє встановити оптимальну радіальну щілину між лопатями і стінками апарата в залежності від фізико-хімічних властивостей компонентів і складу середовища. Вали обертаються в різні боки, при цьому середовище безперервно перемішується в протилежних напрямках, рухаючись від одного торця апарату до іншого по складній траєкторії. Таке конструктивне рішення забезпечує інтенсивне перемішування середовища, значне зниження грудкоутворення і однорідність середовища різнокомпонентного складу, що істотно впливає на процес культивування.

Для прискорення нагрівання середовища призначена пароводяна сорочка, в яку подається пар під тиском до 0,2 МПа. Середовище витримують при заданій температурі стерилізації з періодичним включенням перемішують. Об'єм апарату і потужність встановленого електродвигуна передбачає одночасну стерилізацію до 400 кг сухих компонентів середовища і до 600 л води для отримання середовища з вологістю 58-60%.

Вивантаження стерильного живильного середовища роблять через нижній розвантажувальний люк, забезпечений внутрішньої і зовнішньої кришками, що щільно прилягають за допомогою гвинтового ущільнювача до апарату. Стерилізатор, крім цього, забезпечений завантажувальними люками, численними штуцерами для підведення пари і відведення конденсату, підведення і відведення води, що охолоджує, засобів контролю та регулювання температури, тиску, запобіжним клапаном [1].

Рис.1. Горизонтальний стерилізатор твердих поживних середовищ: 1 - корпус; 2 - штуцер для подачі води в апарат; 3 - люк для завантаження сировини; 4 - повітряник; 5 - вал з лопатями; 6 - штуцер для виведення промивних вод; 7 - розвантажувальний люк; 8 - водяна сорочка; 9 - штуцер для подачі пари; 10 - штуцер для виходу пари з сорочки.

Контроль параметрів в системі автоматизації стерилізатора

Під час роботи системи автоматизації контролюються наступні параметри:

1. Витрата гріючої пари, що подається в апарат.

Для здійснення процесу стерилізації у випарний апарат має надходити гріюча пара, яка є теплоносієм і забезпечує нагрів стерилізованого середовища до певної температури.

2. Температура всередині апарату.

Контроль температури необхідний для дотримання встановленого температурного режиму. Для стерилізатора задаємо температурні режими: Т_min і Т_max [єС].

3. Кількість середовища в ємності для сировини.

Для роботи стерилізатора необхідно контролювати кількість середовища в ємності для сировини. Для ємності задають допустиме нижнє значення для постачання матеріалу: G_min [м³].

4. Час, протягом якого виконується стерилізація.

Для роботи стерилізатора необхідно контролювати час, протягом якого здійснюється процес. Для цього задають значення: ф [год].

Функціональна схема та основні елементи системи автоматизації

Як було наведено у попередньому розділі для автоматизації роботи стерилізатора необхідно контролювати наступні параметри:

- витрату гріючої пари, що подається в апарат;

- температуру всередині апарату;

- кількість середовища в ємності для сировини;

- час, протягом якого виконується стерилізація.

Контроль витрати гріючої пари, що подається, здійснюється за допомогою витратоміра. Якщо поточна витрата перевищує максимально допустиму, то з персонального комп'ютера (ПК) через аналого-цифровий перетворювач (АЦП) на виконавчий механізм - регулювальну засувку - подається сигнал про відкриття засувки. Таким чином подача граючої пари в апарат зменшується. У разі коли поточна витрата менша за мінімально допустиму, відповідним сигналом засувка закривається (повністю або частково) - подача пари збільшується.

В даній технологічній схемі (рис. 2) наведено горизонтальний стерилізатор твердих поживних середовищ.

Рис. 2. Спрощена схема автоматизації роботи стерилізатора: 1 - регулювальна засувка; 2 - датчик температури; 3 - датчик рівня; 4 - шнек; 5 - електричний двигун для приведення в дію шнеку; 6 - електричний двигун для приведення в дію валу з лопатями; 7 - аналого-цифровий перетворювач; 8 - персональний комп'ютер; 9 - багатосекційний комутаційний пристрій.

Для здійснення процесу стерилізації початкова сировина подається на вал з лопатями. Рівень вхідної сировини контролюється в попередньо заданих межах за допомогою рівнеміра GE 3. При досягненні достатнього рівня, шнеком 4 сировина подається в стерилізатор, де вона стерилізується.

Температура усередині апарату контролюється датчиком температури ТЕ 2. Подача граючої пари контролюється за допомогою витратоміра Q і засувки 1. горизонтальний стерилізатор автоматизація алгоритм

Із датчиків, розміщених на схемі, на відповідні канали аналогово-цифрового перетворювача (АЦП) надходять аналогові сигнали. АЦП перетворює отримані сигнали в цифрову форму і надсилає на персональний комп'ютер (ПК). Встановлене на ПК програмне забезпечення (напр., LabView) аналізує отримані дані, порівнює із заданими граничними значеннями для кожного параметра і генерує відповідний регулюючий цифровий сигнал, що перетворюється АЦП на аналоговий і спрямовується до відповідного регулюючого пристрою.

Алгоритм роботи системи автоматизації

Система автоматизації стерилізатора складається із 4 підсистем:

1. Система контролю витрати гріючої пари, що подається в апарат.

2. Система контролю температури внутрішньої стінки апарату.

3. Система контролю рівня розчину в ємності для сировини.

4. Система контролю часу, протягом якого виконується стерилізація.

Перед запуском, оператор задає усі необхідні параметри роботи установки.

Після того, як дільницю виведено на робочий режим, кожна підсистема переходить в автономний режим, підтримуючи параметри в заданих рамках. У випадку непередбаченої ситуації, яку система автоматизації не може самостійно подолати, на пульт керування виводиться попереджувальне повідомлення і оператор власноруч може вивести процес із можливої передаварійної ситуації.

Для того, щоб зупинити дільницю, вмикається відповідний алгоритм, протилежний ввімкненню.

Закриваючи вентилі та вимикаючи насоси та електродвигуни, відповідні системи контролю переходять в режим очікування, або повністю вимикаються.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Алгоритм запуску системи автоматизації випарної установки

Висновок

У процесі автоматизації будь-якого процесу в біотехнологічних виробництвах послідовно проходиться три етапи:

1. Визначення параметрів, що потребують контролю.

2. Складання технологічної схеми, та підбір комутаційного обладнання.

3. Складання алгоритму роботи схеми автоматизації.

Важливе значення має вибір програмного забезпечення, яке власне має здійснювати автоматизаційний процес. Чудово зарекомендував себе для здійснення даної задачі пакет програмного забезпечення компанії National Instruments «LabView».

Немає необхідності зайвий раз наголошувати на важливості правильної побудови алгоритмів роботи системи автоматизації та ретельного її тестування. Важливо також правильно підібрати необхідні датчики та виконуючі елементи, попередньо проаналізувавши усі їхні переваги та недоліки. Ну і звісно, схема автоматизації має бути максимально простою та забезпечувати економне використання енергоресурсів, матеріальних ресурсів та ресурсів техніки, в тому числі, і комп'ютерної (не перенавантажувати без зайвої необхідності механізми, датчики та інші прилади).

Автоматизаційні системи обов'язково повинні мати механізми аварійної зупинки роботи в разі виходу з-під контролю будь-якого параметру, виникнення непередбачуваної та/або небезпечної ситуації, а також мати механізми переходу на ручне керування процесом.

Список використаної літератури

1. Под ред. К.А. Калунянца. Оборудование микробиологических производств. - М.: Агропромиздат, 1987. - 389 с.

2. Конспект лекцій з дисципліни «Автоматизація та управління біотехнологічними виробництвами» кафедри Біотехнології НАУ.

Размещено на Allbest.ru