Исполнители: Власенко Елена Юрьевна, Карташова Виктория Дмитриевна, 541 об,
Научный руководитель: Рыбалёв Андрей Николаевич
"АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОРЦИОННОГО ВЗВЕШИВАНИЯ И РОЗЛИВА СОЕВОГО МАСЛА НА ООО МЭЗ "АМУРСКИЙ" "
ВВЕДЕНИЕ
В связи с увеличением количества промышленных предприятий в мире, возрастает и конкуренция среди них. Автоматизация процессов функционирования предприятий - это обязательное условие успешной работы.
Основные преимущества автоматизированного подхода:
• Повышенная пропускная способность и производительность;
• Улучшение качества и повышение надежности;
• Снижение прямых затрат человеческого труда и расходов;
• Исключение человеческого фактора;
• Ограничение труда человека в опасных условиях.
Автоматизация улучшает экономику предприятия в силу значительного сокращения времени, затрачиваемого на выполнение производственных процессов, а также сокращает численность персонала.
1 ПРОБЛЕМА
В данный момент на ООО МЭЗ «Амурский» отгрузку и приемку готового масла осуществляет персонал, записи в накладных ведутся вручную, управление насосами и задвижками также производится вручную. Это существенно замедляет процессы, снижает точность и эффективность. На лицо немалые экономические потери и снижение объемов производства.
Главная цель проекта состоит в том, чтобы исключить пагубное влияние человеческого фактора на технологический процесс цеха розлива путем его автоматизации, в следствии чего увеличить точность и скорость процесса отгрузки соевого масла и значительно сократить число обслуживающего персонала.
2 ПУТИ РЕШЕНИЯ
Для того чтобы уменьшить чистое время работы, затрачиваемое на весь путь розлива масла заменим задвижки с ручным приводом на задвижки с пневматическим приводом одностороннего действия, также следует завести их сигналы на ПЛК для осуществления полностью автоматического режима работы.
Пневматические приводы одностороннего действия имеют следующие преимущества:
1. меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;
2. простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;
3. быстрота срабатывания;
4. пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды;
5. в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода;
6. возврат привода в исходное положение осуществляется механической пружиной.
Задвижки, блоки концевых выключателей, приводы предстоит выбрать.
Для увеличения точности в процессе розлива нужно реализовать, долив масла в тару до граммов, для этого необходимо выбрать подходящие частотные преобразователи для двигателей насосов. Сигналы о запуске насосов, скорости и частоте оборотов так же должны быть заведены на ПЛК.
Внедрение ЧП на производстве дает целый ряд преимуществ таких, например, как:
1. Двигатели расходуют электроэнергии до 60 % меньше;
2. Плавный пуск и торможение;
3. Повышение общей производительности;
4. Увеличение срок службы оборудования;
5. Токи пуска ограничиваются номинальными значениями.
Отдельно нужно решить задачу заполнения и печати накладных, содержащих информацию о номере авто, контейнера, номере партии, времени отгрузки и типе масла. Данный вопрос планируется решить программ-но.
3 ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ
ООО МЭЗ "Амурский" - одно из крупнейших предприятий, перерабатывающих зерновые и бобовые культуры на Дальнем Востоке России, которое производит натуральное высококачественное масло из семян сои, выращенных на полях Амурской области и включающее в себя мощности по производству:
• гидратированного соевого масла;
• рафинированного дезодорированного соевого масла;
• шрота соевого пищевого;
• шрота соевого кормового тостированного;
Качество и безопасность соевого масла соответствует требованиям Технического регламента Таможенного союза 024/2011. В 2008 году на предприятии внедрены международные системы качества ИСО и ХАССП. Система менеджмента, распространяющаяся на производство данной продукции, сертифицирована и соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 22000-2007 (ISO 22000:2005).
На сегодняшний день на рынке присутствует рафинированное дезодорированное соевое масло торговых марок (ТМ) "Знатное семейство", "Ладица", "Филевское", произведенное на данном предприятии, которое фасуется в ПЭТ бутылки 1, 2 и 5 литров.
Ориентировочно, в год выпускают более 178 тысяч тонн пищевого и кормового шрота и около 38 тысяч тонн гидратированного и рафинированного дезодорированного соевого масла. Отгрузка соевого масла осуществляется:
• наливом в ж/д цистерны, автоцистерны;
• наливом во флекситанки;
• наливом в бочки ПВХ объемом 220 л.;
• автомобильным транспортом, крытыми вагонами, ж/д контейнерами.
Отгрузка шрота соевого осуществляется:
• крытыми вагонами (мешками по 40 кг)
• ж/д контейнерами 20 тонн
• автотранспортом
Предприятие находится в юго-восточной промышленной части города Белогорска и является резидентом территории экономического развития. На территории имеются подъездные пути: железнодорожная ветка, а также рядом с предприятием находится крупнейшая сортировочная железнодорожная станция, пути для автотранспорта не менее, чем с двух сторон для обеспечения подвоза сырья и вывоза продукции.
Для обеспечения производства тепловой энергии, на предприятии имеется котельная, производящая в необходимых объемах пар и тепло (отопление и ГВС).
На рисунке 1 представлен генеральный план предприятия. На территории имеется элеватор с мощностью хранения более 100 000 тонн сырья (зерновых и бобовых культур). Основной производственных цех с мощностью переработки 1000 тонн сырья в сутки. Предприятие состоит из не-скольких отделений (блоков) и включает в себя участки: зерно-подготовки, экстракции масла, рафинации масла, участки фасовки готовой продукции (кормового и пищевого шрота, муки соевой), участок розлива масла в крупную тару/автотранспорт.
Рисунок 1 - Общий вид предприятия ООО МЭЗ «Амурский»
У компании огромные перспективы на дальнейшее развитие. В настоящее время начато строительство нового завода по производству новых видов продукции:
• полнорационных комбикормов и комбикормов-концентратов (более 80 тысяч тонн);
• белково-витаминно-минеральных концентратов и премиксов.
В 2020 году будет построена и введена в эксплуатацию подстанция ПС 110/35/10 «Маслозавод».
4 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС
В России существуют два основных способа переработки сои: на масло и шрот, и на соевые молочные продукты (рисунок 2). При этом как уже было сказано ранее, основная масса соевых бобов идет на переработку с целью получения масла и шрота.
Рисунок 2 -Направления переработки соевых бобов
Для получения соевого масла и шрота на ООО МЭЗ «Амурский» используют химический (экстракция) способ переработки соевых бобов.
Первоначальная задача: принять сырье (зерновые, соя), с помощью транспортёров и нории поднять сырье наверх и переместить до необходимого силоса (всего 156 силосных корпусов). Когда его необходимо забрать, персонал открывает задвижку и по зерновым самотекам сырье попадает на транспортер и с помощью нории перемещается далее для переработки.
Весь производственный процесс получения соевого масла и шрота состоит из девяти стадий.
1. Очистка семян от примесей
Семенная масса, поступающая на хранение и переработку, представляет собой неоднородную смесь, состоящую из семян и посторонних примесей: органических (стебли, листья, оболочки семян) и минеральных (земля, камни, песок). Присутствие примесей снижает производительность технологического оборудования, увеличивает износ рабочих органов машин, поэтому перед началом непосредственной переработки, семена очищаются от примесей с помощью сепаратора, через который проходит соя.
2. Дробление сои
Для извлечения масла из семян сои необходимо разрушить их клеточную структуру т.к. соевая оболочка очень хорошо держит влагу ее сложно было бы размягчать при замачивании.
Конечный результат операции измельчения - перевод масла, заключенного в клетках семян, в форму, доступную для дальнейшей технологической обработки. Нужная степень измельчения сырья (частицы размером 2-3 мм) достигается механизмами, производящими дробление, раздавливание и истирание семян.
3. Нагрев
После измельчения, сою нагревают в сушильной башне. Сушильная башня используется как в кормовой, так и в пищевой технологии. Обычно семена сушат смесью воздуха и дымовых газов в промышленных сушилках типа ВТИ, ДСП.
Для пищевой технологии, после дробления сою моют водой при температуре 90 градусов, размягчая оболочку, а затем сушат горячим воздухом, в ходе данного процесса оболочка отшелушивается. В кормовой технологии шелуху не убирают и сою не моют, т.к. в этом нет необходимости.
4. Размягчение соевое оболочки
После того, как сою нагрели, ее подают в размягчитель - цилиндр, имеющий несколько уровней, между которыми находятся отверстие и лопасть, которая по кругу перемешивает продукт и часть сои проваливается непосредственно на нижний уровень, куда подается горячий пар для нагрева, и за счет нахождения сои в этом агрегате, она приобретает какое-то количества тепла и становится эластичной (чем выше температура, тем соя мягче).
5. Плющение
Соя засыпается между двумя соприкасающимися валами большого диаметра, на выходе которых получается соевый лепесток, который далее отправляется на следующий этап переработки - экстракцию.
6. Экстракция
Здесь соевый лепесток поливают пищевым растворителем (нефрас), нетоксичным для человека, который испаряется при достаточно низких температурах и не оказывает на жизнедеятельность человека никакого влияния. Этим растворителем постепенно вымывают масла.
Задача на данном этапе - максимально извлечь масла из сои. На выходе получаются два продукта - мисцелла (смесь масла с растворителем) и шрот с растворителем.
7. Тостирование шрота
Далее необходимо из шрота выпарить растворитель, с помощью такого же агрегата аналогичного размягчителю. В агрегат засыпается шрот, подается пар, нагреваются уровни, по которым он движется. На одном из уровней начинает подаваться сам шрот, который поджаривается, при этом растворитель выпаривается и на выходе получается чистый шрот, готовый к фасовке.
8. Дистилляция
Мисцела подается на дистилляцию. Дистиллятор - это агрегат, про-изводящий дистиллированную воду, путем испарения воды и дальнейшего конденсирования пара. Известно, что дистиллированная вода обладает диэлектрическими свойствами. Тот же принцип заложен в дистилляцию масла.
Сначала масло нагревается горячим маслом, мисцелла горячим маслом, потом подается пар через теплообменники (в трубах пар, а снаружи масло) происходит нагрев, растворитель начинает испаряться, далее пар подает непосредственно в масло.
Данный процесс является взрывоопасным, т.к. пары растворителя могут привести к взрыву. Для того, чтобы этого избежать, далее растворитель подается в систему рекуперации, пары растворителя улавливаются парафином, холодный парафин очень хорошо впитывает в себя растворитель. Затем парафин нагревается, растворитель выпаривается и конденсируется. Таким образом, растворитель не вылетает в атмосферу и используется в производстве циклично. На выходе мы получаем сырое масло.
9. Рафинация
Для очистки масла от примесей (некоторые группы липидов, определяющих цвет, вкус и запах масла) его подвергают рафинации, которая проводится в несколько этапов:
9.1. Фильтрование
При нейтрализации масел раствором NaOH свободные жирные кис-лоты образуют водные растворы мыла, формируя осадки. Масло и осадок разделяются в сепараторе.
9.2. Гидратация
Рафинация масла от некоторых групп липидов и примесей состоит из гидратации - обработка водой масла, с целью удаления фосфолипидов. После гидратации масло подсушивают, распыляя его в вакууме при оста-точном давлении 2,6-5 кПа.
9.3. Рафинация
Этап необходим для удаления фосфорсодержащих примесей (то, что не удалилось при гидратации). Удаление происходит при помощи подачи в масло кислоты, примеси набухают, опадают в осадок и при помощи сепаратора удаляются из масла. По окончанию очистки вода удаляется, остается лишь рафинированное масло.
9.4. Отбелка
Для отбеливания масла с целью удаления жирорастворимых пигментов (каротиноидов, хлорофиллов) применяют адсорбционную очистку отбеливающими глинами (Аl2O3 * nSiO2) или активным углем. Отбеливание осуществляется в распылительных адсорберах-отбеливателях. Смесь суспензии и мыла разбрызгивается с помощью распылителя, поступает на коническую распылительную тарелку и в виде тонкой пленки стекает на поверхность аппарата. Выходящая из адсорбера-отбеливателя смесь масла и суспензии разделяется фильтрованием на фильтрах-прессах.
9.5.Дезодорация
Для удаления из масла низкомолекулярных жирных кислот, альдегидов, кетонов и других летучих кислот, которые определяют неприятный запах и вкус масла, а также ядохимикатов, применяют дезодорацию.
Дезодорацию проводят в вакууме острым паром в распылительном пленочном аппарате - дезодораторе. Масло, поступающее в дезодоратор, распыляется гидравлическим распылителем в вакууме. Пленка масла стекает по вертикальным пластинам сверху вниз в куб аппарата.
В куб поступает острый пар, который подается в эжектор и барботирует через слой масла. Процесс продолжается 45 мин, температура масла на выходе +230 °С. После чего готовое масло отправляется на розлив.
В результате, на выходе этапа рафинации мы имеем 3 вида готового масла для фасовки:
• Рафинированное дезодорированное масло;
• Рафинированное масло;
• Гидратированное масло.
5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
Технологический процесс цеха розлива соевого масла начинается со взвешивания готового продукта при помощи тензодатчиков. Продукт перекачивается насосами через систему трубопроводов с задвижками, связывающих емкости весов.
Так как в цех розлива поступает масло различных типов: гидратированное, рафинированное, рафинированное-дезодорированное. Следует отметить, что смешивания продукции допускать нельзя, поэтому каждая из трех весовых емкостей предназначена только для одного типа масла.
После того, как процесс взвешивания завершен, продукт перекачивается либо на склад для хранения, либо поступает на точки отгрузки.
Склад предприятия, представляет собой резервуары для хранения масла. Для перекачивания продукта и распределения его между резервуарами предусмотрен отдельный насос и система трубопроводов позволяющая как пополнить объемы на складе, так и перекачать масло обратно на весы для дальнейшей отгрузки.
Производительность напрямую зависит от насосов. Для щадящей перекачки, в режиме которой масло не смешивается с кислородом и не теряет качество, необходимо чтобы насосы обладали проходимостью не более 10 тонн масла в час. Класс точности применяемых весов средний, абсолютная погрешность составляет +/- 0,2%. Если перевести это значение в вес, то погрешность составит 6 кг на 30 тонн.
Поскольку весовых емкостей три, то одновременно продукт может быть отгружен на три конечные точки. Учитывая длительность смены составляющую 11 часов, можно судить о среднем объеме перекачанного масла в смену, который составляет 330 тонн. Но данное число следует поделить пополам, так как оно включает в себя 2 часовые циклы закачки масла в весы и перекачивания его на конечные точки отгрузки. Таким образом в одну рабочую смену на точки отгрузки поступает 165 тонн готовой продукции.
6 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Предлагаемая функциональная схема автоматизации технологического процесса цеха взвешивания и розлива соевого масла представлена на рисунках 3-4 ниже.
Рисунок 3 - Функциональная схема
Рисунок 4 - Функциональная схема
В данной схеме применена специальная кодировка элементов, которая приведена на рисунке 5 ниже.
Рисунок 5 - Функциональная схема (таблица с кодировкой)
В шкафу управления устанавливаются:
- коммутирующая аппаратура приводов задвижек, двигателей насосов и их кнопки;
- переключатели режимов управления коммутирующей аппаратуры (ручной/ автоматический);
- кнопки ЧП «Пуск», «Стоп»;
- устройство отображения скорости двигателя насоса;
- лампы индикации работы насоса;
- весовой терминал.
В настоящее время идет разработка электрической схемы и выбор необходимого оборудования. Далее планируется разработать интерфейс для удаленного управления процессами порционного взвешивания и розлива масла, обеспечивающий автоматическое и дистанционное управление.
