一種新型全自動(dòng)醇沉裝置

一種新型全自動(dòng)醇沉裝置

摘

要：本裝置可廣泛應(yīng)用于植物提取、中藥提取、保健酒、乳品、食品飲料等行業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)醇沉過(guò)程的全自動(dòng)控制，解決了精確控制醇沉溫度、精確計(jì)量進(jìn)藥及乙醇流量、在線(xiàn)測(cè)量醇沉罐藥液密度和精確確定醇沉分界面等技術(shù)難題，系統(tǒng)可以廣泛推廣，降低人工勞動(dòng)量，提高每批次之間的產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量5%。關(guān)鍵詞：醇沉；乙醇醇度；電容法液面測(cè)量；

引言醇沉裝置在植物提取、中藥提取、乳品、食品飲料等行業(yè)均有廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)需求很大，傳統(tǒng)醇沉設(shè)備，采用手動(dòng)方式進(jìn)行生產(chǎn)，其上清液界面完全靠人為操作。經(jīng)常出現(xiàn)有效成分的浪費(fèi)和能源過(guò)多消耗。整個(gè)醇沉手動(dòng)生產(chǎn)存在著無(wú)法回避的缺陷[1~3]：1.因人為因素造成產(chǎn)品收率低。2.產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。3.整個(gè)過(guò)程靠人工手動(dòng)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度高。4.工作量大，工作周期長(zhǎng)。5.監(jiān)控點(diǎn)多，操作復(fù)雜。6.能源浪費(fèi)嚴(yán)重。本文針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和思考，提出了解決方案，初步解決了以上問(wèn)題。1系統(tǒng)整體介紹其中系統(tǒng)的工藝關(guān)鍵測(cè)控點(diǎn)的配置如下：醇沉罐液位監(jiān)測(cè)，隔膜防爆液位變送器，AI類(lèi)型，4-20mA信號(hào)。醇沉罐溫度監(jiān)測(cè)，防爆熱電阻，AI類(lèi)型，PT100信號(hào)。醇沉罐乙醇密度監(jiān)測(cè)，防爆質(zhì)量流量計(jì)，AI類(lèi)型，4-20mA信號(hào)。醇沉罐上清液分界面監(jiān)測(cè)，防爆JDR液面變送器，AI類(lèi)型，4-20mA信號(hào)。醇沉罐進(jìn)液閥門(mén)，配氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)+先導(dǎo)電磁閥，DO類(lèi)型，DC24V開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。醇沉罐出液閥門(mén)，配氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)+先導(dǎo)電磁閥，DO類(lèi)型，DC24V開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。醇沉罐進(jìn)乙醇閥門(mén)，配氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)+先導(dǎo)電磁閥，DO類(lèi)型，DC24V開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。醇沉罐攪拌電機(jī)控制，隔離繼電器DO類(lèi)型，DC24V開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。醇沉罐攪拌電機(jī)狀態(tài)，隔離繼電器DI類(lèi)型，DC24V開(kāi)關(guān)反饋信號(hào)。醇沉罐冷卻循環(huán)水入口調(diào)節(jié)，氣動(dòng)溫度調(diào)節(jié)閥門(mén)，AO類(lèi)型，4-20mA信號(hào)。選用西門(mén)子1500系列控制器，型號(hào)1515-1PN配18MB程序存儲(chǔ)卡。人機(jī)界面硬件平臺(tái)采用通用桌面計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)WindowsWin7SP1版本。軟件平臺(tái)選用西門(mén)子工業(yè)控制軟件包。包括下位機(jī)編程軟件博圖V16；人機(jī)界面編程軟件包Wincc7.5。2自動(dòng)工藝流程首先設(shè)置上位機(jī)醇沉參數(shù)，進(jìn)藥；當(dāng)參數(shù)初次加乙醇量為0時(shí)，先進(jìn)藥，再進(jìn)乙醇；當(dāng)初次加乙醇量不為0時(shí)，先加定量乙醇，然后系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)藥請(qǐng)求，現(xiàn)場(chǎng)操作人員確認(rèn)可以進(jìn)藥后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)藥，進(jìn)藥完成后進(jìn)入降溫度程序。醇沉罐自動(dòng)空閑狀態(tài)點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，醇沉罐自動(dòng)進(jìn)乙醇并開(kāi)啟攪拌電機(jī)，當(dāng)進(jìn)乙醇量大于等于1000L時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟循環(huán)閥，循環(huán)泵循環(huán)；循環(huán)過(guò)程中，當(dāng)酒精濃度大于等于設(shè)定濃度5秒時(shí)，進(jìn)乙醇結(jié)束；如果壓藥時(shí)間設(shè)置不為0，那么開(kāi)啟壓縮空氣閥，將管道內(nèi)的藥液吹至醇沉罐內(nèi)；如果壓藥時(shí)間設(shè)置為0，那么自動(dòng)進(jìn)入降溫程序，開(kāi)啟冷卻循環(huán)水閥及攪拌電機(jī)，當(dāng)前醇沉溫度小于等于設(shè)定溫度后，進(jìn)入醇沉階段。醇沉?xí)r根據(jù)醇沉前攪拌時(shí)間先攪拌至?xí)r間到，然后關(guān)閉攪拌電機(jī)靜置；計(jì)時(shí)時(shí)間到后，經(jīng)液位計(jì)Lt02確定系統(tǒng)分界面后，人工復(fù)核確認(rèn)分層，吸口位置正確后，點(diǎn)擊出清液?jiǎn)?dòng)，同時(shí)打開(kāi)出清液閥向上清液儲(chǔ)罐出清液；出清液結(jié)束后，醇沉罐自動(dòng)向下一級(jí)設(shè)備發(fā)出藥請(qǐng)求，當(dāng)下一級(jí)設(shè)備有進(jìn)藥請(qǐng)求時(shí)，并選擇該醇沉罐進(jìn)藥后醇沉罐出藥閥自動(dòng)打開(kāi)出藥。下一級(jí)設(shè)備根據(jù)真空判斷出藥完成，然后給醇沉罐出藥完成信號(hào)，醇沉罐自動(dòng)結(jié)束程序；3二分法實(shí)現(xiàn)乙醇密度到濃度的換算系統(tǒng)可以通過(guò)當(dāng)前醇沉混合液的在線(xiàn)密度，自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前醇沉混合液的百分濃度。借助采用二分法迅速的查找當(dāng)先密度所對(duì)應(yīng)的百分濃度的區(qū)間，采用一次線(xiàn)性插值的方法計(jì)算當(dāng)前醇沉混合液的百分濃度。采用二分法大大的減少了對(duì)應(yīng)查找濃度和密度轉(zhuǎn)換表的速度，降低了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，增快了響應(yīng)時(shí)間。以乙醇濃度介于93%~95%之間的乙醇溶液為例，通過(guò)傳感器測(cè)得被測(cè)液的密度，利用已知濃度的密度跟測(cè)得的密度對(duì)比，利用半分法逐級(jí)進(jìn)行比較，最后把測(cè)得的密度界定在一個(gè)已知濃度的密度范圍內(nèi)。例如：測(cè)得的密度是一個(gè)介于94%—95%濃度的密度，他的判斷方法是跟濃度為63%濃度的密度比較，其密度小于63%濃度的密度，判斷出其濃度要大于63%；再跟濃度為79%濃度的密度比較，其密度小于79%濃度的密度,判斷出其濃度要大于79%；再跟濃度為87%濃度的密度比較，其密度小于87%濃度的密度,判斷出其濃度要大于87%；再跟濃度為91%濃度的密度比較，其密度小于91%濃度的密度,判斷出其濃度要大于91%；再跟濃度為93%濃度的密度比較，其密度小于93%濃度的密度,判斷出其濃度要大于93%；再跟濃度為94%濃度的密度比較，其密度小于94%濃度的密度,判斷出其濃度要大于94%,由于我們所使用的濃度最大值是95%，因此可以判斷出我們所測(cè)得的密度對(duì)應(yīng)的濃度應(yīng)該在94%—95%之間。4電容法測(cè)量藥液的分界面電容法液面測(cè)量原理為探極、金屬容器(或者是輔助探極)與被測(cè)液體構(gòu)成電容器，其中探極的為電容的一極，金屬容器為電容的另一極，被測(cè)介質(zhì)作為兩極之間的介質(zhì)，隨著液位的變化，被測(cè)介質(zhì)包圍探極面積隨之改變，使構(gòu)成電容器兩極的相對(duì)面積改變，導(dǎo)致電容的變化。電容器的電容值受三個(gè)因素的影響：①各個(gè)電極面之間的距離d②各電極面積的大小S③電極面之間介質(zhì)的介電常數(shù)ε因ε和d為固定常數(shù)，所以電容值只與液體浸沒(méi)探極的高度成正比?？梢愿鶕?jù)醇沉罐中乙醇、空氣與沉淀物的介電常數(shù)ε不同來(lái)估算出三者之間的交界面。原理如圖所示：觀(guān)察各矩陣點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以看出乙醇與空氣的交接點(diǎn)應(yīng)第18矩陣點(diǎn)處；乙醇與沉淀物的交接點(diǎn)大概在第9矩陣點(diǎn)處；空氣的典型值：可以取19-25點(diǎn)的平均值也可以從中選一個(gè)適中的值，依次類(lèi)推可以計(jì)算出乙醇的典型值和沉淀物的典型值。5結(jié)論本文針對(duì)傳統(tǒng)醇沉罐存在問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了針對(duì)的解決方案，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計(jì)時(shí)的要求，具有良好的推廣價(jià)值。目前本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多項(xiàng)實(shí)際的項(xiàng)目實(shí)踐，取得了較理想的效果，獲得了使用用戶(hù)的一致好評(píng)。Reference：[1]王嘉輝,李志剛,李奎,等.基于PLC的一種注射液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作[J].數(shù)碼世界,2019,