变性淀粉脱水及气流干燥系统的控制策略优化.pdf

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1、第4期邱炜等．变性淀粉脱水及气流干燥系统的控制策略优化439变性淀粉脱水及气流干燥系统的控制策略优化邱炜1’2王豪1袁蔡斌3徐文艳4(1．上海交通大学自动化系，上海200240；2．国民淀粉工业(上海)有限公司上海201600；3．中国海诚工程科技股份有限公司，上海200031；4．上海师范大学生命与环境科学学院，上海200234)摘要根据工作原理将变性淀粉脱水及气流干燥的工艺分成两部分来研究。通过在线预估得到淀粉压滤脱水环节的生产速率，将该速率进行适当的转换以确定下游气流干燥环节的干燥速度，并对气流干燥环节的最终成品水分和相关的尾气温度做一定程度的控制优

2、化，使得整条生产线在优化产能的同时。提高成品含水率的稳定性和产品质量。对比试验证明了该系统相对于原系统的优越性。关键词优化控制PID控制变性淀粉脱水干燥中图分类号TH862文献标识码A文章编号1000-3932(2013)04-0439434为了改善淀粉的性能、扩大其应用范围，在天然淀粉的基础上利用物理、化学或酶法处理，在淀粉分子上引入新的官能团或改变淀粉分子大小和颗粒性质改变其天然特性，得到变性淀粉。将改性后的淀粉添加到食品或者工业制品中，能使最终产品有更好的性能⋯。变性淀粉的种类有很多，应用也不尽相同。其主要应用领域包括：食品工业、造纸工业、纺织工业以

3、及医药等。目前，全世界变性淀粉年产量500万t左右，主要集中在北美和欧洲悼。。我国变性淀粉的开发和生产起步相比发达国家较晚”。。因此，研究变性淀粉及相关的干燥技术意义重大。1淀粉气流干燥工艺简介变性淀粉的干燥工艺非常复杂，不同种类和特性的淀粉，有多种不同的干燥方式，如气流干燥法、喷雾干燥法及滚筒干燥法等。笔者主要研究气流干燥系统，气流干燥法主要用于干燥处于潮湿状态但仍能在气体中自由流动的颗粒物料Ho。这种方法的主要优点是：干燥速度快、效率高、设备结构简单，适用于大量生产，缺点是能量消耗比较多‘引。图1为变性淀粉气流干燥工艺流程图。其工作原理是首先将淀粉浆料

4、通过泵注入板框压滤机中进行压滤脱水，通过板框压滤机将淀粉浆料脱水至饼状，并卸料至混料箱中，混料箱的主要作用是作为湿饼淀粉的暂存箱，同时将湿饼打碎，以便于后端的干燥。打碎后的淀粉经过螺旋输送器送至抛料器，再由抛料器送入气流干燥系统的直立管中。而空气由送风机经过加热吹入干燥直立管，湿淀粉在直管内加速上升的过程中被热空气干燥，然后干燥的物料通过末端的旋风分离器收集，废气通过洗涤塔由排气管的上端排出。图1变性淀粉气流干燥工艺流程该过程中板框式压滤脱水是批次型的工艺，而气流干燥是连续型的工艺，它们之间通过混料箱来实现连接和缓冲。现有的工艺情况是：板框压滤机的压滤速度

5、主要取决于上游淀粉浆料的性质和压滤机自身的参数设定，而气流干燥的生产速度主要由人工控制，操作人员依据经验来设定一个干燥抛料速度，即螺旋输送器的运转速度(干燥速度设定过大会使压滤脱水速度跟不上干燥速度，造成干燥速度的被迫再调整降低，引起干燥系统和成品淀粉水分含量波动，影响产品质量；收稿日期：2013-02-20(修改稿)化工自动化及仪表第40卷而干燥速度设定的太低又会浪费生产线产能)。因此，在获取合理的压滤脱水段生产速率，并据此自动设定气流干燥环节的干燥速度，控制干燥阶段的成品水分，从而实现在保证产品质量稳定的前提下使生产线产能最大化是目前亟待解决的问题。2

6、压滤及干燥系统分析2．1压滤脱水环节的速率测算笔者通过测算压滤脱水环节的生产速率，建立板框压滤速率与气流干燥速率的关联模型来优化气流干燥环节的速率控制。具体的方法是利用混料箱内的料位变化(图2)来估算压滤速率和气流干燥速率。混料箱下部安装了一个台秤，可将混料箱内的物料重量实时传送给控制系统。堡6800辽40宴200lll2l3l4l5l617l时间／min图2混料箱内的料位变化曲线由于压滤机按批次方式工作，气流干燥为连续过程，因此，需要计算的量包括压滤机平均每批的运行时间t，和气流干燥的干燥速率(即螺旋输送器的给料速率)V。已知量包括压滤机实际每批的运行时

7、间E(包括压滤时间和卸料时间)，混料箱内的料位为Q(t)。设最近一次压滤机运行时间为瓦，为了考虑时间的权重，设定的公式为：t，=0．66Tj，+0．34Tl(I)相当于在压滤机每压滤完一个批次就重新测算一下压滤机每批次平均运行时间。而气流干燥的干燥速率为：V=[Q(t)一Q(f+At)]／At(2)该干燥速率是随着干燥系统的运行实时计算的。定义一个混料箱的料位Q。，且令Q(o)=Q，。当Q(0)=Q。时，压滤机开始往混料箱卸料，卸料时间相对于压滤机每个批次的运行时间来说极短，卸完料后混料箱的料位增长至Q：。而与此同时，干燥过程也在运行。那么，当压滤机下一次

8、卸料的时候，混料箱的料位重新回到Q，，则可以认为干燥的速率匹配了上