Лабораторный комплекс для исследования процессов мембранного разделения жидких сред

Лабораторный комплекс для исследования процессов мембранного разделения жидких сред

Отрасли, категории, применение: Пищевая промышленность, Промышленная автоматизация/САУ, Интеграция с оборудованием сторонних производителей

Краткое описание:

Лабораторный комплекс для исследования процессов мембранного разделения жидких сред в настоящее время используется в учебном процессе и научно-исследовательской работе сотрудников Института механики и энергетики Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева при исследовании процессов мембранного осветления фруктово-ягодных соков, напитков и настоек, а также концентрирования и очистки жидких молочных продуктов.

Организация
НИУ ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» (Институт механики и энергетики)

Описание решения
Эффективность современных технологий в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства в настоящее время определяется комплексом взаимосвязанных факторов, среди которых особо стоит отметить ресурсосбережение, энергоэффективность и экологичность. Исходя из этого, в последние годы особую популярность, как в России, так и за рубежом получили мембранные технологии разделения жидких сред, обеспечивающие высокое качество продукта при относительно малом энергопотреблении, а также возможность их применения в различных сферах деятельности.

В рамках реализации приоритетного направления развития Университета «Энергосбережение и новые материалы» нами приобретена экспериментальная мембранная установка ООО «Фильтропор Групп»  для исследования процессов микро-, ультра- и нанофильтрации, а также обратного осмоса. Установка должна обеспечить решение следующих основных исследовательских задач:
–    создание методов расчета конструктивно-технологических параметров мембранных установок, учитывающих нелинейности реологических характеристик разделяемых сред (зависимость вязкостных характеристик от скорости сдвига, времени обработки, температуры и концентрации сухих веществ и др.);
–    определение производительности, селективности и долговечности мембранных элементов с различным размером пор для ряда жидких сред и режимов работы оборудования;
–    разработку обоснование высокоэффективных методов регенерации фильтрующих элементов;
–    определение оптимальных состава и расхода жидкости для промывки фильтрующих элементов.

Однако, несмотря на качественное исполнение основных элементов мембранной установки, система управления, разработанная предприятием-изготовителем на базе средств локального автоматического регулирования, не отвечает поставленным задачам по возможностям регулирования, качеству и объему предоставляемой информации, в связи с чем создание системы управления на базе компьютерных технологий и современных контрольно-измерительных средств является первоочередной задачей.

В результате модернизации системы управления мембранной установки на первом этапе она оснащена следующими аппаратно-программными средствами:
1. Тремя датчиками давления АИР-10L–ДА–АК600 с токовым выходом и блоком питания БП-906/24-4, обеспечивающими высокоточное измерение перепада давления на входе и выходе из мембранного элемента, а также давления в трансмембранном канале. Регистрация величин измеряемых давлений может осуществляться как непосредственного с помощью цифровых технологических измерителей ИТЦ 420/М4, так и на компьютере, к которому датчики подключены через NI-USB-6009.
2. Расходомером фильтрата FLOMEC DARKONT EM006, позволяющим получить количественную оценку эффективности исследуемых режимов разделения. Передача данных осуществляется с помощью платы, созданной на базе микроконтроллера PIC18F46K20».
3. Энкодером OMRON E6B2-CWZ6C, обеспечивающим измерение реальной производительности питающего насоса по частоте вращения его привода. Установка энкодера выполнена на электродвигателе (N = 2860 об/мин) с управлением на базе частотного преобразователя Toshiba VF-S U.
4. Датчиком температуры (термистором) Epcos PTC и термореле, обеспечивающими программное регулирование температурного режима потока концентрата с помощью компьютера через NI USB-6009. Реле разработано на основе симистора ON Semiconductor MAC9N c гальванической развязкой на базе оптопары FAIRCHILD MOC3063.
5. Разработанным в среде NI LabVIEW 8.0 программным комплексом (ПК) «MEMBRANE» (рис. 3), позволяющим в динамике статистически обрабатывать и отображать на графике, в цифровых полях и прочих отображающих элементах первичные экспериментальные данные процесса мембранного разделения, а также регистрировать их в файле данных в формате *.dd.

Необходимо отметить, что последующая обработка зарегистрированных данных может осуществляться как непосредственно в самом ПК «MEMBRANE» путем загрузки соответствующего бинарного файла, так и в одном из профессиональных статистических пакетов, выгрузка данных в которые осуществляется через текстовые файлы с помощью специально разработанного модуля импорта. Для обеспечения исследователя более детальной информацией о ходе процесса мембранного разделения ПК «MEMBRANE» позволяет также получить в виде графиков информацию о взаимном влиянии технологических параметров, а также на основе шаблонов автоматически создать соответствующие отчеты.

Программное регулирование температурного режима потока концентрата может осуществляться как в ручном режиме, когда исследователь непосредственно задает необходимую температуру потока, так и в автоматическом. В последнем случае необходимо предварительно сформировать в табличном виде или в виде функции зависимость температуры от технологических переменных (времени, давлений или их разницы, расхода и ряд других параметров процесса).

Учитывая длительность и большой объем экспериментальных исследований, на основе инструмента WEB Publishing Tool и встроенного WEB-сервера LabVIEW обеспечены удаленный мониторинг и управление мембранной установкой через локальную сеть или Интернет. Кроме того, в целях обеспечения удобства работы исследователей и снижения нагрузки на управляющий компьютер мембранной установки на основе разработанного проекта в NI LabVIEW 8.0 скомпонован выполняемый файл MEMBRANE.EXE, а также инсталлирован программный модуль NI LabVIEW Run-Time Engine 8.0, обеспечивающий его автономную работу.

Используемое оборудование и программное обеспечение
Многофункциональное устройство сбора данных NI USB-6009 [1];
датчики давления АИР-10L–ДА–АК600 с цифровыми индикаторами ИТЦ 420/М4 и блоком питания БП-906/24-4 НПП «ЭЛЕМЕР» [2];
расходомер FLOMEC DARKONT EM006 [3];
энкодер OMRON E6B2-CWZ6C;
плата на базе микроконтроллера PIC18F46K20;
ПО NI LabVIEW 8.0; ПО NI-DAQmx 8.6.1;
ПО MPLAB IDE 8.53 [4];
ПО HI-TECH C Tools for the PIC18 (Lite) [5].

Литература
1. Руководство пользователя и технические характеристики USB-6008/6009.
2. http://www.elemer.ru/ - официальный сайт НПП «ЭЛЕМЕР».
3. http://darkont.ru/ - официальный сайт ООО «Дарконт», дилера компании FLOMEC.
4. http://www.microchip.com/ - официальный сайт компании Microchip.
5. http://www.htsoft.com/ - официальный сайт разработчика HI-TECH C.

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2018 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика