Математическое моделирование и оптимальное управление процессами растворения, выпаривания, кристаллизации : На примере приготовления конфетных масс

• Автор: Елизаров, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 236 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОИЗВОДСТВА ПОМАДНЫХ КОНФЕТНЫХ МАСС.

1.1 Краткое описание технологического процесса приготовления конфетных масс

1.2 Описание физикохимических превращений при приготовлении конфетных масс.

1.3 Анализ факторов, влияющих на качественные пщатоли помады .

1.4 Системы управления процессом

1.5 Общая постановка задачи оптимального управления процессом приготовления конфетных масс

1.6 Цели и задачи исследования.

Глава 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС

2.1 Разработка математической модели процесса получения сахаропаточною сиропа в диссугоре
2.2 Математическое описание процессов, протекающих в сборнике сиропа.
2.3 Математическое описание статического режима варочной колонны.
2.4 Разработка алгоритма расчета статического режима варочной колонны
2.5 Математическое описание процессов, протекающих в помадосбивальной машине.
2.6 Разработка алгоритмов расчета статического режима рабо ты помадосбивальной машины
2.7 Разработка математической модели процесса темперирования конфетных масс.
2.8 Выводы по главе 2
Глава 3 ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И
ИМИТАЦИИ ЮЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС.
3.1 Идентификация и проверка адекватности математической модели процесса приготовления конфетных масс.
3.1.1 Методика идентификации математической модели объекта.
3.1.2 Идентификация математической модели процессов, протекающих в диссуторе.
3.1.3 Идентификация математической модели процессов, протекающих в сборнике сиропа.
3.1.4 Идентификация математической модели процессов,
протекающих в варочной колонне.
3.1.5 Идентификация математической модели процессов, протекающих в помадосбивальной машине.
3.1.6 Идентификация математической модели процессов, протекающих в темперирующей машине
3.2 Имитационное исследование процесса приготовления конфетных масс.
3.2.1 Имитационное исследование процессов, протекающих в диссуторе
3.2.2 Аппроксимация процесса растворения сахара
3.2.3 Имитационное исследование процессов, протекающих в сборнике сиропа
3.2.4 Имитационное исследование статических режимов варочной колонны.
3.2.5 Имитационное исследование статических режимов помадосбивалъной машины
3.2.6 Имитационное исследование процессов, протекающих в темперирующей машине.
3.3 Выводы по главе 3.
Глава 4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС.
4.1 Формализация технологических условий и ограничений
4.2 Математическая формулировка критерия оптимизации
4.3 Формулировка задачи оптимального управления
4.4 Определение классов варьируемых функций.
4.5 Решение задачи оптимизации
4.6 Выводы по главе 4.
Глава 5 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ
ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНФЕТНЫХ МАСС
5.1 Методика выбора структуры системы управления
5.2 Определение множества рассматриваемых СУ процессом приготовления конфетных масс
5.3 Формулировка задачи определения оптимальных заданий регуляторам.
5.4 Расчет локальных систем рэдулирования технологических параметров
5.5 Аппроксимация предписаний верхнего уровня.
5.6 Выводы по главе 5.
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА


Основными факторами являются рецептура, содержание редуцирующих веществ в помаде и ее жидкой фазе, массовая доля влаги сиропа, достигаемая степень пересыщения сиропа сахарозой, конечная температура охлажденного помадного сиропа, продолжительность и интенсивность сбивания. Каждый из этих факторов оказывает большое влияние на качество помады. Все эти факторы должны четко согласовываться между собой. Экспериментальные данные о влиянии степени пересыщения в условиях помадного производства опубликовано в работах Зубченко ,,,, ,,,. Зубченко указывает, что чем меньше степень пересыщения раствора, тем больше содержание крупных кристаллов. С повышением коэффициента пересыщения сиропа сахарозой увеличивается количество твердой фазы, максимум кривых распределения кристаллов по размерам делается более высоким и узким, кривые слегка смещаются в сторону малых размеров кристаллов. Это объясняется тем, что с повышением степени пересыщения образуется больше центров кристаллизации, суммарная поверхность кристаллизации резко увеличивается, что ведет к образованию более мелких кристаллов. Г.А. Маршалкин также указывает, что основным фактором, определяющим размер кристаллов, является коэффициент пересыщения помадных сиропов. На основании графоаналитического метода расчета помадного агрегата, разработанного Г. А. Маршалкиным, можно определить температуру, до которой необходимо охладить помадный сироп, чтобы получить помаду с определенным соотношением твердой и жидкой фаз. С уменьшением остаточной влажности помадного сиропа независимо от температуры охлаждения содержание жидкой фазы уменьшается, а твердой растет содержание сухих веществ в жидкой фазе увеличивается. Полидисперсный состав твердой фазы изменяется в сторону увеличения мелкокристаллических фракций. Помада должна иметь массовую долю влаги не ниже 7 и не выше ,. При низком содержании влаги помада превращается в монолитную кристаллическую массу, трудно поддающуюся разогреванию и формованию, а также происходит перерасход сырья по сухому веществу. При повышенном содержании влаги количество твердой фазы будет уменьшено, в этом случае резко снижается прочность отформованных изделий, они легко деформируются, в результате чего получается большое количество отходов. Охлаждение помадного сиропа, поступающего на сбивание, обусловливает степень пересыщения сахарозы в растворе и ее способность выделяться в ви
де кристаллов, образуя твердую фазу. Чем ниже температура сиропа, тем больше степень пересыщения, тем больше будет центров кристаллизации в единице объема сиропа, тем мельче будут получаться сами кристаллы. Охлаждение сиропа необходимо проводить быстро, иначе создаются условия для появления отдельных центров кристаллизации, которые при сбивании сиропа образуют крупные кристаллы сахарозы. В этом случае помада будет получаться грубодисперсной. С увеличением температуры сиропа, при котором происходит кристаллизация, наблюдается сдвиг максимума кривой распределения кристаллов в сторону более крупных. Интенсивность сбивания также обусловливает получение мелкокристаллической помады. Увеличение скорости мешалки делает максимум кривой распределения более высоким и узким и смещает его в область мелкокристаллических фракций. В зависимости от назначения помады, способа формования конфетной массы в рецептуру помадного сиропа вводят различное количество патоки. В помадные массы, формуемые методом размазывания, вводят 5 патоки инвертного сиропа к массе сахара в помадные массы, формуемые методом отливки, вводят 8 инвертного сиропа к массе сахара ,. С увеличением дозировки патоки увеличивается количество жидкой фазы и содержание сухих веществ в ней повышается содержание редуцирующих сахаров в помаде растет содержание мелкокристаллических фракций. Образование более мелких кристаллов в присутствие патоки объясняется увеличением вязкости сиропа, также повышением степени пересыщения сиропа сахарозой при одной и той же влажности, т. Вводить в рецептуру помады патоки болсс к массе сахара не рекомендуется, так как при этом за счет высокого содержания декстринов в сиропе значительно повышается его вязкость, и кристаллизация сахарозы замедляется.