Aktuální vydání

celé číslo

04

2019

Plnicí a balicí stroje, výrobní logistika a správa skladových zásob

Průmyslové počítače, PLC

celé číslo

Vybrané příklady měření technologických veličin v potravinářském průmyslu

Měření technologických veličin v potravinářském průmyslu a ve farmacii je důležité pro získání informací o probíhajícím technologickém procesu, které jsou potřebné pro jeho efektivní řízení a pro dosažení požadované kvality konečného produktu výroby.

Firma Krohne je výrobcem celého spektra měřicích přístrojů pro měření všech kvantitativních i kvalitativních technologických veličin v potravinářském průmyslu (objemového a hmotnostního průtoku, výšky hladiny, tlaku, teploty, pH, vodivosti). Měřicí přístroje firmy Krohne splňují nejvyšší hygienické standardy a současně dlouhodobě spolehlivě pracují i v obtížných provozních podmínkách potravinářských provozů.

Tento článek čtenáře seznámí s některými zajímavými příklady použití přístrojů firmy Krohne v potravinářském průmyslu. 

Měření zaplnění zásobníků s čokoládou

Výrobce čokolády a čokoládových výrobků skladuje různé druhy čokolády používané k výrobě čokoládových bonbonů s náplní ve speciálních zásobnících s míchadly (obr. 1). Jde o zásobníky s dvojitým pláštěm, který je vyhříván vodou na teplotu +40 až +45 °C. V průběhu výroby se ze zásobníku odebírá tekutá čokoláda v množství požadovaném výrobní linkou. Zásobník je periodicky doplňován tekutou čokoládou vyrobenou v jiné části podniku. Čokoláda má velkou viskozitu (typicky okolo 5 000 mPa·s při teplotě +45 °C) a ulpívá na vnitřních stěnách zásobníku. Pro zajištění konstantních vlastností čokolády a tím i bezproblémového chodu výrobní linky je v zásobníku instalováno míchadlo, které zajišťuje trvalou homogenizaci vnitřního objemu zásobníku a současně stírá vnitřní stěny obvodového pláště zásobníku. Celý proces je automatizován a jednou z měřených technologických veličin je výška hladiny čokolády v zásobníku s míchadlem. Měření výšky hladiny musí být spolehlivé ve všech fázích využívání zásobníku – při jeho plnění čokoládou potrubím shora, kdy čokoláda padá na hladinu v zásobníku, při běžném provozu s otáčejícím se míchadlem a zvlněným povrchem hladiny i při úplném vyprázdnění zásobníku. K měření výšky hladiny byl použit radarový hladinoměr Optiwave 3500 C (obr. 2) s pracovní frekvencí 80 GHz, který využívá měřicí princip FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Tento radarový hladinoměr se vyznačuje kompaktní konstrukcí s dvouvodičovým napájením. Provedení snímací části hladinoměru umožňuje montáž na nátrubek DN40 a vyznačuje se velmi malou hodnotou mrtvé vzdálenosti (200 mm). Vyzařovací úhel antény je velmi malý, a proto hladinoměr bez problémů měří i v blízkosti stěny zásobníků.

Anténa má plochý tvar, nezasahuje do prostoru zásobníku a umožňuje snadné čištění metodami SIP a CIP. Radarový hladinoměr Krohne Optiwave 3500 C je dodáván se všemi obvyklými připojovacími adaptéry používanými v potravinářském průmyslu, v tomto konkrétním případě provozovatel požadoval potravinářské šroubení podle DIN 11851 (obr. 3).

Uvedení do provozu je snadné díky asistenční aplikaci. Rušivé odrazy od míchadla a vestavby v zásobníku jsou účinně potlačeny funkcí záznamu prázdného spektra, který se provádí při prázdném zásobníku.

Provozovatel získal trvalý přehled o množství čokolády v zásobnících. Čokoláda je doplňována v dávkách zcela automaticky podle chodu výrobních linek. Není tak třeba manuální inventarizace množství čokolády na počátku a konci směny pracovníky výrobní linky. 

Dávkování čokolády do kornoutů

Výrobce mléčných výrobků vyrábí zmrzlinu v oplatkových kornoutech. Kornouty musí po určitou dobu zůstat v původním tvaru a nesmějí se roztékat, proto je v každém kornoutu dole nejprve vytvořen čokoládový špalík z přibližně 4 až 6 g tekuté čokolády (obr. 4).

Množství čokolády se dříve neměřilo. Firma spustila výrobu a potom postupně odebírala vzorky k posouzení, zda bylo do kornoutu umístěno dostatečné množství čokolády. V důsledku toho se surovinami značně plýtvalo, protože mnoho výrobků již nebylo možné pro nevyhovující kvalitu použít.

Proto se výrobce snažil najít technické řešení umožňující lepší kontrolu plnění kornoutů. Jako vhodný přístroj byl vybrán hmotnostní průtokoměr na principu Coriolisova jevu. Vzhledem k tomu, že čokoláda může obsahovat bubliny vzduchu, byly na spolehlivost měření kladeny zvýšené požadavky. Pro snadnou komunikaci s používaným řídicím systémem bylo požadováno komunikační rozhraní Profibus-DP.

Zákazník si vybral hmotnostní průtokoměr Optimass 6400 F s měřicí trubicí DN8 z korozivzdorné oceli a hygienickým provozním připojením podle DIN 11851 (obr. 5). Vzhledem k nutnosti udržovat čokoládu v tekutém stavu při teplotě +33 až +37 °C byl přístroj vybaven topným pláštěm. Na rozdíl od jiných hmotnostních průtokoměrů není měření průtokoměrem Optimass 6400 výskytem vzduchových bublin v čokoládě nijak ovlivněno, a to díky patentované funkci EGM (Entrained Gas Management) pro měření kapalin s proměnlivým obsahem plynu. Měřicí trubice je certifikována podle direktivy EHEDG a zaručuje snadné čištění.

Výrobce zmrzliny má nyní plně automatizovaný výrobní proces a je schopen mnohem přesněji dávkovat čokoládu do kornoutů. Výsledkem je dlouhodobě vysoká kvalita výrobku, snížení ztrát, trvalé úspory surovin a snížení nákladů. 

Měření slanosti roztoku při výrobě sýra

Výroba sýrů typu oštěpek se skládá z několika výrobních kroků. Závěrečnou operací je máčení sýra ve slané vodě. Slaná voda proniká do jeho nitra a celá operace trvá tak dlouho, dokud slaná voda nepronikne až do středu sýra. Tím sýr získá svou tradiční a oceňovanou chuť a trvanlivost. Po vyjmutí ze slané lázně následuje osušení od povrchové vlhkosti, mírné prosychání a konečně balení sýra.

Slaná voda se připravuje rozpouštěním kuchyňské soli ve vodě v rozpouštěcí nádrži. Během máčení sůl zůstává v sýru a koncentrace soli ve vodě klesá. Proto je zapotřebí sůl i pitnou vodu vhodně doplňovat. Jestliže se mění koncentrace soli ve vodě, mění se hustota výsledného roztoku i jeho elektrická vodivost. Elektrická vodivost běžné pitné vody je v rozsahu 300 až 800 μS·cm–1. Přidáním kuchyňské soli mnohonásobně vzroste elektrická vodivost roztoku, v daném případě až na hodnou 0,5 S·cm–1, tedy o tři řády.

Sýry se máčejí ve vaně z korozivzdorné oceli. Slaná voda ve vaně cirkuluje a tato cirkulace je zajištěna odstředivým čerpadlem. Snímač vodivosti je umístěn přímo z boku vany tak, že aktivní snímací část je ponořena pod hladinou slané vody ve vaně.

Pro měření elektrické vodivosti kapalin vyrábí firma Krohne několik druhů přístrojů, které se liší měřicím principem a měřicím rozsahem elektrické vodivosti.

Optisys IND 8100 (obr. 6) je snímač elektrické vodivosti kapalin využívající induk­ční měřicí princip. Jde o kompaktní přístroj s místním ukazováním, který je vhodný pro měření v potravinářském průmyslu. Splňuje všechny hygienické požadavky, snadno se instaluje a nastavuje a má integrované měření teploty roztoku, které se využívá ke kompenzaci hodnoty vodivosti, jelikož ta je přímo závislá na teplotě. Optisys IND 8100 má dva proudové výstupy: pro měření vodivosti, popř. koncentrace, a pro měření teploty roztoku.

Optisys IND 8100 ve spojení s programovatelným logickým automatem (PLC) zajistil v této úloze spojité měření vodivosti slané vody, která je v PLC přepočítána na koncentraci soli ve slané vodě. Jde o malou specializovanou výrobnu sýra, sůl a voda se do roztoku doplňují ručně, ale na základě měřených hodnot a tak, aby koncentrace soli ve vodě kolísala minimálně. Tím je zajištěna stabilní kvalita vyráběného sýra, a tedy i spokojenost odběratelů. 

Závěr

Více informací o přístrojích firmy Krohne a dalších příkladech použití v potravinářství zájemci získají v technických kancelářích firmy Krohne v České republice nebo na internetových stránkách firmy Krohne www.cz.krohne.com.

[Materiály firmy KROHNE.] 

Petr Komp, KROHNE CZ, spol. s r. o. (p.komp@krohne.com)

Obr. 1. Zásobníky čokolády

Obr. 2. Radarový hladinoměr Optiwave 3500 C s čočkovitou anténou a mechanickým připojením tri-clamp

Obr. 3. Hladinoměr namontovaný na víku zásobníku

Obr. 4. Plnění zmrzlinových kornoutů

Obr. 5. Dávkování tekuté čokolády průtokoměrem OPTIMASS 6400 s topným pláštěm

Obr. 6. Snímač elektrické vodivosti OPTISYS IND 8100 v hygienickém provedení