[发明专利]煮沸锅内加热器区的蒸汽加热系统

权利要求书

1.煮沸锅内加热器区的蒸汽加热系统，包括锅体容器和位于锅体容器中心的内加热器，其特征在于：所述内加热器分为内圈和外圈两个高低不同可分可合的分区结构，所述锅体容器外部设有蒸汽进入管路系统，包括一路总进汽管，分二路可以通过各自管路上的阀门切换，分别进入外圈和内圈两个内加热器的蒸汽进口，所述总进汽管上设计安装了压力传感器、温度传感器和蒸汽流量计三个测量参数，通过控制系统数学模型的计算来反馈给管路上的蒸汽调节阀，调节时间维度上的开度和煮沸终点的时间判断。

2.根据权利要求1中所述的煮沸锅内加热器区的蒸汽加热系统，其特征在于：所述控制系统数学模型包括：

麦汁蒸发所需要的热量

(1)、麦汁中糖的含量在全煮沸过程中始终不变，其蒸发前后关系式

G_麦始×η_始＝G_麦定×η_定

→G_麦定＝G_麦始×η_始/η_定

G_麦始——麦汁起始蒸发质量(kg，已知值)

G_麦定——蒸发结束定型麦汁质量(kg，工艺给定值)

η_始——麦汁起始蒸发质量浓度(％，已知值)

η_定——蒸发结束定型麦汁质量浓度(％，工艺给定值)

(2)、麦汁中水分蒸发量

G_蒸水＝G_麦始-G_麦定

→G_蒸水＝G_麦始×(1-η_始/η_定)

(3)、麦汁蒸发掉的水分所需要的汽化潜热(1at-常压下)

R_麦汁＝G_蒸水×r_汽常＝G_麦始×(1-η_始/η_定)×r_汽常

＝2258G_麦始×(1-η_始/η_定)

R_麦汁——麦汁水分蒸发的汽化潜热(kj)

r_汽常——蒸发的汽化潜热(kj/kg,常压下数值为2258kj/kg)

蒸汽加热所放出的热量计算公式

(1)、蒸汽换热总放热公式

R_汽＝G_汽×r_压汽

R_汽——蒸汽液化放出的汽化潜热(kj)

G_汽——蒸汽的质量(kg)

r_汽——蒸汽的汽化潜热(kj/kg,对应温度下)

(2)、蒸汽的质量对应的体积量和密度的关系式

G_汽＝V_汽×ρ_压汽

G_汽——蒸汽消耗的总质量(kg)

V_汽——蒸汽消耗的总体积(m³，由体积流量计在线测出)

ρ_压汽——蒸汽的密度(kg/m³,与压力对应)

(3)、蒸汽密度与压力的关系式(0.15～0.51MPa,麦汁蒸发使用范围)

ρ_汽＝1.29+5.18(P_汽-0.20)

ρ_汽——蒸汽的密度(kg/m³,与压力对应)

P_汽——蒸汽的压力(MPa，由压力传感器在线测出)

(4)、蒸汽汽化潜热与温度的关系式(0.15～0.51MPa,麦汁蒸发使用范围)

r_汽＝2202+2.935(t_汽-120.23)

r_汽——蒸汽的汽化潜热(kj/kg,对应温度下)

t_汽——蒸汽的温度(℃，由温度传感器在线测出)

换热的总关系式

(1)、蒸汽的总放和麦汁蒸发所需的汽化潜热关系式

R_麦汁＝R_汽

(2)、从上述分步骤公式推导出，蒸汽总体积与麦汁起始蒸发浓度及蒸发量的如下关系式：

①麦汁水分蒸发量公式(上述已经推导出的公式)

G_蒸水＝G_麦始×(1-η_始/η_定)

②麦汁蒸发需要的热量关系式(上述已经推导出的公式)

R_麦汁＝2258G_麦始×(1-η_始/η_定)

③蒸汽放出的潜热

R_压汽＝G_汽×r_压汽

＝V_汽×ρ_压汽×r_压汽

＝V_汽×[1.29+5.18(P_汽-0.20)]×[2202+2.935(t_汽-120.23)]

＝V_汽×(469.68-15.2P_汽t_汽-0.74549t_汽+9578.49P_汽)

(3)、麦汁蒸发需要热量与蒸汽放热的等式关系

R_麦汁＝R_压汽→

2258G_麦始×(1-η_始/η_定)＝V_汽×(469.68-15.2P_汽t_汽-0.74549t_汽9578.49P_汽)

(4)、蒸汽总消耗量的计算公式

根据上述等式推导出

V_汽＝2258G_麦始×(1-η_始/η_定)/(469.68-15.2P_汽t_汽-0.74549t_汽+9578.49P_汽)

当蒸汽的在线检测流量计测得的蒸汽累计流量到达上述公式的计算值时，麦汁的水分蒸发即到达定型麦汁的浓度要求。