Wie Automatisierung die Kristallisationsergebnisse verbessern kann
Die Betriebsbedingungen in Rohrzuckerfabriken ändern sich weltweit – und zwar in einem solchen Ausmaß, dass eine grundlegende Überarbeitung des Produktionskonzepts erforderlich geworden ist. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Automatisierung.
Zuckerfabriken in einigen Ländern erhoffen sich erhebliche finanzielle Gewinne durch die Stromerzeugung aus Bagasse und die Einspeisung in das lokale Stromnetz. Die Erwartungen sind so hoch, dass die Zuckerproduktion an Bedeutung verliert, während sich der Fokus zunehmend auf die Maximierung der Energieerzeugung und die Reduzierung des Dampfverbrauchs verlagert. Für den Betrieb der Zuckerhaus hat die Zuckerqualität jedoch nach wie vor oberste Priorität. Daher stellen sich folgende Fragen: Wie kann eine kontrollierte Kristallisation in automatisierten Vakuumkesseln zur Verbesserung der Zuckerqualität beitragen? Und welche Auswirkungen hat die Automatisierung auf den Dampfverbrauch in der Zuckerhaus?
Hohe Erwartungen an die kontrollierte Kristallisation
Die eigentliche Herausforderung beim Betrieb einer Chargen-Vakuumpfanne und im Kristallisationsprozess besteht darin, das Kristallwachstum so zu steuern, dass keine sekundäre Keimbildung an den bereits vorhandenen Kristallen stattfindet, da dies die Zuckerqualität beeinträchtigen würde.
Erfahrungen in Zuckerfabriken haben gezeigt, dass der erste kritische Punkt bei der Chargenkristallisation nach dem Einbringen des Impfmaterials eintritt. Ein geringer Kristallanteil in Verbindung mit einer kleinen Kristalloberfläche kann schnell zu einer hohen Übersättigung und sekundärer Keimbildung führen. Eine wirksame Abhilfemaßnahme ist eine Stabilisierungsphase, in der durch einen niedrigen Heizdampfdruck für einen bestimmten Zeitraum eine niedrige Kristallisationsrate eingestellt wird. Die kleinen Kristalle können so lange wachsen, bis sie eine geeignete Größe erreicht haben, um die Kristallisation stabil fortzusetzen.
Der nächste Schritt der Kristallisation kann dann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen. Ein häufig angewandtes Verfahren besteht darin, den Trockensubstanzgehalt und das Magma -Volumen gleichzeitig zu erhöhen, während der festgelegte Kristallisationsdampfdruck aufrechterhalten und der festgelegte Heizdampfdruck aufgebracht wird.
Was macht die Automatisierung dem manuellen Betrieb überlegen?
Obwohl die Automatisierung für die Kochanlage viele Vorteile bietet, hat die Erfahrung gezeigt, dass viele Zuckerfabriken den manuellen Betrieb bevorzugen. Die Bediener sind in der Regel nicht in der Lage, die Kristallisation mit optimalen Ergebnissen zu steuern. Es ist sehr aufwendig, die Messwerte ständig zu überwachen und die Einstellungen kontinuierlich anzupassen.
Wie ist die Automatisierung organisiert? Eine automatisierte Vakuumpfanne wird über ein Automatisierungssystem mit einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) gesteuert. Zumindest die vier kritischen Regelkreise für Heizdampfdruck, Kristallisationsdampfdruck, Magma -Füllstand und Trockensubstanzgehalt sollten automatisiert sein. Der Zugriff auf diese Regler für den Betrieb erfolgt über eine Benutzeroberfläche im Automatisierungsanzeigesystem.
Die funktionale Verbindung zwischen den Sensoren und dem Stellglied (Aktuator) ist im Folgenden schematisch dargestellt. Selbst mit einem einfachen Automatisierungssystem können sich die Maschinenbediener nun während des Kristallisationsprozesses auf die Überwachung des Prozesses über die HMI konzentrieren. Die Anzahl der manuellen Eingriffe wird erheblich reduziert. Eine weitere Automatisierung des Prozesses ist möglich, sogar ein vollautomatischer Pfannenzyklus.
Mehr Zucker, bessere Qualität, weniger Energie
Die Vorteile einer kontrollierten Kristallisation durch Automatisierung zeigen sich in der Zuckerausbeute, der Kristallqualität und den Energieeinsparungen – sowie in einer höheren Magma Ausbeute.
Betrachten wir die Station „ A-Produkt “ im Bereich „ Zuckerhaus “ einer Fabrik in Russland. Sie wurde zwischen den Produktionsperioden 2013 und 2014 automatisiert. Der Kristallgehalt der „ Magma “ zum Zeitpunkt des Ablassens ist ein guter Indikator für die „ Zuckerausbeute “ der gesamten Station. In diesem Projekt führte die Automatisierung der Vakuumpfannen zu einer Steigerung des Kristallgehalts um durchschnittlich 4 Prozent.
Dieser bemerkenswerte Anstieg des Kristallgehalts im „ Magma “ lässt sich auf eine gleichmäßigere Kristallisation zurückführen. Gleichmäßigere Kristallgrößen würden daher darauf hindeuten, dass der Anteil an feinen Kristallen geringer ist, was die Viskosität des „ Magma “ senkt. Die Vakuumwanne kann somit am Ende des Zyklus „ Magma “ mit einem höheren Kristallgehalt produzieren, wobei die gleiche Rührleistung wie vor der Automatisierung des Wannenprozesses zum Einsatz kommt.
In einer Rohrzuckerfabrik und -raffinerie in Honduras wurden auch die Vakuumkessel automatisiert und mit Kristallsaat beschickt. Dadurch hat sich der Variationsparameter für die Kristallgrößenverteilung von 44 auf 28 Prozent verbessert. Der Anteil an feinen Zuckerkristallen ist im Vergleich zum manuellen Betrieb sehr gering: Etwa 4 Prozent der Kristalle sind kleiner als 0,3 mm, bei einer durchschnittlichen Korngröße von 0,67 mm. Dank des Fehlens kleiner Kristalle hat sich die Leistung des Zuckertrockners verbessert. Ein weiterer Vorteil: Der Zucker verklumpt nicht mehr in den Säcken.
Neue Wege zur Verbesserung der Wärmebilanz
Maximale Dampfeinsparungen in Vakuumkesseln lassen sich erzielen, wenn während des Kristallisationsprozesses überhaupt kein Wasser verwendet wird. Da sich bei der kontrollierten Kristallisation in einem automatisierten Kessel keine feinen Kristalle bilden können, besteht keine Notwendigkeit, solche Kristalle durch Zugabe von Waschwasser aufzulösen. Dies ist ein wichtiger Aspekt für den Gesamtenergieverbrauch der Zuckerfabrik, um den Dampfbedarf niedrig zu halten. Ein minimaler Wasserverbrauch beim Kochen sowie die Möglichkeit, bei Chargenkochkesseln den 3. oder sogar 4. Dampf zu nutzen, eröffnen neue Wege zur Optimierung der Wärmebilanz im Zuckerherstellungsprozess.
Eine verbesserte Steuerung der Kristallisation, insbesondere zu Beginn der Verdampfungskristallisation, ist entscheidend für eine höhere Kristallausbeute, eine bessere Zuckerqualität und einen geringeren Energieverbrauch. Der Ansatz, unerwünschte Sekundärkeimbildung durch Automatisierung zu verhindern, hat sich als erfolgreich erwiesen. Für Rohrzuckerfabriken kann die Automatisierung der Vakuumkocher ein erster Schritt hin zu einer vollständigen Automatisierung der Zuckerproduktion sein.
