PRZEGLĄD METOD AUTOMATYCZNEGO GOTOWANIA CUKRZYC PRZERÓB CUKRU SUROWEGO

Transkrypt

1 PRZEGLĄD METOD AUTOMATYCZNEGO GOTOWANIA CUKRZYC PRZERÓB CUKRU SUROWEGO Zakopane, maj 2008

2 SYSTEMY GOTOWANIA CUKRZYC

3 TECHNOLOGIA PRZEGLĄD UKŁADÓW GOTOWANIA CUKRZYC WARNIKI PERIODYCZNE Warniki zarodowe Warniki procesowe WARNIKI CIĄGŁE Kaskady (Poziomy system krystalizacji ciągłej - VKH) Warnik pionowy (Wieżowy warnik krystalizacji ciągłej VKT) Warnik poziomy (Poziomy warnik krystalizacji ciągłej Fivec cail)

4 TECHNOLOGIA - Warnik periodyczny WARNIKI PERIODYCZNE warniki zarodowe, warniki procesowe RODZAJ SZCZEPIENIA Krystalizat Cukrzyca zarodowa Pasta

5 TECHNOLOGIA - Kaskada Kaskady (Poziomy system krystalizacji ciągłej - VKH)

6 TECHNOLOGIA WARNIK WIEŻOWY VKT (Pionowy warnik krystalizacji ciągłej)

7 TECHNOLOGIA - Warnik poziomy WARNIK POZIOMY (Poziomy warnik krystalizacji ciągłej Fivec cail)

8 TECHNOLOGIA Rozkłady osiowe ciśnienia i temperatury oraz Wp Optymalny poziom dla Max współczynnika przenikania ciepła

9 TECHNOLOGIA - UWAGI i WNIOSKI WARNIKI PERIODYCZNE Zmiana poziomu i lepkość cukrzycy wpływa na to, że warnik nie jest idealnym mieszalnikiem. Ciśnienie cukrzycy nad komorą zmienia się o około Δp=0,2 bara co odpowiada 15 K. Powstanie wtórnych zarodków krystalizacji spowodowanych zwiększeniem współczynnika przesycenia i nakładaniem się ekstremów przesycenia na granicy pęcherzy parowych. Powyższy problem można zmniejszyć poprzez obniżenie słupa cukrzycy. Optymalny poziom cukrzycy nad kalandrią wynosi ok. 1,5 m. SZCZEPIENIE PASTĄ SZCZEPIENIE CUKRZYCĄ ZARODOWĄ

10 TECHNOLOGIA - UWAGI i WNIOSKI WARNIKI CIĄGŁE Stały poziom sprawia to, że warnik możemy traktować jako idealny mieszalnik. Możliwe dostosowanie konstrukcji warnika do optymalnej pracy. Optymalne pokrycie komory cukrzycą osiąga maksymalny współczynnik przenikania ciepła. Spadek ciśnienia nad komorą wynosi o około Δp=0,02 bara co odpowiada 2 K. Inkrustacja powstająca w czasie nieprzerwanej pracy wpływa ujemnie na pracę poszczególnych komór. Zmniejszenie lub uniknięcie powstawania inkrustacji: Wyłączenie z eksploatacji komory, obejście jej i oczyszczenie Zastosowanie specjalnych środków (stosowanie membran, grzanie dna komory, stosowanie gładkich zaokrągleń). Konieczność czyszczenia komór wynosi dla: warników A co dni warników B co dni warników C co dni

11 TECHNOLOGIA - UWAGI i WNIOSKI PODSUMOWANIE Warniki ciągłe stanowią system ciągłej krystalizacji sacharozy. Poszczególne komory pracują jako idealne mieszalniki. Poziom nad komorą grzejną jest dostosowany do maksymalnego współczynnika ciepła. Równomierny pobór oparów do grzania warników stabilizuje pracę stacji wyparnej. Możliwość pracy przy bardzo niskich ciśnienia oparów do grzania warnika. System warników ciągłych umożliwia wykorzystanie ciepła z końcowych działów wyparki (są cukrownie w których wykorzystuje się opary z warników produktu C do grzania warników produktu A). Komory mające indywidualną regulację można czyścic oddzielnie bez wyłączania całej instalacji.

12 WĘZŁY TECHNOLOGICZNE WSPÓŁPRACUJĄCE STACJA PRZYGOTOWANIA SYROPU STANDARD Uzyskanie optymalnej gęstości syropu standard. Uzyskanie optymalnej temperatury w skrzyni dociągowej. Pozbycie się kryształów w odcieku jasnym. STACJA PRZYGOTOWANIA ODCIEKÓW Uzyskanie optymalnej gęstości i czystości odcieków po wirówkach. Uzyskanie optymalnej temperatury w skrzyniach dociągowych. STACJA SKRAPLACZY BAROMETRYCZNYCH Uzyskanie optymalnej próżni w kolektorze. Zmniejszenie ilości wody do skraplaczy. Przy ciśnieniach pary grzejnej znacznie niższych od ciśnienia atmosferycznego, koniecznym jest zastosowanie specjalnych technik odgazowania komory grzejnej. Wykonanie dodatkowych kolektorów z odprowadzeniem gazów nieskraplających przy wypływie kondensatu z komory grzejnej warnika.

13 PRZERÓB CUKRU SUROWEGO

14 PRZERÓB CUKRU SUROWEGO UKŁAD CUKROWNI DO PRZEROBU CUKRU SUROWEGO. SUROWEGO Do przerobu cukru surowego należy dostosować następujące stacje technologiczne: Stację afinacji cukru surowego (nowa stacja) Stację saturacji (saturacja II) Stację filtracji (GP, Diastar itp.) Stację wyparną W cukrowniach buraczanych instalacja technologiczna wymaga adaptacji do przerobu cukru surowego. Modernizacji podlegają stacje: surowni, wyparki i produktowni. Należy zmodyfikować instalację technologiczną o nowe rurociągi i przepustnice w celu przełączania instalacji: praca na kampanię buraczaną, praca na kampanię cukru surowego. PRODUKTOWNIA DO PRZEROBU CUKRU SUROWEGO Dostosowanie stacji produktowni do schematu technologicznego - 5-cio produktowej lub 7-mio produktowej. Przykładowe schematy 5-cio produktowej produktowni przedstawiam na następnych slajdach.

15 PRZERÓB CUKRU SUROWEGO Warniki periodyczne w pełni nadają się do produkcji cukru z buraków i przerobu cukru surowego zachowując te same układy gotowania cukrzyc, różnią się tylko zmianą niektórych parametrów. Cukrownie, które wyposażone są w kaskadowe układy gotowania na produkcie B i/lub C wymagają zmiany układu technologicznego i automatyki gotowania cukrzyc z ciągłych na periodyczne układy gotowania. Obecnie jesteśmy w stanie realizacji instalacji automatyki dla przerobu cukru surowego w jednej cukrowni Chorwackiej. Fabryka będzie przerabiać buraki oraz cukier surowy. Zakres przebudowy cukrowni obejmuje: Budowę nowej stację afinacji cukru surowego. Przebudowę stacji oczyszczania soku. Przebudowę stacji wyparnej. Przebudowę produktowni dla 5-cio produktowej instalacji: krystalizator K oraz warniki zarodowe Az, Bz, Cz. warniki procesowe - A1, A2, B, C1, C2.

16 STACJA AFINACJI CUKRU SUROWEGO do stacji oczyszczania soku WIRÓWKI MLEKO WAPIENNE KLAROWNICA SODA CUKIER SUROWY do produktowni od J od C KLAROWNICA KLARÓWKA

17 STACJA WARNIKÓW ZARODOWYCH KRYSTALIZATOR WARNIKI Az Az1 Az2 od CA1 KLAR. warniki A warniki Bz, Cz warniki A KRYSTALIZAT CUKRZYCA ZARODOWA A

18 STACJA WARNIKÓW PRODUKTÓW A1 i A2 WARNIKI A1 A1 WARNIKI A2 A2 A3 A4 MIX 1 KLAR. II od CA1 KLAR. WIRÓWKI A1 warniki Az WIRÓWKI A2 CUKRZYCA ZARODOWA A od JA2 CUKRZYCA A1 CUKRZYCA A2 od CA1 MIX 1 CUKIER

19 STACJA WARNIKÓW PRODUKTU B WARNIK Bz WARNIKI B B1 B2 KLAR. II MIX 2 MIX 3 KRYSTALIZAT KLAROWNICA CUKIER C2 WIRÓWKI B od AF KLAR. II od JA2 CUKRZYCA ZARODOWA B CUKRZYCA B MIX 2 MIX 3 od JB

20 STACJA WARNIKÓW PRODUKTÓW C1 i C2 WARNIK Cz WARNIKI C1 C1 C2 WARNIKI C2 C3 C4 MIX 3 od JB KRYSTALIZAT do mieszadeł pionowych CUKRZYCA ZARODOWA C CUKRZYCA C1 do wirówek C1 CUKRZYCA C2

21 STACJA MIESZADEŁ PIONOWYCH i WIRÓWEK C1 i C2 WIRÓWKI C1 MIESZADŁA PIONOWE WIRÓWKI C2 CUKRZYCA C2 CUKRZYCA C1 CUKIER C2 od AF woda MELAS

22 AUTOMATKA GOTOWANIA CUKRZYC

23 POMIARY I ELEMENTY WYKONAWCZE POMIARY Pomiar gęstości mikrofalowe i refraktometryczne Pomiar poziomu Pomiary ciśnienia Pomiary temperatury Pomiary prądu mieszadła Dla zapewnienia dokładnych obliczeń w algorytmach prowadzenia procesu niezbędne jest aby przetworniki pomiarów parametrów technologicznych miały klasę dokładności co najmniej 0,075%. ELEMENTY WYKONAWCZE Przepustnice regulacyjne Przepustnice ON-OFF Nawet najlepsza aparatura i armatura nie będzie działała prawidłowo przy niewłaściwym montażu Siłowniki pneumatyczne i elektryczne Pozycjonery, zaworki elektromagnetyczne, wyłączniki krańcowe Rodzaj napędu mieszadła Przy doborze armatury należy zwrócić uwagę parametry technologiczne medium jak próżnia, temperatura, rodzaj i wielkość siłownika.

24 POMIARY GĘSTOŚCI MIKROFALOWE - POMIARY GĘSTOŚCI

25 POMIARY GĘSTOŚCI REFRAKTOMETRYCZNE - POMIARY GĘSTOŚCI

26 PREFEROWANE SYSTEMY CYFROWE DCS System firmy SIEMENS PCS7 System firmy ABB Freelance 800F (dawniej Freelance 2000)

27 STSTEM PCS-7 - SIEMENS DLA CUKROWNI Stacja inżynierska SERWER SYSTEMU WARSTWY NADZORU WEB Serwer Dyrektor Techniczny Kierownik Produkcji Utrzymanie ruchu Technolog Magistrala informatyczna zakładu Fast Ethernet STACJE OPERATORSKIE Magistrala informatyczna systemu Fast Ethernet REDUNDOWANE SERWERY SYSTEMOWE Magistrala automatyki systemu Fast Ethernet STACJE PROCESOWE Profibus DP Profibus DP SYSTEM I/O Kocioł ET200M STACJA DYFUZJI STACJA OCZYSZCZANIA STACJA WYPARNA STACJA WARNIKÓW A KRYSTALIZATORY WIRÓWKI A SUSZARNIA CUKRU STACJA WARNIKÓW B i C WIRÓWKI B i C MIESZADŁO C MELAS Kocioł Turbina ELETROCIEPŁOWNIA

28 STSTEM FREELANCE 800F - ABB DLA CUKROWNI OPC Serwer Stacja inżynierska TREND Serwer Dyrektor techniczny SYSTEM WARSTWY NADZORU Kierownik Produkcji Technolog Utrzymanie ruchu STACJE OPERATORSKIE Ethernet TCP/IP Ethernet TCP/IP STACJE PROCESOWE Profibus DP SYSTEM I/O STACJA DYFUZJI STACJA OCZYSZCZANIA STACJA WYPARNA STACJA WARNIKÓW A KRYSTALIZATORY WIRÓWKI A SUSZARNIA CUKRU STACJA WARNIKÓW B i C WIRÓWKI B i C MIESZADŁO C MELAS ELETROCIEPŁOWNIA

29 Porównanie cenowe PCS-7 i FREELANCE 800F Analizowana konfiguracja: PCS-7 SIEMENS FREELANCE 800F ABB 3 x OS 3 x OS 1 x ES (1000PO i 2000PO) As: 417-4HF 1 x ES (350 EUR/ 100 PO) RIO: ET200S RIO: S800 Interface IM Ain HF Interface CI Ain (3 x AI-810) 24 Aout HF 32 Din 16 Dout AS: A 800F Redundantny / 600 PO xn 24 Aout (3 x AO-810) xn 32 Din (2 x DI-810) 16 Dout (1 x DO-810) Zostało jeszcze 6 slajdów

30 Porównanie kosztów licencji i hardware systemów PCS-7 i FREELANCE 800F Wartość w EUR PCS-7 + ET200S Fk2 + S800 Fk2 + ET200S Ilość sygnałów wejść/w yjść (25% AIN, 25% AOUT, 33% DIN, 17% DOUT)

31 CECHY PROGRAMU GOTOWANIA CUKRZYC ZALETY UKŁADU Ciągła całkowita regulacja krystalizacji procesu. Wyznaczenie punktu szczepienia poprzez obliczenie współczynnika przesycenia w funkcji: gęstości, temperatury, rozpuszczalności czystości syropu standard. Regulacja krystalizacji poprzez pośredni pomiar gęstości metodą mikrofalową. Gotowanie gęstych syropów ( Bx) bez dodawania wody. Optymalizacja wykorzystania ciśnienia pary podczas procesu gotowania. Zapewnienie większej jednorodności kryształów. Zmniejszenie ilość odcieków. Skrócenie czasu gotowania i wirowania. Zmniejszenie zużycia pary. Uzyskanie dużej powtarzalności warów.

32 FUNKCJE SYSTEMU DLA UKŁADÓW GOTOWANIA CUKRZYC: Monitorowanie i sterowanie parametrami i poszczególnymi fazami procesu. Wizualizacja przebiegu procesu. Sygnalizacja otwarcia zaworów i przepustnic oraz stanów alarmowych. Zliczanie ilości warów. Zliczanie czasu gotowania waru. Pomiary gęstości, poziomu, ciśnień, temperatur, prądu obciążenia mieszadła Regulacja gęstości. Regulacja poziomu. Regulacja podciśnienia. Regulacja ciśnienia pary grzejnej. Sterowania pracą silnika mieszadła warnika. Sterowanie wszystkimi elementami wykonawczymi.

33 ALGORYTMY Regulacja gęstości - Układ ciągłej regulacji procesu krystalizacji, zmienny podczas gotowania na podstawie algorytmu stosownie do fazy procesu i poziomu cukrzycy w warniku. Regulacja poziomu - Układ ciągłej regulacji poziomu w warniku steruje ilością doprowadzanego syropu stosownie do fazy procesu i do zapotrzebowania zasilania warnika w cukrzycę Regulacja ciśnienia pary - Ciągła regulacja ciśnienia pary w komorze grzejnej warnika utrzymująca odpowiedni poziom wyznaczony dla odpowiednich faz procesu. Otwarcie przepustnic parowych sterowane na podstawie algorytmu z kontrolą ciśnienia pary na wyparce Regulacja ciśnienia oparów - Ciągła regulacja próżni w warniku utrzymująca odpowiedni poziom wyznaczony dla procesu. Wyliczanie współczynnika przesycenia - dla fazy szczepienia Pomiar gęstości suszenia - na podstawie prądu obciążenia mieszadła. Sterowanie przepustnicami - Stosownie do fazy procesu układ przewiduje sekwencyjne sterowanie (ON - OFF) wszystkimi przepustnicami i zaworami zamontowanymi na warniku Przygotowanie warnika do następnego cyklu

34 SPODZIEWANE EFEKTY Zwiększenie wydajności cukru z cukrzycy. Zmniejszenia zużycia pary grzejnej. Uzyskanie większej jednorodności kryształów. Uzyskanie zmniejszenia ilość odcieków. Umożliwienie gotowanie gęstych syropów ( Bx) bez dodawania wody. Uzyskanie optymalnych czasów gotowania. Uzyskanie dużej powtarzalności warów. Uzyskanie stabilizacji i równomierności prowadzenia procesu. Poprawienie jakości parametrów procesu technologicznego. Uzyskanie poprawnej jakości sterowania i dużej dokładność pomiarów i regulacji. Zwiększenie efektywności pracy operatorów i osób zarządzających procesem. Uzyskanie łatwość obróbki informacji o procesie do sprawozdawczości. Uzyskanie pełnej kontroli działalności operatorów.

35 PRZYSZŁOŚCIOWE ROZWIĄZANIA NOWE ALGORYTMY OPTYMALIZACYJNE Wyliczanie współczynnika przenikania ciepła Wyliczenie optymalnego poziomu dla warników ciągłych. Prowadzenie procesu gotowania na podstawie pomiaru gęstości syropu między krystalicznego. Wyliczanie ilości kryształów. (funkcja: pomiaru gęstości cukrzycy, gęstości syropu międzykrystalicznego, temperatury cukrzycy i temperatury wrzenia). Sterowanie czystościami mediów dociąganych do warników (mieszaniem odcieków z wirówek) w taki sposób, aby jak najwięcej uzyskać białego cukru i jak najmniej tracić cukru w melasie. Zastosowanie logiki rozmytej Fuzzy Logic zastosowanie wszędzie tam gdzie posiadana informacja, charakteryzująca proces, jest niepewna i nieprecyzyjna np. dla warnika. Zastosowanie sieci neuronowych zastosowanie wszędzie tam nie mamy opisu matematycznego, a układ uczy się do wzorca zgodnego ze strukturą analizowanych danych.

36 Dziękuję za zainteresowanie! Kazimierz Wysocki