Una raffineria di zucchero aumenta la redditività con il controllo avanzato della cristallizzazione
Una raffineria di zucchero in Thailandia sta beneficiando di lotti di cristallizzazione sotto vuoto ottimizzati, di una migliore qualità dei cristalli e di una maggiore resa grazie al Vaisala K-PATENTS® SeedMaster SM-3. La soluzione avanzata di controllo del processo della raffineria è stata fornita e commissionata da Controllogic.
L’obiettivo principale del progetto di automazione era ridurre l’utilizzo di vapore e acqua durante la fase di cristallizzazione, migliorando contemporaneamente la qualità dello zucchero mantenendo la distribuzione delle dimensioni dei cristalli (CV) e l'apertura media (MA) entro specifiche rigorose. Questo risultato è stato ottenuto grazie a una strategia di controllo completamente automatizzata basata sul controllo in tempo reale della sovrasaturazione.
Ad esempio, un confronto tra la resa produttiva, il consumo energetico e la qualità dei cristalli prima e dopo l’implementazione ha mostrato che, prima del progetto, venivano utilizzati 7 m³ di acqua per ogni cotta, con volumi del bollitore di raffineria pari a 85 m³ (vedi immagine 1 qui sotto).
Immagine 1. Evaporatore sottovuoto zucchero (85 m3).
Prima dell’implementazione, l’acqua veniva utilizzata per eliminare i nuovi cristalli fini indesiderati. L’introduzione della soluzione di controllo del processo non solo ha eliminato la necessità di utilizzare acqua, ma ha anche ridotto il consumo di vapore di circa il 25% e aumentato la resa di circa l’1%.
Immagine 2: Valvole di alimentazione dello sciroppo.
Perché il controllo basato sulla sovrasaturazione?
La produzione di zucchero di alta qualità si basa sulla crescita dei cristalli, e la sovrasaturazione rappresenta la forza trainante di questo processo. La velocità di cristallizzazione dipende da una funzione multivariabile che coinvolge diversi parametri. La sovrasaturazione è definita come il rapporto tra la quantità di zucchero presente in una soluzione e la quantità necessaria per saturare la soluzione alla stessa temperatura.
La sovrasaturazione presenta un intervallo ottimale in cui i cristalli di zucchero crescono in modo uniforme e controllato, raggiungendo la dimensione desiderata. Al di fuori di questo intervallo, i cristalli smettono di crescere e possono persino dissolversi o iniziare a formarsi spontaneamente nuovi cristalli, generando cristalli fini e conglomerati che devono essere rielaborati. Questo rappresenta un problema significativo, poiché comporta perdite di tempo ed energia, un aumento dei costi di produzione e del consumo di acqua, oltre a una riduzione della resa effettiva dello zucchero prodotto.
Per implementare un controllo basato sulla sovrasaturazione che eliminasse questi problemi, la vasca è stata dotata di un sistema Vaisala K-PATENTS® SeedMaster SM-3, in grado di fornire dati in tempo reale per il calcolo della sovrasaturazione. Il SeedMaster è progettato specificamente per le applicazioni di cristallizzazione dello zucchero. Il sistema è composto da un rifrattometro di processo e da un dispositivo di monitoraggio multiparametrico, che forniscono i parametri necessari per la cristallizzazione dello zucchero e consentono l’implementazione di una soluzione di controllo completamente automatizzata.
Perché i clienti scelgono Vaisala SeedMaster
Migliore qualità e consistenza del prodotto
La qualità dello zucchero è elevata e rimane costante da un lotto all’altro. Grazie all’ottimizzazione, la quantità di saccarosio nella melassa finale si riduce, mentre il CV/MA viene migliorato.
Risparmi sostanziali grazie all'ottimizzazione del consumo di materie prime e vapore
Il consumo di materie prime può essere ridotto, generando risparmi operativi, ma il beneficio maggiore deriva dalla diminuzione del consumo di vapore. Prima dell’implementazione di una strategia di controllo automatizzato con SeedMaster, la raffineria di zucchero thailandese consumava 39,4 tonnellate di vapore per ogni ciclo; dopo l’implementazione, il consumo è sceso a 29,5 tonnellate per ciclo.
Esiste anche un effetto cumulativo: ogni fase del processo di produzione dello zucchero richiede acqua. Gli zuccherifici generano il vapore necessario per la lavorazione e vendono l’eccedenza come elettricità alla rete. Il controllo e l’ottimizzazione del processo produttivo consentono agli impianti di vendere più energia alla rete.
Minore necessità di trattamenti aggiuntivi dei falsi cristalli
Quando i cristalli di zucchero hanno dimensioni uniformi, si riducono i tempi e i costi associati a eventuali fasi di trattamento aggiuntivo dei falsi cristalli.
Riduzione delle attività ad alta intensità di lavoro
Il SeedMaster SM-3 automatizza il controllo della sovrasaturazione, consentendo al personale di produzione di non dover più dedicare tempo al campionamento e ad altre attività manuali.
Il controllo del processo richiede quanto segue:
- Controllo della concentrazione mediante rifrattometro di processo digitale in linea
- Controllo della pressione assoluta
- Controllo di livello
- Densimetro a microonde
Tre livelli di controllo per strumenti e controllori PID
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Un controllo accurato del processo offre enormi vantaggi alle raffinerie che si occupano della cristallizzazione dello zucchero. Una strategia di controllo basata sulla sovrasaturazione, che utilizza rifrattometri di processo, può essere impiegata per ottimizzare la cristallizzazione, migliorando resa, qualità ed efficienza energetica.
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