Лучше автоматически

Условия эксплуатации тростниковосахарных заводов изменяются во всем мире, а именно в такой степени, что необходимо основательно проверить концепцию производства. Большое значение приобретает автоматизация.

В некоторых странах производство электрической энергии из багассы и подача ее в локальную сеть обещает значительные экономические преи- мущества. Они настолько велики, что производство сахара становится второ- степенным,

а основное внимание уделяется сокра- щению расхода пара и максимальной выработке электроэнергии. Все же для эксплуатации продуктового отделения качество сахара остается важнейшим критерием. Тут возникают вопросы: в какой мере повышается качество сахара с помощью контролируемой кристаллизации в автоматизирован- ных вакуум-аппаратах? Как автомати- зация отражается на расходе пара в продуктовом отделении?

Настоящий вызов в эксплуатации испарительного вакуум-аппарата пери- одического действия и в процессе кристаллизации состоит в контролиру- емом росте кристаллов без вторичного образования центров кристаллизации на существующих кристаллах, что ухуд- шило бы качество кристаллов. Опыт сахарных заводов показывает, что первая критическая точка в пери- одической кристаллизации наступает после введения затравки. Незначитель- ное содержание кристаллов наряду с маленькой поверхностью кристалла быстро приводят к высокому перена- сыщению и вторичному образованию центров кристаллизации. Фаза стаби- лизации, в которой незначительная скорость кристаллизации устанавлива-ется ограниченно по времени вслед- ствие низкого давления греющего пара, представляет собой эффектив- ную контрмеру: маленькие кристаллы могут расти, пока не достигнут доста- точной величины для дальнейшей стабильной кристаллизации.

На следующем этапе кристаллизация может происходить с высокой скоро- стью. Часто применяемый подход – одновременно повысить содержание сухого вещества и объем утфеля, поддерживать определенное давление пара кристаллизации и подавать грею- щий пар определенного давления.

Автоматизация может дать много преимуществ станции вакуум-аппа- ратов. Однако опыт показывает, что много сахарных заводов эксплуати- руют их в ручном режиме. Операторы, как правило, не могут контролировать кристаллизацию наилучшим образом. Необходимость постоянно контроли- ровать измеренные количества и то и дело менять настройки предъявляет к оператору очень высокие требования.

Как организована автоматизация? Управление автоматизированным варочным аппаратом реализуется в системе автоматизации с человеко- машинным интерфейсом (MMS). Необ- ходимо автоматизировать минимум четыре имеющих решающее значение контура регулирования для давления греющего пара, давления кристалли- зационного вторичного пара, уровня заполнения утфеля и содержания сухого вещества. Доступ к этим регу- ляторам происходит с помощью поль- зовательского интерфейса в системе визуализации автоматизации, как пока- зано на рисунке.

Функциональное соединение между датчиками и регулирующим органом (позиционным приводом) представ- лено здесь схематически. В процессе кристаллизации операторы могут скон- центрироваться на контроле процесса с помощью MMS даже при базовом уровне автоматизации. Количество операций, производимых вручную, значительно сокращается. Возможна дальнейшая автоматизация процесса до полностью автоматизированного цикла варки.

Польза контролируемой кристаллиза- ции с помощью автоматизации состоит в выходе сахара, качестве кристаллов и экономии энергии – и это при расту- щей скорости производства утфеля.

Это видно на примере станции I про- дукта в продуктовом отделении одного завода в России. Здесь перешли на автоматизацию между производ- ственными циклами 2013 и 2014 года. Содержание кристаллов в утфеле к моменту образования капель – хоро- ший индикатор для выхода сахара на всей станции. В этом проекте автома- тизация вакуум-аппаратов позволила повысить содержание кристаллов в среднем примерно на 4 % Это зна- чительное повышение содержания кристаллов в утфеле произошло бла- годаря повышенной однородности в процессе кристаллизации. Поэтому более однородный кристаллизат озна- чает меньшее процентное содержание мелких кристаллов и ведет к меньшей вязкости утфеля. Вследствие этого вакуум-аппарат может производить утфель с более высоким к концу цикла содержанием кристаллов, и это при том же энергопотреблении мешалки, что и до автоматизации процесса варки.

Также и на тростниковосахарном заводе с сахарорафинадным заводом в Гондурасе были автоматизированы вакуум-аппараты, и в них была допол- нительно добавлена кристаллическая затравка. Параметр колебания для рас- пределения по размерам кристаллов улучшился с 44 до 28 %. По сравнению с эксплуатацией в ручном режиме процентная доля мелких кристаллов сахара в автоматизированном режиме оказывается очень незначительной: примерно 4 % кристаллов меньше 0,3 мм при среднем размере кристалла 0,67 мм. Благодаря отсутствию мелких кристаллов производительность саха- росушилки улучшилась. Другое преи- мущество: сахар в мешках больше не слеживается.

Новые возможности для улучшения теплового баланса

Максимальной экономии пара в вароч- ных аппаратах можно достичь, если полностью отказаться от применения воды во время процесса кристаллиза- ции. Так как во время контролируемой кристаллизации в автоматизированном вакуум-аппарате мелкие кристаллы не могут образоваться, их не нужно растворять добавлением пробелочной воды. Для общего энергопотребления сахарного завода это важная деталь, чтобы потребность в паре на заводе была низкой. Сведенное до минимума применение воды во время варки, а также возможность использовать вто- ричный пар 3 или даже выпар 4 для варочных аппаратов периодического действия открывает новые возмож- ности для оптимизации теплового баланса в процессе производства сахара.

Улучшенный контроль испарительной кристаллизации, особенно в начале процесса варки, важен для более высо- кого выхода кристаллов, улучшения качества сахара и сокращения энер- гопотребления. Этот способ предот- вращения нежелательного вторичного образования центров кристаллизации благодаря автоматизации оказывается успешным. Для тростниковосахарных заводов автоматизация варочных аппа- ратов является первым шагом на пути к полной автоматизации производства сахара.

Maximum steam savings in vacuum pans can be achieved if no water at all is used during the crystallisation process. Since fine crystals cannot form during controlled crystallisation in an automated pan, there is no need to dissolve such crystals by adding wash water. This is an important detail in the overall energy consumption of the sugar factory, to keep steam demand low. A minimal use of water during boiling, and the option of using 3rd or even 4th vapour for batch pans opens up new ways of optimising the heat balance of the sugar process.

Improved control of crystallisation, particularly at the start of pan boiling, is essential for achieving a higher crystal yield, better sugar quality and lower energy consumption. The approach of using automation to prevent undesired secondary nucleation has been shown to be successful. For cane sugar factories, automation of the vacuum pans can be a first step towards a complete automation of sugar production.