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Kostenminimierung durch Prozessoptimierung

Präzisionskontroll-Reinigungsprozesse

Die Steuerung industrieller Prozesse kann ein komplexer Vorgang sein, der mehrere Ventile, Sensoren und Steuerungen umfasst. Daher müssen bei der Suche nach Möglichkeiten zur Prozessoptimierung viele Überlegungen angestellt werden. Durch die Anwendung von Best Practices und die Aktualisierung der Kontrollprotokolle bei der Implementierung von Prozessänderungen wird jedoch sichergestellt, dass der Prozess effizient und effektiv bleibt.

Greg Wainhouse, UK Water Segment Manager bei Bürkert, betrachtet einige Beispiele aus verschiedenen Branchen, in denen Prozessoptimierungen erhebliche Verbesserungen bewirken und Kosten senken können.

Prozesssteuerungsingenieure streben ständig nach Perfektion, während sie sich ständig den Herausforderungen stellen, die ihnen im Weg stehen. Von variablen Eingaben bis hin zu sich ändernden Bedingungen und komplexer Infrastruktur ist immer ein weiteres Hindernis zu überwinden. Durch die Nutzung des Fachwissens innerhalb der Branche können erhebliche Verbesserungen in der Praxis erzielt werden.

Abwasseraufbereitung

Eine der größten Herausforderungen im Bereich der Wasseraufbereitung ist der Schlammentwässerungsprozess, bei dem es sich in vielen Fällen um Hochgeschwindigkeits-Zentrifugen handelt, die die festen und flüssigen Fraktionen trennen. Um diesen Prozess zu unterstützen, wird dem Schlamm ein Polymer zugesetzt, um die festen Partikel aneinander zu binden. Ziel ist es, ein Endprodukt mit der richtigen Konsistenz herzustellen, das den Transport effizienter macht, ohne dass überschüssiges Wasser auf die Felder gelangt, wo es als landwirtschaftlicher Bodenverbesserer ausgebracht wird.

Das Verfahren weist eine Reihe von Variablen auf, einschließlich des prozentualen Feststoffgehalts des Rohschlamms, der Fließgeschwindigkeit des Schlamms, der hinzugefügten Polymermenge und der Geschwindigkeit der Zentrifuge. Von diesen ist der Feststoffgehalt des Schlamms entscheidend, um die Einstellungen für den Rest des Prozesses festzulegen.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies zu bestimmen, einschließlich eines Prozesses, bei dem eine Schlammprobe in eine Petrischale gegeben wird und das Wasser verdampft wird, um die Masse der Feststoffe zu erhalten. Dies ist kein sehr effizienter Prozess und kann 45-Minuten in Anspruch nehmen. Sobald die Ergebnisse verfügbar sind, können die Zentrifugen- und Polymereinstellungen angepasst werden, und eine Verbesserung der Konsistenz des entwässerten Schlamms sollte offensichtlich sein.

Es können jedoch häufig Änderungen des Feststoffgehalts auftreten, was diesen Prozess ziemlich ineffektiv und arbeitsintensiv macht. Darüber hinaus handelt es sich um ein reaktives Verfahren, das häufiger eingesetzt wird, wenn die Konsistenz des getrockneten Schlamms nicht den Erwartungen entspricht. Während der Zeit, um die Änderung zu beobachten, den Test abzuschließen und die Einstellungen zu ändern, hat die Zentrifuge weiterhin ein untergeordnetes Endprodukt abgegeben.

Umgang mit Feststoffen in Suspension

Im ersten Fall wird die Reaktionszeit auf Änderungen durch Feststellen des Feststoffanteils mithilfe eines Trübungssensors am Einlass der Zentrifuge deutlich erhöht. Diese Sensoren betrachten das gebrochene Licht, um eine Annäherung an die Feststoffbeladung des ankommenden Schlamms zu erhalten, sie können jedoch an Verschmutzungsproblemen leiden und der Kalibrierungsprozess kann von verschiedenen Bedienern unterschiedlich interpretiert werden.

Durch ständige Überwachung des Einlasses des Prozesses können Anpassungen schnell vorgenommen und die Menge an Prozessschlamm, die den erforderlichen Standard unterschreitet, minimiert werden. Weitere Verbesserungen können durch Hinzufügen eines Durchflussmessers oder besser noch eines Geräts, das eine Massendurchflussmessung bereitstellt, vorgenommen werden.

Durch die Schaffung eines proaktiven Systems, das Anpassungen auf der Grundlage von Daten aus dem Einlass vornimmt, im Gegensatz zu einem reaktiven System, das die Ergebnisse vor der Implementierung einer Änderung überwacht, folgen Verfahrenstechniker den Best Practices. Darüber hinaus reduziert dieses Setup den Eingriff des Bedieners und liefert eine stabilere Ausgabe.

Perfektion brauen

Ein wichtiger Teil des Brauprozesses ist die Zugabe von Sauerstoff zur Würze, damit die Hefe gedeihen und Alkohol und Kohlendioxid bilden kann. Nachdem die gekochte Würze auf Fermentationstemperatur abgekühlt wurde, wird Sauerstoff zum Starten des Fermentationsprozesses verwendet.

Wenn Luft zugesetzt wird, die 20% Sauerstoff enthält, kann der Prozess nur eine O2-Konzentration von acht ppm erreichen. Für höhere Gehalte um 10 ppm, die üblicherweise von kommerziellen Brauereien für Biere mit höherer Stärke verwendet werden, ist reiner Sauerstoff erforderlich.

Die Fähigkeit der Würze, Sauerstoff zu absorbieren, wird jedoch durch ihr spezifisches Gewicht beeinflusst, das auf der Plato-Schwerkraftskala gemessen wird. Dieser misst die Konzentration von gelösten Feststoffen in der Würze. Darüber hinaus hat jeder Hefestamm einen optimalen Sauerstoffgehalt, und wenn dies nicht genau erreicht wird, wird die optimale Fermentationsrate nicht erreicht.

Massenstromgenauigkeit für Gase

Einige der wichtigsten Geschmacksfaktoren für Bier sind Fermentationsprodukte wie Ester, höhere Alkohole und Schwefelverbindungen. Die Konzentrationen dieser Aromastoffe werden sich ändern, wenn die Wachstumseigenschaften der Hefe nicht perfekt sind.

Das Erreichen des optimalen O2-Gehalts in der Bierwürze für jedes Bier ist daher sehr wichtig für die Produktqualität. Daher ist ein wirksames Verfahren zur Kontrolle des Sauerstoffgehalts unerlässlich. Die Verwendung eines Massendurchflusssensors zum Bestimmen der Konzentration von gelösten Feststoffen und des Gesamtvolumens, gekoppelt mit einem Massendurchflussregler zur Abgabe des Gases, ist ein effizienter Ausgangspunkt.

Um die Genauigkeit des Systems noch weiter zu verbessern, kann das Signal einer Sonde für gelösten Sauerstoff (DO) im Fermentergefäß eine Rückmeldung geben, um den Sollwert anzupassen und den genauen erforderlichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff zu erhalten. Dies bietet die Möglichkeit, genaue Konzentrationen an gelöstem Sauerstoff aufrechtzuerhalten, die einen großen Einfluss auf die Qualität des Endprodukts haben.

automatisierte Analyse

pH in Wasser

Kohlendioxid (CO) wird aus verschiedenen Gründen verwendet, um den pH-Wert des Wassers zu senken. In erster Linie handelt es sich dabei um ein einfach zu handhabendes Gas, das nicht korrosiv ist, und es ist besonders interessant, dass der pH-Wert des Wassers nicht unter 7.0 sinkt. Darüber hinaus besteht die einzige Wartung, die das Dosiersystem benötigt, darin, die Gasflaschen periodisch aufzufüllen.

Die Kontrollstruktur für dieses Dosiersystem muss mit variablem Durchfluss und sinkendem Gasdruck umgehen, wenn das Volumen in den Zylindern abnimmt. Die Verwendung eines Massendurchflussreglers, der für das Gas kalibriert ist und unabhängig von Temperatur und Druck genaue Messungen liefert, ist sehr wichtig.

Viele verwenden nach der Dosierstelle einen pH-Sensor und verwenden diese Informationen, um die Gasflussrate einzustellen. Dieser reaktive Prozess kann optimiert werden, indem auf der Eingangsseite ein pH-Sensor hinzugefügt und die Messwerte dieses Sensors verwendet werden, um die CO2-Dosierrate einzustellen. Der zweite Sensor dient dann als Bestätigung der Prozesseinstellung. Dies ermöglicht eine schnellere Reaktion auf Änderungen des pH-Wertes am Eingang.

Optimierte Reinigung

Für diejenigen, die in hygienischen Anwendungen arbeiten, ist Clean-In-Place (CIP) ein sehr wichtiger Prozess, der die Sauberkeit der Geräte aufrechterhält. Durch die Kombination von Chemikalien, Wasser und Wärme bietet das Verfahren eine sehr effiziente Methode zur Reinigung von Behältern und Rohrleitungen ohne Demontage.

Die für die Reinigung benötigte Zeit geht jedoch mit der Produktion verloren, so dass diese auf ein Minimum reduziert werden muss und gleichzeitig sichergestellt ist, dass der Prozess effektiv ist. Durch die Optimierung der CIP-Kontrolle werden Kosten reduziert, der Chemikalienverbrauch minimiert und die Produktivität verbessert.

Der CIP-Prozess kann eine Reihe von Chemikalien umfassen, die zum Reinigen und Desinfizieren der Ausrüstung verwendet werden. Die Konzentration dieser Chemikalien ist sehr wichtig, um einen effektiven Reinigungszyklus zu erreichen, ohne teure Materialien zu verschwenden. Die Verwendung von rein zeitbasierten Steuerungssystemen bietet auch kein Vertrauen in die Wirksamkeit des Prozesses und enthält auch keine aussagekräftigen Daten, die für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften erforderlich sind.

Durch Untersuchung der Temperatur und der Leitfähigkeit der Reinigungsflüssigkeit kann festgestellt werden, ob zu viel Energie oder zu viel Chemikalie verwendet wird. Jede Verringerung des Energieverbrauchs oder der Rohstoffe wirkt sich günstig auf die Betriebskosten aus. Die Zusammenarbeit mit Sensorherstellern, die Erfahrung mit dieser Anwendung haben, um ein komplexeres Steuerungs- und Sensorrückführungssystem zu entwickeln, kann daher viele Vorteile bieten.

Richtig positionierte pH-Sensoren können zum Beispiel Daten zur Wirksamkeit des Prozesses liefern, während Leitfähigkeitssensoren ein Maß für die Kontamination darstellen. Sobald dieser Wert fast Null erreicht hat, kann der Vorgang mit minimalen Produktionsverzögerungen abgeschlossen werden.

Prozesssteuerungsanlagen

Rationalisierte Prozesse

Letztendlich kann die Verbesserung der Datenerfassung, -interpretation und -analyse viele Vorteile bieten. Die Zusammenarbeit mit erfahrenen Prozesssteuerungsherstellern wie Bürkert kann generell Vorteile bringen. Von der Planung neuer Anlagen bis hin zur Verbesserung der Effizienz und Effektivität vorhandener Geräte wird es entscheidend sein, den richtigen Sensor an der richtigen Stelle zu haben.

Bei der Prozessoptimierung geht es in erster Linie darum, die richtigen Daten zu erfassen und diese so effektiv wie möglich zu nutzen. Dies erfordert Erfahrung in der Anwendung sowie mit dem Gerät selbst, um eine kostengünstige und zuverlässige Installation zu gewährleisten. Bürkert hat über 100,000 Katalogartikel, einschließlich modernster Durchflussmessgeräte, die auch Massedaten bereitstellen können.

Dieses Know-how in der Fertigung und das umfassende Wissen über zahlreiche Anwendungen helfen Kunden dabei, die Betriebskosten zu senken, die Produktivität zu steigern und erforderlichenfalls die Einhaltung der Aufsichtsbehörden sicherzustellen.

Kirsty Anderson
Burkert Fluid Control Systems
Tel: + 44 (0) 1285 648761 Fax: + 44 (0) 1285 648721
Web: www.burkert.co.uk
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Burkert Fluid Control Systems

Herstellung von Prozessanlagen. Einer der wenigen Hersteller, die Lösungen für den kompletten Regelkreis anbieten.

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