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Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Kochprozesses
von
Zuckerfüllmassen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Regeln des Kochprozesses von Weiß-, A-, B- und Nachprodukt-Zuckerfüllmassen.
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Derartige Kochprozesse: in unter luftleere stehenden Kochapparaten
einer Zuckerfabrik wurden bisher nach einem komplizierten Schema von Hand geregelt.
Es wurden dabei Druck ,Vakuum-, Temperatur- und leitfähigkeitsmeßgeräte verwendet,
deren Anzeigen der Kocheels Anhaltspunkte verwertete, die er mehr oder weniger gefühlsmäßig
koordinieren mußte, um auf den für den Kochprozeß maßgeblichen Wert, nämlich die
Viskosität der Füllmasse, schließen zu können.
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In dem Bestreben, die Steuerung des Kochprozesses zu verein-
| man |
| fachen und sicherer und objektiver zu gestalten, hat bereits |
versucht, einen Zusammenhang zwischen der Zeitfähigkeit der Füllmasse und der für
den Kochprozeß maßgeblichen Größe, der Viskosität zu ermitteln, und den Kochprozeß
auf Grund der Leitfähigkeitswerte der Füllmasse zu steuern. Diese Verfahren, den
Kochprozeß zu leiten, scheitern jedoch daran, daß der Anteil der dissoziierten und
damit den Stromfluß ermöglichenden Salze im Sirup sehr starken Schwankungen unterm
ieet.
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Da sich bei höheren Temperaturen des im Kochapparat befindlichen Zucker-Sirup-Gemisches
Verfärbungen als Folge einer Karamelisation des Zuckers ergeben, führt man den gesamten
Kochprozeß unter luftleere durch, um den Siedepunkt des Zuckersirupgemisches so
niedrig wie möglich zu halten. Weiterhin ist man bestrebt, den zum Kochen der Füllmasse
benötigten Dampf in seinem Druck in der Heizkammer auf eine möglichst hohen und
konstanten Wert zu halten, um die Kochzeit dadurch zu verkürzen.
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Da in einer Zuckerfabrik d-i-e-s- eine größere Anzahl von Kochapparaten
für die verschiedenen Produkte erforderlich ist, besitzen diese Kochapparate in
der Regel eine gemeinsame Dampfleitung sowie eine gemeinsamen Zeitung für die Luftleere.
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Dadurch bleibt es unvermeidlich, daß jeder Kochapparat von dem parallel
geschalteten Kochapparaten bei jedem Arbeitsgang mehr
oderweniger
stark beeinflußt wird. Als wesentliche Störfaktoren seien folgende erwähnt: 1- Der
Ablaßschieber für das Füllgut kann durch eingeklemmte Zuckerkristalle undicht sein.
Die Folge ist das Eindringen von Falschluft unter Verschlechterung der Luftleere
im ge-, störten Kochapparat selbst sowie in allen anderen angeschalteten Kochapparaten.
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2. Der KondAtopf kann das in der Heizkammer entstehende Kondensat
nicht schnell genug ableiten. Als Folge davon steigt das Kondensat in der Heizkammer
an, wodurch die Dampfzufuhr des gestörten Kochapparates beeinträchtigt wird. Es
wird demzufolge vom betreffenden Kochapparat zu wenig Dampf abgenommen, was ein
Verschlechtern des Kochvorganges im gestörten Kochapparat selbst zur-Folge hat,
wogegen den anderen Kochapparaten plötzlich mehr Dampf zur Verfügung steht. In diesen
Letztem wird der Kochvorgang durch die größere Wärmemenge und durch die als Folge
einer geringeren Wasserverdampfung im gestörten Kochapparat anstreigende Luftleere
verbessert.
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3. Das Füllen,eines Kochapparates mit Sirup und Eindicken des Sirups
durch Wasserentzug mittels Verdampfung unter Luftleere. Da der Sirup einen hohen
Anteil an Wasser enthält, der infolge des guten Wärmeüberganges schnell in die Dampfphase
überführt wird, verschlechtert@sich die Luftleere des betreffenden Kochapparates,
wobei die der anderen Kochapparate ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Auer diesen erwähnten Hauptstörungsursachen können noch mannigfaltige
andere
Störungen auftreten, wobei zu berücksichtigen ist, daß in einer normalen Zuckerfabrik
ca. 10 bis 12 Koohapparate eine gemeinsame Luftl eere-bzw. Dampfleitung besitzen.
Hierbei lassen sich konstante Dampfdruck- und Luftleere-bedingungen in einem Kochapparat
für einen längeren Zeitraum hinweg nur unter größen Schwierigkeiten einhalten.
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Es ist aber unumgänglich, zur Ausbildung guter Zuckerkristalle von
größt möglicher Gleichmäßigkeit konstante Kochbedingungen während des Kochprozesses
anzustreben, um die Viskosität des die Kristalle umgebenden Muttersirups innerhalb
eines vorgeschrieben, der Art der Füllmasse entsprechenden, schmalen Bereiches halten
zu können.
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Diese für den Kochprozeß so wichtige Viskosität konnte bisher während
des Kochprozeams, der diskontinuierlich durchge-.#ührt werden mußte, nicht automatisch
auf dem für die jewei.l@g Phase günstigen Wert gehalten werden, weil es kein Verfahren
und keine Vorrichtung gab, um den Kochprozeß in Abhängigkeit von der konfcunuierlich
im Kochapparat gemessenen Viskosität richtig zu steuern.
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Der Erfindung hat die Aufgabe zu Grunde gelegen, ein Verfahren
| und eine Vorrichtung zu schaffen, welches bzw. welche die |
| von |
| Automatisierung des Kochprozesses Weiß-, A-, B- und
Nach- |
produkt-Zuckerfüllmassen erstmals ermöglicht.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß
der Kochvorgang in folgende Arbeitsgänge aufgeteilt wird: a) Das durch einen Einschaltvorgang
in Gang gesetzte einziehen des Sirups aus oinem_Vorratabehälter in den Kochapparat,
das automatisch durch einen mittels eines auf den Füllstand des Vorratsbehälters
ansprechenden Steuerorgans beendet wird, b) das mittels des auf den Füllstand des
Vorratsbehälters ansprechenden Steuerorgans. gleichzeitig mit dem Abschaltendes
Sirupeinziehens durch Öffnen eines Dampfeinlaßschiebers bei geöffnetem Luftleereschieber
in Gang gesetzte Eindicken des Sirups, c) das mittels einer mit einem Viskositätsmesser
zusammenwirkenden Steuereinrichtung durch Öffnen eines Ventils bewirkte Impfen des
Sirups mit einer Aufschwemmung von (einst zermahlenen Zuckerkristallkeimen in-äi"e
Isopropyl-Alkohol, das durch Schließen dieses Ventils über ein Zeitrelais beendet
wird, d) das sich an den Impfvorgang anschließende Bilden der Kristallleime im Sirup
durch Weiterkochen des Sirups ohne weiteren Zuzug von frischem Sirup bis zum Erreichen
eines vorbestimmten Viskositätswertes, das durch einen mittels eines Viskosimeters
ausgol.östen Schaltvorgang beendet wird,
| mit |
| e) das durch /mit dem Viskosimeter zusammenwirkendes Regel- |
System gesteuerte Freizieli&Nder Kristalle durch Kondensatzuzug unter Zuzug
von Kondensat und frischem Sirup bis zum Erreichen eines vorbestimmten Viskositätswertes,
bei dem der Zuzug von Kondensat abgebrochen und lediglich der Sirupzuzug
noch
fortgesetzt wird bis zum Erreichen eines anderen vorbestimmten,
Viskositätswertes, auf dem der Sud während des sich daran gnschließenden hochkochens
bis zur Füllung des Kochapparates mittels des Regelsystems durch den gegebenenfalls
erforderlichen Sirup-und/oder Kondensatzuzug gehalten wird, wonach das Regelsystem,
gesteuert durch ein auf den Füllstand des Kochapparates ansprechendes Organ, abschaltet,
f) das Abkochen des Sudes ohne Zuzug von -frischem Sirup oder Kondensat- bis zum
Erreichen einer einem Trockensubstanzgehalt von 90 bis 95°wentsprechenden Viskosität,
bei deren Erreichen der Kochprozeß durch vom Viskosimeter ausgelöste Schaltvorgänge
abgeschaltet wird.
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Au 'ch für den gegebenenfalls eintretenden Fall, daß nach Beendigung
des Hochkochens des Sudes der im Abkochen des Sudes bestehende nächste Arbeitsgang,
bedingt durch die Arbeit der nachfolgenden Stationen, nicht eingeschaltet werden
kann, hat die Erfindung Abhilfe geschaffen. In diesem Fall wird gemäß der Erfindung
ein weiterer Arbeitsgang eingeschaltet, der darin besteht, daß der Sud durch einen
von Hand durchgeführten Eingriff in den Regelvorgang unter normalen Kochbedingungen
weiter behandelt wird, wobei die annähernd geiche Viskosität durch einen vom Viskosimeter
gesteuerten Regelvorgang unter gegebenenfalls erforderlichem Zuzug von Kondensa
aufrecht erhalten wird, bis von Hand auf den nächster Arbeitse vorgang des Abkochens
des Sudes umgeschaltet werden kann.
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Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch
gekennzeichnet,
daß sie im wesentlichen folgende Aggregate enthält: g) einen im Vorratsbehälter
für den Sirup angeordneten Schwimmer, der in einer bestimmten abgesenkten Stellung
mit einer Steuervorrichtung für die Unterbrechung der Sirupzufuhr zum Rochapparat
und für die Zufuhr von Dampf in den Kochapparat
| zusammen wirkt; |
| lie |
| b) einen Viskosität der Füllmasse im Kochapparat kontinuier- |
lieh messenden Viskositätsmesser, der nachstehende Aggregate bei folgenden Viskositätswerten
einschaltet: Gc)bei Erreichen des dem lmpt'vörgang zugeordneten Visk6sitätswertes
-ie4 eine Steuereinrichtung für das Einziehen des Impfstoffes in den Kochapparat
in verbestimmter Menge bzw. während einer vorbestimmten Zeit, ßjbei Erreichen eines
der Beendigung des Ausbildens der Kristalle entsprechenden Viskositätswertes eine
Regelvorrichtung, welche ,d en Zufluß von Kondensat und/oder Sirup in den Kochapparat
innerhalb vorbestimmter Viskositätsbereiche in Abhängigkeit von der Viskosität regelt,
'')bei Erreichen eines einem Trockensubstanzgehalt von 90 bis 95%entsprechenden
Viskositätswertes eine Einrichtung zum s.nLießen des Dampf- und Luftleereventils
sowie zum Üffnen des Belüftungsventils,des Ablaßschiebers und des Ausdämpfventils;
c) einen bei gefülltem Kochapparat durch die Füllmasse betätigten Kontakt zum Abschalten
der mit dem Viskosimeter zusammen wirkendenRegeleinrichtung und zum Schließen der
Zuleitung für Sirup- und Kondensatzuzug zum Kochapparat.
Eine--vorzugsweise
Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung weist ein bei Beendigung des
Impfvorganges eingeschaltetes Zeitrelais auf, das den Kochvorgang über eine vorbestimmte
Zeit eingeschaltet hält.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das durch
das Viskosimeter gesteuerte Regelsystem aus zwei getrennten Regelkreisen, von denen
der eine ein in die Sirupleitung geschaltetes Regelventil und der andere ein in
die Kondensatleitung geschaltetes Regelventil regelnd öffnet und schließt und die
den vom Viskosimeter unmittelbar aus der im Kochapparat befindlichen PLillmasse
festgestellten Istwert der Viskosität mit denn entsprechenden Viskositäts-Sollwert
verg Ii.chen und die Abweichungen des Viskositätsistwertea vom eingestellten Viskosität-Sollwert
als Stellwerte für das Öffnen oder Schließen der entsprechenden Regelventile ausnutzen.
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Um den Sud nach dem Hochkochvorgang, wenn sich nicht unmittelbar daran
der Abkochvorgang anschließen kann, auf der vorbestimmten Viskosität halten zu können,
kann die Vorrichtung nach der Erfindung einen von Hand zu betätigenden Schalter
für das Abschalten des Regelkreises für den Sirupzuzug haben: Weitere Merkmale und
Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung ergeben sich aus
der nachstehenden Beschreibung einer beispielsweisen Ausführungsform des Verfahrens
und der Vorrichtung anhand der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt schematisch
eine aus parallel geschalteten Kochapparaten bestehende Einrichtung, bei welcher
das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung Anwendung finden soll.
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Fig. 2 ist ein Diagramm welches den Verlauf desKochprozeßes bei Anwendung
des Verfahrens gemäß der Erfindung veranschaulicht und in welchem die in den einzelnen
Phasen des Verfahrens betätigten Schal-@m i-c,tel angegeben sind.
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Fig. 3 ist eine schematische Darztellung einer Vorrichtung gemäß der
Erfindung.
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Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird der Kochprozeß
in die nachstehend aufge..-'führten einzelnen Arbeitsvorgänge unterteilt, welche
durch die ebenfalls erwähnten Teile der Vorrichtung nach der Erfindung eingeleitet,
beendet und gesteuert werden.
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1. Arbeitsgang: Einziehen des Sirups (Abschnitt A.Bdes Diagramms
nach Fig. 2).
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Bei diesem Arbeitsgang wird Sirup aus einem als Vorratsbe-: häl.ter
dienenden Kasten 2 in den Kochapparat 1 eingezogen (Fig. 3). Dieser Vorgang wird
durch Betätigen eines Kontaktes K1 eingeleitet, durch welche ein Motorkopfventil
3 in der Verbindungsleitung zwischen Kec'happarat 1 und Kasten 2 geöffnet wird.
Beim Ausströmen des Sirups aus dem Kasten 2 sinkt ein in diesem angeordneter Schwimmer
5 nach unten und schließt bei Entleerung des Kastens 2 einen KontaktK2, wodurch
das
Motorkopf-Ventil 3 in der Verbindungsleitung zwischen Kochapparat 1 und Kasten 2
geschlossen und damit die Zufuhr von Sirup zum Kochapparat 1 unterbrochen wird.
2. Arbeitsgang: Eindicken des Sirups (Abschnitt B C des Diagramms).
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Der im Sirup befindliche Wasseranteil wird durch Zufuhr von Dampf
in die Heizkammer soweit verdampft, bis die Viskosität des Sirups einen vorbestimmten
Wert, der im Diagramm durch den Punkt C wiedergegeben ist, erreicht, bei welchem
der Impfprozeß vorgenommen werden soll. Dieser Arbeitsgang wird dadurch eingeleitet,
daia der Kontakt K2 ein in der Dampfleitung zum Kochapparat 1 angeordnetes Piotorkopf-Ventil
4 bei geöffnetem Luftleereschieber 6 (F-,. 1) öffnet.
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,3. Arbeitsgang: Impfen des Sirups Unkt C des Diagramms). Bei
diesem Arbeitsgang wird Impfstoff (Aufschwemmung von feinst vermahlenen Zuckerkristallkeimen
in Isopropyl-Alkohol) während einer vorbestimmten Zeit in den Kochapparat 1 eingeleitet.
Zu diesem Zweck betätigt bei Erreichen des Viskositätswerte C in der Füllmasse des
Kochapparates 1 ein die Zähigkeit des Füllgutes messendes Zähigkeitsmeßgerät 7 einen
Kontakt K3, der ein unter einem mit einem Rührer 8 versehenen kleinen Vorratsgefäß
9 befindliches Magnetventil 10 öffnet, das den Zustrom von Impfstoff durch eine
Zuleitung 11 in den Kochapparat 1 freigibt. Das Magnetventil 10 wird nach der vorbestimmten
Zeit über ein (nicht dargestelltes) Zeitrelais wieder geschlossen.
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4. Arbeitsgang: Ausbilden der Kristallkeime (Abschnitt C D
des
Diagramms). Während dieses Arbeitsganges wird zur gleichmäßigen
Verteilung und Ausbildung der Impfkristallkeime im Kochapparat der Sirup eine kurze
Zeit ohne weiteren Zuzug von frischem Sirup weiter gekocht. Dieser Vorgang wird
dadurch bewirkt, daß bei Betätigung des Kontaktes K3 während des vorauf gegangenen
Arbeitsganges ein weiteres Zeitrelais eingeschaltet worden ist, das den Kochvorgang
bis zum Erreichen des Viskositätswertes D im Sirup über- eine vorher festgestellte
Zeit weiter führt. Bei Erreichen des Viskositätswertes D wird über einem Kontakt
K4 ein nachstehend beschriebener Regler 12, 13 eingeschaltet, durch dessen in Wirkung
treten der Arbeitsgang des Ausbildens der Kristallkeime beendet wird.
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5. Arbeitsgang: Hochkochen des Sudes nach voraufgegangenem
freiziehen der Kristalle (Abschnitt D, E des Diagramms). Bei diesem Arbeitsgang
wird zunächst die Viskosität des Sudes auf einen niedrigen Sollwert sk herabgesetzt
durch Zuzug von Kondensat und frischem Sirup in den Kochapparat 1 (frijeziehen der
Kristalle), wonach der Zuzug von Kondensat abgebrochen wird und die Viskosität unter
weiterem Zuzug von frischem Sirup auf einen noch niedrigeren Sollwert vs herabgesetzt
wird. Auf diesem Sollwert vs wird der Sud unter Kochen und dauerndem Iginziehen
von Sirup in den Kochapparat 1 gehalten, bis der Kochapparat 1 gefüllt ist. Das
Einziehen von Kondensat und Sirup in dem Kochapparat 1 zur Herbeiführung bzw. Aufrechterhaltung
des in der jeweiligen Phase dieses Arbeitsganges gewünschten Viskositätwertes erfolgt
mittels
des über den Kontakt 4 eingeschalteten Reglers 12, 13,
der einen Reglerkreis 12 für den-Kondensat und einen Regelkreis 13 für Sirup umfaßt.
Während des Freiziehens der Kristalle
sind beide Regelkreise 12 und 13 eingeschaltet, welche das Ventil 14 in der Verbindungsleitung
zwfrischen einem Kondensatbehälter 16 und dem Kochapparat 1 bzw. das Ventil 15 in
der Verbindungsleitung zwischen einem Sirupbehälter 17 und dem Kochapparat 1 voll
öffnen bzw. geöffnet halten. Bei Erreichen des Viskositätswertes sk wird der Regelkreis
12 abgeschaltet, so daß sich das Ventil 14 schließt und, solange die Viskosität
während dieses Arbeitsganges nicht den Wert sk überschreitet, kein weiteres Kondensat
in den Kochapparat 1 ängeleitet wird. Der Regelkreis 13 bleibt während des ganzen
Arbeitsganges eingeschaltet und'regelt die Viskosität des Sudes auf den eingestellten
Sollwert va ein, auf dem er während des eigentlischen Hochkochens des Sudes in der
Weise gehalten wird, daß bei Überschreiten des Sollwertes vs der .Regler 13 das
Regelventil 15 öffnet, es bei Annähern an diesen Sollwert langsam schließt und beim
Unterschreiten des Sollwertes geschlossen hält. Der-Meßwert für die Regelsysteme
wird dabei vom Zähigkeitsmeßgerät 7 unmittelbar in der im Kochapparat befindlichen
Füllmasse festgestellt. Alle Störungen, die durch Dampfdruck duftleere- und Temperaturschwankungen
sowie durch andere unvermeidbare Eingriffe in den Kochprozeß hervorgerufen werden;
und eine Veränderung des Viekoaität der Füllmasse bewirken, werden durch das Regelsystem
so ausgeglichen, das->bei Störungen, die ein Absinken des Viskosität gegenüber dem
Sollwerk zufolge haben, wie z. B. Verschlechterung der Luftleere, Anstieg*der Temperatur,
Anstieg des Dampfdruckes
in der Heizkammer, das Regelventil 15
soweit schließt, daß die Viskosität sich wieder dem S)llwert vs nähert. Bei Störungen
dagegen, die ein Ansteigen der Viskosität gegenüberddem Sollwert vs zur Folge haben,
wie z. B. vebesserungen der luftleere,absinken der Temperatur, absinken des -Dampfdruckes
in der Heizkammer, wird das Regleventil 15 soweit geöffnet, daß durch den einströmenden
dünnen Sirup die Viskosität der. Füllmasse wieder auf den Sollwert vs herabgesetzt
wird. Bei unvorhergesehenen Großstörungen, bei denen die Viskosität schlagartig
ansteigen, kann, greift das Regelsystem 12 für Kondensat mit ein. Bei diesem Regelsystem
ist der Sollwert vk auf einen etwas höheren Viskositätswert eingestellt, damit das
Ventil 14 nur in Notfällen gei.-öffnet wird, um eine zu große Wasserverdampfung
und einen damit verbundenen erhöhten Energiebedarf zu vermeiden. Beim Hochkochen
des Sudes wird innerhalb-eines Zeitraumes von ca. >o Minuten soviel Sirup in den
Kochapparat eingezogen, bis der Kochapparat ganz gefüllt ist. Sobald das erreicht
wird, betätigt die Füllmasse im Kochapparat 1 einen Kontakt K5, der über einen elektrischen
Impuls die Regelkreise12 und 13 abschaltet, wodurch automatisch die Regelventile
14 und 15 geschlossen werden.
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6. Arbeitsgang: Abkochen des Sudes (Abschnitt E, F des Diagramms).
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Bei diesem Arbeitsvorgang wird die Füllmasse bei. geschlossenem Sirup-
und Kondensatregelventil weiter eingedickt, bis sie eine Viskosität erreicht, die
einem Trookensubstanzgehalt von
90 bis 95 % entspricht. Bei Erreichen
dieses Viskositätswertes wird mittels des Zähigkeitsmeßgerätes 7 ein Kontakt K6
ausgelöst, der über verschiedene Zeitrelais das Dampf-und Luftleereventil schließt
sowie das Belüftungsventil, den Ablaßschieber und das Ausdämpfventil öffnet. Dabei
ist der Kochprozeß beendet.
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7. Arbeitsgang: Halten des Sudes (Abschnitt E - E' des Diagramms).
Da der Fall eintreten kann, daß nach Beendigung des Arbeitsganges "Hochkochen des
Sudes" der nächste Arbeitsgang "Abkochen des Sudes", bedingt durch die Arbeit der
nachfolgenden Stationen, nicht eingeschaltet werden kann, ist dieser weitere Arbeitsgang
zum Ausfüllen der Wartezeit vorgesehen, bei dem die Füllmasse unter den normalen
Kochbedinr igen im Kochapparat weiter behandelt werden muß, wobei die Viskosität
von vk eingehalten wird; um diese Viskosität ohne weitere Kr.rJ.allzunahme beizubehalten,
wird von Hand in den Regelvorgang eingegriffen und das Regelsystem für Sirup ausgeschaltet,
so daß das Regelventil 15 geschlossen wird und nur das Regelsystem 12 für Kondensat
weiter arbeitet. Es kann jedoch auch die iiöglichkeit vorgesehen sein, nach Abschalten
der Regelsysteme 12 und 13 mittels des Kontaktes K6 das Regelsystem 12 von Hand
einzuschalten. Durch das Regelsystem 12 wird während dieses Arbeitsganges mit Hilfe
des Regelventiles 14 immer nur soviel Kondensat in den Kochapparat eingezogen, wie
aus der Füllmasse-im Kochapparat durch Verdampfen jeweils entzogen wird. Dieser
Arbeitsgang wird von Hand durch Weiterschalten auf den bereits beschriebenen Arbeitsgang
"Abkochen des Sudes" beendet.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte
und beschriebene Ausführungsform beschränkt. Vielmehr sind mannigfache
Ab-
wandlungen derselben möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu
verlassen.