DE2229456C3 - Verfahren und System zur Regelung der Beschickung von Zellen mit ungesättigter Lösung oder der Beheizung der Zellen bei einer kontinuierlich arbeitenden Verdampfungs-Kristallisationsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur ίο Regelung der Beschickung von Zellen mit ungesättigter Lösung oder der Beheizung der Zellen bei einer kontinuierlich arbeitenden Verdampfungs-Kristallisa tionsanlage, welche mehrere mit Heizelementen verse hene Zellen aufweist, die im Verlauf des Kristallisaiions Vorganges aufeinanderfolgend von einem Produkt durchlaufen werden, derart, daß durch Steuerung der Beschickung oder Beheizung der letzten Zellen in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen dem wirklichen Wert und dem vorgeschriebenen Wert dieses Prozentsatzes an Kristallen ein vorgeschriebener Wert des Prozentsatzes an Kristallen im Endprodukt, sichergestellt ist.

Es ist durch die DT-OS 19 10 985 bereits ein Verfahren zur Regelung einer kontinuierlich arbeitenden Verdampfungs-Kristallisationsanlage bekannt, welche ebenfalls mehrere, mit Heizelementen versehene Zellen aufweist, die im Verlauf des Kristallisationsvorganges aufeinanderfolgend von dem Produkt durchlaufen werden. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die Regelung der Beschickung oder der Beheizung der Zellen mit ungesättigter Lösung, und zwar für den größten Teil der der letzten Zelle vorangehenden Zellen in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen dem wirklichen Wert und dem vorgeschriebenen Wert des Prozentsatzes an Kristallen im Endprodukt. Die Regelung der Menge an nichtgesättigtem Saft, welche jeder der anderen vorangehenden Zellen zugeführt wird, erfolgt in Abhängigkeit der Messung der Saftkonzentration in den einzelnen Zellen. Mit Ausnah· me der restlichen, vorangeordneten Zellen erfolgt also das Regeln der Beschickung oder Heizung aller Zellen in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen dem gemessenen Wert und dem vorgeschriebenen Wert für den Prozentsatz an Kristallen im Endprodukt in der Weise, daß das Steuersignal zur Regelung der die Menge an ungesättigtem Saft für die Zellen steuernden Ventile direkt dem Ventil der letzten Zelle und über ein Verzögerungsmittel (ÄC-System) einem Teil der anderen, vorangehenden Zellen zugeleitet wird.

Wenn eine Störung, z. B. eine Verringerung der Übersättigung infolge einer Konzentrationsverringerung der Beschickungslösung zu einem ersten Zeitpunkt in einer der Zellen auftritt, deren zugeführte Menge an ungesättigtem Saft von der Messung in der letzten Zelle abhängig ist, so wird dies von dem entsprechenden Meßorgan zur Messung des Prozentsatzes an Kristallen am Ausgang des Kristallisators erst zu einem viel späteren Zeitpunkt festgestellt. Es besteht also eine große Zeitdifferenz zwischen Auftreten der Konzentrationsverringerung und Behebung dieser Verringerung. Dies auch insbesondere deshalb, weil das Produkt, wie dies insbesondere bei der Zuckerherstellung der Fall ist sich in den Zellen und von Zelle zu Zelle nur langsam fortbewegt. Dieser Zeitunterschied ist um so größer, je länger die Kristailisatoren sind. Außerdem wird bei dem bekannten Verfahren, wenn eine solche Konzentrationsverringerung festgestellt wird, einer größeren Anzahl von Zellen ungesättigter Saft gleicher Konzen-

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ation zugeführt. Die Menge ist aber unterschiedlich je lach Einstellung der je Zelle besonders vorgesehenen /ntile Daraus ergibt sich der zusätzliche Nachteil, daß • ht _nur eine verspätete Behebung der Konzentraionsverringerung erfolgt, sondern daß auch noch der

twendige Aufwand erheblich ist. Hinzu kommt, daß }? Jj₆ restlichen, vorangehenden Zellen getrennte Meßorgane und Ventile für die Regelung der rugeführ- Zn Menge an nichtgesättigtem Saft notwendig ist.

Bei de:r. bekannten Verfahren wird also nicht nur die Regelung der Beschickung der zwischenliegenden Zellen verzögert, sondern man kann auch nicht damit rechnen, daß mii der bevorzugten Regelung der Beschickung der letzten Zelle sich auch wieder schnell Her vorgeschriebene Prozentsatz an Kristallen in den zwischenliegenden Zellen einstellt. Daran würde auch nichts geändert werden, wenn die zwischenliegenden Zellen zu mehreren Gruppen zusammengefaßt werden sollten und je Gruppe die Zufuhr des ungesättigten Saftes von der Abgabe eines vom Meßorgan am Ausgang des Kristallisators übertragenen Signals abhängig wäre, denn es würde dann für jede solche Gruppe von Zellen der gleiche Nachteil gelten. Im Ceeenteil, es würde bei einer solchen Aufteilung nicht nur der ' Aufwand an notwendigen Einrichtungen vervielfacht werden, sondern auch die Inhomogenität des Produktes vergrößert und damit die Regelung noch mehr erschwert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin sowohl die Feststellung als auch den Ausgleich von Veränderungen des Prozentsatzes an Kristallen nicht nur für die letzte Zelle, sondern auch insbesondere für die dazwischenliegenden Zellen mit möglichst eeringem Aufwand zu beschleunigen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Beschickung oder Beheizung der zwischenliegenden Zellen in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen dem wirklichen Wert und dem vorgeschriebenen Wert der Konzentration der Lösung oder des Prozentsatzes an Kristallen in einer zwischenliegenden Zelle geregelt wird.

Hierdurch wird also, wenn beispielsweise eine Veränderung des Prozentsatzes an Kristallen in einer der zwischenliegenden Zellen entsteht, diese Veränderung sehr schnell erfaßt und ausgeglichen, und zwar schon längst, bevor diese Veränderung am Ausgang des Kristallisators festgestellt wird. Die Qualität des Fertigproduktes kann also auch dann konstant gehalten werden, wenn die Eigenschaften der zugeführten ungesättigten Lösung sich während des Kristallisationsvorganges verändern sollten. Außerdem ist für d.e Regelung der Zufuhr der ungesättigten Lösung zu allen der letzten Zelle vorgeordneten nur ein einfaches Regelsystem erforderlich. Hierdurch wird der Knstallisationsvorgang im Kristallisations&pparat nicht unnötig in seinem Ablauf durch unterschiedliche und womöglich voneinander abweichende Messungen beeinträchtigt. Es findet bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren eine Zentralisierung der Steuerung statt, die nicht nur zu einer Aufwandsersparnis führt, sondern auch zu devorgenannten beschleunigten Regelung der Konzentration des Produktes in den Zellen. ^₁-.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird ausgenommen die letzte Zelle, die Beschickung mit M«a«ä_tt>t«r lüsune oder die Beheizung aller Zellen ünTgegebenenfalls e~ines diesen Zellen vorgeschalteten Eindickers in Abhängigkeit von der Konzentration der Lösung oder des Prozentsatzes an Kristallen in der zwischenliegenden Zelle geregelt.

Auch dies ist Bestandteil der genannten Zentralisierung und ermöglicht außerdem eine Doppelausnutzung der Messung in der zwischenliegenden Zelle.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung bezieht sich auf das Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens. Dieses Regelsystem weist mehrere, Heizelementbündel enthaltende, vom Produkt während des Kristallisationsvorganges aufeinanderfolgend durchlaufene und mit einer Lösung des zu kristallisierenden Produktes gespeiste Zeüen, ein den Prozentsatz an Kristallen oder an Trockensubstanz des aus der letzten Zelle abgezogenen Produkts messendes Organ, einen mit diesem Meßorgan verbundenen und einen in der Zufuhrleitung für ungesättigte Lösung oder Heizdampf für die letzte Zelle angeordneten Schieber steuernden ersten Regler sowie weiterhin ein die Dichte oder die Viskosität des in einer zwischenliegenden Zelle enthaltenen Produktes messendes Organ und einen mit diesem Meßorgan verbundenen und einen in einer Zufuhrleitung für ungesättigte Lösung oder Heizdampf für die zwischenliegenden Zellen angeordneten Schieber steuernden zweiten Regler auf.

Mit diesem Regelsystem ist in einfacher Weise mit geringem Aufwand das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist ein anderer Regler vorgesehen, der die Heizdampfmenge für den Eindicker in Abhängigkeit von der K izentration der aus diesem Eindicker austretenden Lösung regelt.
Hierdurch ist in einfacher Weise die Konzentration im Eindicker regelbar.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung enthält das Regelsystem einen in der den vom zweiten Regler gesteuerten Schieber enthaltenen Leitung angeordneten Verteiler, um die durch diese Leitung zugeführte Menge an ungesättigter Lösung auf die zwischenliegenden Zellen zu verteilen.

Nicht beschränkte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. \ das Schema eines erfindungsgemäßen Regelsystems für eine kontinuierlich arbeitende Kristallisationsanlage,

F i g. 2 eine Einzelheit des Regelsystems,

F i g. 3 eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 2,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 2,

F i g. 5 eine andere Einzelheit des Regelsystems,

Fig.6 eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 5,

Fig.7 eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 5,

F i g. 8 das Schema eines erfindungsgemäßen Regelsystems für eine andere kontinuierlich arbeitende Kristallisationsanlage,

F i g. 9 eine abgeänderte Ausführungsform des Regelsystems nach F1 g. 8 und

Fig. 10 noch eine andere Ausführungsform de;

Regelsyst<*ms nach F i g. 8.

Die in F i g. 1 schematisch gezeigte Anlage enthält irr wesentlichen einen Eindicker 12 und einen Kristallisa tionsapparat 14.

Der Eindicker i2 ist ein Verdampfer mit einen Rohrbündel bekannter Bauart. Der Kristallisationsap parat 14 ist als horizontal angeordneter zylindrische Kessel ausgebildet und durch querverlaufende Trenn

wände 18 in mehrere Abteile oder Zellen unterteilt, in denen Heizelementbündel 20 angeordnet sind. Der gezeigte Apparat enthält sieben Zellen 1 bis 7, könnte aber auch mit einer anderen Anzahl von Zellen ausgebildet sein.

Bei diesem Apparat werden zwei Heizelementbündel verwendet, deren Elemente mehrere Zellen gemeinsam versorgen. Es könnte aber auch ein einziges Bündel verwendet werden, dessen Elemente alle Zellen gemeinsam versorgen, oder aber je ein Bündel für jede Zelle.

Das Regelsystem 28, 30 der Anlage enthält einen Regler 28 für den Dampfdruck im Eindicker 12 und im Kristallisationsapparat 14, ein Regelsystem 36,38 für die den Heizelementbündeln des Eindickers 12 und des Kristallisationsapparates 14 und ein Regelsystem 32,34 für die dem Eindicker zugeführte Dampfmenge und ein Regelsystem 40,42 für die Beschickungsmengen für den Eindicker und die verschiedenen Zellen des Kristallisationsapparates.

Der Dampfdruckregler 28 wirkt auf einen in der den Eindicker 12 und den Kristallisationsapparat 14 mit einem Kondensator verbindenden Leitung angeordneten Schieber 30 ein, um den Soll-Druck in diesen beiden Geräten aufrechtzuerhalten.

Die dem Eindicker 12 zugeführte Heizdampfmenge wird von einem durch einen Regler 32 gesteuerten Schieber 34 in der Weise geregelt, daß die Konzentration der den Eindicker verlassenden Lösung auf einem Sollwert gehalten wird. Die den Heizbündeln des Kristallisationsapparates zugeführte Dampfmenge hält ein durch einen Regler 38 gesteuerter Schieber 36 auf einem Sollwert.

Die gesamte Beschickungsmenge für den Eindicker 12 und die Zellen 1 bis 6 des Kristallisationsapparates steuert eine Vorrichtung 40 in Abhängigkeit vom Meßwert eines Meßorgans 42, das den Zustand des in der Zelle 3 enthaltenen Produktes ermittelt. Ein Meßwert betreffend den Zustand des in dieser Zelle enthaltenen Produktes kann entweder durch eine Messung von dessen Dichte oder dessen Viskosität oder jeder anderen Größe gewonnen werden, welche eine Funktion der Konzentration der Lösung und/oder des Gehaltes des Produktes an Kristallen ist.

F i g. 2 zeigt die Anwendung eines Viskosimeters als Meßorgan, welches die Messung der Viskosität des Produktes im Inneren der Zelle ermöglicht.

Die Messung kann auch an einem der Zelle entnommenen Teil des Produktes vorgenommen werden. In diesem Fall kann der entnommene Teil durch eine Pumpe 44 in die Zelle zurückgefördert werden, wie aus Fig.3 ersichtlich, oder für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise, um durch Zermahlen bei 45 ein Kristallkeime enthaltendes Magma herzustellen, das zur Impfung der konzentrierten Lösung in der ersten Zelle verwendet wird (F i g. 4).

Die Vorrichtung 40 enthält einen Regler 46 (F i g. 5), der das vom Meßorgan 42 erzeugte Signal mit einem Sollwert vergleicht und ein Ausgangssignal als Funktion der Differenz zwischen Meß- und Sollwert liefert.

Sie enthält gleichzeitig ein Glied 56, das ein konstantes Verhältnis zwischen der die Heizbündel des Kristallisationsapparates versorgenden Dampfmenge und der gesamten Beschickungsmenge für den Eindikker und die Zellen 1 bis 6 aufrechterhält.

Das Ausgangssignal des Reglers 46 wird dem Glied 56 zugeführt, das als Funktion dieses Signals und eines vom Regler 38 kommenden Signals den Sollwert eines Mengenreglers 54 festlegt; dieser steuert einen in einer Leitung 50 angeordneten Schieber 48, welcher einen Verteiler 52 speist. Der letztere verteilt die Gesamtmenge auf den Eindicker und die Zellen 1 bis 6 in den vorbestimmten und regelbaren Verhältnissen.

Der Regler 46 könnte direkt auf den Mengenregler 54 einwirken (F i g. 6) oder selbst direkt den Schieber 48 steuern (F i g. 7); in diesem Falle ist es nicht erforderlich, ein konstantes Verhältnis zwischen der Lösungsmenge und der Dampfmenge aufrechtzuerhalten.

Die Beschickungsmenge für die Zelle 7 wird mit Hilfe eines von einem Regler 60 gesteuerten Schiebers 58 geregelt; der Regler 60 stellt die von einem Dichtemesser 62 gemessene Dichte des aus der letzten Zelle

ij abgezogenen Produktes auf einen Sollwert ein. Die Dichte des Produktes ist eine Funktion des Brix-Wertes, d. h. seines Gehaltes an Trockensubstanz, und der Regler 60 erlaubt es, den Brix-Wert des Produktes konstant zu halten.

_w Ein Regler 64 hält das Niveau des Produktes in der letzten Zelle auf seiner erforderlichen Höhe.

Im Betrieb wird das zu behandelnde Produkt (für das unterstellt wird, daß es sich um Zuckersaft handelt) kontinuierlich dem Verteiler 52 und der Zelle 7 des

!j Kristallisationsapparates zugeführt Ein vorbestimmter Teil des in den Verteiler eintretenden Saftes wird zum Eindicker 12 gefördert, wo das im Saft enthaltene Wasser teilweise verdampft wird, um den Saft auf die gewünschte Konzentration zu bringen. Der andere Teil wird den Zellen 1 bis 6 zugeführt, um die Konzentration der Mutterlösung auf dem Sollwert zu halten. Die in den Eindicker und in die Zellen 1 bis 6 eintretende Saftmenge wird in Abhängigkeit vom Zustand der in der Zelle 3 enthaltenen eingedickten Masse durch die Vorrichtung 40 geregelt, welches die Größe (Dichte,

Viskosität usw—), die vom Meßorgan 42 gemessen und für diesen Zustand stellvertretend ist, auf einen Sollwert hält.

Wenn sich beispielsweise die Konzentration der Mutterlösung verringert, reduziert der Regler 46 sogleich die Menge des in den Verteiler 52 eintretenden Saftes und damit die Beschickungsmenge des Eindickers und der Zellen 1 bis 6, sodaß die Konzentration auf den Sollwert zurückgebracht wird.

Der konzentrierte, den Apparat 12 verlassende Saft wird in die erste Zelle des Kristallisationsapparates 14 gleichzeitig mit den von einem Magma herrührenden Kristallkeimen eingeführt, welches beispielsweise durch Zermahlen des aus der Zelle 3 entnommenen Teiles der Eindickmasse erzeugt wird, wenn dieses Verfahren zur Messung der Zustandsgrößen dieser Eindickmasse angewendet wird.

Die Beschickungsmenge der Zelle 7 wird so geregelt, daß der Brix-Wert der aus dieser Zelle abgezogenen Eindickmasse in seiner Sollgröße erhalten bleibt

Fig.8 zeigt eine Anlage, bei der der Eindicker mi: dem Kristallisationsapparat ein Ganzes bildet und durch die erste Zelle gebildet ist, die im nachfolgenden als Zelle 0 (Null) bezeichnet ist. Da das Heizelementbündel dieser Zelle gleichzeitig mehrere Zellen versorgt, ist es

nicht möglich, die Konzentration des die Zelle ( verlassenden Produktes durch Regelung der Dampf menge zu überwachen.

Die Beschickungsmenge der Zelle 0 wird durch einet einen Schieber 68 steuernden Regler 66 so geregelt, dal die Übersättigung der Lösung dieser Zelle auf einen Sollwert gehalten wird.
Die Beschickungsmengen der Zellen 1 bis 7 sind wi

in der Anlage nach F i g. 1 in Abhängigkeit vom Zustand der Eindickmasse in der Zelle 2 geregelt.

Die Beschickungsmengen der Zellen 1 und 2 könnten auch wie die der Zelle O, abhängig von der Übersättigung der Lösung in diesen Zellen, geregelt werden.

Fig.9 zeigt eine Anlage ähnlich der nach Fig.8, in der nicht die Konzentration des Produktes in der Zelle 0 geregelt wird, die den Eindicker bildet, sondern die Beschickungsmengen der Zellen 0 bis 6 werden in Abhängigkeit vom Zustand des Produktes in Zelle 2 geregelt. Diese vereinfachte Regelung ist dann angemessen, wenn die Unterschiede in den Parametern, die die Kristallisation beeinflussen, nur gering sind:

Fig. 10 zeigt die Anlage ähnlich derjenigen nach Fig.8, bei der die Beschickung der Zellen 0 bis 3 in Abhängigkeit vom Zustand des Produktes in der Zelle 3 geregelt wird, und die Beschickungsmenge der Zellen 4 bis 7 in Abhängigkeit vom Brix-Wert des Produktes, das aus der letzten Zelle abgezogen wird. Hierbei wirkt die Vorrichtung 40 auf einen in einer Leitung angeordneten Schieber 48 ein_: welche die Zellen 0 bis 3 über einen Verteiler 52 versorgt, und ein Reglersystem 60 wirkt auf einen auf einer Leitung angeordneten Schieber 58 ein, welche die Zellen 4 bis 7 über einen Verteiler 70 versorgt. Die Messung der Größe, die eine Funktion des Zustandes des Produktes ist, könnte in irgendeiner der der letzten Zelle vorgeschalteten Zellen erfolgen.

Bei Anwendung je eines Heizbündels pro Zelle könnte die Regelung durch Einwirkung auf die Heizdampfmengen erfolgen.

Selbstverständlich fallen alle diese Modifikationen in den Rahmen der Erfindung.

Die Erfindung ist auf die Regelung von kontinuierlich arbeitenden Kristallisationsanlagen anwendbar, insbesondere bei Zuckerfabriken oder bei Raffinerien zur Herstellung von Kristallzucker.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Beschickung von Zellen mit ungesättigter Lösung oder der Beheizung der Zellen bei einer kontinuierlich ; ' 'tenden Verdampfungs-Kristallisationsanlage, die Verlauf des Kristallisationsvorganges aufeinanderfolgend von einem Produkt durchlaufen werden, derart, daß durch Steuerung der Beschickung oder Beheizung der letzten Zelle in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen dem wirklichen Wert und dem vorgeschriebenen Wert des Prozentsatzes an Kristallen ein vorgeschriebener Wert des Prozentsatzes an Kristallen im Endprodukt sichergestellt ist, d a durch gekennzeichnet, dall die Beschikkung oder Beheizung der zwischenliegenden Zellen in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen dem wirklichen Wert und dem vorgeschriebenen Wert der Konzentration der Lösung oder des Prozentsatzes an Kristallen in einer zwischenliegenden Zelle geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungskonzentration oder der Prozentsatz an Kristallen anhand eines abgezapften Teiles der Lösung der genannten zwischenliegenden Zelle gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, ausgenommen die letzte Zelie, die Beschickung mit ungesättigter Lösung oder die Beheizung aller Zellen und gegebenenfalls eines diesen Zellen vorgeschalteten Eindickers in Abhängigkeit von der Konzentration der Lösung oder des Prozentsatzes an Kristallen in der zwischenliegenden Zelle geregelt wird.

4. Regelsystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mehreren, Heizelementbündel enthaltenden, vom Produkt während des Kristallisationsvorganges aufeinanderfolgend durchlaufenen und mit einer Lösung des zu kristallisierenden Produktes gespeisten Zellen, einem den Prozentsatz an Kristallen oder an Trockensubstanz des aus der letzten Zelle abgezogenen Produkts messenden Organ, einem mit diesem Meßorgan verbundenen und einen in der Zuführleitung für ungesättigte Lösung oder Heizdampf für die letzte Zelle angeordneten Schieber steuernden ersten Regler, gekennzeichnet durch ein die Dichte oder die Viskosität des in einer zwischenliegenden Zelle (3) enthaltenen Produktes messende Organ (42) und einen mit diesem Meßorgan (42) verbundenen und einen in einer Zufuhrleitung für ungesättigte Lösung oder Heizdampf für die zwischenliegenden Zellen angeordneten Schieber steuernden zweiten Regler (40).

5. Regelsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen anderen Regler (32), der die Heizdampfmenge für den Eindicker (12) in Abhängigkeit von der Konzentration der aus diesem Eindicker (12) austretenden Lösung regelt.

6. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen in der den vom zweiten Regler (40) gesteuerten Schieber enthaltenden Leitung angeordneten Verteiler (52) enthält, um die durch diese Leitung zugeführte Menge an ungesättigter Lösung auf die zwischenliegenden Zellen zu verteilen.

7. Regelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es einen in der den vom ersten Regler

(60) gesteuerten Schieber (58) enthaltenden Leitung angeordneten Verteiler (70) enthält, um die durch diese Leitung zugeführte Menge an ungesättigter Lösung auf die letzten Zellen (4 bis 7) zu verteilen.