SKALA-System zur Regelung der Trockenfeuchte und des Trockners: Steuerung von Sprüh- und Flash-Trocknern

Das SKALA-System zur Feuchtigkeits- und Trocknerregelung ist ein modellbasiertes Regelsystem, das die Feuchtigkeit im Inneren des Trockners erfasst und frühzeitig präzise Regelungsmaßnahmen einleitet.

Feuchtigkeitsmessung im Trockner

Das SKALA Dry-Feuchtigkeitsregelsystem besteht aus einem modellbasierten Regelalgorithmus, der die Erfassung der Produktfeuchte im Inneren des Trockners ermöglicht. Das SKALA Dry-System nutzt zwei Temperatursensoren im Inneren des Trockners, um den Feuchtigkeitsgehalt des Produkts zu erfassen und Regelungsanpassungen vorzunehmen, um die Feuchtigkeit zu korrigieren, solange sich das Produkt noch im Trockner befindet.

Das patentierte SKALA Dry-Feuchtigkeitsregelsystem basiert auf einem Modell, das den Feuchtigkeitsgehalt des Produkts beim Verlassen eines Trockners mit dem Temperaturabfall (ΔT) und der Produktionsrate in Beziehung setzt. Die Temperatur wird vor und nach dem Kontakt mit dem Produkt während des Trocknungsvorgangs gemessen, und die Differenz (ΔT) zwischen den beiden Werten wird im Modell verwendet, um die Feuchtigkeitsänderung zu berechnen und eine Regelungsmaßnahme einzuleiten. Abbildung 1 veranschaulicht das SKALA Dry-Verfahren und typische Anbringungsorte von Temperatursensoren. Das SKALA Dry-Modell kann als Soft-Sensor zur Messung der Produktfeuchte im Inneren des Trockners betrachtet werden. Abbildung 2 zeigt die von einem SKALA Dry-Soft-Sensor berechnete Produktfeuchte im Vergleich zu den Messwerten eines Online-NIR-Feuchtemessgeräts.

Abbildung 1. SKALA-Dry-Modell – Sprüh- und Flash-Trockner. ΔT = T_Hot − T_Cold; MC = K₁(ΔT)^p − K₂/S^q

SKALA Dry – geeignet für Sprühtrockner

Das SKALA Dry-Regelsystem nutzt die Differenz zwischen Einlass- und Auslasslufttemperatur, um Schwankungen der Feuchtigkeit und der Trocknerbeladung zu erfassen. Diese Differenz, auch Delta T genannt, wird in einem modellbasierten Algorithmus verwendet, um Temperaturen oder die Zufuhrrate korrekt anzupassen, sobald Störungen oder Änderungen der Trocknerbeladung erkannt werden.

Die herkömmlichen Methoden zur Regelung von Sprühtrocknern bestehen darin, die Temperatur oder die Zufuhrrate zu regeln, um den Sollwert für die Austrittstemperatur aufrechtzuerhalten. Eine der verwendeten Methoden besteht darin, die Einlasstemperatur anzupassen, um einen Sollwert für die Austrittstemperatur aufrechtzuerhalten. Die andere Methode besteht darin, die Einlasstemperatur konstant zu halten und die Zufuhrrate anzupassen, um den Sollwert für die Austrittstemperatur aufrechtzuerhalten. Diese Methoden führen zwar zu einer Regelung in die richtige Richtung, jedoch muss der Sollwert für die Austrittstemperatur manuell geändert werden, um die Zielfeuchte nach Änderungen der Belastungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Diese traditionellen Methoden verfügen über keine theoretische Grundlage für die Feuchtigkeitsregelung, sondern gehen lediglich in die richtige Richtung. Das theoretisch fundierte SKALA Dry-Modell ist in der Lage, neue Sollwerte für Prozessvariablen (ΔT) neu zu berechnen, die erforderlich sind, um die Zielfeuchte nach Änderungen der Verdunstungsbelastung im Trocknungsprozess aufrechtzuerhalten.

Ein nachgeschalteter Fließbetttrockner kann unabhängig vom Sprühtrockner geregelt werden und ermöglicht eine zusätzliche Steuerung der Endfeuchte.

Abbildung 2. SKALA Dry prognostiziert den Feuchtigkeitsgehalt – SKALA Dry-Prognose im Vergleich zum Feuchtigkeitsmesser

Verringert die Totzeit

Durch die richtige Anordnung der Temperatursonden im Trockner fungiert der SKALA Dry als Feuchtigkeitssensor „im Inneren des Trockners“. Indem er Feuchtigkeitsänderungen an einer Stelle im Inneren des Trockners erfasst und entsprechende Regelungsmaßnahmen einleitet, wird die Totzeit erheblich verkürzt. Wie in Abbildung 1 zu sehen ist, erkennt der SKALA Dry Feuchtigkeitsänderungen und reagiert darauf schneller als Systeme, die herkömmliche Methoden wie nachgeschaltete Feuchtigkeitsmesser/-sensoren oder manuelle Probenahmen verwenden.

Die durch Prozessstörungen verursachte Feuchtigkeitsvarianz ist proportional zur Totzeit zwischen dem Auftreten der Störung und dem Zeitpunkt der Erkennung und Reaktion. Durch die Verkürzung der Totzeit mittels frühzeitiger Erkennung und Reaktion lässt sich daher auch die Feuchtigkeitsvarianz verringern. In der Regel beträgt die mit dem SKALA Dry-System erzielte Varianzreduzierung 30 % oder mehr. Abbildung 3 veranschaulicht die Anwendung und die Totzeitverkürzung des SKALA Dry-Verfahrens an einem Fließbetttrockner.

Abbildung 3. Verkürzung der Totzeit – Der SKALA Dry-Standort ermöglicht eine Verkürzung der Totzeit um 30 % im Vergleich zur nachgeschalteten manuellen Probenahme

Vorteile

In den meisten Fällen ist der durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Produkts aufgrund mangelnder Kontrolle niedrig, und das Produkt wird aus Sicherheitsgründen übertrocknet. Das SKALA Dry-System reduziert die Feuchtigkeitsschwankungen, sodass der Feuchtigkeitsgehalt erhöht werden kann und dennoch sicher unter den oberen Kontrollgrenzen bleibt. Diese Erhöhung des mittleren Feuchtigkeitsgehalts führt zu einer besseren Produktqualität, einer Produktionssteigerung und Energieeinsparungen. Abbildung 4 zeigt die Verringerung der Gesamtfeuchteschwankung, und Abbildung 5 veranschaulicht die sichere Erhöhung des durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalts, wodurch eine Produktionssteigerung erzielt wird.

Abbildung 4. Verringerung der Feuchtigkeitsschwankungen – gleicher Feuchtigkeitsmittelwert, verbesserte Regelung im Vergleich zur derzeitigen Regelung

Abbildung 5. Mögliche Verschiebung der durchschnittlichen Feuchtigkeit – Verschiebung der mittleren Feuchtigkeit, die einen Anstieg der Produktion und einen Rückgang des Energieverbrauchs zeigt

Kontaktdaten

AQUALAB von Addium Inc. – 1300 Henley Court, Pullman, WA 99163, USA. Telefon: +1.509.332.6000. E-Mail: [email protected].

‍