SKALA 솔로 수분/건조 제어 시스템: 스프레이 및 플래시 건조기 제어

SKALA Solo 수분/건조기 제어 시스템은 건조기 내부의 수분을 감지하여 신속하고 정밀한 제어 반응을 제공하는 모델 기반 제어 시스템입니다.

건조기 내부의 수분 감지

SKALA Solo 수분 제어 시스템은 건조기 내부의 제품 수분을 감지할 수 있는 모델 기반 제어 알고리즘으로 구성되어 있습니다. SKALA Solo는 건조기 내부의 두 개의 온도 센서를 사용하여 제품의 수분 함량을 감지하고, 제품이 아직 건조기 내에 있는 동안 수분 함량을 적정 수준으로 조절하기 위해 제어 값을 조정합니다.

특허를 취득한 SKALA Solo 수분 제어 시스템은 건조기를 떠나는 제품의 수분 함량을 온도 강하(ΔT) 및 생산 속도와 연관 짓는 모델을 기반으로 합니다. 건조 과정에서 제품과 접촉하기 전후의 온도를 측정하고, 이 두 온도 간의 차이(ΔT)를 모델에 적용하여 수분 변화를 계산하고 제어 응답을 생성합니다. 그림 1은 SKALA Solo 방식과 온도 센서의 일반적인 설치 위치를 보여줍니다. SKALA Solo 모델은 건조기 내부의 제품 수분을 측정하는 소프트 센서로 간주할 수 있습니다. 그림 2는 SKALA Solo 소프트 센서로 계산된 제품 수분 함량과 온라인 NIR 수분 측정기의 측정 결과를 비교한 것입니다.

그림 1. SKALA Solo 모델 — 분무 건조기 및 플래시 건조기. ΔT = T_Hot − T_Cold; MC = K₁(ΔT)^p − K₂/S^q

스프레이 건조기에 적용 가능한 SKALA Solo

SKALA Solo 제어 시스템은 흡입 공기 온도와 배출 공기 온도의 차이를 이용하여 습도 및 건조기 부하의 변화를 감지합니다. 이 온도 차이(델타 T)는 모델 기반 알고리즘에 활용되어, 건조기 부하의 이상이나 변화가 감지될 때 온도나 공급 속도를 정확하게 조정합니다.

분무 건조기를 제어하는 전통적인 방법은 출구 온도 설정값을 유지하기 위해 온도나 공급 속도를 조절하는 것입니다. 한 가지 방법은 출구 온도 설정값을 유지하기 위해 입구 온도를 조절하는 것입니다. 다른 방법은 입구 온도를 일정하게 유지한 채 공급 속도를 조절하여 출구 온도 설정값을 유지하는 것입니다. 이러한 방법은 올바른 방향으로 제어되지만, 부하가 변경된 후 목표 수분을 유지하려면 출구 온도 설정값을 수동으로 변경해야 합니다. 이러한 전통적인 방법들은 수분 제어에 대한 이론적 근거가 없으며, 단지 올바른 방향으로 움직일 뿐입니다. 이론에 기반한 SKALA Solo 모델은 건조 공정의 증발 부하 변화 후 목표 수분을 유지하는 데 필요한 새로운 공정 변수(ΔT) 설정값을 재계산할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다.

분무 건조기 뒤에 배치된 유동층 건조기는 분무 건조기와 별도로 제어할 수 있으며, 최종 수분 함량을 추가로 조절할 수 있습니다.

그림 2. SKALA Solo의 수분 예측 — SKALA Solo 예측값과 수분 측정기 측정값 비교

데드 타임을 줄여줍니다

건조기 내부의 적절한 위치에 온도 프로브를 배치함으로써 SKALA Solo는 ‘건조기 내부’ 수분 센서 역할을 수행할 수 있습니다. 건조기 내부의 특정 지점에서 수분 변화를 감지하고 이에 따라 제어 조치를 취함으로써 지연 시간이 대폭 단축됩니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이, SKALA Solo는 하류 수분 측정기/센서나 수동 시료 채취와 같은 기존 방식을 사용하는 시스템보다 더 짧은 시간 내에 수분 변화를 감지하고 이에 대응합니다.

공정 이상으로 인한 수분 분산은 이상 발생 시점부터 감지 및 대응 시점까지의 데드타임에 비례합니다. 따라서 조기 감지 및 대응을 통해 데드타임을 단축하면 수분 분산도 함께 감소합니다. 일반적으로 SKALA Solo 시스템을 통해 달성되는 분산 감소율은 30% 이상입니다. 그림 3은 유동층 건조기에서 SKALA Solo 방식의 적용 위치와 데드타임 단축 효과를 보여줍니다.

그림 3. 데드 타임 감소 — SKALA Solo 위치 측정 방식은 다운스트림 수동 샘플링 방식에 비해 데드 타임을 30% 단축합니다.

장점

대부분의 경우, 적절한 관리 부족으로 인해 건조 제품의 평균 수분 함량이 낮게 나타나며, 안전을 위해 제품을 과도하게 건조하는 경우가 많습니다. SKALA Solo 시스템은 수분 편차를 줄여주므로, 수분 함량을 높임과 동시에 상한 관리 한계치 이하를 안전하게 유지할 수 있게 해줍니다. 이러한 평균 수분 함량의 증가는 제품 품질 향상, 생산량 증가 및 에너지 절감을 가져옵니다. 그림 4는 전체 수분 변동성의 감소를 보여주고, 그림 5는 평균 수분 함량을 안전하게 높여 생산량을 증가시키는 과정을 보여줍니다.

그림 4. 수분 변동성 감소 — 동일한 평균 수분 함량에서, 개선된 제어 방식과 현행 제어 방식의 비교

그림 5. 평균 수분 함량의 변화 가능성 — 평균 수분 함량이 변화함에 따라 생산량이 증가하고 에너지 소비량이 감소하는 양상을 보임

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